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高压共轨柴油机燃烧特性与排放性能的数值模拟研究

作　者: 宋文福
导　师: 李捷辉
学　校: 江苏大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 柴油机高压共轨系统喷油压力仿真
分类号: TK421
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

能源危机和环境污染逐渐严重的现象促进了汽车新技术的迅速发展。电子控制在汽车及内燃机行业的运用使内燃机获得了更好的动力性、经济性以及排放性能。尤其在满足日益严格的排放法规方面,电控高压共轨系统以其优良的燃油喷射功能越发为人们所重视。共轨系统可实现喷油压力、喷油量、喷油定时以及喷油规律的柔性可调,进而使柴油机最大限度地工作在理想状态。因此,研究电控高压共轨系统与柴油机的匹配技术具有重要的理论意义和实用价值。本文首先以电磁阀式高压共轨喷油器的基本结构和工作原理为基础,运用AVL公司的大型液压仿真软件HYDSIM建立共轨喷油器的仿真模型,同时构建高压共轨喷油泵试验台,从喷油规律和喷油量两方面验证了仿真模型的准确性及精度。然后,论文在AVL公司的大型CFD计算软件FIRE的基础上建立了柴油机燃烧室仿真模型,并以共轨喷油器仿真模型计算得到的喷油特性为基础,对不同喷油压力下共轨柴油机的燃烧特性与排放性能进行了数值模拟。仿真结果表明:高压共轨喷油压力增加,喷油速率加快,燃油雾化更好,不仅使燃烧速度加快,而且燃烧更接近于上止点完成,使缸内平均燃烧压力和平均温度升高,有利于提高柴油机的燃烧热效率和改善其作功能力。并且,随着共轨喷油压力的增加,燃烧始点提前,放热率重心提前,最大放热率增加,燃烧持续期缩短,有利于改善柴油机的燃烧状况,提高燃油利用率,改善发动机的整体性能。在其它参数不变的情况下,喷油压力增加,气缸内局部最高温度增加,氮氧化物的主要生成区域偏大,形成速率加快,生成总量增加;喷油压力降低,喷油持续期延长,燃油雾化变差,碳烟生成量增多。总之,通过对高压共轨燃油系统的仿真研究,为共轨柴油机的进一步开发设计及性能优化提供了有利的理论依据,具有一定的理论意义和实用价值。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-26
  1.1 前言  11-13
  1.2 共轨式喷油系统概述  13-15
  1.3 电控共轨式喷射系统对排放的影响  15-17
    1.3.1 共轨系统对柴油机HC、氮氧化物和颗粒等排放的影响  15-16
    1.3.2 共轨系统对改善柴油机冷起动性能和白烟排放的影响  16-17
  1.4 国内外高压共轨系统的发展现状  17-22
    1.4.1 国外电控共轨燃油喷射系统研究现状  17-21
    1.4.2 国内电控共轨燃油喷射系统研究现状  21-22
  1.5 柴油机工作过程数值模拟研究的发展  22-25
  1.6 本论文的主要研究工作  25-26
第二章电磁阀式高压共轨喷油器仿真模型的建立及验证  26-43
  2.1 电磁阀式高压共轨喷油器的工作原理  26-27
  2.2 电磁阀式高压共轨喷油器的数学模型  27-31
    2.2.1 计算假设  27-28
    2.2.2 喷油器控制室的压力计算  28-29
    2.2.3 喷油器盛油槽的压力计算  29-30
    2.2.4 喷油嘴压力室内压力的计算:  30-31
    2.2.5 针阀运动方程:  31
  2.3 电磁阀共轨喷油器仿真模型的建立  31-36
    2.3.1 仿真模型建立方法的选择  31-34
    2.3.2 高压共轨喷油器仿真模型的建立  34-36
  2.4 高压共轨系统台架试验  36-42
    2.4.1 实验过程  37
    2.4.2 试验台架与设备  37-40
    2.4.3 试验结果与仿真结果的对比  40-42
  2.5 本章小结  42-43
第三章柴油机燃烧模型的建立  43-53
  3.1 模型的建立  43-46
  3.2 仿真模型的选择和参数设置  46-52
    3.2.1 湍流模型  47
    3.2.2 喷雾模型  47-48
    3.2.3 着火和燃烧模型  48-49
    3.2.4 排放模型  49-50
    3.2.5 初始边界条件的获得  50-52
  3.3 本章小结  52-53
第四章喷油压力对共轨柴油机燃烧特性及排放性能的影响  53-68
  4.1 喷油压力对共轨柴油机燃烧特性的影响  53-57
    4.1.1 喷油压力对燃烧始点的影响  53-54
    4.1.2 喷油压力对缸内平均燃烧压力与温度的影响  54-55
    4.1.3 喷油压力对压力升高率的影响  55-56
    4.1.4 喷油压力对放热规律的影响  56-57
  4.2 喷油压力对共轨柴油机主要排放污染物的影响  57-67
    4.2.1 喷油压力对缸内温度场的影响  57-60
    4.2.2 喷油压力对NO_X排放的影响  60-63
    4.2.3 喷油压力对颗粒排放的影响  63-67
  4.3 本章小结  67-68
第五章全文总结和工作展望  68-70
  5.1 全文总结  68-69
  5.2 工作展望  69-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间发表的论文  74

高压共轨柴油机燃烧特性与排放性能的数值模拟研究

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