基于核心邊界條件的車用柴油機燃燒改進.pdf

1、伴隨著能源危機加劇和環(huán)境污染惡化,節(jié)能與減排已成為當今時代的主題。柴油機因熱效率高、可靠性好等優(yōu)點已成為交通運輸和電力設施的主要動力,然而,其NOx和soot排放對環(huán)境和人類健康具有重要影響,并且它們之間存在trade-off關系。本文從研究核心邊界條件對柴油機燃燒的影響規(guī)律的角度出發(fā),通過優(yōu)化這些核心邊界條件使混合氣燃燒時盡量避開NOx和soot生成區(qū)域,從而改善柴油機NOx和soot排放的trade-off。針對煤直接液化柴油低十六

2、烷值、低硫含量、低芳香烴含量和低蒸餾溫度的特點,采用煤直接液化柴油替代石化柴油,并優(yōu)化噴油參數和EGR率進一步改善柴油機NOx和soot排放的trade-off關系,從而實現高效清潔燃燒。本文以一臺批產CA6DL2-33E3F柴油機為原型機,采用電控共軌燃油系統(tǒng)替代直列泵燃油系統(tǒng),對進排氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、缸蓋等也進行了改造,并安裝了關鍵參數測試設備,從而建立了柴油機燃燒測試系統(tǒng)。本研究主要內容包括：
　　⑴建立了噴油規(guī)律測試試驗臺

3、,并測量了沖擊噴油嘴和傳統(tǒng)噴油嘴的噴油規(guī)律,試驗結果表明:提高噴油壓力可以提高最大噴油速率,當循環(huán)油量相同時,提高噴油壓力可以縮短噴油持續(xù)期;最大噴油速率隨噴油脈寬增大先升高然后基本保持不變;與傳統(tǒng)噴油嘴相比,沖擊噴油嘴具有高的噴油速率、短的噴油持續(xù)期,這增加了在混合氣著火前將循環(huán)油量全部噴入缸內的可能性。
　?、平⒘藝婌F特性測試試驗臺并利用Matlab軟件編程開發(fā)了噴霧照片處理程序,測量了沖擊噴油嘴和傳統(tǒng)噴油嘴的噴霧宏觀參數,

4、試驗結果表明:隨背壓增大,兩種噴油嘴的噴霧貫穿距離都減小、噴霧錐角都增大、噴霧投影面積和噴霧體積都減小。隨噴油壓力增加,兩種噴油嘴的噴霧貫穿距離、噴霧錐角、噴霧投影面積和噴霧體積都增大。與傳統(tǒng)噴油嘴相比,沖擊噴油嘴的噴霧貫穿距離短、噴霧錐角大、噴霧投影面積和噴霧體積小。
　?、窃诮⒌娜紵郎y試系統(tǒng)上研究了燃燒系統(tǒng)參數對柴油機燃燒的影響。試驗結果表明:為降低NOx到較低排放水平,必須采用較高EGR率;低壓縮比敞口燃燒室比縮口燃燒室更

5、有利于改善缸內混合氣的形成質量,從而改善柴油機NOx和soot排放的trade-off,并且有利于改善HC、CO排放以及BSFC性能;傳統(tǒng)噴油嘴更有利于改善柴油機燃燒中NOx和soot排放的trade-off,這是因為沖擊噴油嘴的貫穿距離短于傳統(tǒng)噴油嘴,與敞口燃燒室不完全匹配,造成其缸內油氣混合相對不均勻;提高噴油壓力可改善油氣混合過程和縮短噴油持續(xù)期,然而,在低負荷時過高噴油壓力可能導致缸內局部區(qū)域混合氣過稀,從而引起不完全燃燒,因此

6、,低負荷時噴油壓力不宜過高,高負荷時可以適當提高噴油壓力;采用上止點附近的晚噴油策略控制混合氣燃燒相位,使柴油機在相對高負荷時可以避免粗暴燃燒。結合低壓縮比敞口燃燒室和大量冷卻EGR,以及最佳的噴油參數,可以實現較理想的柴油機高效清潔燃燒。
　?、仍趦?yōu)化噴油嘴—燃燒室結構參數、噴油參數和EGR率實現了較理想的高效清潔燃燒以后,針對煤直接液化柴油具有低十六烷值、低硫含量、低芳香烴含量和低蒸餾溫度等特點,本文采用煤直接液化柴油替代石化

7、柴油,在柴油機燃燒測試系統(tǒng)上進行了噴油參數和EGR率對柴油機燃燒的影響規(guī)律,并優(yōu)化噴油參數和EGR率來進一步改善柴油機NOx和soot排放的trade-off。試驗結果表明,與石化柴油相比,煤直接液化柴油可使柴油機在低EGR率下實現預混合燃燒模式;煤直接液化柴油的NOx排放隨EGR率的變化率與石化柴油接近,但前者的碳煙排放隨EGR率的變化率遠小于石化柴油;煤直接液化柴油可進一步改善柴油機NOx和soot排放的trade-off。