直噴增壓柴油機缸內碳煙生成的數(shù)值模擬.pdf

1、內燃機作為動力設備的一種在汽車、船舶、國防等領域均獲得了廣泛的應用，對人類生活產(chǎn)生了巨大的影響,但其產(chǎn)生的有害廢氣及噪音對環(huán)境有嚴重的危害，危及到人們的健康及生命安全。目前隨著資源的日益枯竭、油價的不斷攀升和人們環(huán)保意識的增強，對內燃機的動力性、經(jīng)濟性、耐久性以及排放方面都提出了越來越高的要求。直噴式柴油機具有油耗低、CO 2 排放少、熱負荷低、冷起動性好等優(yōu)點,并且隨著技術的發(fā)展，特別是電控噴油系統(tǒng)的研究和利用，直噴式柴油機的性能得到

2、不斷提高。盡管如此直噴式柴油機的有害排放物仍然有很多，包括HC、CO、Nox和碳煙顆粒物等，隨著節(jié)約能源和環(huán)保要求的提高，降低柴油機害排放物的研究已經(jīng)是當下柴油機研究領域最活躍的方面。碳煙顆粒物是柴油機有害排放物的主要組成部分，通常占微?？偭康?0％～80％之多，一致認為碳煙是燃油分子在高溫，缺氧和高壓燃燒時形成的，主要成分是碳，它是可吸入顆粒物，具有毒性，隨著城市柴油車輛的增加,碳煙對城市大氣環(huán)境的危害和人體健康的威脅越來越嚴重。柴油

3、機碳煙的生成機理很復雜，影響其生成和排放的因素很多,因此研究不同條件下碳煙的生成過程對于組織柴油機燃燒過程中的氣體流動，優(yōu)化柴油機缸內的燃燒過程，降低柴油機有害排放物，提高柴油機性能具有很重要的意義。 本文以某490直噴柴油機為研究對象，運用大型通用CFD軟件STAR-CD，結合建模軟件Unigraphics NX，以最大扭矩點(2240r/min，190N/m)為例研究了不同噴油提前角（9°、11°、13°）和不同油線（5×0

4、.23mm和4×0.27mm）對柴油機燃燒和排放性能的影響，得出了不同噴油提前角和不同油線下缸內的可燃混合氣、NO、Soot以及缸內溫度和壓力的三維分布圖，同時分析了缸內溫度、NO和Soot隨曲軸轉角的變化情況。 研究表明隨著噴油提前角的增大最大爆發(fā)壓力增大，缸內最高溫度增加，碳煙生成曲線的上升階段提前,而下降階段(氧化) 也提前,碳煙生成量的峰值增加但最終的碳煙排放量卻得到降低，同時Nox排量將增加，但若噴油提前角過大，碳煙的

5、排量將回升，因此僅依靠噴油提前角的變化并不能同時降低Nox和Soot的排量。比較不同噴油提前角下的碳煙排放量知，在BTDC 130CA噴油提前角下490柴油機的Soot排放量較原噴油提前角下的碳煙排放量低。四孔噴嘴的油線間夾角和噴嘴孔徑較大，造成油氣混合不充分，致使膨脹末期缸內溫度較高，最終的Nox和Soot排量較五孔噴嘴時的值均較高，而采用五孔噴嘴時，噴油孔徑和油線間夾角變小，雖然噴注前鋒部分重疊且在碰壁后干涉現(xiàn)象嚴重，但霧注在空間分