摘要：柴油机的燃烧历程对其动力性、经济性和排放性能有着举足轻重的影响。随着内燃机日益向高效节能与环保方向进展,突破柴油机传统燃烧方式下有害排放物的生成极限,新一代内燃机燃烧论述与技术的革新探讨成为了各国内外学者的关注热点。本论文针对小缸径轻型车用柴油机燃烧系统结构紧凑、均质混合气制备和燃烧历程组织困难的特点,开展了基于适时早喷结合高比例冷却EGR实现预混合低温燃烧的探讨。通过缸内工作历程可视化、缸内压力采集、台架性能试验及燃烧历程三维数值模拟计算,系统的探讨了燃油喷射对策、进气系统参数及燃油在燃烧室内的空间分布对预混合低温燃烧历程和污染物排放的影响规律,探讨小缸径柴油机均质混合气制备、低温燃烧历程制约的有效途径,以达到高效清洁燃烧的目标,为预混合低温燃烧技术的工程运用奠定论述基础。探讨首先通过缸内燃烧历程可视化试验,探明提前喷射和降低进气氧浓度对实现预混合燃烧和降低燃烧温度的作用机理,验证实现预混合低温燃烧的可行性。试验结果表明：喷射正时提前有利于延长油气混合时间,显著减少着火和燃烧历程中的扩散火焰,是实现预混合燃烧的有效措施；早喷射对策下,预混合燃烧比例增加,缸内碳烟生成区域显著减小,且高浓度区域所占的比例较低；高比例EGR的引入,使氧浓度减少,进一步延长油气混合时间,提升油气混合质量,减少扩散燃烧；随着进气氧浓度的降低,扩散火焰明亮程度减弱,缸内扩散火焰面积和缸内碳烟生成区域均呈现减少的走势,但是碳烟高浓度区域所占比例略有上升。基于缸内压力采集和台架性能试验,系统探讨了喷射正时、喷射压力、进气氧浓度、进气温度等燃烧制约参数对预混合低温燃烧历程和排放性能的影响规律,结果表明：采取提前喷射对策,延长滞燃期、改善滞燃期内的油气混合是降低碳烟排放的关键；降低进气氧浓度能有效制约预混合燃烧温度,抑制NOx污染物生成,推迟预混合燃烧过早的燃烧相位,有利于提升燃烧效率,改善燃油经济性；10%和25%负荷工况下,提升喷射压力能够同时改善预混合低温燃烧方式下的NOx和碳烟的排放,中等负荷工况下,喷射压力的提升导致NOx排放上升和燃油经济性下降；预混合低温燃烧方式下通过降低进气温度推迟过早的燃烧相位,有利于提升燃烧效率,同时降低缸内燃烧温度,抑制NOx的生成,10%负荷工况,适当的提升进气温度有利于减少碳烟排放,25%和50%负荷工况,进气中冷对降低碳烟排放有着显著的效果。多次喷射对策是拓展预混合低温燃烧运转区域,改善NOx和碳烟排放Trade-off联系的有效措施。预喷射的引入,减小了主喷油量的同时缩短主喷燃油的着火滞燃期,放热相位提前,放热率峰值下降,能够有效抑制NOx的生成,不同的预喷射参数对碳烟排放有着不同的影响。后喷射的引入对燃烧历程的影响主要是降低主喷燃油的燃烧放热率和提升主喷燃油放热后期缸内温度。引入后喷射后NOx能够得到有效改善,碳烟的排放则与后喷射参数的调节有关,只有在适当的正时下实施适量的后喷射才能同时改善NOx和碳烟排放。通过不同负荷工况下预混合低温燃烧历程和排放的优化,确定了实现高效清洁燃烧的关键制约参数和制约对策。10%、25%和50%负荷工况NOx排放与原机相比分别降低97.8%、80.7%和72.6%,碳烟排放分别降低76.1%、93.9%和74.3%,有效燃油消耗率仅分别上升3.6%、4.7%和2.8%。最后以减少试验工作量和提升探讨效率的角度出发,借助L Fire计算软件建立柴油机预混合低温燃烧数值模拟计算模型,为更加深入有效的开展预混合低温燃烧基础论述和运用探讨创造了条件。通过柴油机预混合低温燃烧三维数值模拟计算,探讨了燃油油束在燃烧室内的轴向分布对油气混合和污染物排放的影响。探讨表明,1450r/min转速,25%负荷工况,155°、150°和145°三个喷射锥角下,NOx排放随着喷射锥角的减小呈现先增加后减小的走势,而Soot则与之相反；NOx和Soot排放随着有效容积比的变化有着着一定的规律,折衷考虑NOx和Soot的排放,基于适时早喷对策的预混合低温燃烧方式较传统燃烧方式应适当减小有效容积比。关键词：柴油机论文燃烧论文排放论文可视化论文废气再循环论文多次喷射论文
摘要6-8
ABSTRACT8-11
目录11-14
图目录14-17
表目录17-18
第一章 绪论18-40
1.1 引言18-19
1.2 柴油机的运用近况及法规要求19-22
1.2.1 柴油机的运用近况19-20
1.2.2 柴油机节能减排法规20-22
1.3 柴油机新型燃烧方式的提出及国内外探讨近况22-38
1.3.1 燃油喷射对策24-29
1.3.2 缸内气流运动29-32
1.3.3 废气再循环及涡轮增压技术32-38
1.4 论文的探讨思路及主要探讨内容38-40
第二章 预混合低温燃烧试验系统和测试浅析策略40-56
2.1 预混合低温燃烧试验系统40-54
2.1.1 试验装置及设备40-42
2.1.2 燃油喷射参数的制约42-44
2.1.3 废气再循环及增压系统改装44-46
2.1.4 柴油机缸内压力及性能参数测试46-49
2.1.5 缸内工作历程可视化系统49-54
2.2 试验工况选取及燃烧浅析参数定义54-56
2.2.1 试验工况54
2.2.2 燃烧浅析参数定义54-56
第三章 柴油机预混合低温燃烧缸内工作历程可视化探讨56-74
3.1 提前喷射实现预混合燃烧的机理浅析56-63
3.1.1 油气混合和着火历程56-58
3.1.2 缸内扩散火焰进展历程58-59
3.1.3 缸内碳烟浓度场59-62
3.1.4 扩散火焰温度场62-63
3.2 降低进气氧浓度实现低温燃烧的机理浅析63-71
3.2.1 油气混合和着火历程63-65
3.2.2 缸内扩散火焰进展历程65-67
3.2.3 缸内碳烟浓度场67-69
3.2.4 扩散火焰温度场69-71
3.3 本章小结71-74
第四章 燃烧制约参数对预混合低温燃烧历程和排放性能的影响74-96
4.1 喷射正时对柴油机燃烧和排放的影响74-80
4.1.1 喷射正时对燃烧历程的影响74-77
4.1.2 喷射正时对排放性能的影响77-80
4.2 废气再循环对柴油机燃烧和排放的影响80-87
4.3 喷射压力对预混合低温燃烧和排放的影响87-90
4.4 进气温度对预混合低温燃烧和排放的影响90-94
4.5 本章小结94-96
第五章 多次喷射改善预混合低温燃烧历程和排放性能的试验探讨96-112
5.1 预喷参数对预混合低温燃烧历程与排放的影响96-103
5.1.1 预喷油量的影响96-100
5.1.2 预喷正时的影响100-103
5.2 后喷射参数对预混合低温燃烧历程与排放的影响103-108
5.2.1 后喷油量的影响104-106
5.2.2 后喷正时的影响106-108
5.3 预混合低温燃烧历程及排放优化路径108-110
5.4 本章小结110-112
第六章 影响预混合低温燃烧设计参量的数值模拟与浅析112-138
6.1 缸内燃烧历程计算模型的建立和验证112-126
6.1.1 几何模型的建立及网格划分112-113
6.1.2 数学模型的选取113-124
6.1.3 计算条件与模型验证124-126
6.2 燃油束在燃烧室内轴向分布对预混合低温燃烧的影响126-137
6.2.1 喷射锥角的影响127-134
6.2.2 不同喷射正时条件下燃烧室轴向容积分布的影响134-137
6.3 本章小结137-138
第七章 总结与展望138-141
7.1 探讨工作总结138-140
7.2 工作展望140-141
革新点说明141-142
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