輕型車用柴油機預混合低溫燃燒機理及排放控制研究.pdf

1、柴油機的燃燒過程對其動力性、經濟性和排放性能有著舉足輕重的影響。隨著內燃機日益向高效節(jié)能與環(huán)保方向發(fā)展，突破柴油機傳統(tǒng)燃燒模式下有害排放物的生成極限，新一代內燃機燃燒理論與技術的創(chuàng)新研究成為了各國內外學者的關注熱點。本文針對小缸徑輕型車用柴油機燃燒系統(tǒng)結構緊湊、均質混合氣制備和燃燒過程組織困難的特點，開展了基于適時早噴結合高比例冷卻EGR實現(xiàn)預混合低溫燃燒的研究。通過缸內工作過程可視化、缸內壓力采集、臺架性能試驗及燃燒過程三維數(shù)值模擬計

2、算，系統(tǒng)的研究了燃油噴射策略、進氣系統(tǒng)參數(shù)及燃油在燃燒室內的空間分布對預混合低溫燃燒過程和污染物排放的影響規(guī)律，探索小缸徑柴油機均質混合氣制備、低溫燃燒過程控制的有效途徑，以達到高效清潔燃燒的目標，為預混合低溫燃燒技術的工程應用奠定理論基礎。
　　 研究首先通過缸內燃燒過程可視化試驗，探明提前噴射和降低進氣氧濃度對實現(xiàn)預混合燃燒和降低燃燒溫度的作用機理，驗證實現(xiàn)預混合低溫燃燒的可行性。試驗結果表明:噴射正時提前有利于延長油氣混合

3、時間，顯著減少著火和燃燒過程中的擴散火焰，是實現(xiàn)預混合燃燒的有效措施;早噴射策略下，預混合燃燒比例增加，缸內碳煙生成區(qū)域顯著減小，且高濃度區(qū)域所占的比例較低;高比例EGR的引入，使氧濃度減少，進一步延長油氣混合時間，提高油氣混合質量，減少擴散燃燒;隨著進氣氧濃度的降低，擴散火焰明亮程度減弱，缸內擴散火焰面積和缸內碳煙生成區(qū)域均呈現(xiàn)減少的趨勢，但是碳煙高濃度區(qū)域所占比例略有上升。
　　 基于缸內壓力采集和臺架性能試驗，系統(tǒng)研究了噴

4、射正時、噴射壓力、進氣氧濃度、進氣溫度等燃燒控制參數(shù)對預混合低溫燃燒過程和排放性能的影響規(guī)律，結果表明:采用提前噴射策略，延長滯燃期、改善滯燃期內的油氣混合是降低碳煙排放的關鍵;降低進氣氧濃度能有效控制預混合燃燒溫度，抑制NOx污染物生成，推遲預混合燃燒過早的燃燒相位，有利于提高燃燒效率，改善燃油經濟性;10％和25％負荷工況下，提高噴射壓力能夠同時改善預混合低溫燃燒模式下的NOx和碳煙的排放，中等負荷工況下，噴射壓力的提高導致NOx排

5、放上升和燃油經濟性下降;預混合低溫燃燒模式下通過降低進氣溫度推遲過早的燃燒相位，有利于提高燃燒效率，同時降低缸內燃燒溫度，抑制NOx的生成，10％負荷工況，適當?shù)奶岣哌M氣溫度有利于減少碳煙排放，25％和50％負荷工況，進氣中冷對降低碳煙排放有著顯著的效果。
　　 多次噴射策略是拓展預混合低溫燃燒運行區(qū)域，改善NOx和碳煙排放Trade-off關系的有效措施。預噴射的引入，減小了主噴油量的同時縮短主噴燃油的著火滯燃期，放熱相位提前

6、，放熱率峰值下降，能夠有效抑制NOx的生成，不同的預噴射參數(shù)對碳煙排放有著不同的影響。后噴射的引入對燃燒過程的影響主要是降低主噴燃油的燃燒放熱率和提升主噴燃油放熱后期缸內溫度。引入后噴射后NOx能夠得到有效改善，碳煙的排放則與后噴射參數(shù)的調節(jié)有關，只有在適當?shù)恼龝r下實施適量的后噴射才能同時改善NOx和碳煙排放。通過不同負荷工況下預混合低溫燃燒過程和排放的優(yōu)化，確定了實現(xiàn)高效清潔燃燒的關鍵控制參數(shù)和控制策略。10％、25％和50％負荷工況

7、NOx排放與原機相比分別降低97.8％、80.7％和72.6％，碳煙排放分別降低76.1％、93.9％和74.3％，有效燃油消耗率僅分別上升3.6％、4.7％和2.8％。
　　 最后從減少試驗工作量和提高研究效率的角度出發(fā)，借助AVLFire計算軟件建立柴油機預混合低溫燃燒數(shù)值模擬計算模型，為更加深入有效的開展預混合低溫燃燒基礎理論和應用研究創(chuàng)造了條件。通過柴油機預混合低溫燃燒三維數(shù)值模擬計算，研究了燃油油束在燃燒室內的軸向分布