柴油机机内净化燃烧技术的仿真研究

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柴油机由于其良好的经济性和动力性,在世界范围内得到了广泛应用。然而随着以柴油机为动力的交通运输工具保有量的增加,其排放物对环境及人类健康所造成的危害也越来越受到关注。相比于汽油机,柴油机的主要排放物为NOx和SOOT。NOx会导致酸雨、光化学烟雾、臭氧层空洞等严重环境问题,而SOOT是大气环境中PM2.5的重要组成部分,因此柴油机排放控制成为制约其未来发展的关键问题。针对该问题,人们当前采取的主要措施是机内净化+排气后处理。机内净化的目的是:在尽可能保证柴油本身良好的动力性、经济性的条件下,控制柴油机的原机NOx、SOOT排放,从而减轻后处理装置的“负担”。本文运用AVL/BOOST&FIRE软件,基于台架实验数据,对一台8.9L柴油机进行了三维仿真研究。在对原机换气、喷油、燃烧过程进行分析的基础上,研究了进气门迟闭、喷油正时、废气再循环等技术对于促进油气混合、改善缸内燃烧及降低柴油机排放的意义。主要的研究内容为:(1)建立原始发动机包含进气道、气缸、排气道的全模型,并以实验数据为参考对该模型进行验证。(2)在原机气门正时的基础上,设计一种增大进气门迟闭角的方案,分析柴油机实际压缩比、进气量、输出功率及各项排放物指标随进气门迟闭角增大的变化趋势,并研究提高进气压力对于优化柴油机排放性能的意义。(3)分析喷油提前角对柴油机NOx和SOOT的影响规律,在此基础上,以同时降低原机NOx、SOOT排放为目的,提出了12oCA喷油提前角+10%EGR率、4oCA喷油提前角+后喷(间隔40oCA)两种策略,并研究这两种策略对于发动机经济性、排放性能的影响。
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