论文部分内容阅读
非道路柴油机是指应用于工程机械、农业机械等非道路机械的柴油机,近年来产量约占柴油机总产量的50%,NO_x和PM排放量与机动车排放量基本持平,但相比于车用柴油机,非道路柴油机排放治理工作滞后。同时,非道路柴油机生产制造受到严格的成本限制,且可靠性要求高,因此,在相对车用柴油机更低水平的喷油系统前提下,通过系统掌握缸内油气混合规律,优化燃烧过程并降低原排显得更为迫切。本文基于国IV非道路柴油机开发,以典型非道路柴油机为研究对象,通过一维和三维数值仿真,开展了不同喷油策略和油气匹配技术对燃烧排放的影响规律和机理研究。基于GT-power平台完成一维计算模型及标定工作,开展了八工况下喷油压力、喷油正时的综合优化,并基于正交试验设计开展了配气正时优化。综合考虑动力性、经济性及排放,完成优化后,可使油耗降低14.7%,soot排放降低70.9%。基于Converge平台搭建三维计算模型并完成网格策略分析及模型标定,开展了单次喷射(喷油压力、油束夹角)、多次喷射(预喷策略、后喷策略)、油气匹配(涡流)等对发动机性能排放的影响规律和机理研究。单次喷射下的研究结果表明:涡流比为1.5时有利于油气混合,降低油耗和soot排放。油束夹角为140°时,可以充分利用燃烧室凹坑和挤流区空气,进而促进油气混合,优化燃烧过程。提高喷油压力增大了油束贯穿距,加快了混合气形成和燃烧过程。随着喷油压力的提高,其匹配的涡流比增大,高喷油压力匹配较大涡流比更有利于优化油气混合和燃烧,油耗和soot排放降低。多次喷射下的研究结果表明:适当的预喷策略下,预喷燃油燃烧放热,可以促进主喷燃油的混合和燃烧,但过强的加热作用会导致主预喷燃烧区域的重叠。主预喷间隔为20°CA时,挤流可带动预喷燃油进入燃烧室凹坑,同时匹配1.5~2的涡流比,可带动预喷燃油及其燃烧产物偏转运动到主喷油束间隙,涡流和挤流的利用均可以改善主喷和预喷油束的重叠,并充分利用预喷燃油的放热量促进主喷燃油的混合和燃烧速率,从而提高功率,降低soot排放,但会使NO_x排放增加。适当的后喷可以提高燃烧后期缸内温度,且喷雾产生的扰动促进了缸内流动,有助于燃烧后期碳烟的氧化,soot排放降低,也带来功率小幅下降,而NO_x排放几乎不变。