喷油规律对甲醇-柴油双燃料发动机燃烧和排放特性的影响

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采用柴油引燃进气预混甲醇的燃烧方式只需对进气道稍作改动便可通过电控装置灵活控制甲醇喷射质量,能同时降低NOx和碳烟排放,具有良好的发展前景。引燃柴油喷射参数直接影响引燃柴油的雾化质量,进而影响混合气的燃烧和排放特性。因此,研究引燃柴油喷射参数对喷雾、燃烧和排放特性的影响规律,对甲醇-柴油双燃料发动机实现节能、减排具有重要的指导意义。  本文模拟研究了引燃柴油喷油规律曲线形状、喷油正时、喷油持续期和甲醇替代率对甲醇-柴油机双燃料发动机燃烧和排放特性的影响。  首先,应用AVL FIRE软件建立了柴油引燃预混甲醇双燃料发动机燃烧过程的仿真模型,通过对比缸内平均压力曲线的仿真值与试验值,验证了模型的可靠性。  其次,分析了喷油规律曲线形状对缸内喷雾、燃烧和排放特性的影响。结果表明:矩形和楔形喷油规律初期喷油速率较高,索特平均直径(SMD)较小,滞燃期较短,滞燃期内燃油蒸发率较小,因而放热率峰值也较小;矩形和梯形喷油规律在同一时刻燃油蒸发率比楔形和斜坡形喷油规律大,燃烧重心更靠近上止点,缸内平均压力峰值和平均温度峰值较大;梯形和矩形喷油规律NO排放值比斜坡形和楔形喷油规律大;矩形喷油规律由于滞燃期内燃油蒸发率小,后期喷油速率低,柴油雾化不良,因而碳烟排放最高。  再次,分析了喷油正时和喷油持续期对缸内喷雾、燃烧和排放特性的影响。结果表明:喷油正时越早或喷油持续期越短,油气混合质量越好,放热越接近上止点,缸内平均压力和平均温度峰值越高,NO排放越高,碳烟排放越低;随着喷油时刻提前或喷油持续期缩短,缸内柴油分布范围变广、浓度变低,燃烧产生的高温区面积变大,NO分布范围和浓度有所增加,碳烟分布范围和浓度有所下降。  最后,分析了甲醇替代率对缸内燃烧和排放特性的影响。结果表明:随着甲醇替代率的增大,缸内平均压力峰值和平均温度峰值变大,NO排放有所增加;甲醇替代率为0时,缸内柴油燃烧产生的高温火焰传播范围最广,但火焰温度远比替代率为0.2和0.4时低;甲醇替代率为0.2时,碳烟排放值最高,甲醇替代率过低或过高都会降低碳烟排放。
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