论文部分内容阅读
面对能源紧缺和环境污染的巨大压力,非道路用柴油机排放法规日益苛刻。为了满足更高的排放要求,迫切需要以较低的成本和较为简单的技术对非道路用柴油机进行优化升级。柴油机燃烧系统“油（燃油喷射系统）、气（气流运动）、室（燃烧室）”的合理匹配对燃烧过程具有重要影响。通过柴油机燃烧室的结构优化寻求合理的油气组织,提高空气利用率,改善喷雾在燃烧室内的空间分布和雾化效果,促进燃油和空气快速混合,从而提升油气混合的质量,实现柴油机的高效清洁燃烧。因此,非道路用柴油机燃烧系统在“油、气、室”合理优化和匹配方面存在很大的潜力,具有重要的实践价值。本文以四缸非道路用柴油机为研究对象,通过燃烧室的结构优化设计,提出了一种引导喷雾撞壁的燃烧系统。首先,探究了模型的网格尺寸、时间步长对缸内压力的影响规律,并对缸内压力、放热率及排放物的试验与仿真结果进行了验证;其次,以缸内气流运动、喷雾发展、混合气的形成及燃烧排放过程为研究重点,利用AVL-FIRE软件对柴油机工作过程进行了数值模拟。最后,基于正交设计法探究了不同评价指标下的最优燃烧系统参数组合方案。针对不同几何形状的喷雾撞壁燃烧室和原机在2200r/min、100%负荷工况下开展了多维数值仿真。结果表明:喷雾撞壁分区燃烧系统能够有效提高缸内的空气利用率,增加喷雾的扩散体积和油气的接触面积,使燃油在燃烧室空间内分布更加合理;改善燃油的雾化质量和加快油气混合速率,形成了较为均匀的混合气,促使燃烧更加完善,大幅度降低了Soot的排放量;与原机相比,喷雾撞壁分区燃烧系统的滞燃期短,放热率峰值较低;随碰撞台开口度的减小燃烧始点提前,缸内压力和放热率峰值逐渐降低,减少了预混合燃烧,增加了扩散燃烧;在整个燃烧过程中的缸内平均温度和累积放热率都较高;随着碰撞台开口度的变大,NO排放量升高,Soot排放量降低。通过运用正交设计法对喷雾撞壁分区燃烧系统进行多参数协同优化,探究各个参数对喷雾撞壁分区燃烧系统燃烧过程及排放性能的影响程度和规律。结果表明:当以Soot排放为优化目标时,喷孔夹角和喷油压力是主要影响因素,最佳的参数优化组合方案为:喷孔夹角154°、喷油压力110MPa、喷油正时347°CA、涡流比2;当以NO排放为优化目标时,喷油正时和涡流比是主要影响因素,最佳的参数优化组合方案为:喷孔夹角152°、喷油压力90MPa、喷油正时351°CA、涡流比1.2;当以F值为优化目标时,涡流比和喷孔夹角是主要影响因素,最佳的参数优化组合方案为:喷孔夹角154°、喷油压力90MPa、喷油正时347°CA、涡流比2;当以Pmax为优化目标时,喷油正时和喷油压力是主要影响因素,最佳的参数优化组合方案为:喷孔夹角154°、喷油压力110MPa、喷油正时347°CA、涡流比2。