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《吉林大学》 2014年
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4D83轿车柴油机燃烧系统仿真优化研究

冯国栋  
【摘要】:柴油机以其动力性,经济性俱佳,使用过程中耐久性较好的表现获得了越来越多的市场,欧洲的发展经验也表明柴油机轿车具有较大的市场空间。但国内柴油机多用于商用车上,在轿车上应用较少,因此针对轿车柴油机的开发和研究工作在国内具有重要的现实意义和实用价值。本文在4D83轿车柴油机的样机基础上,对其燃烧系统进行了进一步的优化和开发,同时对不同喷油策略和不同策略下的燃油喷射参数进行了规律性的研究,探讨其排放性和动力性进一步提升的空间。 本文使用PROE软件对4D83发动机的燃烧室进行几何建模。使用AVL FIRE软件对几何模型进行网格划分和燃烧过程仿真计算。搭建4D83样机试验台架,进行特性试验,利用实验数据对仿真计算结果进行校正,确保模型准确性。 利用仿真计算手段,对不同径深比的四款燃烧室进行仿真对比研究,得到将样机燃烧室的径深比适当的减小,可以在保证发动机的动力性和经济性不变的同时,有效减小NOx(氮氧化物)和PM(颗粒物)的生成量。同时对现有燃烧室下的喷油器参数进行匹配研究,结果表明,将样机喷油器的喷嘴突出缸盖底平面高度减小,将喷油器的喷孔夹角增大,在保证样机动力性和经济性不变的情况下,通过缸内油气分布和气流运动的合理配合,可以有效的控制燃烧速率,增加后燃,减小NOx生成的同时增加对PM的后期氧化,打破NOx和PM生成量此消彼长的矛盾关系。使得最终的NOx和PM生成量同时降低。 通过对1800rpm、全负荷工况下三种不同喷油策略的研究表明,与单独采用一次主喷射相比,采用预喷射可以有效的降低NOx排放,采用后喷射可以有效的降低Soot的生成。同时通过对预喷射时刻和预喷射油量的研究表明,预喷射与主喷射的喷射间隔由23°CA变化到15°CA的过程中,NOx和Soot生成同时增加。对于喷射油量的对比研究表明,在预喷射的单孔喷油量由0.075mg变化到0.475mg时,发动机的动力性略微下降,NOx生成量逐渐减小,Soot生成量出现先增加后减少的规律;对后喷射参数的研究表明。后喷射与主喷射间隔由6°CA变化到14°CA的过程中,发动机的动力性基本不变,同时排放性变化也不大;后喷射单孔喷油量由0.1mg变化到0.5mg时,发动机的动力性略有下降,NOx生成量逐渐下降,Soot生成量出现先增大后减小的趋势。综合认为,当采用预喷射策略时,在优化参数范围内采用较大的喷射间隔和大的预喷射油量有利于减小排放物的生成。后喷射与主喷射的喷射间隔在6°CA到14°CA变化时对发动机的动力性和排放性影响不大,增大后喷射油量可以减小发动机排放物的生成,但要牺牲一部分发动机的动力性。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:U464.172

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