增压柴油机掺水试验与仿真研究

【摘要】：石油紧缺和环境污染是内燃机发展面临的两大难题。目前应对的主要措施是寻找清洁替代能源,改善燃烧过程和进行相应的后处理措施。柴油掺水燃烧能够改善燃烧过程,降低NOx的排放,提高燃油经济性。本文主要进行了柴油掺水乳化的仿真研究和进气道喷水的台架试验研究,分析柴油掺水燃烧对发动机动力性、经济性、排放性和振动特性的影响。 本文借助于FIRE软件,建立了4100QBZL增压柴油机仿真模型,并且通过对比仿真结果和试验结果验证了模型的正确性。进行了柴油乳化掺水的计算模拟,研究结果表明：柴油乳化掺水燃烧后NOx排放降低10%-25%,碳烟的排放也有改善。但是,当乳化掺水比例达到30%时,NOx排放降低不明显,碳烟升高,燃烧过程剧烈。因此,柴油乳化掺水比例以20%比较合适。 本文在分析柴油掺水燃烧的理论的基础上,设计开发了一套进气道喷水系统,直接将喷嘴固定在进气道上,并设计了电控单元,可以精确控制进气道喷水量。通过在4100QBZL增压柴油机上进行不同喷水量的台架试验,得出结论：进气道喷水增加了压缩负功,延长了滞燃期,增加了预混合燃烧的比例,降低了预混合燃烧过程发动机的缸内温度,NOx排放降低10%-30G%,CO在低速低负荷时升高,碳烟和HC的排放基本保持不变,柴油机动力性和燃油经济性稍有改善。 本文同时对试验测量的振动信号进行了分析,分别测试了柴油机缸体和缸盖的振动信号,并对信号进行了傅立叶变换得到幅频特性,同时结合缸内压力升高率的变化分析进气道喷水对柴油机振动的影响。研究结果表明：随着进气道喷水量的增多,增压柴油机压力升高率、缸体和缸盖的振动增大；不同进气道喷水量对缸体和缸盖振动的影响与柴油机压力升高率的变化趋势相同,可以利用缸体和缸盖的振动信号初步分析进气道喷水对柴油机燃烧过程的影响。