柴油机预混合燃烧模式的着火相位控制研究

【摘要】：均质预混合燃烧柴油机以其良好的经济性、超低的NOx与碳烟排放成为内燃机热点课题之一。柴油预混合燃烧目前存在许多理论上和工程上的难题,其中着火相位难以控制问题尤为突出。为了控制预混合柴油机着火相位,提出点火室式预混合燃烧柴油机概念,即：在发动机缸盖上设置点火室,通过通道与主燃室相连接。布置两套喷油系统,柴油喷油器布置在主燃室内,汽油喷油器与火花塞布置在点火室内。通过调节压缩比、缸内EGR等控制主燃室柴油混合气不被压燃,火花塞点燃点火室内汽油混合气后,点火室内的火焰从通道喷出,引燃主燃室内混合气。通过合理设计可以在全工况实现预混合燃烧着火相位可控,提高燃烧稳定性。本文对该系统发动机进行模拟分析,考察系统的可行性。 根据CF186F发动机缸盖的结构图,在三维CAD软件中设计火花塞与喷油器的布置位置并建立模型,将模拟导入至AVL FIRE,结合发动机一维模拟软件AVL BOOST模拟得到的边界条件对发动机缸内气流运动、燃油雾化、燃烧及排放过程进行详细计算分析,对比了不同的主燃室喷油提前角、点火时刻、主燃室喷射次数以及柴油喷嘴的喷孔夹角对发动机性能产生的影响。 模拟结果表明,本系统怠速时能使新鲜充量分布均匀；怠速工况时,主燃室喷油提前角在70°A-90°CA之间时本系统均可以获得良好的燃烧性能与排放性能；在20°CABTDC至上死点时点火电极附近混合气当量比为1.1左右,适合点燃与火焰传播,有较大的点火窗口；怠速时燃烧持续期为20°CA,缸内最高平均温度低于1800K,限制了NOx的大量生成；发动机各负荷下着火相位均可控,在80%负荷以下预混合气在上止点时未被压燃,更大的负荷需要加入外部EGR以使着火相位可以通过火花塞控制。 本文所做的三维瞬态数值模拟研究在一定程度上有助于对点火室预混合燃烧柴油机燃烧排放规律的理解,并为接下来的实验研究提供参考。