高速柴油机最优配气正时研究及应用

论文摘要

随着环境和能源问题的加剧,人们对发动机综合性能的要求愈来愈高。可变配气正时技术通过微调配气系统参数来改善柴油机的动力性、经济性和排放性能,因此受到越来越多的重视。此外,调节配气正时参数也是实现米勒循环的有效途径。米勒循环在提高柴油机理论热效率的同时,可显著降低排放物生成量。但是采用经验计算或简单实验的方法来优化配气正时参数很难满足现代发动机参数优化的要求,因此寻求准确、快速的研究方法成为优化配气正时和米勒循环工作的首要目标。为研究配气正时对高速柴油机综合性能的影响,并据此优化配气正时参数,本文以某型号高速车用柴油机为参考机型,采用CFD方法仿真计算了其连续工作循环,并结合实验结果验证了计算结果。在经过验证的仿真模型基础上,在6种转速下调整配气正时参数,计算了各工况下的功率、燃油消耗率、气缸内新鲜空气量和排放物(NOx和口Soot)的生成量,并且为定量分析扫气效率,提出了根据缸内NO质量来定量计算残余废气系数的方法。计算结果表明,排气提前角的改变对柴油机扫气性能和排放性能的影响很小；从减小排气损失功角度,随着转速增加,各转速最佳排气提前角增大。低转速时,进气迟闭角提前可减少倒流,从而增加缸内充量系数,提高柴油机的动力性和经济性；高转速时,适当推迟进气提前角和迟闭角,可提高柴油机的综合性能。在优化配气正时的基础上,采用可变配气正时可实现米勒循环。为优化米勒循环配气正时参数,本文计算了高、中、低3种转速下,改变实际压缩比、调整涡轮增压压力,以及采用不同配气正时参数时米勒循环对柴油机综合性能的影响。计算结果表明,以各转速下的进气倒流点为参考点,保证喷油量和过量空气系数不变的前提下,低转速时进气门推迟关闭,而高转速时进气门提前关闭,可使缸内初始温度和压力、缸内最高燃烧温度和压力变小,有效功率略有降低的同时显著降低NO的生成量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文的研究方法和内容
• 第2章 流体数值模拟的理论基础
• 2.1 流动和传热问题的控制方程
• 2.2 紊流数值模拟
• 2.2.1 紊流数值模拟的方法
• 2.2.2 紊流模型
• 2.3 柴油喷射和燃烧模型
• 2.4 流体流动与传热的数值计算方法
• 2.4.1 有限体积法的基本思想
• 2.4.2 差分格式
• 2.4.3 计算区域的离散
• 第3章 仿真计算模型的建立与验证
• 3.1 计算模型的建立
• 3.1.1 柴油机基本参数
• 3.1.2 三维模型的建立
• 3.1.3 计算网格的划分
• 3.2 边界条件的设定
• 3.3 喷油及燃烧模型的选定
• 3.3.1 燃油喷射和雾化模型
• 3.3.2 燃烧模型
• 3.3.3 排放物生成模型
• 3.4 计算模型的验证
• 3.5 柴油机缸内流场分析
• 3.5.1 缸内压力和速度场
• 3.5.2 缸内温度场
• 第4章 配气正时的分析及优化
• 4.1 配气正时分析
• 4.2 排气正时分析与优化
• 4.3 进气正时分析及优化
• 4.4 小结
• 第5章 米勒循环配气正时的分析和研究
• 5.1 米勒循环的原理
• 5.2 米勒循环配气正时的优化及分析
• 5.3 小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文