挤流燃烧室对通用小型汽油机排放性能影响的研究

论文摘要

本课题以我国量大面广的一款非道路通用小型汽油机为研究对象,研究挤流燃烧室对此类发动机性能和排放的影响。首先基于原型燃烧室提出不同挤流燃烧室设计方案,借助计算流体力学（CFD）软件对原型燃烧室和各挤流燃烧室方案压缩过程缸内的气体流动状态进行三维数值模拟,通过对压缩上止点附近的计算结果进行分析总结,筛选出与原机在湍流速度或湍流强度方面有明显增强的方案,并在原始缸盖的基础上进行加工改造。通过发动机台架实验发现,在压缩比、空燃比和进气充量基本维持不变的条件下,挤流燃烧室导致发动机出现功率略有下降,HC排放升高、NOx排放降低以及缸盖温度升高的现象。认为挤流导致燃烧速度加快是缸盖温度提高的主要原因。认为挤气面之间狭缝内可燃混合气未能充分燃烧是造成HC排放升高及功率下降的原因。实验发现,调整缸垫厚度改变挤气面间隙,HC排放随挤气面狭缝逐步增大出现先升后降的趋势,进一步证实挤流燃烧室HC排放与挤气面狭缝有关联。分析认为,挤气面间隙增大导致未燃HC藏匿空间逐步增大,HC排放升高。而随着狭缝进一步增大,火焰得以在狭缝内更加充分地传播,导致HC排放出现减小的趋势。试验数据证实挤气面间隙同样与NOx的排放量有着明显的相关性,但变化趋势与HC相反。试验结果表明,在损失一定动力性和经济性的条件下,该新型挤流燃烧室的HC+NOx的总排放量比原机状态降低约8.4%,总排放量有所改善。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题背景
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 挤流燃烧室国内外研究现状
• 1.3.2 缸内流动数值模拟现状
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第二章 计算流体力学（CFD）理论基础
• 2.1 CFD 辅助发动机工程概述
• 2.2 湍流数值模拟方法简介
• 2.3 CFD 的控制方程
• 2.4 CFD 的数值求解方法
• 2.5 网格的获得
• 2.5.1 网格划分的一般要求
• 2.5.2 结构化网格和非结构化网格
• 2.6 边界条件
• 2.7 CFD 的计算流程
• 2.8 本章小结
• 第三章 计算分析及燃烧室方案的选择
• 3.1 发动机缸内气体流动概述
• 3.2 燃烧室方案的选择依据
• 3.3 CFD 求解过程
• 3.3.1 几何计算域的建立
• 3.3.2 计算网格的生成
• 3.3.3 求解器的选择
• 3.3.4 控制方程的选择和流体参数的设置
• 3.3.5 边界条件的设置和求解控制
• 3.3.6 CFD 计算结果分析总结
• 3.4 燃烧室方案的确定
• 3.4.1 实际方案与理论方案的对比分析
• 3.4.2 实际方案CFD 计算结果分析总结
• 3.5 本章小结
• 第四章 试验过程与实验结果分析
• 4.1 试验条件
• 4.1.1 试验设备
• 4.1.2 试验台的布置
• 4.2 试验内容
• 4.3 试验结果
• 4.3.1 功率试验
• 4.3.2 进气充量试验
• 4.3.3 尾气排放试验
• 4.3.4 小尺寸火花塞用于原机状态的功率试验
• 4.4 试验结果分析
• 4.4.1 试验结果总结
• x 排放分析'>4.4.2 NO_x排放分析
• 4.4.3 HC 排放分析
• 4.5 调整缸垫厚度的试验
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢