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若干燃烧控制参数对重型柴油机燃烧过程影响的试验研究

作　者: 陈永贤
导　师: 苏万华
学　校: 天津大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 喷射模式 废气再循环 进气门关闭定时 柴油机排放 指示热效率 微粒数浓度 平均粒径大小
分类号: TK421.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


在能源、环境、法规以及贵金属短缺等多重压力下,柴油机低温燃烧策略已成为国内外内燃机界研究的热点。然而,柴油的物理特性使在低温燃烧过程中可燃混合气的制备变得更加困难,因此,降低缸内燃烧温度,提高燃油与进气充量的混合速率,是实现低温燃烧过程的关键所在。本文从燃油控制及缸内状态(温度、压力和氧浓度)控制出发,以重型柴油机的清洁高效燃烧过程为研究对象,通过试验的方法,开展了中低负荷下各参数对柴油机预混燃烧和稀扩散燃烧过程影响的规律性研究,并通过各参数的耦合作用优化出了各喷射模式下的最佳工况点。多脉冲喷射模式下的柴油机预混燃烧试验结果表明:随着EGR率的增大,氧浓度的降低,NOx和Soot比排放呈逐渐降低的趋势;指示热效率(ITE)呈先升高后降低的趋势;积聚模态的数浓度呈先减小后增大的趋势,且其平均粒径大小在40～65 nm范围内,而核模态的平均粒径大小却在12～18 nm范围内。研究发现,起始喷射定时为-80°CA ATDC时在大EGR率下实现了极低的NOx和Soot排放,同时维持了较高的指示热效率,但仍有较高的HC和CO排放产生。随着共轨压力的提高,Nox,Soot,HC和CO的比排放都呈下降的趋势,而指示热效率仅略微上升;且在EGR率较小,氧浓度较高时,提高共轨压力对降低NOx和Soot排放很有意义。单次早喷射模式下的柴油机预混燃烧试验结果表明:随着喷射定时的提前,NOx排放降低,而Soot排放上升,指示热效率降低。且喷射定时为-26°CA ATDC, -30°CA ATDC时,在大EGR率下实现了极低的NOx和Soot排放,同时维持了较高的指示热效率。单次晚喷射模式下的柴油机稀扩散燃烧试验结果表明:进气压力、喷射定时、进气门关闭定时(IVCT)以及EGR的相互优化耦合能有效地改善燃油与进气充量的混合及缸内燃烧放热过程。在优化的喷射定时下,进气门关闭定时为-60°CA ATDC时,在总的进气流量不变的情况下提高进气压力,引入20～35%的EGR能同时实现超低的NOx和Soot排放,同时保持较高的IMEP和指示热效率。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-26
  1.1 引言  8-9
  1.2 柴油机发展的瓶颈  9-14
    1.2.1 化石能源严重短缺  9-11
    1.2.2 自然环境严重污染  11-12
    1.2.3 排放法规更加苛刻  12-13
    1.2.4 后处理技术的现存问题  13-14
  1.3 柴油机低温燃烧概念的研究进展  14-24
    1.3.1 柴油机低温燃烧概念的原理——φ－T 图  14-16
    1.3.2 φ－T 图中不同燃烧模式下的燃烧路径介绍  16-19
    1.3.3 燃烧过程控制的技术手段  19
    1.3.4 柴油机HCCI 燃烧的研究进展  19-21
    1.3.5 柴油机LTC 燃烧的研究进展  21-24
  1.4 本课题研究的意义和内容  24-26
第二章 试验设备与试验方案  26-38
  2.1 试验设备  26-34
    2.1.1 电控高压共轨燃油供给系统  26-29
      2.1.1.1 Bosch 高压油泵结构及其工作原理  27-28
      2.1.1.2 Bosch 电控喷油器结构及其工作原理  28-29
    2.1.2 模拟增压进气系统  29-30
    2.1.3 废气再循环（EGR）系统  30
    2.1.4 可变气门定时（VVT）系统  30-31
    2.1.5 多功能燃烧参数采集与分析系统  31-32
    2.1.6 尾气排放测试系统  32-34
      2.1.6.1 HORIBA7100 气体分析仪的测量原理  32-33
      2.1.6.2 AVL415 烟度计的测量原理  33-34
      2.1.6.3 DMS 500 快速型微粒光谱仪的工作原理  34
  2.2 试验方案  34-36
  2.3 试验相关评价参数的定义  36-37
  2.4 本章小结  37-38
第三章 不同喷射模式下各参数对预混燃烧过程影响的试验研究  38-66
  3.1 研究概述  38
  3.2 多脉冲喷射模式下各参数对预混燃烧过程影响的试验研究  38-56
    3.2.1 多脉冲喷射模式下不同喷射定时对预混燃烧过程的影响  39-45
    3.2.2 多脉冲喷射模式下不同进气压力对预混燃烧过程的影响  45-50
    3.2.3 多脉冲喷射模式下不同共轨压力对预混燃烧过程的影响  50-56
  3.3 单次早喷射模式下各参数对预混燃烧过程影响的试验研究  56-63
  3.4 本章小结  63-66
第四章 中等负荷下各参数对稀扩散燃烧过程影响的试验研究  66-83
  4.1 研究概述  66-67
  4.2 中等负荷下1600 R/MIN 时进气压力对稀扩散燃烧过程的影响  67-71
  4.3 中等负荷下1300 R/MIN 时喷射定时对稀扩散燃烧过程的影响  71-76
  4.4 中等负荷下1300 R/MIN 时可变IVCT 对稀扩散燃烧过程的影响  76-80
  4.5 本章小结  80-83
第五章 全文总结  83-86
参考文献  86-90
参加科研情况说明  90-91
附录  91-92
致谢  92

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 柴油机 > 理论 > 燃烧过程
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