能源危機(jī)和排放法規(guī)對傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的高效清潔燃燒勢在必行,而柴油機(jī)排放物中NO_x和soot之間“trade off”的關(guān)系一直是排放控制技術(shù)的難點(diǎn),限制了柴油機(jī)的進(jìn)一步應(yīng)用。基于NO_x和soot缸內(nèi)空間分布區(qū)域互異的特點(diǎn),本課題提出利用EGR分層的控制方法,實(shí)現(xiàn)對缸內(nèi)氧濃度分布的靈活控制,尋求在NO_x生成的高峰區(qū)域保持較高的廢氣濃度,而在soot生成的高峰區(qū)域保持較高的氧濃度,抑制soot前期的生成,促進(jìn)其后期的氧化,實(shí)現(xiàn)NO_x和soot的同時(shí)降低,達(dá)到內(nèi)燃機(jī)高效清潔燃燒的目的。本文以一臺四氣門電控高壓共軌柴油機(jī)為基礎(chǔ),利用發(fā)動機(jī)專業(yè)流體仿真軟件AVL-FIRE建立了發(fā)動機(jī)全氣道全循環(huán)數(shù)值模型,確定了壓燃式發(fā)動機(jī)NO_x和soot在缸內(nèi)的生成特點(diǎn)和空間分布區(qū)域。以發(fā)動機(jī)原始排放場為基準(zhǔn),提出了“下濃上稀、中間濃周側(cè)稀”及“下濃上稀、周側(cè)濃中間稀”兩種目標(biāo)氧濃度分布形態(tài)。并采用人為設(shè)定缸內(nèi)氧濃度分布的方式研究分析了理想氧濃度分布形式對排放物生成的影響規(guī)律,結(jié)果表明:氧濃度及廢氣分層可以獲得更低的排放水平,在相同NO排放水平下,廢氣分層對EGR率的需求大約可降低7%左右,在一定程度上降低了柴油機(jī)排放控制對大比例EGR率的依賴。以目標(biāo)氧濃度分布形式為指導(dǎo),結(jié)合原機(jī)矩形布置的雙進(jìn)氣道結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了單氣道引入廢氣、單氣道添加廢氣引流管及廢氣引流板三種廢氣分層方案,對實(shí)現(xiàn)目標(biāo)氧濃度分布形式的廢氣引入策略進(jìn)行了探究。結(jié)果表明:單氣道引入廢氣使氧濃度在缸內(nèi)整體呈現(xiàn)側(cè)向的分布形態(tài);廢氣引流管方案有利于獲得較理想的氧濃度分布形式,但引流管有效引入直徑限制了廢氣比例的提升,導(dǎo)致氧濃度分層度過低;添加具有相同引流作用的廢氣引流板有利于提升缸內(nèi)的廢氣比例,擴(kuò)大氧濃度的分層度,從而獲得理想的氧濃度分布形態(tài)。針對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及廢氣參數(shù)對缸內(nèi)氧濃度分布形式的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:提升廢氣引入比例有利于擴(kuò)大氧濃度在缸內(nèi)的分層度;由于不同進(jìn)氣道引流特性互異,廢氣引入壓力對缸內(nèi)氧濃度分布形式的影響效果不同;相同廢氣引入方案下,中低轉(zhuǎn)速下的氧濃度分層效果要優(yōu)于高轉(zhuǎn)速。計(jì)算分析了不同氧濃度分布形態(tài)對燃燒及排放特性的影響。可以發(fā)現(xiàn),氧濃度呈現(xiàn)“下濃上稀,周側(cè)濃中間稀”的分層形式更利于獲得較低的排放水平,且對缸內(nèi)整體的燃燒情況影響較小。同時(shí)研究結(jié)果表明:廢氣及氧濃度分層對NO_x和soot的改善效果在缸內(nèi)廢氣比例較高、氧濃度較低及氧濃度分層度較大時(shí)表現(xiàn)得更顯著。中等負(fù)荷下,當(dāng)缸內(nèi)總體氧濃度為21.4%,氧濃度分層度為4.5%時(shí),氧濃度分層的NO水平較均質(zhì)EGR降低4.5%,soot降低2.7%;而當(dāng)缸內(nèi)總體氧濃度為20.2%,氧濃度分層度為6.8%時(shí),氧濃度分層對NO的改善程度提升為8.5%,soot則提升為4.9%。發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況及進(jìn)氣邊界條件對氧濃度分層下的燃燒有較大影響,結(jié)果表明:氧濃度分層對排放的改善程度在中低轉(zhuǎn)速時(shí)較理想。不同負(fù)荷下,氧濃度分層對排放的改善程度差異較大。中小負(fù)荷下,氧濃度分層對排放的改善效果較好,而在大負(fù)荷下,噴油持續(xù)期和燃燒持續(xù)期的延長弱化了氧濃度分層對燃燒的影響程度,使其對排放的改善程度降低。進(jìn)氣壓力對氧濃度分層燃燒的影響較大,適度提高進(jìn)氣壓力有利于增大氧濃度分層對soot的改善效果,且對NO的排放水平影響較小。中等負(fù)荷下,當(dāng)進(jìn)氣壓力由126kPa提升至133kPa時(shí),soot的改善比例由4.9%提升為6.8%。而過分提升進(jìn)氣壓力會使滯燃期明顯縮短,預(yù)混燃燒比例降低,弱化了氧濃度分層對燃燒及排放的影響程度。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK401
【部分圖文】：

1圖 1.1 中國原油產(chǎn)量和消費(fèi)量（千桶/天） 圖 1.2 中國原油對外依存度（%）與此同時(shí)，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)快速發(fā)展，機(jī)動車保有量持續(xù)增長。截至 2017 年 6

1圖 1.1 中國原油產(chǎn)量和消費(fèi)量（千桶/天） 圖 1.2 中國原油對外依存度（%）與此同時(shí)，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)快速發(fā)展，機(jī)動車保有量持續(xù)增長。截至 2017 年 6

017年12月全國空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）PM2.5實(shí)時(shí)地圖
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2848730