核心边界条件对柴油机燃烧的影响及优化

为研究废气再循环(EGR)和喷油参数调制两个核心边界条件对柴油机燃烧、排放的影响,并进一步揭示其中的微观机理,本文在CA6DL-35E3高压共轨电控柴油机上进行了大量的模拟和试验研究。 建立了模拟平台和试验平台。搭建了一套可以实现单因素可调、多因素耦合,并满足欧Ⅲ排放法规的电控高压共轨六缸柴油机台架试验系统。采用商用软件STAR-CD建立了模拟平台。通过采用自创的CMC-Ogrid(Cylinder mesh centering-O-grid Template)模板切割形成燃烧室网格,改进了Match piston方法。 对原机进行了模拟和试验研究。用喷油锥截面和纵截面组合来展示了缸内微观场发展历程。总结了一套统计后处理方法,针对关键单元格集合对微观参数进行“量”化,统计结果更有助于揭示微观机理。 核心边界条件EGR对柴油机燃烧、排放影响的模拟和试验研究表明:随EGR率增大,NO显著降低,Soot明显增加。NO的降低机理用统计高温区的变化来解释更加充分。烟度排放在10%EGR率左右存在一个急剧增大的拐点,可以此作为优化控制点。取出单元格温度、当量比等状态属性在当量比-温度图上布点,对比了EGR对缸内状态变迁历程的影响。 喷射压力对柴油机燃烧、排放影响的模拟和试验研究表明:喷射压力升高后,雾化质量变好,高温区变大,Soot显著降低,NO大幅度增加。 EGR与喷射压力的耦合研究表明:负荷低于一定程度时,加入EGR后烟度与NO同时下降,类似于低温燃烧模式。但此时放热率峰值很高,难于直接应用。 多次喷射对柴油机燃烧、排放影响的模拟和试验研究表明:预喷使得最大压力升高率大幅度下降。采用后喷以后,使得Soot峰值降低,并强化后期氧化,故而Soot最终生成量显著减少。综合考虑Soot排放和热效率认为后喷量取20%左右为宜。后喷燃油喷到氧气较浓的区域,燃烧较好,Soot峰值显著下降,因此后喷可以理解为一种时间顺序意义上的分区燃烧。是滚流利用主喷和后喷之间的间歇期引导氧气运动到喷油锥角区域内形成富氧区,从而实现分区燃烧的。要组织最佳的分区燃烧,就是要在保证补充氧气足够多的前提下,找到一个尽可能小的主后喷间隔。