关键词：
柴油机
变组分进气
化学反应机理
燃烧
排放
摘要：
本文提出了变组分进气对柴油机燃烧特性和排放特性影响的研究,该项技术通过改变发动机进气中各类组分的浓度,能够有效改善柴油机的燃烧特性,同时降低诸多有害气体的排放,并且能够改善高海拔环境下发动机着火困难、动力性下降、热效率低、燃烧不完全等一系列问题。不过目前该项技术手段还处于研究阶段,距离实际应用还存在很多技术问题。本文研究的变组分进气对柴油机的燃烧特性和排放特性的影响。主要分为两部分,一部分是富氧进气燃烧,另一部分是富氮进气燃烧。为了实现研究目的,本文采用Chemkin-pro和AVL-Fire进行相关的模拟分析。首先是利用Chemkin-pro建立正庚烷化学反应机理,为了能够更好的预测变组分进气对柴油机排放特性的影响,在原有化学反应机理的基础上添加NO生成的机理模型,由此建立了新的化学反应机理。将利用Pro/e建立的几何模型导入AVL-Fire生成动网格。本文在研究富氧进气燃烧的过程中,分别设置了4种不同的富氧进气浓度,分别为23%、25%、27%和29%,研究了与自然进气状态下相比的温度、放热率、累计放热率、压力、压力升高率等相关参数的变化趋势。通过研究发现随着进气氧气浓度的升高,这些参数都有不同程度的升高,因此富氧进气能够有效增加柴油机工作过程中的动力性。在研究富氧进气对柴油机排放特性的影响时发现,低温和缺氧是导致CO生成的主要因素,因此富氧进气可以有效降低CO的排放量。为了研究富氧进气对HC生成量的影响,选取CH3、CH4、CH3O、CH2O、C2H5和C3H6六种主要生成物最为研究对象,通过模拟分析发现,随着氧气浓度的升高,这些HC的生成量不断降低。在研究NO的生成量时发现,随着氧气浓度的升高,NO的生成量急剧升高,并且增长幅度和增长速率都越来越大,NO开始生成的时刻也逐渐提前。为了研究喷油正时对NO生成量的影响,设定了三种不同的喷油持续期,分别为15°CA、20°CA、25°CA,设定了三种不同的喷油提前角,分别是3°CA、7°CA、11°CA。通过研究发现,相同富氧浓度的条件下,随着喷油持续期的缩短,NO的排放量降低,随着喷油提前角的减小,NO的排放量降低,因此可以通过改变喷油正时来优化NO的排放量。本文在研究富氮进气燃烧的过程中,分别设置了2种不同的富氮进气浓度,分别为81%和83%。通过研究发现,富氮进气与自然进气相比,富氮进气会导致燃烧室内的温度峰值和压力峰值下降。同时富氮进气对柴油机的排放特性也有很大的影响,富氮进气会加剧燃料的不完全燃烧,导致CO和HC的生成量升高。在研究不同转速对CO和HC的生成量的影响时发现,随着发动机转速的降低,CO和HC的生成量均不断降低。同时还研究了富氮进气对NO排放的影响,由于氮气的阻燃作用,NO的生成量随着氮气浓度的升高而逐渐降低。
