物理、化学因素对清洁高效柴油燃烧过程影响的试验研究

【摘要】： 在能源和环境的双重压力下,柴油低温燃烧成为国内外的研究焦点。但柴油的物理特性使得低温燃烧过程中可燃混合气的制备相当困难,提高燃油与空气的混合速率,改善混合气的浓度和温度分层是实现低温燃烧过程的根本保障。本文从燃油控制和缸内状态(温度、压力和氧浓度)控制出发,以清洁高效柴油燃烧过程为研究对象,通过试验和数值模拟相结合的方法,开展了各种物理、化学因素对柴油燃烧过程的耦合控制机理研究。 基于间隔调制多脉冲喷油模式的柴油预混燃烧试验结果表明,脉冲间隔时间、脉冲喷射前后期的油量及其比例、脉冲喷射次数和喷油定时是控制柴油预混燃烧过程的关键参数。优化的喷油定时、脉冲间隔时间、脉冲油量及其比例以及喷射次数能显著改善脉冲燃油与空气的混合过程,降低未燃油滴损失率,控制缸内混合气的浓度和温度分层,进而实现对预混燃烧过程着火和放热速率的有效控制。基于间隔调制多脉冲喷油模式的“分子重整”型复合燃烧概念能在保持低排放和低燃烧噪声的同时进一步完善燃烧过程,提高燃烧效率和热效率。 预混喷油模式、喷油压力、主喷定时、后喷喷油策略及进气压力等物理因素的优化能进一步促进“分子重整”型复合燃烧过程燃油与空气的混合,改善燃烧过程,在较高负荷下实现了具有达到国Ⅴ排放标准潜力的低NOx和碳烟排放清洁燃烧过程。 可变气门技术能明显降低缸内的温度和压力,进而对“分子重整”型复合燃烧过程中的预混、主喷以及后喷燃油的燃烧放热过程产生“链”式影响。在优化的气门关闭定时下,可变气门技术与复合燃烧过程的耦合在保持较高的IMEP和指示热效率的前提下实现了最优的NOx-碳烟折中排放。 进气压力、可变气门技术、喷油策略及EGR的相互优化耦合能有效的改变高负荷时缸内的温度、压力和氧浓度状态,进而对燃油与空气的混合及燃烧放热过程产生巨大的影响。在气门关闭定时大幅度推迟,高进气压力保证足够的进气氧量的基础上,在优化的主喷定时下,引入少量EGR就能同时实现NOx和碳烟排放的大幅度下降,此时的IMEP和指示热效率也分别保持在较高的水平,基本实现了高负荷下清洁高效的柴油燃烧过程。 【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK427

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