点火室式柴油机射流控制压缩着火模拟研究

作     者：李强 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：隆武强

授予年度：2016年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：柴油机 点火室 射流控制压缩着火 NOx排放 

摘      要：柴油机作为热效率最高的动力机械装置之一,在不断发展的同时其排放也受到了法规的严格限制。为了应对法规的限制,与柴油机有关的各种技术也在不断发展,其中柴油机预混合燃烧技术已经可以实现高效清洁的燃烧过程,尤其是极低的氮氧化物(NOx)排放,因此逐渐成为柴油机燃烧研究的热点,但是柴油机预混合燃烧着火相位的控制还是难以解决。本文在河柴重工HLT132预混合燃烧柴油机上采用了一种带有点火室的射流控制压缩着火(JCCI:Jet Controlled Compression Ignition)的方式控制着火相位,并且对缸内燃烧和NOx排放等情况进行了数值模拟研究。射流控制压缩着火的原理是主燃室内的柴油预混合气被点火室内气体燃料经过燃烧产生的高温活性基所引燃。为了给JCCI柴油机的设计和优化提供理论依据,文中利用ProE建立JCCI柴油机的三维模型,利用AVL Fire模拟分析了JCCI柴油机工作时的流场、当量比、温度场、OH活性基以及NOx的分布情况。计算了JCCI柴油机在4个工况下的缸内压力,温度,放热率等数据。文章中采用的计算方案如下：柴油机采用较低的几何压缩比,并采用进气门晚关策略降低柴油机有效压缩比,降低活塞运动到上止点时主燃室内的最高温度,以保证柴油预混合气在活塞运动到上止点前不能被压缩着火。采用早喷策略,喷油提前角为60℃ABTDC,以保证得到较均匀的柴油预混合气。设计了点火室和点火室的天然气(NG)燃料供给系统。点火室内混合气由火花放电点燃,形成射流,触发主燃室内压缩着火。模拟结果表明：JCCI柴油机可以实现低温燃烧,能够有效降低NOx排放,点火室内燃烧产生的高温射流能够有效控制主燃室内柴油预混合气的着火相位。JCCI柴油机的放热率具有两个峰值,分别由点火室和主燃室内的燃烧形成。点火室内燃烧形成的高温射流提高了主燃室内的混合气温度,加上射流对主燃室内混合气的扰动和高温活性基的作用,直接触发了主燃室内的预混合气着火。在中高负荷时,适当降低有效压缩比,点火室射流也能起到主动控制着火相位的作用。在全负荷时引入EGR可以有效降低JCCI柴油机的燃烧速率和NOx的排放。