柴油机燃用甲缩醛的可控预混合燃烧研究

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1、上海交通大学博士学位论文柴油机燃用甲缩醛的可控预混合燃烧研究姓名：方俊华申请学位级别：博士专业：动力机械及工程指导教师：黄震20040301摘要柴油机燃用甲缩醛的可控预混合燃烧研究摘要柴油机作为汽车动力已被广泛使用但由于其主要有害排放物氮氧化物(NOx)和碳烟的生成条件各异二者的净化方法相互抵触和矛盾目前常规措施很难同时降低两者的排放为实现柴油机的高效和低排放人们对柴油机新型燃烧方式做了大量的研究工作本文利用进气道喷射甲缩醛来形成均匀的预混合气并用柴油引燃混合气来实现柴油机可控预混合燃烧同时降低柴油机有害排放碳烟和NOx本文进行了如下的研究工作为解决预混合气制备和着火

2、控制等预混合燃烧的关键技术本文利用进气道喷射甲缩醛来形成均质的预混合气并利用柴油来引燃预混合气实现着火时刻控制考察了预混合燃料比柴油供油提前角柴油喷孔孔径对预混合燃烧和排放特性的影响研究表明该燃烧方式可以同时大幅度降低NOx和碳烟排放在所有的负荷下随预混合燃料比的增加其NOx和烟度排放都大幅度降低但进气道喷射DMM预混合燃烧对HC和CO排放有负面影响尤其在低负荷和部分负荷时HC和CO排放较高随预混合燃料比增加着火滞燃期明显缩短缸内压力峰值增加负荷越大这种现象越明显要实现柴油机预混合燃烧降低发动机的爆震倾向并进一步降低其NOx排放需要进一步采取其他措施本文研究了进气中C

3、O2浓度和压缩比对燃烧和排放特性的影响研究表明在所有的预混合燃料比下当CO2浓度增加时NOx排放随之大幅减少HC和CO排放有少许增加进气中CO2浓度对燃烧有很大的影响CO2浓度的增加有效地减小了缸内压力峰值降低了发动机的爆震倾向延长了着火滞燃期和燃烧持续期其主要原因是CO2比热容大降低了压缩上止点时的温度和燃烧时的温度但随CO2浓度的增加有效热效率稍有下降压缩比对预混合燃烧和排放的影响表明当压缩比由16.8降为14.9时缸内压力峰值下降烟度排放下降但NOx变化不明显CO和HC排放上升I摘要利用KIVA3V和湍流与化学反应交互的燃烧模型对柴油机预混合燃烧进行了模拟研究进

4、一步揭示了进气道喷射DMM的预混合燃烧过程的机理其中燃烧采用了湍流与化学反应交互的模型NOx排放计算采用了扩展的Zel'dovich机理碳烟排放的生成与氧化机理使用了现象学模型计算了不同预混合燃料比下的燃烧和排放随着预混合燃料比的增加着火滞燃期明显缩短模拟计算显示DMM在点火前已经发生低温反应放出了部分热量生成了一些氧化能力很强的原子团最终影响了着火滞燃期由缸内OH可以看到着火前预混合燃料比越高缸内OH浓度在着火前越高对于缸内温度分布和氧浓度分布计算表明采用预混合燃烧后缸内最高燃烧温度与纯柴油时比较相差不大但其高温区分布范围比纯柴油时要小对氧浓度的计算表明预混合燃烧时

5、缸内氧气浓度分布更均匀而纯柴油燃烧中缸内存在缺氧区进气中CO2浓度对燃烧和排放的影响计算表明随着CO2浓度的增加着火滞燃期变长对缸内OH浓度的模拟计算表明随着CO2浓度的增加着火前期OH生成浓度明显向后推移这表明燃料的氧化速率随CO2浓度的增加变慢从而延长了着火滞燃期对温度的分布计算结果表明进气中CO2浓度变大时燃烧温度降低有利于降低NOx的排放对NOx的计算也表明了这点同时也模拟了压缩比变化对燃烧和排放的影响关键词柴油机甲缩醛预混合燃烧排放模拟II摘要STUDYOFCONTROLLABLEPREMIXEDCOMBUSTIONONDIESELENGINEFUELEDW

6、ITHDIMETHOXYMETHANEABSTRACTManymeasuresincludinghigh-pressurefuelinjection,injectiondelay,injectionratecontrol,turbochargerandintercoolingandEGRaretakeninrecentdecadestodecreasetheharmfulemissionsofthedieselengine.However,therearetradeoffsbetweenthemeasuresforsimultaneouslyreducingNOxan

7、dsootfromtheengineexhaustgas,becauseNOxandsootemissionsareproducedfromcontradictiousconditions.ItisadilemmaticproblemtosimultaneouslyremovebothNOxandPMaccomplishedbyenginemodifications.Inthispaper,astudyofCIenginepremixedcombustionwascarriedout.Anelectricallycontrolledfuelinjec