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1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文噴油策略對(duì)柴油機(jī)性能影響的試驗(yàn)和計(jì)算研究ExperimentalandComputationalStudyofFuelInjectionStrategiesonEnginePerformance學(xué)科專業(yè)：動(dòng)力工程研究生：馬名揚(yáng)指導(dǎo)教師：彭志軍教授企業(yè)導(dǎo)師：熊如意高級(jí)工程師天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2017年12月摘要近年來，隨著柴油機(jī)噴油技術(shù)的不斷發(fā)展，柴油機(jī)的性能得到了不斷提高，使得柴油機(jī)具備了更高的效率和更低的排放。但是隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，工程研究中對(duì)噴油策略的要求也越來越高。為了探究不同噴油策略對(duì)發(fā)
2、動(dòng)機(jī)性能的影響，本文采用試驗(yàn)和仿真相結(jié)合的研究方法，深入研究了柴油機(jī)噴油策略對(duì)其性能的影響。首先，本文通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，分析了柴油機(jī)在使用矩形噴油率形狀時(shí)，不同邊界條件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。發(fā)現(xiàn)在兩次噴射條件下，當(dāng)主噴時(shí)刻位于上止點(diǎn)之后時(shí)，排放物的生成量都能維持在一個(gè)較低的水平，并且此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩不受影響。固定每循環(huán)的噴油質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)合適的預(yù)噴比例可以使生成的HC、CO和碳煙的質(zhì)量同時(shí)減少，并且氮氧化物的生成量增加不多。每循環(huán)的吸氣量越多，生成的氮氧化物就會(huì)增多，生成的未燃的HC和CO的量，先是逐漸增加，但是隨后又會(huì)減小
3、。而燃油噴射壓力主要是影響噴射速率，噴射速率進(jìn)而響了CO和氮氧化物的生成，并且使得碳煙的生成量稍有減小。然后，建立和標(biāo)定了基于KIVA-3V程序的三維計(jì)算模型，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對(duì)。通過模擬，研究了預(yù)噴正時(shí)和燃油噴射角度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和排放特性的影響。模擬結(jié)果表明，當(dāng)預(yù)噴正時(shí)在上止點(diǎn)前5度到7度之間時(shí)，可以使CO、NOx和HC的生成量都維持在一個(gè)較低的水平，并且不影響指示燃油消耗率。并且，最終生成的HC和CO主要分布在燃燒室凹坑附近，主要原因是部分燃油打在了燃燒室壁面，由于壁面附近的溫度相對(duì)于燃燒室凹坑中部的溫度偏低，進(jìn)而
4、影響了燃油的霧化和蒸發(fā)過程。最后，基于數(shù)值計(jì)算重點(diǎn)分析了矩形、三角形、階梯形、遞增形、遞減形等五種不同噴油率形狀對(duì)柴油機(jī)燃燒和排放特性的影響，并探究了噴油間隔和噴油速率對(duì)五種不同的噴油形狀的影響。研究發(fā)現(xiàn)通過采用所設(shè)計(jì)的噴油率形狀，可以控制燃燒相位和燃燒過程，進(jìn)而影響柴油機(jī)的性能和排放物的生成。當(dāng)預(yù)噴和主噴都采用矩形噴油率形狀的時(shí)候，在不同的噴油間隔和噴射速率下，最終生成的氮氧化物的含量總是最低的；而采用階梯形噴油規(guī)律的時(shí)候，HC和CO的生成量是最少的，指示燃油消耗率最小，但是氮氧化物的生成量會(huì)增多；采用遞增形噴油規(guī)律時(shí)，
5、燃燒效率則是最高的。關(guān)鍵詞：柴油機(jī)，KIVA-3V，噴油策略，噴油率形狀，燃燒排放IABSTRACTInrecentyears,withthecontinuousdevelopmentofdieselfuelinjectiontechnology,theperformanceofdieselenginehasbeenfurtherimproved,leadingtohigherefficiencyandloweremissions.However,withtheincreasinglystringentemissionre
6、gulations,thedemandforadvancedfuelinjectionstrategyisbecomingurgent.Inordertoexploretheeffectofadvancedinjectionstrategyonengineperformance,acombinationofexperimentsandsimulationswereemployedtostudythedifferentfuelinjectionstrategies.Atfirst,theeffectsofmaininject
7、iontiming,pilotfuelquality,railpressure,andintakeairflowmassrateondieselenginetorque,HC,COandsootemissionswastheinvestigatedinanenginetestrig.Theexperimentalresultsshowedthatunderthetwo-injectioncondition,whenthemaininjectiontimingwaslocatedafterthetopdeadcenter,t
8、heemissionswouldhavemaintainedatalowlevel,andthetorquewasgenerallyconstant.Whenthefuelinjectionpressurechanges,withtheincreaseofinjectionpressure,thecon
