石俊伟[1]2003年在《降低车用直喷式柴油机排气污染物的数值模拟和试验研究》文中研究指明随着国家排放法规的日益严格，必须采用先进技术改进我国现有的直喷式车用柴油机。本文的工作目标就是降低我国现有直喷式柴油机NOx 和微粒的排放使其能够满足欧II排放法规的要求。在更换油泵提高喷油压力的基础上，对直喷式柴油机的性能和排放水平起主要影响作用的因素诸如燃烧室形状、喷油嘴等进行了改进设计。根据燃烧室设计理论，在压缩比不变、保证容积一定的情况下，开发设计了几种燃烧室，并用数值计算在相同初始条件下，对比了几种燃烧室的燃烧喷雾过程，以及生成物预测，发现燃烧室中心底部凸起，易于形成济流，油束落点落在燃烧室壁面的过渡圆弧要有利于油束撞壁后的扩散运动，可以与空气进一步充分混合。通过应用数值模拟的研究手段，对几种不同形状燃烧室和喷油嘴参数的柴油机，进行了燃烧工作过程的叁维数值模拟仿真，实现了对排放污染物生成的预测，减少了实验的次数，降低了实验开支，节省了人力、物力和时间。本文通过对直喷式柴油机的气相流动过程、喷雾过程和燃烧过程的数值模拟仿真计算，详细地展示了缸内流场、喷雾发展形态及空间分布情况和缸内的温度场。着重分析了缸内喷雾流场的演变规律、湍流和旋流的特点以及排放污染物的形成情况。并通过与实验结果的对比，验证了计算模型和计算参数选取设置合理。通过理论分析、数值计算与实验相结合的研究手段，对影响柴油机性能和降低排放水平的主要因素，诸如燃烧室形状、喷孔数、喷孔直径、喷雾锥角、喷油提前角进行了详细地分析与研究。
周斌[2]2004年在《基于BP神经网络的内燃机排放性能建模与应用研究》文中认为随着内燃机应用领域的不断扩大、内燃机数量的急剧增加(以汽车保有量剧增为代表)以及对大气污染控制的日益严格，内燃机排放及控制问题的研究成为一个热点。本文针对内燃机排放研究手段存在的问题——试验研究所需设备复杂、昂贵；数学建模研究影响因素多而复杂，且无明确的规则可遵循(因内燃机燃烧及排放形成机理尚未完全探明)，提出利用神经网络理论建立基于普通试验设备、少量排放试验数据、不用复杂的数学建模与计算即可预测内燃机稳态排放性能、汽车工况法排放以及进气成分对排放的控制作用模型的设想，并进行了实施。主要工作为： 1)在充分研究BP神经网络理论及内燃机系统工作特点的基础上，提出了完整的基于BP神经网络的内燃机稳态排放性能模型建模方法。其中，样本确定采用作者提出的变边界新正交设计法；利用6135ZG柴油机试验台测取了建模所需的训练及测试样本。在此基础上，建立了内燃机稳态排放性能预测模型，并将该模型成功地用于内燃机稳态排放特性及十叁工况循环排放预测。 2)在对内燃机瞬态排放与稳态排放差异及影响因素进行深入分析的基础上，提出基于内燃机稳态测试进行汽车工况法排放预测的双模型预测法。为实现这个方法，首先由计算得到汽车工况法测试循环对应的发动机工况，然后根据作为对象发动机的非增压(或低增压)柴油机的工作及排放特点，假定过渡过程按准稳态进行、柴油机冷起动时温升呈线性，在稳态模型基础上，增加输入层神经元和表征发动机热力状态变化的学习样本，建立了内燃机冷起动后暖机过程排放预测模型。将该模型与上述稳态排放模型相结合，以1s间隔预测了汽车按欧洲经济委员会测试规范ECE-15运行时的排放变化规律。 3)把神经网络理论引入内燃机排放控制研究，提出了基于单因素试验进行多因素综合影响预测的建模方法，并以进气成分对柴油机排放的控制作用研究为例进行了实施。得出了在该机条件下为获得良好 西南交通大学博士研究生学位论文第日页排放性而又不致使动力性、经济性下降太多的各成分的范围。 由于该法的依据是试验数据，预测结果不依赖于发动机的数学模型，不会因建模过程中过多的假设而影响预测精度，可在对内燃机结构参数及有害排放形成机理不完全清楚的情况下使用，且所需的试验设备少而普通，不仅能节省研究所需的经费、缩短研究周期，而且，一些受试验条件的限制而无法进行的试验也可根据神经网络的高度非线性映射能力和泛化能力来预测。所以，作者认为，该法不失为一种快速、准确地预测内燃机排放性能的新方法。 另外，该法还普遍适用于各种类型的发动机，如柴油机、汽油机、CNG发动机和LPG发动机等，即与发动机所使用的燃料、结构类型等无关。因为建模的依据是相应发动机的实测数据，便于推广使用。 由此可见，该法的提出为内燃机性能研究提供了一条新思路和一个新手段。并且，由于对试验条件要求的降低，可大大加快排放法规的实施进程，具有较高的理论意义和工程应用价值。
李红洲[3]2004年在《483ZQ型柴油机缸内流动分析及喷射系统参数的优化》文中进行了进一步梳理汽车柴油化是汽车发动机发展的一大趋势。柴油机具有热效率高、易于实现废气涡轮增压、油耗低、扭矩大、可靠性高、使用寿命长等优点，受到了各汽车厂家的高度重视。随着人们对能源危机和环境问题的认识越来越深入，人们对汽车使用中的经济性和排放性越来越重视。由于柴油机的燃油经济性明显好于汽油机，因而柴油机的排放污染越来越人们的重视。虽然柴油机的HC、CO的排放比和排放耐久性都优于汽油机，但NOX排放量却不如汽油机。更有甚者，微粒(PM)的排放量却是汽油机的几十倍甚至更多。如何降低柴油机的NOX及微粒的排放量，是当前亟待解决的问题。柴油机的燃烧过程和排放特性主要取决于柴油机气缸内混合气的形成，而气缸或燃烧室内的气流运动和燃料的喷雾特性是影响柴油机混合气形成和燃烧过程的两大重要因素。因此本文利用AVL公司提供的FIRE软件，对车用直喷式柴油机的缩口低排放型燃烧室内流场进行了数值模拟计算分析。通过计算分析和排放对比试验结果，进一步明确轻型车用柴油机之所以采用缩口低排放型燃烧室，是由于其使用转速范围高，混合气形成和燃烧时间短，要求混合气形成时间和扩散燃烧过程加速。对应的措施就是采用Ⅱ型燃烧室，这种燃烧室能有效的控制和强化燃烧室内的气流运动，从而提高混合气形成的质量 。通过对缩口低排放型燃烧室不同结构形状的数值模拟计算分析可知，当改变中央突起的凸台形状时，对燃烧室内的气流运动分布规律以及涡流强度保持性具有较大影响，选取适合样机的凸台形状可以有效的降低柴油机的排放。发动机转速的变化对燃烧室气流运动分布规律没有影响，但对气流运动速度、涡流强度有很大的影响，随着转速的增加，气流速度增加、涡流强度增强；转速对发动机的排放也有很大的影响，随着转速的增加CO和HC的排放量增加，而NOx的排放量降低，燃烧有恶化的趋势。在挤流区靠近气缸壁边缘处设置适当的环形小容积时在涡流强度保持性基本保持不变的条件下，有效地改善燃烧室内的气流运动分布特性和强度，有利于控制高速大负荷区的CO、HC排放和排气烟度。对于这些不同气流分布特性的燃烧室进行台架对比试验的结果表明，燃烧室内不同气流特性和强度，对柴油机的排放特性影响比较明显。当控制喷射初期燃烧室内的气流强度时，可有效的抑制NOx排放，同时提高涡流强度的保持性，有利于降低CO和HC排放。但是，尽管缩口低排放型燃烧室的涡流<WP=74>保持性较好，但燃烧室内的气流运动分布特性，特别是Ⅱ型燃烧室，使得在膨胀过程中燃烧室缩口处形成明显的涡旋气流运动，所以在大负荷区，这种涡流强度较大时不利于CO和HC的排放。这说明在组织燃烧室内的气流运动时，不仅要提高涡流强度的保持性，还要组织燃烧室内合理的气流运动分布特性与之相配合，才能达到有效控制排放的目的。为了有效利用缩口低排放型燃烧室的结构特点，进行了供油（喷油）系统参数与燃烧室的优化匹配试验研究。对于喷油泵，主要改变柱塞直径和喷油泵凸轮升程。对于一定的供油量，柱塞直径和凸轮升程的不同，都改变供油规律和供油延迟时间。对比试验表明，对一定形状的缩口低排放型燃烧室，柱塞直径的变化对柴油机性能和排放特性的影响更明显。对喷油器喷孔直径进行匹配试验表明，喷油器喷孔直径减小，喷油压力大，喷油时间延长，燃烧时氧的浓度要高于大孔径喷油器，燃烧相对比较完全，导致其NOX排放的增加；中小负荷范围内，喷孔直径的变化对CO排放影响不大，但是在大负荷时，对一定的启喷压力随喷孔直径的增加，有效喷射面积增加，雾化条件变差，所以CO排放量增加，在高速大负荷时，喷孔直径对CO排放影响更明显；减小喷孔直径能在一定程度上降低HC排放；喷孔直径对燃油消耗率的影响在高转速小负荷时比较明显，即喷孔直径增大改善燃油消耗率，而在大负荷和高转速时，喷孔直径对油耗基本不影响；这是因为在高转速下，低排放型燃烧室内的涡流强度增强，改善了混合气的形成条件，喷孔直径增大时，单位时间喷射速率高，喷射时间短，提高了燃烧效率，同时相对一定的HC排放，NOX排放量增加。对供油提前角的优化匹配实验表明，对于这种燃烧室，在2200r/min以下对于的最佳供油提前角为8°CA BTDC，在额定工况下（3300r/min）的最佳供油提前角也只有12°CA BTDC左右，这说明这种燃烧室对喷注的喷射位置要求比较高，它在整个转速范围内最佳供油提前角的变化范围很小。
温永美[4]2012年在《EGR率对柴油机燃烧排放性能影响仿真分析》文中研究说明柴油机应用越来越广泛，但是车辆排放法规也越来越严格，尤其是NO和微粒之间的矛盾关系很难解决，所以我们必须寻求有效的排放控制措施。研究表明EGR能够显着地降低NO，但仍需从微观角度细致深入地揭示其作用机理；EGR对碳烟颗粒产生的影响比较复杂，因此应该从宏观和微观两个角度探讨和揭示EGR对碳烟微粒的影响；利用Φ T图综合分析缸内整体燃烧过程，找出碳烟和NO的生成条件；在EGR作用的基础之上，加入涡流比这一单因素，探讨涡流强度对柴油机性能的改善作用。本文运用仿真手段针对以上几个问题依次展开研究。利用叁维仿真软件AVL FIRE中的ESE模块建立4100直喷式柴油机的几何模型和计算网格；通过CFD模块设定边界条件、初始条件，设定合理的计算步长，选取喷雾子模型、燃烧子模型、排放子模型并调整各个参数，构建科学而合理的模拟平台。每循环供油量，缸内的初始条件压力、温度、密度及涡流强度等，边界条件气缸盖温度、气缸壁温度等都保持不变，首先设置单因素EGR率变化，找出EGR率对柴油机性能的影响；再设置单因素涡流比变化，分析涡流强度的改变对柴油机性能的影响。首先对3200r/min、50%负荷、涡流比2.3、无EGR工况的燃烧过程进行叁维数值模拟；然后分别加入0.1、0.15、0.2、0.3、0.4等的EGR，模拟它们的燃烧过程，分析EGR对燃烧和排放的影响；设EGR率为0.4不变，改变涡流比（1.5、2、2.3、2.6、3、3.5、4），得到涡流比该柴油机燃烧及排放影响规律。结果表明：一、EGR能显着地降低NO。二、随着EGR的增大，缸内燃烧平均温度降低，根据温度降低幅度，碳烟呈现不同的态势，当缸内温度大于1800K时，EGR能增大碳烟生成量；当缸内温度小于于1800K时，EGR能减少碳烟生成量。叁、由Φ T（当量比—温度）图分析得知，当量比小于2，而且局部燃烧温度保持在2200K以下才能避免高浓度NO产生；碳烟的生成条件是高当量比和中间燃烧温度区域（1800K~2200K）。四、加大涡流比能改善缸内燃烧，在小幅度升高温度的同时能大幅度降低NO；动力性和经济性在涡流比为2.6时达到最高。
高海洋[5]2000年在《QHCCI（准均质充气压缩点燃）燃烧系统研究》文中研究说明人类社会面临着两个严重问题:一个是环境污染问题,另一个是能源危机问题,这两个问题都与内燃机有密切的关系。本文通过对当前汽车发动机的研究进展作的回顾,认为汽油机上实现稀薄预混合气燃烧和柴油机上实现预混合燃烧是当前和未来研究的重要方向。 作者对一台N485分隔燃烧室柴油机进行了改造,在改造为直接喷射的基础上,开发、安装了QHCCI燃烧系统中的汽油喷射系统;提出了以油门开度信号作为汽油喷射量控制信号的控制方法;并且对柴油泵供油齿条位置传感器进行了标定。测控系统可同时进行汽油喷射控制、实时测量和处理,也可进行实时数据采集和分析。对汽油喷油器进行了静态流量和动态流量的测试。 本课题首次在以这台经过改造的四缸直接喷射柴油机为基础的试验机上进行了汽油-空气预混合气进气、压缩行程未期柴油引燃的QHCCI燃烧系统的试验研究。作者对汽油喷射定时对于发动机性能的影响进行了试验研究。试验发现,如将喷油器安装在发动机进气歧管上,距离进气门有较大距离时,QHCCI燃烧发动机的性能受喷射定时的影响很小。作者还调节了喷射压力,试验发现,提高喷射压力可以提高汽油雾化的质量,适当提高燃油喷射压力,发动机排放性能和燃油经济性会有一定的改善。 试验发现,柴油喷射系统在小供油量时的稳定性对QHCCI发动机的性能起着决定性的影响,而对于多缸机来说,各缸之间的供油均匀性则起着关键性的影响。减小油泵柱塞直径对稳定性有好处;仔细调校油泵对各缸均匀性至关重要。另外各缸喷油器的一致性也是十分重要的。 由于QHCCI燃烧系统的空间点火方式,在作者试验的引燃油量条件下,在试验的预混合气浓度范围之内,QHCCI发动机没有明显的稀燃界限,但当预混合气过量空气系数大于3.0以后,在小引燃油量下,燃烧的效率恶化。由于进气不节流,低负荷时仍然采用QHCCI燃烧方式,会因预混合气过于稀薄而使发动机性能变坏。 QHCCI燃烧方式实现了同时减小发动机烟度和氮氧化合物排放的目的。十叁工况排放测试结果表明,在发动机的微粒排放和氮氧化合物排放降低的同时,HC/CO排放却有较大的上升。 本文首次将多工况多指标寻优应用于发动机试验数据的进一步处理,对发动机运行参数的调整起到了指导作用;十叁工况试验时,在优化组合的前提下,不同的工况采用不同的提前角,就可以得到比采用单一提前角更为优越的性能。 首次建立了一个准维数学模型,巧妙地将柴油的扩散燃烧与预混合气的火焰传播燃烧结合起来,对QHCCI系统的工作过程进行了模拟。模拟结果与试验结果非常一致。模拟解释了试验中出现的一些现象,模拟也发现火焰很难传遍
参考文献：
[1]. 降低车用直喷式柴油机排气污染物的数值模拟和试验研究[D]. 石俊伟. 天津大学. 2003
[2]. 基于BP神经网络的内燃机排放性能建模与应用研究[D]. 周斌. 西南交通大学. 2004
[3]. 483ZQ型柴油机缸内流动分析及喷射系统参数的优化[D]. 李红洲. 吉林大学. 2004
[4]. EGR率对柴油机燃烧排放性能影响仿真分析[D]. 温永美. 重庆交通大学. 2012
[5]. QHCCI（准均质充气压缩点燃）燃烧系统研究[D]. 高海洋. 天津大学. 2000