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| 本文提出发动机富氧富氮进气变组分的控制及燃烧研究，是通过改变进气组分和充量，重整燃烧前缸内氧气组分的浓度与分布，来改善燃烧和排放的主动控制技术。发动机燃烧中的富氧和富氮，分别起到助燃和阻燃的作用，通过变氧浓度分布的控制，来改善缸壁处淬熄现象并降低气缸中心处的高温，从而减少CO、NOx和未燃颗粒物，提高燃油经济性。本文通过CFD软件Fluent对汽油发动机富氧和富氮进气进行模拟计算，分析不同条件下富氧富氮的进气规律，及其对不同形状汽油机燃烧室的适应性。研究从两部分展开，即富氧进气和富氮进气，考查富气体与空气在缸内混合后氧气组分的分布特性，每个部分先从喷嘴的空间布置（位置和角度）开始，分析对不同燃烧室的适应性，接着通过改变喷射压力、喷射浓度、喷射形式等进行优化控制分析。在富氧进气的分析中发现，富氧喷嘴位置Ⅰ比较适合气门轴线与气缸轴线平行的浴盆形燃烧室，而对气门轴线与气缸轴线成一定角度的球形和楔形燃烧室来说，位置Ⅱ的喷嘴有更好的表现。在低速工况下，这两种布置形式都可有效组织缸内气体流动，使得压缩终了时缸内可以形成中稀外浓的变密度氧气分布。此外，对半球形燃烧室进行富氧进气可控性分析后，发现富氧进气适用于中低转速。在这个转速区下，富氧进气受喷射压力影响比较大，1000r/min时宜选择较低的喷射压力1.2－1.8atm，3000r/min时宜选择较高的喷射压力1.8－2.4atm，两者都宜选择26%－28%的喷射浓度。对于高速区各影响因素起不到明显的效果。对于其它形状燃烧室的富氧进气可控性有待进一步分析。富氮进气主要针对中高转速工况。对三种不同汽油机燃烧室的适应性分析发现，只有喷嘴位置Ⅰ可在压缩终了时缸内形成中间稀外层浓的变密度氧气分布，且只对半球形和楔形燃烧室有效。对半球形燃烧室进行富氮进气可控性分析发现，富氮进气对中高转速都适用，且受喷射压力的影响比较大，宜选择低点的喷射压力1.2-1.8atm，和低一点的喷射浓度80%-84%。对于其它形状燃烧室的富氮进气可控性有待进一步分析，尤其是浴盆形燃烧室的富氮进气研究。此外，对比了不同进气模式的富氧燃烧及其与自然进气时的燃烧，发现在中低转速时，富氧进气与自然进气比较，燃烧后缸内的压力及温度均有所提高，且CO生成降低。而在中高转速时，不同进气模式的富氮燃烧与自然进气时相比，其燃烧性能得到改善，缸内的压力、温度和CO生成匀有所下降。通过以上的分析可见，富氧和富氮喷射可以实现发动机进气浓度场变密度分布，并改善燃烧。尤其是对半球形燃烧室的分析，可作为更深层次分析的基础，实现不同形状燃烧室的区域性的燃烧平衡，降低最高燃烧温度，最终解决NOx的排放问题。 |
文档标签:
流体力学
