摘 要

为同时降低柴油机的油耗和大气污染物的排放，需要柴油机的燃烧室与喷油参数形成良好的匹配。论文以处于概念设计阶段的某款重型柴油机为研究对象，基于AVL FIRE软件搭建了其高压循环的部分燃烧室仿真模型，分别针对两种给定的燃烧室型线，在维持进气门关闭时刻、初始条件和单缸循环油量不变的前提下，研究了喷油正时和燃油喷雾夹角的正交组合对发动机经济性和排放的影响。所研究的喷油正时为710°CA、712°CA、714°CA、716°CA和718°CA，燃油喷雾夹角为144°、146°、148°、150°、152°、154°和156°，通过燃烧室型线、喷油正时和喷雾夹角的正交组合，共生成七十个算例。

仿真结果表明：对于两种燃烧室型线及其与所有喷油参数的组合算例，随着喷雾夹角增大，发动机功率增大，燃油消耗率降低，NO_x排放量增加，SOOT排放量增加；对于两种燃烧室型线及其与所有喷油参数的组合算例，随着喷油正时提前，NO_x排放量增多，SOOT排放量减少，而柴油机的燃油消耗率呈现先减小后增大的趋势。其中，最低燃油消耗率与喷雾夹角和喷油正时有关，表现出最低燃油消耗率对应的喷油正时随着喷雾夹角的增大而推迟。在所研究的七十个算例中，B型线、喷油正时714°CA和喷雾夹角156°的组合所对应的燃油消耗率最低。

关键词：柴油机；喷油参数；喷雾夹角；油耗；排放

Abstract

In order to reduce both fuel consumption and air pollutant emissions, the combustion chamber of a diesel engine needs to be well matched to the fuel injection parameters.In this paper, the effects of the orthogonal combination of fuel injection timing and fuel spray angle on engine economy and emissions are investigated for two given combustion chamber lines, under the premise of maintaining the initial condition at the moment of intake valve closure and the fuel volume of the single cylinder cycle. The injection timing studied was 710° CA, 712° CA, 714° CA, 716° CA and 718° CA, and the fuel spray angle was 144°, 146°, 148°,150°, 152°, 154° and 156°. Seventy cases were generated from the orthogonal combination of combustion chamber line, injection timing and spray angle.

Simulation results show that: for two combustion chamber line and its combination with all injection parameters, with the spray angle increases, engine power increases, fuel consumption rate decreases, NOx emissions increase, SOOT emissions increase; for two combustion chamber line and its combination with all injection parameters, with the injection timing ahead, NOx emissions increase, SOOT emissions decrease, while the fuel consumption rate of the diesel engine shows a trend of decreasing and increasing.Of these, the minimum fuel consumption rate is related to the spray angle and spray timing, showing that the spray timing corresponding to the minimum fuel consumption rate is delayed as the spray angle increases in the studied

Key Words：Diesel；Injection parameters；Spray Angle；Fuel consumption；Emissions

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 喷油参数研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 主要研究内容 3

第2章 柴油机高压循环模型的建立 4

2.1 概念机参数的选取 4

2.1.1 柴油机基本参数选取 4

2.1.2 柴油机燃烧室型线的设计 4

2.1.3 喷油器参数选取 5

2.2 网格的划分 5

2.3 子模型的选取 7

2.3.1 湍流模型 7

2.3.2 喷雾模型 8

2.3.3 燃烧模型 11

2.3.4 排放模型 11

2.4 确定边界条件和初始条件 13

2.5 本章小结 14

第3章 喷油参数对柴油机油耗和排放的影响 15

3.1 喷油正时对油耗和排放的影响 15

3.1.1 喷油正时对油耗的影响 15

3.1.2 喷油正时对排放的影响 18

3.2 喷雾夹角对油耗和排放的影响 20

3.2.1 喷雾夹角对油耗的影响 21

3.2.2 喷雾夹角对排放的影响 23

3.3 燃烧室与喷油参数的优化匹配 25

3.3.1 A、B型线柴油机仿真数据分析 25

3.3.2 A、B型线柴油机喷油参数匹配 27

3.4 本章小结 28

第4章 总结与展望 30

4.1 总结 30

4.2 展望 30

参考文献 31

致 谢 33

第1章 绪论

1.1 研究背景

内燃机起源于19世纪的德国，具有机动性好、热效率高、工况范围宽等特点，长久以来被广泛应用并不断改进。内燃机主要应用于汽车、船舶、农用机械和工程机械等方面，它对我们生活和社会的进步都起着至关重要的作用。随着人们生活水平的上升，汽车已经走进了越来越多的家庭。清华大学汽车产业与技术战略研究院院长赵福全表示，2030年我国汽车的千人保有量将达到300辆，届时汽车年产量将达到4000万辆^[1]。虽然近年来诸多新能源动力不断出现，但业界认为在接下来的几十年甚至更长时间内内燃机仍然占据主要的地位。

柴油机采用压缩着火方式，具有能量转化率高、转矩大和燃油经济性高等优点，也是大型机械和工程机械的主要驱动力。随着柴油机技术的发展，柴油机车的舒适性大大提高，低油耗、低排放的柴油机车迅速发展。据统计，发达国家几乎所有的重型车都使用柴油机作为动力来源，轻型车的使用比例也达到90%以上，因此，柴油机是未来动力发展的趋势^[2]。