摘 要

在不改变甚至提高柴油机动力性的前提下，通过不断降低柴油机的污染排放和燃油消耗率来满足日益严格的排放法规和节能环保要求。使用AVL Fire软件对MAN6L16/24型柴油机缸内燃烧过程进行仿真模拟计算是一种卓有成效的方法。用Fire ESE Diesel模块建立满负荷工况下的仿真模型，合理设置柴油机基本参数、初始条件和边界条件，选择合适的湍流模型、燃烧模型、喷雾模型、以及NO和soot的排放模型来仿真缸内真实运转过程，用缸内实测压力曲线与仿真模型计算压力曲线进行对比，反复调整参数，使模型的计算结果与MAN6L16/24柴油机实测结果相一致。

基于以上仿真模型，研究不同喷油正时下柴油机有效燃油消耗率、指示功率、燃烧放热率、缸内温度和压力以及NOx和soot污染物的排放质量分数变化规律，为发动机在运行中根据不同工况的需求，调整喷油正时提供依据。

关键词：柴油机、喷油正时、AVL-Fire、模拟计算

Abstract

On the premise of not changing or even improving the power of the diesel engine, by continuously reducing the pollution emission and fuel consumption rate of the diesel engine to meet the increasingly strict emission regulations and energy-saving environmental protection requirements. Using AVL Fire software to simulate the combustion process in the cylinder of MAN6L16 / 24 diesel engine is a very effective method. Use the Fire ESE Diesel module to establish a simulation model under full-load conditions, rationally set the basic parameters, initial conditions and boundary conditions of the diesel engine, select the appropriate turbulence model, combustion model, spray model, and NO and soot emission models to simulate the cylinder In the actual operation process, the measured pressure curve in the cylinder is compared with the calculated pressure curve of the simulation model, and the parameters are adjusted repeatedly to make the calculation result of the model consistent with the measured result of the MAN6L16 / 24 diesel engine.

Based on the above simulation model, the effective fuel consumption rate, indicated power, combustion heat release rate, in-cylinder temperature and pressure, and NOx and soot pollutant emission mass fraction changes of the diesel engine at different injection timings are studied. According to the requirements of working conditions, provide the basis for adjusting the injection timing.

Key words : Diesel engine Fuel injection timing AVL-Fire Simulation calculation

目录

第1章 绪论 1

1.1、研究背景 1

1.2、国内外研究现状 2

1.3、研究意义和工作内容 4

第2章 仿真模型建立与验证 5

2.1MAN6L16/24柴油机技术参数介绍 5

2.2燃烧室几何形状及网格划分 6

2.3初始条件和边界条件 7

2.4计算子模型选择 8

2.5 求解器参数设置 14

2.6仿真模型验证与分析 15

第3章 喷油正时的影响研究 22

3.1喷油正时对功率和燃油消耗率的影响 22

3.2喷油正时对燃烧放热率的影响 23

3.3喷油正时对缸内压力和平均温度的影响 23

3.4喷油正时对燃烧排放物质量分数的影响 24

3.5 本章小结 25

第4章 全文总结和展望 26

4.1、全文总结 26

4.2、改进和展望 26

参考文献 27

致谢 28

绪论

1.1、研究背景

从内燃机诞生的一个多世纪以来，其发展、生产和运行与能源以及环境的问题紧密相关，又因内燃机广泛运用于汽车和船舶等运载工具，排放污染十分严重，故其是节能减排的主要目标之一。

即将实施的国六发动机1型排放标准如表1.1。同时法规规定测试的循环要由NEDC升级为WLTC。 其中WLTC是基于庞杂的驾驶条件及复杂的道路类型的大数据来研发出来的测试循环，其更能模拟真实的驾驶工况，而且WLTC引入长时间的燃油蒸发排放控制试验和VOCs加油排放试验。其强化了VOCs排放控制，使蒸发排放控制水平上升接近一倍左右，具有非常严格的排放测试要求。

表1.1 国六I型排放要求

这次国六标准是现行国五标准的一次全面升级，非常严格。对于发动机排放升级来是时间紧迫，任务繁重，挑战巨大。但这也是一个符合中国国情和环境需求的减排需求，对引领中国发动机排放体系，促进发动机进步有积极意义。

据相关部门的报道，全球运输行业中船舶所带来的污染排放量大约占全球氮氧化物(NOx)排放量的13％，占全球温室气体排放量的2.1％。由船用柴油机的燃烧特性可知，其最主要排放物是NOx和soot。国际海洋组织 IMO(Inter national Maritime Organization)推出了船用柴油机的排放法规。2016 年1月开始实施的TierⅢ法规在排放控制区 ECA(emission control area)相较于TierⅡ对 NOx 排放的限制下降了大约 75%，这使得关于船舶内燃机降低排放的技术快速发展,而通过合理地组织缸内燃烧来降低 NOx 和碳烟排放是简洁有效且成本可控的方法。