低排放柴油机燃烧及放热规律研究

低排放柴油机燃烧及放热规律研究 11211 王建勇 刘胜吉 罗福强 庄 兵 汤 东 ( )212013 1. 江苏大学汽车与交通学院 镇江 2. 江淮动力股份有限公司 盐城 224001 摘要 :柴油机的燃烧过程对其性能及排放有较大影响 ,随着排放的日益严格 ,柴油机采用提高喷油压力 、推 迟喷油来降低 NO排放 。根据实测低排放柴油机气缸压力 ,分析其燃烧过程特性及放热规律 。结果明 ,推迟喷 x 油 ,柴油机在大部分工况下 ,燃烧在上止点后才开始 ;最大压力升高率 、最大燃烧压力较低 ,其对应相位较迟 ,放热峰 值也较低 。 关键词 :柴油机 燃烧 放热规律 A na ly s is o f C om b u s tio n P ro ce s s a n d th e H e a t R e le a se in a Low Em is s io n D ie s e l E n g ine 1 2 1 1 1 Z huang B ing , W ang J ianyong , Tang D ong , L iu S heng ji , L uo Fuq iang ( )1. J iangsu U n ive rsity, Zhen jiang 212013 , Ch ina; 2. J iangsu J iangdong Group , Yancheng 224001, Ch ina A b s tra c t: The com bu stion p roce ss and hea t re lea se ra te have grea t influence on the p e rfo rm ance and em ission s of d ie se l engine. The d ie se l engine w ith la te fue l in jec tion advance angle cou ld have low NOem ission leve . l The com bu stion x p roce ss and hea t re lea se ra te of a low em ission d ie se l engine a re ana lyzed by m ea su ring cylinde r p re ssu re. The com bu stion p roce ss begin s afte r top dead cen te r in low em ission d ie se l engine. So a s the m axim um p re ssu re rising and m axim um cylinde r p re ssu re a re low, the c rank angle of m axim um cylinde r p re ssu re is la te, and the hea t re lea se ra te is a lso low. Ke y w o rd s: D ie se l engine, Com bu stion, H ea t re lea se mode )2 压缩和燃烧过程中系统是封闭的 ,没有工质 ,在国民经济 柴油机是热效率较高的动力机械 各个领域中有广泛的应用 。随着排放法规的日益严 的泄露 。格 ,低排放柴油机采用提高喷油压力并用较小的喷 )3 把燃烧 室周 围 零件 的温 度 看成 是均 匀 的常 油提前角来降低 NO排放 。同时为降低油耗提高柴 x值 ,同时燃烧室的温度就空间而言也看成是均匀的 。 油机效率 ,对燃烧过程进行优化 ,从源头上对有害排 )4把燃烧室内的辐射传热和燃油的蒸发吸热等 放物加以控制 ,即首先在柴油机内对排放物加以控 热交换 ,都放 在传 热 系数 中统 一 考 虑 , 而 不 单 独 考 制 。燃料的 燃烧 是决 定 柴油 机性 能 的 基 本 过 程 之 虑 ,把燃烧过程中缸内散热过程看成是一个稳定状 一 ,许多现象都与气缸中的燃料放热规律有关 ,而燃 态的对流换热过程 ,并用对流换热公式计算 。 烧过程特性及放热规律强烈影响着柴油机的功率 、 [ 1,8 ] ) 5 燃料全部完全燃烧 ,没有 C , CO 的排出 ,排放油耗 、寿命及排放等 。因此 ,研究发动机中燃烧 物为完全燃烧产物和剩余 N 和 O , 不考虑燃油的 2 2 及放热规律就显得特别重要 。本文主要研究柴油机 高温裂解 。 转速和负荷对燃烧及放热规律的影响 。 1. 2 放热规律的计算模型 由热力学第一定律 , 有1 燃烧放热规律计算热力学模型 dQ dQ ()B w d m ?u dV ( )1 = + p - φφφ φ dddd1. 1 模型的基本假设 : m 为工质质量 , kg; u 为比内能 , J / kg; p为气缸 式中 燃烧放热规律在一定的假设下 ,根据热力学中 3 内压力 , Pa; ; V 为气缸容积 , m ; Q为气缸内工质与燃 能量守恒定律和能量转换定律由实测示功图计算而 w 烧室壁热交换 ,对外传热为负 ,气缸壁对工质传热为正 , 得 。柴油机缸内的热力学过程满足零维假定 ,即 : φ) ( J; Q为燃料的燃烧放热量 , J;为曲轴转角 , ?。 ) B 1 视工质为匀质气相 ,并视为理想气体 ,状态变 ) 1 气缸内瞬时质量内能变化率 化服从于状态方程式 。 λ du 9u dT 9u d 喷油量加大 ,放热量加大 ,气缸最大压力升高 。由于 ( )2 = + , φ φ λ d9T d9dT喷油较迟 ,该柴油机最大燃烧压力及最大压力升高 λ 式中 T为气缸内工质温度 , K;为过量空气系数 。率与传统柴油机相比均较小 。 )2 气缸内工质质量变化率 Q d dm 1 B( )= , 3 φφ dH du 式中 H为柴油的低热值 。 u ) 3 过量空气系数变化率 dQλ λ dB( )= - ,4 φ φ dm dB 式中 m为瞬时已燃烧的燃料量 。 B 图 2 不同气缸最大压力升高率随负荷变化对比图 )4 由气体状态方程得到 dT d pV 1 T dm dV dp () ( )=5 = - , p + Vφ φ φdd m d m m RR φ φ dd 式中 R 为气体常数 。 综合上式 ,得到 dQ dVw 1 9u dp dV p- +V + p φ φ dQddR 9T φ φ ddB( )6 = φ d 1 λ 9u 9u 1 - u - T - m H3 气缸内最大压力变化曲线 图 λ 9T 9m u B 图 4是气缸最大压力所对应的曲轴转角变化曲φ φ() 给出初值条件 ,=燃烧的起始角度 时 , Q 1 B p= 线 。除 空 载及 最大 转矩 点 、平 均有 效压 力 为 () λ λ( = 0, m = m 燃烧前工质质量 ,=燃烧前的过 m e1 1 0. 12 M Pa工况的最大压力为气缸压缩压力外 ,其余 ) ( ) 量空气系数 , 可 用 龙 格 - 库 塔 法 对 6 式 积 分 求 工况的最大燃烧压力出现的相位均较迟 。解 ,并求得柴油机气缸内工质温度及放热规律 。 2 燃烧过程分析 试验采用 NC485 水冷 四 冲程 直喷 式 低排 放柴 油机 ,用自行开发的内燃机工作过程测量分析系统 测量其标定转速及最大转矩点转速在不同负荷时的 (燃烧过程 。图 1 是不同工况 以平均有效压力 p表 m e)示 下的示功图曲线 。由于喷油较迟 ,在大部分工况 下 ,喷入气缸的燃料几乎全部在上止点后燃烧 ,燃烧 始点位于上止点之后 ,降低了最高燃烧压力和最高 图 4 气缸最大压力所对应的曲轴转角 燃烧温度 ,能够抑制氮氧化物的生成 ,同时燃烧噪声 下降 。图 2是最大压力升高率曲线 ,可以看出最大 3 放热规律分析 压力升高率随负荷的增加而增加 ,由于每循环供油 () 图 5是不同工况 以平均有效压力 p表示 下 m e量的加大 ,燃烧加快 ,放热率提高 ,最大压力升高率 气缸内温度变化曲线 ,由于喷油较迟 ,温度急剧升高 增加 。图 3是气缸最大压力曲线 ,随着负荷的增加 , 点 出现在上止点之后 ,最高燃烧温度出现在上止点 图 5 气缸内温度随曲轴转角变化曲线 ()下转第 18页 页的形式返回给客户 。当远程客户需要对数据库中 ,在 In te rne t / In trane t连接到的地方 ,均可 的封闭局面 历史记录进行查询时 ,向 W EB 服务器申请访问一个用浏览器进行实时 。通过大量的模拟试验 ,结 A SP文件 , W EB 服务器调用 A SP 文件 ,然后解释执 果表明 ,该系统具有操作方便 、运行稳定 、技术手段 行每一条脚本语句 ,用 ADO 组件通过 ODBC 接口访 先进 、功能完备 、自动化程度高等众多优点 ,同时避问数据库 ,再把执行的结果生成 H TML 文件传给客 免了人为因素对检测数据的影响 ,增强了检测数据 [ 6 ] 户端 。A SP访问数据库的模型如图 6。 的可信度 。 参 考 文 献 鲍一丹 ,王立大 ,蔡建平. 虚拟仪器技术在拖拉机性能测试中的应 1 ( ) 用. 浙江大学报 , 2003 , 29 3 : 335 ,338 扬乐平 ,李海涛 ,赵勇. L abV IEW 高级程序. 北京 :清华大学出 2 版社 , 2003 吉根林 ,崔海源. W eb程序设计. 北京 :电子工业出版社 , 2002 刘图 6 A S P 访问数据库的模型 君华 ,郭会军 ,赵向阳. 基于 L abV IEW 的虚拟仪器设计. 北京 : 电3 远程实时检 测 网站 的设 计 , 是 采用 M ac rom ed ia 子工业出版社 , 2003 4 D reamwave r设计具有层次样表的页面 ,用 A SP设计的 李贺 ,靖继鹏 ,杨万亭. 汽车工业网络数据库系统的设计与开发. ( ) 情报学报 , 2003 , 22 1 : 46 ,51 各测试页面指定到相应超级链接 ,这样当用户进入网 5 陈芳 ,李俊娥 ,陈兵. 基于技术 A SP /ADO MD 建立的 W EB 与数据 站此页面后即可快速选择定位到相应测试功能界面 ,( ) 仓库的接口. 计算机工程 , 2003 , 29 4 : 187 ,189 6 以进行观看或控制某拖拉机测试点的实时检测 。 5 结束语 )(()编辑 郭聚臣 收稿日期 : 2004 - 10 - 09 本系统的开发应用 ,突破当前大多数检测系统 ()上接第 13 页 之后 22 ?CA 左右 。负荷增加 ,燃烧温度增加 。,放热率第二峰值不太明显 。负荷愈大 ,即每 点之后 图 6是柴油机放热规律曲线 。由图可以看出各 循环的喷油量愈多 ,放热峰值愈高 ,其出现的相位也 () 工况 以平均有效压力 p表示 燃烧始点均在上止 愈靠上止点 。 m e 图 6 放热规律曲线 3 尹必峰. 小缸径多缸柴油机噪声与工作过程的研究 : [学位论文 ]. 镇江 :江苏理工大学 , 2001 4 结论 冯明志 ,肖福明 , 金晶 ,等. 利用放热规律计算研究柴油添加剂对 4 柴油机推迟喷油来降低 NO排放 ,大部分工况 ( ) 燃烧过程的影响. 内燃机学报 , 1996 , 14 1 : 23 x 燃烧在上止点之后进行 ,最大压力升高率 、最大燃烧 周俊杰 ,刘汉军 ,吴永红. 柴油 —液化石油气双燃料发动机放热规 5 压力较低 ,对应相位较迟 ,放热峰值也较小 。 ( ) 律的研究. 小型内燃机 , 2000 , 29 1 : 39 ,41 刘永长编著. 内燃机热力过程模拟. 北京 : 机械工业出版社 , 2001.6 134 ,148 何 学 良 , 李 疏 松 编 著. 内 燃 机 燃 烧 学. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 参 考 文 献 1990. 292 ,316 7 1 Jo séM D esan ts, Jean A rrègle, Carlo s Feno llo sa, e t a l. A na lysis of the周龙保主编. 内燃机学. 北京 :机械工业出版社 , 1999. 119 ,121 Influence of In jec tion R ate and R unn ing Cond ition on the H ea t R e2 罗福强 ,高宗英. 柴油机瞬变工况瞬时转速及工作过程测量分析 8 lea se R a te in a D. I. D iesel Engine. SA E 2001 Tran sac tion s, Jou rna l ( ) 系统. 内燃机工程 , 1996 , 1 : 23 ,28 9 of Engine s Sec tion 3 , 2001 - 01 - 3185 2 尧命发 , 段家修 ,覃军 , 等. 双燃料发动机燃烧放热规律分析及燃 file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt df机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldf file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56