乙醇柴油發(fā)動機性能優(yōu)化的模擬分析.pdf

1、近年來，我國交通運輸業(yè)快速發(fā)展，對石油的需求迅速增加。乙醇作為一種可再生資源，在發(fā)動機上使用柴油摻燒乙醇具有重要意義。本文在對現(xiàn)有ZS195型單缸直噴柴油機結(jié)構(gòu)不做任何改變的前提下，首先通過試驗確定使發(fā)動機獲得較好性能的最佳乙醇柴油混合比例，其次采用STAR-CD軟件進行了發(fā)動機燃用混合燃料時不同EGR率、壓縮比、渦流比和循環(huán)方式的模擬研究，分析比較其燃燒狀態(tài)和排放歷程的宏、微觀場，為優(yōu)化乙醇柴油發(fā)動機性能提供理論指導(dǎo)。研究結(jié)果如下：<

2、br>　　 (1)臺架試驗結(jié)果表明，在最大扭矩和標定工況轉(zhuǎn)速下，發(fā)動機燃用E0、E10、E20、E30四種燃料時，隨著乙醇摻混比例增加油耗率增加，小負荷時增加量較多，中高負荷時增加量較少，其中E20當量燃油消耗率低于其它三種燃料，熱效率最高。排放測試結(jié)果表明，只有當乙醇的比例合適，才能明顯減少NOx排放，以E20為最佳；在中高負荷運行工況范圍內(nèi)，混合燃料的SOOT排放均比純柴油的SOOT排放有大幅降低，隨著乙醇比例增加，SOOT逐級下

3、降。
　　 (2)對發(fā)動機標定轉(zhuǎn)速2000r/min和標定功率8.8kW運行工況下進行發(fā)動機燃用四種燃料的動力性、經(jīng)濟性及排放性能的模擬值與試驗值比較，模擬和試驗結(jié)果基本一致，驗證了模擬平臺的可行性。模擬結(jié)果表明，隨著柴油摻燒乙醇量的增加，NO和SOOT的生成量均明顯下降，但如果乙醇摻混比例過高（如E30），NO生成量反而接近純柴油的NO排放水平。綜合分析認為，可選擇E20作為分析乙醇柴油發(fā)動機性能優(yōu)化的適用燃料。
　　

4、 (3)在標定工況下進行了發(fā)動機燃用E20混合燃料時不同EGR率、壓縮比、渦流比和循環(huán)方式的性能影響模擬研究。結(jié)果表明，隨著EGR率的變大，缸內(nèi)壓力下降，最高燃燒溫度增加，NO和SOOT可同時減少，其中NO排放減少明顯；隨著壓縮比的降低，缸內(nèi)最高壓力和最高燃燒溫度明顯降低，NO排放明顯減少，但SOOT排放增加；隨著渦流比的變大，缸內(nèi)最高壓力和最高燃燒溫度依次變大，但NO排放和SOOT排放同時降低；對于進氣門晚關(guān)的米勒循環(huán)，隨著進氣行程的

5、縮短缸內(nèi)壓力和燃燒溫度均降低，當進氣行程合適(如IR=-O.85)，NO和SOOT排放同時減少，其中NO排放減少更為明顯，當進氣行程過小時，SOOT的生成沒有進一步改善；進氣門早關(guān)的米勒循環(huán)與進氣門晚關(guān)的米勒循環(huán)相比，由于進氣門早關(guān)多一個膨脹冷卻的過程，這使得在相同的進氣行程下（如-0.85和+0.85），采用進氣門早關(guān)的米勒循環(huán)的缸內(nèi)最高壓力和最高燃燒溫度更低，NO和SOOT排放也略低。幾種措施的同一曲軸轉(zhuǎn)角下溫度和濃度場的微觀分析表

6、明，發(fā)動機燃用純柴油時NO的生成與溫度場分布密切相關(guān)，但摻燒乙醇后，NO生成區(qū)域與燃油濃度場區(qū)域的相關(guān)性更為明顯；而發(fā)動機燃用純柴油與乙醇柴油混合燃料對SOOT生成區(qū)域影響一致，都與燃油濃度場分布區(qū)域緊密相關(guān)。
　　 (4)在發(fā)動機性能影響模擬研究的基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化模擬研究。結(jié)果表明，發(fā)動機同時采用進氣門晚關(guān)（IR=-0.85）的米勒循環(huán)、初始渦流比為2.2和較小的EGR（EGR率為5％）的措施時，在基本保持原有發(fā)動機動力水平的