分層稀燃LPG缸內(nèi)直噴發(fā)動機燃燒及排放過程的理論研究.pdf

1、液化石油氣(LPG)具有碳?xì)浔鹊停镣橹蹈?，燃料的單位熱值價格低，具有很好的HC、NOx和Soot等污染物減排的潛力，同時良好的經(jīng)濟性和排放性能使LPG成為優(yōu)良的汽車代用燃料之一。但目前LPG發(fā)動機多采用預(yù)混合均質(zhì)燃燒，導(dǎo)致燃油經(jīng)濟性及動力性均較差，而采用液念態(tài)LPG缸內(nèi)直噴可顯著改善動力性、經(jīng)濟性及排放性能，特別是分層稀燃可顯著提高部分負(fù)荷經(jīng)濟性。本文在形成的較好的分層稀薄混合氣的基礎(chǔ)上對LPG的燃燒和排放過程進(jìn)行了數(shù)值解析，同時利用

2、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)軟件CHEMKIN對排放物研究作為補充，使對研究更加精確，為優(yōu)化LPG發(fā)動機的燃燒和排放性能提供重要的理論依據(jù)。
　　 為了使建立的LPG直噴發(fā)動機數(shù)值計算模型能夠準(zhǔn)確地模擬出發(fā)動機的實際工作過程，我們分別采用了噴霧可視化實驗和缸壓實驗對所建的噴霧模型和燃燒模型進(jìn)行了驗證和標(biāo)定。通過實驗和計算數(shù)據(jù)的對比，我們選擇的計算模型可以很好的模擬噴霧和燃燒過程。
　　 在此基礎(chǔ)上我們首先對分層稀薄混合氣的燃燒過程做了

3、詳細(xì)的數(shù)值計算，結(jié)果表明：在部分負(fù)荷(2000rpm)條件下通過對缸內(nèi)壓力、溫度以及燃料濃度場的變化情況分析可以得出推遲點火不利于動力輸出和氮氧化物的排放，但對于炭煙的排放有利。同時，對排放過程計算模型進(jìn)行選擇并分析計算結(jié)果，溫度對NO生成影響極其重要，點火初期缸內(nèi)高溫區(qū)域較為集中，NO的濃度也急劇上升。在上止點后5度左右生成速率達(dá)到最高，同時NO的濃度場也在最高生成速率后出現(xiàn)最高濃度。點火初期火花塞附近過量空氣系數(shù)Φ<1混合氣濃度較高

4、，生成的CO濃度相對較高，隨著活塞的運動在缸內(nèi)旋流和滾流的作用下氧氣被卷到CO高濃區(qū)域，同時缸內(nèi)溫度處于高溫狀態(tài)，促進(jìn)了CO的氧化，濃度的降低。燃燒初期火花塞周圍氧氣濃度迅速降低，導(dǎo)致使火花塞周圍炭煙濃度維持在很高的水平。隨著反應(yīng)的進(jìn)行整個燃燒室的氧氣在旋流和滾流的作用下和炭煙充分混合，同時燃燒室溫度升高，大的炭煙顆粒被氧化成小的顆粒，炭煙濃度逐漸降低。
　　 在三維CFD計算的基礎(chǔ)上，采用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)軟件CHEMKIN中的零