乙醇柴油發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化的模擬分析.pdf

1、近年來，我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)快速發(fā)展，對(duì)石油的需求迅速增加。乙醇作為一種可再生資源，在發(fā)動(dòng)機(jī)上使用柴油摻燒乙醇具有重要意義。本文在對(duì)現(xiàn)有ZS195型單缸直噴柴油機(jī)結(jié)構(gòu)不做任何改變的前提下，首先通過試驗(yàn)確定使發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)燃用混合燃料時(shí)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(chǎng)，為優(yōu)化乙醇柴油發(fā)動(dòng)機(jī)性能提供理論指導(dǎo)。研究結(jié)果如下：<

2、br>　　 (1)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明，在最大扭矩和標(biāo)定工況轉(zhuǎn)速下，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用E0、E10、E20、E30四種燃料時(shí)，隨著乙醇摻混比例增加油耗率增加，小負(fù)荷時(shí)增加量較多，中高負(fù)荷時(shí)增加量較少，其中E20當(dāng)量燃油消耗率低于其它三種燃料，熱效率最高。排放測(cè)試結(jié)果表明，只有當(dāng)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(fù)荷運(yùn)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(jí)下

3、降。
　　 (2)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速2000r/min和標(biāo)定功率8.8kW運(yùn)行工況下進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)燃用四種燃料的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性能的模擬值與試驗(yàn)值比較，模擬和試驗(yàn)結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了模擬平臺(tái)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(rèn)為，可選擇E20作為分析乙醇柴油發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化的適用燃料。
　　

4、 (3)在標(biāo)定工況下進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)燃用E20混合燃料時(shí)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(shí)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(shí)降低；對(duì)于進(jìn)氣門晚關(guān)的米勒循環(huán)，隨著進(jìn)氣行程的

5、縮短缸內(nèi)壓力和燃燒溫度均降低，當(dāng)進(jìn)氣行程合適(如IR=-O.85)，NO和SOOT排放同時(shí)減少，其中NO排放減少更為明顯，當(dāng)進(jìn)氣行程過小時(shí)，SOOT的生成沒有進(jìn)一步改善；進(jìn)氣門早關(guān)的米勒循環(huán)與進(jìn)氣門晚關(guān)的米勒循環(huán)相比，由于進(jìn)氣門早關(guān)多一個(gè)膨脹冷卻的過程，這使得在相同的進(jìn)氣行程下（如-0.85和+0.85），采用進(jìn)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(chǎng)的微觀分析表

6、明，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用純柴油時(shí)NO的生成與溫度場(chǎng)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(chǎng)區(qū)域的相關(guān)性更為明顯；而發(fā)動(dòng)機(jī)燃用純柴油與乙醇柴油混合燃料對(duì)SOOT生成區(qū)域影響一致，都與燃油濃度場(chǎng)分布區(qū)域緊密相關(guān)。
　　 (4)在發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響模擬研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化模擬研究。結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)采用進(jìn)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(shí)，在基本保持原有發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力水平的