论文部分内容阅读
在汽车产业飞速发展的同时,汽车尾气排放带来的污染已经严重影响到人类的生存环境。就柴油机而言,可优化燃烧过程的废气再循环技术(Exhaust Gas Recirculation:EGR)已经成为控制柴油机NOx排放最重要的手段之一。而对于增压柴油机,选择合理的EGR回路和设备,对柴油机顺利实现EGR尤为重要。因此,本文以DK4A增压柴油机为基础,设计了基于文丘里原理的射流式可变EGR率的EGR装置及回路,利用CFD手段对装置进行了优化设计,搭建了带有EGR回路的发动机台架并进行相关试验,探究了该EGR回路对柴油机性能的影响。本文通过三维CFD软件Fluent对装置进行仿真计算,利用所设计的验证试验验证明了计算模型的可靠性。仿真计算主要分析了不同结构参数下,装置内气体的流场情况,探究了装置结构参数以及边界条件对装置最大可实现EGR率(EGRmax)的影响。计算结果表明:装置的收缩段宽度与空气进口直径越小,装置的EGRmax越大;废气进气管向内移动时,装置的EGRmax增大,而收缩角对EGRmax无太大影响;废气入口处与出口处压力差越小,装置实现EGR则越困难;收缩段宽度减小、收缩角减小和扩压角减小有利于废气和空气的混合;较小的收缩段宽度、较大的空气进口直径会带来较大的能量损失。最终依据仿真计算的结果,并结合试验发动机台架的尺寸条件,确定了EGR装置的最终尺寸,并加工得到试验用装置实物。为探究本文所设计EGR装置及实验回路对柴油机性能的影响,主要选择了试验柴油机小负荷工况下的部分工况点,探究了装置的边界压力特性及不同EGR率时EGR系统对该发动机动力性、经济性及排放性的影响,试验结果表明:发动机转速及负荷的升高使EGR装置进出口边界上的压力不断升高,而废气进口处压力与出口处压力的压差却不断减小,造成了装置的EGRmax不断下降。当压差为-0.02bar时,发动机不能实现EGR。装置废气进气管向内移动15mm后,装置实现EGR的能力明显增强。通过垫片调节废气进气管相对位置可以达到调节EGRmax的目的,向内移动时EGRmax增大,向外移动时减小。EGR率增加后,缸内最高爆发压力与放热率峰值下降,其出现时对应的曲轴转角推迟;发动机的有效燃油消耗率随EGR率的升高而升高,而在同一EGR率下,装置废气进气管向内移动后发动机油耗率上升,向外移动后油耗下降;随着EGR率的升高,发动机NOx排放大幅下降,而碳烟排放值趋势相反。