时序分区燃烧过程缸内能量迁移规律在燃烧优化中的应用

a time-regionalized combustion, collaboratively optimized by combustion process with in-cylinder flow characteristics, chemo-atmosphere and thermo-atmosphere based on multi-injection, will be investigated the possibility of realizing ultra-low emission, high heat efficiency and load expansion by means of constructing Stratified EGR system in inlet port，which contains two parts:lean combustion at low temperature for well-mixed air-fuel mixture at the end of spray in first injection stage and quick premixed combustion in later injection stage while avoiding inner EGR. By means of the simulation calculation and experiment, the evolution law on migration of in-cylinder chemo-atmosphere and thermo-atmosphere with EGR stratification during time-regionalized combustion process will be revealed; the transformation process of harmful emission during combustion process with EGR stratification and injection characteristic parameters will be analyzed and verified by an optical engine; and combustion boundary parameter scopes (air condition, EGR rate, injection parameters, in-cylinder mixture fiow states and etc) satisfied by objective optimization conditions(ultra-low emission and high efficiency)and their definition of quantitative given will be obtained as well; .optimal strategies will be brought forward to promote high heat efficiency and load expansion.

基于两段喷射协同优化缸内流动特性、化学氛围和热氛围能量迁移的时序分区燃烧模式，借助在进气道中构建的EGR分区系统在第一段喷射过程中进气涡流引导EGR汇集于缸内油束雾化、燃烧区域以实现低温稀燃、在第二段燃油喷射过程避开燃烧后期缸内气流引导的内部EGR实现快速预混燃烧的优化燃烧过程理念综合探讨实现超低排放、高热效率和负荷拓展的可行性。借助模拟计算和试验研究手段揭示分区EGR应用于时序分区燃烧过程中缸内化学氛围、热氛围能量迁移的演变规律；分析并利用全参数测量光学发动机验证EGR及喷油特征参数对燃烧过程缸内有害物形成转变历程；确定满足EGR分区条件下燃烧边界参数阈值范围（进气条件、EGR率、喷油参数、缸内混合气状态等）并给出定量化定义；提出燃烧热效率与有害物排放协同优化准则以实现高热效率并扩展燃烧模式适用工况范围。

近年来国内外研究学者提出很多解决柴油机碳烟与NOx折衷问题的方法，但无论是先进的后处理技术还是基于新型燃烧概念的机内净化技术，面对日益严格的排放法规和新型动力带来的挑战都不足以从容应对。因而，本项目通过试验台架与数值模拟平台结合的方式，对重型高压共轨涡轮增压柴油机稳态工况下的工作过程、人为设定缸内EGR分区、进气过程实现缸内EGR分区等问题进行了研究，探索有效降低柴油机氮氧化物与微粒排放及实现显著的缸内组分分区的方法，并基于可行的缸内组分分区方法探讨了不同喷油参数对发动机性能的影响规律。具体内容如下：.搭建了CO2进气喷射试验台架及数值模拟平台；改造重型柴油机第一缸进气系统，分别在第一缸的切向与螺旋气道安装CO2喷管，结合数值仿真分析评价CO2进气管喷射缸内组分分布的可行性。.提出了两种缸内组分分布评价方法，一是缸内组分质量浓度场及其浓度梯度，一是结合经济学中的洛伦兹曲线与基尼系数，评价不同CO2喷射方式缸内的氧气与CO2分配不均匀程度。对比均匀CO2进气、切向气道、螺旋气道及双气道喷射CO2的四种缸内组分分区方式可以认为，控制氧浓度在0.21附近，可以使发动机排放达到欧4标准要求，继续降低氧浓度能够使NOx与THC达到欧5排放法规要求，但CO与碳烟排放较高，并会牺牲指示热效率；.为了解决CO2喷射试验的缸内全局分区特征较低的问题，研究了提出时序进气概念。时序进气可以控制进气组分在缸内的分布位置，先进入气缸的组分在缸内分布为下浓上稀，后进入气缸的组分为下稀上浓；两段时序进气，第一段通入空气，第二段通入CO2，缸内氧气质量浓度梯度可达7.4%，缸内不均匀性特征高于0.2；与均匀进气相比，缸内平均CO2率相同时，时序进气的NOx与碳烟排放均较低。.为明确不同喷油参数对时序进气组分分区缸内燃烧的影响规律，研究进行了宽范围调整柴油机喷油参数模拟计算。通过改变油束贯穿距离或改变喷油正时对时序EGR分区燃烧前缸内进气组分分布影响小，NOx和soot排放及指示热效率变化规律主要受缸内EGR分布和喷油参数单因素调整所致，可依据排放及燃油经济性通过性能折中实施优化；后喷参数单因素调整所获取的NOx和soot排放均存在拐点，可根据该拐点作为优化依据；明确后喷参数优化总体原则：主后喷间隔或后喷量值大时，对应选择小的后喷量或主后喷间隔。