柴机燃烧系统结构参数优化设计.pdf

技术前沿柴油机燃烧系统结构参数优化设计发展节能与新能源汽车既是确保中国能源安全的战略方向，也是实现碳达峰、碳中和的“双碳”目标的战略途径，同时也是中国汽车产业做大做强的必由之路。内燃机节能减排主要通过高效清洁燃烧实现，其关键是混合气形成和燃烧组织，核心是燃油喷射及燃烧系统多参数、多目标优化匹配。我国内燃机燃烧系统开发大多由国外四大发动机设计咨询公司垄断。只有自主开发燃烧系统优化设计理论，才能打破国外技术垄断。北京交通大学刘杰教授团队针对柴油机喷雾燃烧特性及燃烧系统参数智能优化方面开展了长期的研究工作。采用第3代遗传算法NSGA-III耦合三维CFD软件-KIVA3V开展了纯柴油发动机、柴油/天然气双燃料发动机、天然气缸内高压直喷发动机等的燃烧室结构参数、喷油参数和运行参数的多目标优化研究，获得了柴油机多次喷射策略与燃烧室结构参数优化匹配特性，提出了部分搅拌反应器模型耦合湍流火焰速度封闭模型的复合燃烧模型，开展了双燃料燃烧模式和燃油反应活性控制压燃(RCCI)模式等先进燃烧方式的喷射参数及燃烧室结构参数的优化。通过响应面分析方法获得了喷射参数、EGR率等对燃料消耗率(ISFC)、NO,和S的影响规律，开发了天然气缸内直接喷射仿真模型，并结合遗传算法优化了天然气缸内直喷发动机的喷射参数及燃烧室结构参数。燃烧室结构参数智能优化设计过程如图1所示。1.（3040)开始3040参数百动生成6.参数变异sOt=-30-0 CA RTDt一s边婴线L喷浦时刻(ATD汇)1()优化结构1，优化结构2，优化结构3，优化结构42.燃烧过程仿真参数交叉320o所有解1STA ATDC15AAT1D300优解2802602403.前沿结果选择4.最大送220代代数2008%8.6300088180Y160结束02468101214甲烷摩尔分数：甲烷摩尔分数！甲烷摩尔分数：甲烷摩尔分数NO,排放不g(kWh00.0240048i00.0210.041i000180.036000180.036a)多目标参数优化计算流程b)参数定义及优化结果选择c)仿真结果分析图1燃烧室结构参数智能优化设计过程该研究结果可为纯柴油发动机、柴油/天然气双燃料发动机和缸内直喷天然气发动机燃油喷射控制策略和燃烧系统开发提供理论指导。项目负责人简介：刘杰(1983一)男，河北邯郸人，工学博士，北京交通大学机械与电子控制学院教授，博导。中国内燃机学会青年工作委员会分会委员，中国内燃机学会燃料电池分会委员，中国内燃机学会汽油机气体机分会委员，中国内燃机学会燃料与润滑油分会委员，北京市内燃机学会理事，国际燃烧学会会员。主要研究方向为先进发动机燃烧技术、锂离子电池热安全及热管理、燃料电池系统设计。荣获“中国机械工业科学技术奖”科技进步二等奖2项，“山东省机械工业科学技术奖”科技进步一等奖1项。授权发明专利3项，软件著作权3项，发表高水平学术论文40余篇。主持国主持国家自然科学基金项目2项、国家重点研发计划课题1项、国家重点研发计划子课题2项、北京市科技专项1项。地址：北京市海淀区上园村3号电话：1980130895邮箱：jiebju.edu.cm