直噴柴油機多次噴射的仿真研究

直噴柴油機多次噴射的仿真研究

研究多次噴射對直噴柴油機性能及排放特性的影響，重點分析了NOx排放。對排量2.148L的直噴柴油機進行仿真研究，該發(fā)動機技術(shù)參數(shù)見表1。

液體燃料噴射速率對混合氣形成、噴霧貫穿距離及液滴間相互作用有很大影響，故采用拉格朗日多段模型仿真缸內(nèi)液滴離散過程，采用Reitz and Diwakar破碎模型仿真液滴破碎過程，采用基于渦破碎概念的特征時間尺度模型仿真燃燒過程。如圖1所示，計算網(wǎng)格采用180°的部分網(wǎng)格，由120000個體網(wǎng)格組成。

仿真結(jié)果表明，在電機起動情況下，缸壓與缸內(nèi)溫度峰值出現(xiàn)在360°曲軸轉(zhuǎn)角，數(shù)值分別為5.7MPa和1050K；采用單次噴射時，噴油結(jié)束時刻缸內(nèi)壓力與溫度分別為5.1MPa和940K；噴油結(jié)束后3°曲軸轉(zhuǎn)角開始燃燒，燃燒過程中缸內(nèi)壓力與溫度峰值出現(xiàn)在上止點后5°曲軸轉(zhuǎn)角，其值分別為13.5MPa和2422K。在多次噴射方案中，首次噴射總油量的25%后，缸內(nèi)壓力為2.9MPa，缸內(nèi)溫度為526.85℃；當(dāng)?shù)?次噴射剩余75%油量后，缸內(nèi)壓力為5.1MPa，缸內(nèi)溫度為666.85℃，經(jīng)過3°曲軸轉(zhuǎn)角的滯燃期后開始燃燒，缸內(nèi)壓力與溫度峰值出現(xiàn)在上止點后8°曲軸轉(zhuǎn)角，壓力峰值為12MPa，溫度峰值為2002.85℃，均低于單次噴射對應(yīng)值。由此可知，多次噴射可以有效控制缸內(nèi)溫度與壓力，與單次噴射相比，采用兩次噴射后可降低45%的NOx排放，原因是單次噴射時工質(zhì)混合不均勻，局部過濃導(dǎo)致燃燒溫度偏高，而多次噴射使燃料有足夠時間混合均勻，燃燒溫度明顯降低，從而減少了NOx的生成。

表1發(fā)動機參數(shù)

刊名：Procedia Engineering（英）

刊期：2013年第51期

作者：Subhash Deo Hiwase et al

編譯：韓曉梅