基于無柴油微粒過濾器的柴油機燃燒系統優化

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基于無柴油微粒過濾器的柴油機燃燒系統優化

研究了在無柴油微粒過濾器條件下優化柴油機燃燒系統，以滿足美國的Tire4的微粒排放標準。優化活塞碗幾何尺寸、噴射器噴嘴規格、渦流比和誘導空氣質量等變量以影響燃燒，設計良好的燃燒碗和多方向噴射角的噴嘴使其在相同NOx排放標準下降低PM排放值。通過計算分析和發動機臺架試驗優化活塞碗，并在額定功率運行點進行燃燒三維仿真。仿真和試驗的主要結論如下。

（1）低微粒燃燒發動機活塞燃燒室的概念被狹窄的噴霧角度與碗幾何匹配而產生的兩個區域所代替。商用車和越野車發動機與乘用車發動機相比具有更低的運行速度，這會產生較弱的擠流式缸內空氣運動。因此，重點在于每個區域燃料進入和輸出主碗的量與空氣的量是否匹配良好。

（2）仿真結果表明，低微粒燃燒發動機活塞具有減少煙塵的很大潛力，在燃燒室的局部稀混合物氣中通過改進空氣與燃料的混合達到更快氧化。在噴霧與各種噴射角度定位的優化方面，噴嘴具有定量噴射的差異，該差異取決于燃料噴射到活塞上/下側的分布。

（3）美國能源部的測試結果表明，相比基線擁有不同噴霧角度的低PM燃燒發動機活塞提高了NOx-PM曲線的權衡性。活塞碗形狀和噴射角度的試驗結果與模擬結果匹配良好。在降低微粒、提高燃料燃燒方面，低微粒燃燒發動機活塞和142°噴霧角噴嘴是比較合適的組合。在NRSC模式下，應用該組合形式微粒排放降低為原來的15%～84%。2.4L無微粒過濾器的低微粒燃燒發動機符合Tire-4最終排放標準。

Dockoon Yoo et al. SAE 2013-01-2538.

編譯：趙喚