先進噴油策略對直噴柴油機性能及排放特性影響的仿真研究

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先進噴油策略對直噴柴油機性能及排放特性影響的仿真研究

基于CFD仿真，研究了預噴、后噴、多次噴射及EGR對重型直噴柴油機性能與排放特性的影響。由于噴油器位于燃燒室中心且燃燒室形狀對稱，故仿真過程只采用60°部分網格進行計算以節省計算時間；由于主要研究缸內流動特性及燃燒過程，故計算網格不包括進氣道與排氣道，且計算從進氣門關閉開始到排氣門開啟結束。計算步長設置為0.2°，位于上止點時計算網格數為34725，位于下止點時計算網格數為79311，所有計算方案均采用相同的初始設置與邊界條件。計算過程中選取標準WAVE模型作為噴霧破碎模型，蒸發加熱模型為Dukowicz模型，并采用相關火焰模型中改進的ECFM-3Z燃燒模型來估算平均反應速率。用于模型驗證的發動機為卡特彼勒3401型單缸重型載貨車柴油機，其采用電控高壓共軌燃油噴射系統，具體參數見表1。

圖1與圖2分別為無預噴和有預噴的多次噴射試驗設置，各組試驗中循環噴油量固定為0.1622g，且主噴起始時刻固定為上止點前9°，對于有預噴的多次噴射，預噴量固定為總噴油量的5%且噴油持續1.075°，預噴與主噴間隔為30°。

研究結果表明，盡管采用EGR可以有效降低缸內溫度從而減少NOx排放，但同時會導致Soot（碳煙）排放增加，原因是EGR會導致高溫濃混合氣區域增多，而采用多次噴射可以有效減少這些區域內Soot的生成量，多次噴射改善了缸內燃料與空氣的混合，起到稀釋混合氣的效果。將預噴與后噴結合，可在擴散燃燒階段減少Soot的形成，并在膨脹沖程將已形成的Soot氧化，從而降低Soot排放，同時NOx排放也保持在較低水平。

表1　發動機參數

刊名：International Journal of Heat and Fluid Flow（英）

刊期：2012年第33卷

作者：Raouf Mobasheri et al

編譯：韓曉梅