EGR 率和噴油正時對柴油機性能的影響

EGR 率和噴油正時對柴油機性能的影響

與汽油機相比，柴油機具有更高的熱效率、更好的動力性和較大的爆發功率等優點。但是，柴油機的氮氧化合物（NOx）排放和顆粒物（PM）排放較高，這兩種排放物對人體健康有較大影響，因而受到柴油機設計人員的重視。柴油機多個相關的參數都會影響NOx和PM的排放，其中，廢氣再循環（EGR）率和噴油正時產生的影響最為顯著。因而，為了優化柴油機的燃燒和排放，需要對EGR率和噴油正時進行分析。

分析EGR率和噴油正時對柴油機燃燒和排放的影響時，常采用試驗和仿真兩種方法。利用仿真方法不僅能降低設計開發成本、節約資源，而且能夠縮短設計開發時間。仿真時，采用商業化軟件ANSYS Forte中的計算流體動力學（CFD）軟件。首先，建立一個卡特皮勒（Caterpillar）3401E單缸柴油機的三維CFD模型，以及進氣增壓系統和電控噴油器的三維CFD模型。同時，設定發動機轉速為1789r/min，負荷約為額定功率的25%，進氣溫度為40℃，柴油噴射壓力為120.6kPa。然后，基于具有湍流重正化群k-ε湍流模型的雷諾平均Navier-Stokes方法模擬噴油器中柴油的流動，以及進氣系統中空氣的流動。采用KH/RT模型模擬柴油液滴的破碎特性，并采用Eulerian-Langrangian模型模擬柴油噴霧的蒸發特性。最后，改變不同的EGR率和噴油正時組合，仿真計算柴油機的缸內壓力、放熱率、點火延遲、NOx排放和PM排放，并將仿真結果與之前大量的試驗結果相比較。

比較結果表明：①利用CFD方法的預測結果與試驗結果大致相同；②EGR率越大，柴油機的缸內峰值壓力出現降低，NOx排放也出現降低，但PM排放出現增加；③噴油正時越大，柴油機的經濟性越好，缸內峰值壓力出現增加，而PM排放出現降低，但NOx排放出現增加。

Ishan Verma et al.SAE 2017-01-0574.

編譯：李臣