高壓柴油噴霧噴油嘴位置對柴油機減排的影響

高壓柴油噴霧噴油嘴位置對柴油機減排的影響

隨著廢氣排放法規的日益嚴格，迫切需要尋求新的燃燒方案或改善現有的設計結構。而相關研究多集中于對發動機燃燒系統優化可能性的討論，對新燃燒系統的研究仍處于發展階段。直噴式柴油機燃燒系統按噴油嘴和火花塞的相對位置及混合氣的組織形式可分為3種：氣流引導式、壁面引導式和噴束引導式。其中，壁面引導法應用最為廣泛，而采用壁面引導法時，燃油從噴油嘴內噴出，與空氣混合形成的混合氣在氣缸壁上會形成油膜，從而導致潤滑油稀釋，燃油經濟性下降。通過仿真和試驗兩種方法對柴油機進行分析，探究在燃油噴射系統中，噴油嘴位置對所形成油膜的影響，從而優化發動機的燃燒和排放。

試驗采用奧地利AVL公司5804型單缸柴油機。試驗設定3個不同的噴油嘴位置，噴油嘴末端距離發動機缸蓋分別為2mm、5mm和8mm（記為位置1、位置2和位置3）。試驗過程中，設定發動機轉速為1500r/min、噴射延遲為0.3ms、噴油量為7.7mg。分別采用奧地利AVL公司GH11D型壓電式壓力傳感器測量發動機缸內壓力，AVL公司IFEM型電荷放大器進行信號放大，并利用IndiSmart621數據采集卡對輸出信號進行采樣。利用AVL公司生產的FIRE2010軟件進行仿真研究。為使仿真結果盡可能接近于真實情況，對燃燒室進行建模時，共劃分為23600個網格單元。混合氣流動采用k-zeta-f湍流模型，液滴蒸發模型采用Dukowicz模型，混合氣在氣缸壁上形成油膜過程的模擬采用Naber-Reitz模型，燃燒過程模擬采用漩渦破碎模型，NO產生的分析利用擴展的謝爾多維奇機理。結果表明：仿真結果與試驗結果相似，噴油嘴位置對燃油霧化和燃燒的影響與燃燒室形狀的影響同樣重要；噴油嘴位于位置1處時，發動機燃燒過程最為激烈，燃燒溫度最高，熱釋放率也最高，HC和CO的排放較低，但CO2和NOx的排放增多；從熱力學角度來說，燃燒效果最差的是噴油嘴位置3，噴油嘴位置2為發動機熱釋放率和有害化合物排放的折中位置。

Ireneusz Pielecha et al. SAE 2014-01-1250.

編譯：陳丁躍