先進(jìn)噴油策略對直噴柴油機(jī)性能及排放特性影響的仿真研究

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先進(jìn)噴油策略對直噴柴油機(jī)性能及排放特性影響的仿真研究

基于CFD仿真，研究了預(yù)噴、后噴、多次噴射及EGR對重型直噴柴油機(jī)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(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算以節(jié)省計(jì)算時(shí)間；由于主要研究缸內(nèi)流動(dòng)特性及燃燒過程，故計(jì)算網(wǎng)格不包括進(jìn)氣道與排氣道，且計(jì)算從進(jìn)氣門關(guān)閉開始到排氣門開啟結(jié)束。計(jì)算步長設(shè)置為0.2°，位于上止點(diǎn)時(shí)計(jì)算網(wǎng)格數(shù)為34725，位于下止點(diǎn)時(shí)計(jì)算網(wǎng)格數(shù)為79311，所有計(jì)算方案均采用相同的初始設(shè)置與邊界條件。計(jì)算過程中選取標(biāo)準(zhǔn)WAVE模型作為噴霧破碎模型，蒸發(fā)加熱模型為Dukowicz模型，并采用相關(guān)火焰模型中改進(jìn)的ECFM-3Z燃燒模型來估算平均反應(yīng)速率。用于模型驗(yàn)證的發(fā)動(dòng)機(jī)為卡特彼勒3401型單缸重型載貨車柴油機(jī)，其采用電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)，具體參數(shù)見表1。

圖1與圖2分別為無預(yù)噴和有預(yù)噴的多次噴射試驗(yàn)設(shè)置，各組試驗(yàn)中循環(huán)噴油量固定為0.1622g，且主噴起始時(shí)刻固定為上止點(diǎn)前9°，對于有預(yù)噴的多次噴射，預(yù)噴量固定為總噴油量的5%且噴油持續(xù)1.075°，預(yù)噴與主噴間隔為30°。

研究結(jié)果表明，盡管采用EGR可以有效降低缸內(nèi)溫度從而減少NOx排放，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致Soot（碳煙）排放增加，原因是EGR會(huì)導(dǎo)致高溫濃混合氣區(qū)域增多，而采用多次噴射可以有效減少這些區(qū)域內(nèi)Soot的生成量，多次噴射改善了缸內(nèi)燃料與空氣的混合，起到稀釋混合氣的效果。將預(yù)噴與后噴結(jié)合，可在擴(kuò)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(shí)NOx排放也保持在較低水平。

表1　發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

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