柴油機(jī)低溫啟動過程關(guān)鍵影響參數(shù)研究

摘 要：為實現(xiàn)柴油機(jī)在極端低溫環(huán)境下可以具備較好的啟動性能，對相關(guān)影響柴油機(jī)啟動的參數(shù)進(jìn)行研究。通過正交仿真研究了環(huán)境因素（進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度）、設(shè)計參數(shù)（壓縮比、燃燒室縮口比、噴嘴直徑）、控制參數(shù)（噴油溫度、預(yù)噴油量、主噴提前角、主噴持續(xù)期、主預(yù)噴間隔）對柴油機(jī)低溫條件下啟動過程的影響，通過極差分析提取出對柴油機(jī)啟動過程影響較大的關(guān)鍵影響參數(shù)，并以缸內(nèi)壓力、缸內(nèi)溫度和瞬時放熱率為評價指標(biāo)對各因素進(jìn)行參數(shù)匹配研究。結(jié)果表明，環(huán)境因素和控制參數(shù)對柴油機(jī)啟動過程的影響程度更高，進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、主噴提前角和主噴持續(xù)期為影響柴油機(jī)低溫條件下啟動的關(guān)鍵影響參數(shù)，并選擇組合1作為最佳參數(shù)匹配組合。研究得到了柴油機(jī)低溫啟動過程中的關(guān)鍵影響參數(shù)，可為改善低溫環(huán)境下柴油機(jī)的啟動效果提供參考。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)工程；柴油機(jī)；低溫啟動；著火過程；影響參數(shù)

中圖分類號：TK421

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.7535/hbkd.2024yx03003

Research on key influence parameters of low-temperature

starting process of diesel engine

ZHU Hairong， ZHANG Kailun， LIU Xiaoyang， LI Lin， XIAO Xu

（School of Mechanical Engineering， Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang， Hebei 050018， China）

Abstract：In order to achieve better starting performance of diesel engine in extreme low-temperature environment， the relevant parameters affecting the starting of diesel engine were researched. Through orthogonal simulation， the influence of environmental factors （intake pressure， intake temperature）， design parameters （compression ratio， combustor reentrant ratio， nozzle diameter）， control parameters （injection temperature， pilot injection quantity， start of main injection， main injection duration， injection interval between pilot injection and main injection） on diesel engine starting process under low-temperature conditions were studied. The key parameters affecting the starting process of diesel engine were extracted by range analysis. Meanwhile the parameters matching of each factor were studied by taking the cylinder pressure， the cylinder temperature and the instantaneous heat release rate as evaluation indexes. The results show that the environmental factors and control parameters have a higher degree of influence on the starting process of diesel engine. Intake pressure， intake temperature， start of main injection and main injection duration are the key parameters affecting the starting of diesel engine under low temperature conditions， and combination one is selected as the best parameter matching combination. The key parameters influencing the low temperature starting process of diesel engine are obtained， which provides a theoretical basis for improving the starting effect of diesel engine under low temperature.

Keywords：internal combustion engine engineering; diesel engine; low-temperature starting; ignition process; influence parameters

柴油發(fā)動機(jī)具有扭矩大、熱效率高、輸出功率大、運(yùn)行可靠性高和燃料安全性好等諸多優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于車輛、船舶動力、航空航天、農(nóng)業(yè)機(jī)械、國防裝備等諸多領(lǐng)域[1]。目前，要求柴油機(jī)的輸出功率在保持現(xiàn)有水平甚至更高的條件下，大幅度壓縮體積，提高其功率密度，即高功率密度動力技術(shù)已經(jīng)成為中國柴油機(jī)發(fā)展的必然趨勢。中國幅員遼闊，南北地理緯度跨度大，位于中國東北和西北的部分省份，冬季時常出現(xiàn)極端天氣，多地的冬季平均氣溫都在-10 ℃以下，新疆、內(nèi)蒙古、西藏以及東北地區(qū)最冷月的平均溫度在-41～-25 ℃之間，黑龍江漠河的最低溫度甚至可達(dá)到-53 ℃[2]。因此，中國的地理條件和氣候特征要求柴油機(jī)在極端低溫環(huán)境下具有很好的啟動性能。保證柴油機(jī)在極端低溫環(huán)境下快速啟動，改善高功率密度柴油機(jī)低溫環(huán)境下的機(jī)動性和可靠性，對中國北方地區(qū)冬季柴油機(jī)工作效率的提高具有一定的現(xiàn)實意義。

柴油機(jī)在低溫和低壓環(huán)境下的缸內(nèi)燃燒過程已經(jīng)引起學(xué)者們的廣泛研究。洪印濤[3]對柴油機(jī)在極端低溫環(huán)境下缸內(nèi)的工作過程進(jìn)行分析，對柴油機(jī)冷啟動過程中不同熱力階段的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡化。有研究表明低溫環(huán)境對最大瞬態(tài)放熱率、最大壓升率和噴霧貫穿距離的影響較大，初始點火穩(wěn)定性也隨環(huán)境溫度的降低而降低[4-6]。還有研究表明隨海拔高度升高，柴油機(jī)啟動需要的循環(huán)數(shù)增加，啟動時間變長，缸內(nèi)進(jìn)氣量減少，噴霧貫穿距離增大，燃燒始點推遲，燃燒持續(xù)期增加[7-8]。

與此同時，學(xué)者們也針對設(shè)計參數(shù)對柴油機(jī)燃燒過程和缸內(nèi)噴霧過程的影響進(jìn)行了研究。張志強(qiáng)等[9]研究表明隨著噴孔直徑增大，最高爆發(fā)壓力和瞬時放熱率峰值顯著升高，燃燒持續(xù)期縮短，熱效率升高。有研究表明燃燒室喉口直徑對噴霧貫穿距離和索特平均直徑等噴霧特性影響較小，對缸內(nèi)壓力和溫度影響較大，同時縮口參數(shù)的增大能夠提高放熱率和燃燒累計放熱量，且NOx和碳煙的排放減少[10-12]。

控制參數(shù)同樣對柴油機(jī)的缸內(nèi)燃燒有很大程度的影響。王龍等[13]研究了噴油溫度對高原環(huán)境下柴油機(jī)燃燒首循環(huán)的影響，結(jié)果表明提高噴油溫度可使缸內(nèi)平均溫度和缸內(nèi)放熱率峰值升高，峰值相位前移。強(qiáng)永平等[14]研究表明，回水溫度降低是導(dǎo)致活塞燒蝕故障的重要因素，回水溫度降低會導(dǎo)致最高燃燒壓力、最大壓升率顯著升高并使燃燒始點推后。對于重型柴油機(jī)來說，適當(dāng)提高噴射壓力，既能保證快速啟動，又能減少低溫下的失火或不完全燃燒[15]。分段噴射策略可以改善柴油機(jī)的啟動效果。研究表明，多次噴射有利于改善啟動性能，可有效縮短啟動時間且有利于提高啟動首循環(huán)燃燒效率和啟動過程的燃燒穩(wěn)定性[16-19]。馬涇銘[20]對噴油正時、噴油壓力、進(jìn)氣門及排氣門開啟角度進(jìn)行優(yōu)化仿真，得到了冷啟動達(dá)到最佳狀態(tài)時的各項參數(shù)。除此之外，學(xué)者們還針對柴油摻混煤油、甲醇以及天然氣等燃料對柴油機(jī)燃燒效果的影響進(jìn)行研究，研究表明在柴油中摻混其他燃料可以增強(qiáng)冷焰強(qiáng)度，有利于冷焰向高溫?zé)嵫娴霓D(zhuǎn)變，有助于在低溫下快速啟動[21-26]。

目前對柴油機(jī)啟動過程影響因素的研究大多集中在單個參數(shù)，對影響參數(shù)的系統(tǒng)性研究較少。因此本文基于正交仿真，具體分析各環(huán)境參數(shù)、設(shè)計參數(shù)和控制參數(shù)對啟動過程的影響，并根據(jù)極差分析，獲得各參數(shù)對缸內(nèi)評價指標(biāo)的影響權(quán)重，提取柴油機(jī)啟動過程的關(guān)鍵影響參數(shù)。

1 模型建立

1.1 幾何模型建立及網(wǎng)格設(shè)定

在本研究中，利用SolidWorks建模軟件，根據(jù)表1所示柴油機(jī)主要參數(shù)，建立柴油機(jī)燃燒室和進(jìn)、排氣道的三維模型，并導(dǎo)出STL格式，然后將其導(dǎo)入CONVERGE軟件中，進(jìn)行邊界劃分和噴油器的參數(shù)設(shè)置。柴油機(jī)燃燒室的三維模型如圖1所示?；A(chǔ)網(wǎng)格的尺寸設(shè)置為4 mm，同時對氣缸內(nèi)部和進(jìn)氣道進(jìn)行速度和溫度的自適應(yīng)加密，并且對缸套壁面和噴霧油束分別進(jìn)行2級和3級局部固定加密，經(jīng)過加密后的最大網(wǎng)格數(shù)約為1 060 000。圖2所示為上止點時網(wǎng)格截面圖。

1.2 仿真計算物理模型選擇

本文利用CONVERGE軟件對柴油機(jī)低溫啟動過程進(jìn)行數(shù)值模擬研究。CONVERGE是一款發(fā)動機(jī)缸內(nèi)CFD專業(yè)分析軟件，可以根據(jù)不同研究對象選擇物理模型，對發(fā)動機(jī)的燃燒過程、流體運(yùn)動過程進(jìn)行詳細(xì)分析和求解。本研究所選擇的主要計算物理模型如表2所示。

1.3 網(wǎng)格無關(guān)性驗證

選擇合適的基礎(chǔ)網(wǎng)格尺寸既可以保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，又可以減少計算時間。本文選取8.0、4.0、2.8 mm 3種基礎(chǔ)網(wǎng)格尺寸，設(shè)置發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，進(jìn)氣溫度為363 K，進(jìn)氣壓力為1 MPa，活塞表面溫度為525 K，氣缸蓋溫度和燃燒室壁面溫度為450 K，進(jìn)氣道壁溫為425 K，排氣道壁溫為500 K。采用3種網(wǎng)格尺寸分別進(jìn)行計算，得到網(wǎng)格無關(guān)性驗證結(jié)果，如圖3所示。由圖3可知，采用3種基礎(chǔ)網(wǎng)格尺寸計算得到的結(jié)果十分接近，在活塞達(dá)到上止點之前的缸內(nèi)壓力和缸內(nèi)溫度曲線幾乎重合，在上止點后8.0 mm的結(jié)果與另外2組略有不同，因此綜合計算時間和計算結(jié)果準(zhǔn)確性選擇4.0 mm基礎(chǔ)網(wǎng)格尺寸。

2 影響參數(shù)分析

正交試驗是一種利用正交表來安排和分析多因素試驗的數(shù)理統(tǒng)計方法，該方法可以通過最少的仿真次數(shù)獲得最優(yōu)結(jié)果指標(biāo)，還可以通過極差分析得出各因素對評價指標(biāo)的影響權(quán)重，從而得到各因素對評價指標(biāo)的影響主次關(guān)系。因此本文基于正交仿真方法對各參數(shù)進(jìn)行研究，從而獲得影響柴油機(jī)啟動過程的關(guān)鍵影響參數(shù)。

2.1 因素水平以及評價指標(biāo)確定

影響柴油機(jī)啟動過程效果的參數(shù)主要為環(huán)境因素、設(shè)計參數(shù)和控制參數(shù)，本文主要針對這3類參數(shù)進(jìn)行研究，選取進(jìn)行正交仿真的參數(shù)如下：1）環(huán)境因素，包括進(jìn)氣溫度（A）、進(jìn)氣壓力（B）；2）設(shè)計參數(shù)，包括壓縮比（C）、燃燒室縮口比（D）、噴嘴直徑（E）；3）控制參數(shù)，包括噴油溫度（F）、預(yù)噴油量（G）、主噴提前角（H）、主噴持續(xù)期（I）、主預(yù)噴間隔（J）。確定進(jìn)行正交仿真研究的因素為10個，每個因素選取4個水平，因素-水平表見表3。

本文所研究的燃燒室截面形狀如圖4所示。燃燒室縮口比即G1/G2，G2為固定值，改變G1的尺寸即可實現(xiàn)不同的燃燒室縮口比值，為保證壓縮比一定，G3的尺寸會相應(yīng)改變。預(yù)噴油量是指預(yù)噴的油量占總噴油量的比例，總循環(huán)噴油量為150 mg。主預(yù)噴間隔分別為15～30 ℃A，以5 ℃A為間隔步長。

本文選擇缸內(nèi)壓力、缸內(nèi)溫度和瞬時放熱率作為缸內(nèi)著火效果的評價指標(biāo)，以判斷缸內(nèi)的燃燒情況。缸內(nèi)壓力過高會導(dǎo)致柴油機(jī)工作粗暴，機(jī)械負(fù)荷增加，而缸內(nèi)壓力過低會造成柴油機(jī)動力下降，燃油消耗率升高，排放增加；缸內(nèi)溫度過高會使活塞承受過高的熱負(fù)荷，溫度過低會造成著火失敗或缸內(nèi)不完全燃燒；瞬時放熱率過高會導(dǎo)致柴油機(jī)工作不平穩(wěn)，過低則會使燃油消耗率升高，經(jīng)濟(jì)性下降。理想的放熱規(guī)律是燃燒先緩后急，以滿足運(yùn)轉(zhuǎn)柔和的要求，隨后燃燒要加快，使燃料盡可能接近上止點附近燃燒，以滿足經(jīng)濟(jì)性要求[27]。因此，本研究選取的3個指標(biāo)的評價原則均具有適中性。

2.2 正交仿真計算

由上文可知本研究采用10因素、4水平正交仿真，因此選用L32（410）正交表。本文確定的正交仿真計算設(shè)計及計算結(jié)果如表4所示。

3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

3.1 評價指標(biāo)為缸內(nèi)壓力的計算結(jié)果分析

缸內(nèi)壓力的極差分析如表5所示，其中k1、k2、k3和k4分別為4個水平的缸內(nèi)壓力均值。根據(jù)極差的大小可以判斷各因素對評價指標(biāo)的影響程度，即極差的數(shù)值越大，則表示該極差所對應(yīng)的因素越主要。

根據(jù)表5的極差分析可知，極差最大值27.47對應(yīng)的進(jìn)氣壓力對缸內(nèi)壓力峰值結(jié)果的影響最大，最小值0.73對應(yīng)的預(yù)噴油量對缸內(nèi)壓力峰值影響最小。因此可得出各參數(shù)對缸內(nèi)壓力的影響程度主次關(guān)系為Bgt;Agt;Hgt;Igt;Cgt;Jgt;Egt;Dgt;Fgt;G，即進(jìn)氣壓力gt;進(jìn)氣溫度gt;主噴提前角gt;主噴持續(xù)期gt;壓縮比gt;主預(yù)噴間隔gt;噴嘴直徑gt;燃燒室縮口比gt;噴油溫度gt;預(yù)噴油量。

假定影響程度最大的參數(shù)，即進(jìn)氣壓力對本機(jī)缸內(nèi)壓力的影響權(quán)重系數(shù)為1，各參數(shù)對評價指標(biāo)缸內(nèi)壓力的影響權(quán)重系數(shù)如表6所示，影響權(quán)重系數(shù)越大，代表該參數(shù)對評價指標(biāo)的影響程度越大。綜上可知，進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度和主噴提前角是影響缸內(nèi)壓力峰值的主要參數(shù)。以缸內(nèi)壓力為評價指標(biāo)時，根據(jù)其適中性得出的參數(shù)組合方案（組合1）如表7所示。

3.2 評價指標(biāo)為缸內(nèi)溫度的計算結(jié)果分析

根據(jù)表8的缸內(nèi)溫度極差分析可知，極差最大值375.37所對應(yīng)的進(jìn)氣壓力對于缸內(nèi)溫度峰值結(jié)果的影

響最大，極差最小值19.24所對應(yīng)的燃燒室縮口比對缸內(nèi)溫度峰值的影響最小。可以得出，各參數(shù)對缸內(nèi)溫度影響程度主次關(guān)系為Bgt;Agt;Hgt;Igt;Egt;Cgt;Ggt;Jgt;Fgt;D，即進(jìn)氣壓力gt;進(jìn)氣溫度gt;主噴提前角gt;主噴持續(xù)期gt;噴嘴直徑gt;壓縮比gt;預(yù)噴油量gt;主預(yù)噴間隔gt;噴油溫度gt;燃燒室縮口比。

假定影響程度最大的參數(shù)，即進(jìn)氣壓力對本柴油機(jī)缸內(nèi)溫度的影響權(quán)重系數(shù)為1，則各參數(shù)對評價指標(biāo)缸內(nèi)溫度的影響權(quán)重系數(shù)如表9所示?？芍M(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度和主噴提前角是影響缸內(nèi)溫度峰值的主要參數(shù)。以缸內(nèi)溫度為評價指標(biāo)時，根據(jù)其適中性得出的參數(shù)組合方案（組合2）如表10所示。

3.3 評價指標(biāo)為瞬時放熱率的計算結(jié)果分析

根據(jù)表11的瞬時放熱率極差分析可知，極差最大值1 131.64所對應(yīng)的主噴持續(xù)期對于瞬時放熱率峰值結(jié)果的影響最大，極差最小值289.36所對應(yīng)的噴油溫度對瞬時放熱率峰值的影響最小。因此可以得出，對于瞬時放熱率各參數(shù)影響程度的主次關(guān)系為Igt;Bgt;Agt;Egt;Ggt;Cgt;Hgt;Jgt;Dgt;F，即主噴持續(xù)期gt;進(jìn)氣壓力gt;進(jìn)氣溫度gt;噴嘴直徑gt;預(yù)噴油量gt;壓縮比gt;主噴提前角gt;主預(yù)噴間隔gt;燃燒室縮口比gt;噴油溫度。

假定影響程度最大的參數(shù)，即主噴持續(xù)期對本柴油機(jī)瞬時放熱率的影響權(quán)重系數(shù)為1，則各參數(shù)對評價指標(biāo)瞬時放熱率的影響權(quán)重系數(shù)如表12所示。綜上可知主噴持續(xù)期、進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣溫度是影響瞬時放熱率峰值的主要參數(shù)。以瞬時放熱率為評價指標(biāo)時，根據(jù)其適中性得出的參數(shù)組合方案（組合3）如表13所示。

由以上分析可知，影響缸內(nèi)壓力峰值的主要因素是進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度和主噴提前角；影響缸內(nèi)溫度峰值的主要因素是進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度和主噴提前角；影響瞬時放熱率峰值的主要因素是主噴持續(xù)期、進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣溫度。因此確定進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、主噴提前角和主噴持續(xù)期為影響柴油機(jī)低溫條件下啟動的關(guān)鍵影響因素，其中進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣溫度是環(huán)境因素，主噴提前角和主噴持續(xù)期為控制參數(shù)，即環(huán)境因素和控制參數(shù)對柴油機(jī)啟動過程的影響程度更高。

3.4 最佳匹配組合計算結(jié)果分析

經(jīng)過對以上3組參數(shù)組合的驗證計算，得到缸內(nèi)壓力、缸內(nèi)溫度和瞬時放熱率曲線如圖5所示。由圖5 a）、b）可知，3個組合的缸內(nèi)壓力峰值分別為

22.10、19.08和16.64 MPa，其缸內(nèi)壓力峰值相位分別為5.6、9.5和13 ℃A；缸內(nèi)溫度峰值分別為1 357.87、1 241.38和1 122.73 K，其缸內(nèi)溫度峰值相位分別為8.1、14.3和19.0 ℃A。

從組合1至組合3，缸內(nèi)壓力和缸內(nèi)溫度的峰值逐漸減小，峰值相位逐漸增大且距離上止點越來越遠(yuǎn)，理想的缸內(nèi)燃燒狀態(tài)要求燃燒盡可能接近上止點，這說明從組合1至組合3，缸內(nèi)燃燒逐漸出現(xiàn)推遲。此外，從缸壓和缸溫曲線可看出，組合2的缸壓和缸溫曲線的抬升時間比組合1略早，這是由于組合2的預(yù)噴油時刻在3組中最晚，預(yù)噴燃油噴入燃燒室時缸內(nèi)的溫度相比其他2組略高，因此更先發(fā)生著火，燃料在缸內(nèi)燃燒釋放大量熱量，缸內(nèi)壓力和溫度也隨之升高。

3個組合的瞬時放熱率峰值分別為743.06、837.09和261.21 J/℃A，瞬時放熱率峰值相位分別為-10.5、-16.2和12.5 ℃A。由圖5 c）可知，3個組合的瞬時放熱率曲線均呈雙峰狀，這是由于預(yù)噴燃油的噴霧擴(kuò)散和燃燒放熱可以改善缸內(nèi)燃燒環(huán)境，提高缸內(nèi)的溫度，使放熱率升高。通過比較可知，組合1的瞬時放熱率峰值相位距離上止點最近，燃燒效率較高；組合2的瞬時放熱率峰值出現(xiàn)的時刻最早，且峰值最大，這是由于組合2的噴油時刻最晚，燃油噴入燃燒室時缸內(nèi)的溫度相比其他2組略高，且組合2的預(yù)噴燃油量最大，預(yù)噴后缸內(nèi)溫度較高，在主噴燃油噴入缸內(nèi)后，更容易發(fā)生著火，導(dǎo)致滯燃期較短，瞬時放熱率相較于另外2組更早達(dá)到峰值；而組合1的主預(yù)噴間隔小，主噴的滯燃期較長，形成了更多的預(yù)混合氣，在進(jìn)行預(yù)混燃燒時，較多的混合氣進(jìn)行燃燒，提高了缸內(nèi)壓力和溫度，因此組合1的瞬時放熱率峰值較高，雖然組合1的瞬時放熱率峰值比組合2略低，但理想的燃燒放熱規(guī)律要求燃料盡可能接近上止點附近燃燒，因此組合1的燃燒放熱效果相比于另外2組更好。

由圖6可知，組合1的燃油油束噴向活塞凹坑側(cè)壁，并在凹坑底部以及側(cè)壁形成燃油濃區(qū)，組合1的燃油噴霧擴(kuò)散比另外2組要快，噴霧貫穿距離更大，而組合3的燃油噴霧在上止點時未到達(dá)凹坑側(cè)壁，這是由于組合3的燃燒室深度是這3個組合中最大的，且組合3的進(jìn)氣溫度是3組中最低的，較低進(jìn)氣溫度會使燃油的噴霧擴(kuò)散速度變慢，因此燃油噴霧到達(dá)燃燒室凹坑的時間最晚。此外，組合3的

凹坑底部存在油氣當(dāng)量比較高的區(qū)域，這是由預(yù)噴的燃油噴霧到達(dá)凹坑處形成的，然而組合1和組合2由于噴霧擴(kuò)散速度較快，預(yù)噴燃油噴霧早在上止點前就已經(jīng)擴(kuò)散完成，因此未同組合3一樣在凹坑底部存在油氣當(dāng)量比較高的區(qū)域。

由圖7可知，燃油油束噴向活塞凹坑側(cè)壁，并先在凹坑側(cè)壁處發(fā)生燃燒，出現(xiàn)溫度較高區(qū)域，燃燒室底部中央接近凸臺的區(qū)域由于燃油蒸發(fā)擴(kuò)散效果較好也先發(fā)生燃燒?？梢钥闯鼋M合1的高溫區(qū)域最多，組合3的溫度場分布高溫區(qū)域最少，組合3的凹坑底部存在溫度較高區(qū)域，這是由預(yù)噴的燃油噴霧先到達(dá)凹坑處發(fā)生燃燒形成的，組合1和組合2由于燃油蒸發(fā)擴(kuò)散效果較好，預(yù)噴燃油在上止點前就已發(fā)生燃燒。組合1由于其噴油時刻較早，燃油噴入燃燒室后有更長的時間進(jìn)行蒸發(fā)擴(kuò)散，缸內(nèi)的混合氣分布相較于另外2組更加均勻，更易于充分燃燒，因此其位于上止點時的缸內(nèi)高溫區(qū)域比另外2組更多。

由缸內(nèi)壓力、缸內(nèi)溫度可以看出，組合1的曲線峰值比另外2組更高且峰值相位更接近上止點；由瞬時放熱率曲線可以看出，組合1的峰值雖略低于組合2但其峰值距離上止點最近；從缸內(nèi)混合氣分布和溫度場可以看出，組合1的燃油擴(kuò)散效果更好，溫度場的分布相較另外2組更加均勻。因此綜合以上結(jié)果分析，選擇組合1作為最佳參數(shù)匹配組合。

4 結(jié) 語

基于正交仿真研究了環(huán)境因素、設(shè)計參數(shù)、控制參數(shù)對柴油機(jī)低溫啟動過程的影響，通過極差分析獲得各參數(shù)對缸內(nèi)評價指標(biāo)的影響權(quán)重，提取出對柴油機(jī)啟動過程影響較大的關(guān)鍵影響參數(shù)，并以缸內(nèi)壓力、缸內(nèi)溫度和瞬時放熱率為評價指標(biāo)對各因素進(jìn)行參數(shù)匹配研究，主要結(jié)論如下。

1）各參數(shù)對缸內(nèi)壓力的影響程度主次關(guān)系為進(jìn)氣壓力gt;進(jìn)氣溫度gt;主噴提前角gt;主噴持續(xù)期gt;壓縮比gt;主預(yù)噴間隔gt;噴嘴直徑gt;燃燒室縮口比gt;噴油溫度gt;預(yù)噴油量。

對缸內(nèi)溫度的影響程度主次關(guān)系為進(jìn)氣壓力gt;進(jìn)氣溫度gt;主噴提前角gt;主噴持續(xù)期gt;噴嘴直徑gt;壓縮比gt;預(yù)噴油量gt;主預(yù)噴間隔gt;噴油溫度gt;燃燒室縮口比。

對瞬時放熱率的影響程度主次關(guān)系為主噴持續(xù)期gt;進(jìn)氣壓力gt;進(jìn)氣溫度gt;噴嘴直徑gt;預(yù)噴油量gt;壓縮比gt;主噴提前角gt;主預(yù)噴間隔gt;燃燒室縮口比gt;噴油溫度。

2）確定進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、主噴提前角和主噴持續(xù)期為影響柴油機(jī)低溫條件下啟動的關(guān)鍵影響參數(shù)。

3）對3組參數(shù)組合進(jìn)行仿真，并對結(jié)果進(jìn)行分析得到組合1的燃燒效率較高，并且其缸內(nèi)油氣混合分布較好，溫度場分布相較于另外2組更均勻。

綜上所述，本文通過CONVERGE軟件仿真分析得到了柴油機(jī)低溫啟動過程的關(guān)鍵影響參數(shù)，后續(xù)將基于最佳參數(shù)組合研究各關(guān)鍵影響參數(shù)對柴油機(jī)啟動過程的影響規(guī)律。

參考文獻(xiàn)/References：

[1] HEYWOOD J.Internal Combustion Engine Fundamentals[M].New York：Mc-Graw Hill，1988.

[2] 蔣齊秦，劉伍權(quán)，朱巖，等.車用柴油機(jī)冷起動燃燒過程研究及相關(guān)技術(shù)分析[J].小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù)，2018，47（5）：81-86.

JIANG Qiqin，LIU Wuquan，ZHU Yan，et al.A review of study on cold start combustion process of vehicle diesel engine and related techniques[J].Small Internal Combustion Engine and Motorcycle，2018，47（5）：81-86.

[3] 洪印濤.極端低溫環(huán)境下柴油機(jī)的快速起動研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2015.

HONG Yintao.The Research of Rapid Start of Diesel Engine Under Extreme Low Temperature Environment[D].Chongqing：Chongqing Jiaotong University，2015.

[4] 強(qiáng)永平，李海鷹，張煒，等.低溫環(huán)境柴油機(jī)活塞燒蝕燃燒過程分析研究[J].車用發(fā)動機(jī)，2021（3）：64-70.

QIANG Yongping，LI Haiying，ZHANG Wei，et al.Research on combustion process of piston ablation for diesel engine at low temperature[J].Vehicle Engine，2021（3）：64-70.

[5] ZHANG Z，LIU F S，WANG P，et al.Ignition-characteristic research of the diesel fuel in combustion vessel simulated diesel engine cold start condition[J].Journal of Energy Engineering，2018.DOI：10.1061/（ASCE）EY.1943-7897.0000499.

[6] PACHIANNAN T，ZHONG Wenjun，XUAN Tiemei，et al.Simultaneous study on spray liquid length，ignition and combustion characteristics of diesel and hydrogenated catalytic biodiesel in a constant volume combustion chamber[J].Renewable Energy，2019，140：761-771.

[7] 王霞，陳月春，李素婷，等.不同海拔高度下柴油機(jī)低溫起動性能試驗研究[J].內(nèi)燃機(jī)與動力裝置，2022，39（1）：7-11.

WANG Xia，CHEN Yuechun，LI Suting，et al.Experimental study on cold starting performance of diesel engine at different altitudes[J].Internal Combustion Engine amp; Power Plant，2022，39（1）：7-11.

[8] 王成龍.高海拔環(huán)境下柴油機(jī)噴霧撞壁及燃燒特性研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2016.

WANG Chenglong.Study of Spray Impingement Characteristics and Combustion Characteristics for Diesel Engine at High Altitude[D].Beijing：Beijing Jiaotong University，2016.

[9] 張志強(qiáng)，劉一澤，鄔斌揚(yáng)，等.噴孔直徑對重型柴油機(jī)燃燒和排放的影響[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報，2022，40（2）：97-105.

ZHANG Zhiqiang，LIU Yize，WU Binyang，et al.Effect of nozzle diameter on combustion and emissions of a heavy duty diesel engine[J].Transactions of Csice，2022，40（2）：97-105.

[10]強(qiáng)永平，蔡忠周，徐春龍，等.燃燒室形狀對燃燒過程的影響研究[J].柴油機(jī)，2011，33（2）：1-6.

QIANG Yongping，CAI Zhongzhou，XU Chunlong，et al.Influence of combustion chamber′s shape on combustion process[J].Diesel Engine，2011，33（2）：1-6.

[11]陳東潤.直噴柴油機(jī)燃燒室形狀參數(shù)與噴霧特性匹配研究[D].長春：吉林大學(xué)，2022.

CHEN Dongrun.Matching Study of Combustion Chamber Geometry Parameters and Spray Characteristics of DI Diesel Engine[D].Changchun：Jilin University，2022.

[12]JAFARI B，SEDDIQ M，MIRSALIM S M.Assessment of the impacts of combustion chamber bowl geometry and injection timing on a reactivity controlled compression ignition engine at low and high load conditions[J].International Journal of Engine Research，2020，22（9）：2852-2868.

[13]王龍，王憲成.燃油溫度對柴油機(jī)高原起動熱負(fù)荷的影響[J].山西電子技術(shù)，2021（5）：12-13.

WANG Long，WANG Xiancheng.The influence of fuel temperature on the thermal load of diesel engine at high altitude[J].Shanxi Electronic Technology，2021（5）：12-13.

[14]強(qiáng)永平，李海鷹，張曉琴，等.柴油機(jī)回水溫度對燃燒過程影響試驗研究[J].兵工學(xué)報，2020，41（2）：222-230.

QIANG Yongping，LI Haiying，ZHANG Xiaoqin，et al.Experimental research on effect of return water temperature on the combustion progress in a diesel engine[J].Acta Armamentarii，2020，41（2）：222-230.

[15]SHI Zhicheng，LEE C F，WU Han，et al.Effect of injection pressure on the impinging spray and ignition characteristics of the heavy-duty diesel engine under low-temperature conditions[J].Applied Energy，2020.DOI：10.1016/j.apenergy.2020.114552.

[16]韓曉梅，林學(xué)東，李德剛，等.噴射方式對2.0L直噴柴油機(jī)起動首循環(huán)燃燒過程的影響[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2016，37（2）：1-6.

HAN Xiaomei，LIN Xuedong，LI Degang，et al.Influence of injection strategy on the first cycle combustion process of 2.0 L DI diesel engine at starting condition[J].Chinese Internal Combustion Engine Engineering，2016，37（2）：1-6.

[17]PARK H，BAE C，HA C.A comprehensive analysis of multiple injection strategies for improving diesel combustion process under cold-start conditions[J].Fuel，2019.DOI：10.1016/j.fuel.2019.115762.

[18]孫建國.柴油機(jī)燃油分段噴射對缸內(nèi)燃燒的影響及匹配研究[D].北京：北京理工大學(xué)，2015.

SUN Jianguo.Study of the Impact of Multi-Injection on the Characterisitic of the Combustion and Matching in Cylinder of Diesel[D].Beijing：Beijing Institute of Technology，2015.

[19]馬名揚(yáng).噴油策略對柴油機(jī)性能影響的試驗和計算研究[D].天津：天津大學(xué)，2017.

MA Mingyang.Experimental and Computational Study of Fuel Injection Strategies on Engine Performance[D].Tianjin：Tianjin University，2017.

[20]馬涇銘.低溫條件下柴油機(jī)性能優(yōu)化及冷起動耦合系統(tǒng)的設(shè)計[D].重慶：重慶大學(xué)，2020.

MA Jingming.Optimization of Diesel Engine Performance and Design of a Cold Start Coupling Systemat Low Temperature[D].Chongqing：Chongqing University，2020.

[21]路佩.低溫冷起動工況柴油摻混燃料噴霧燃燒特性[D].北京：北京理工大學(xué)，2018.

LU Pei.Spray Combustion Characteristics of Diesel Blending Fuel Under Low-Temperature Cold Start Condition[D].Beijing：Beijing Institute of Technology，2018.

[22]SHI Zhicheng，LEE C F，WU Han，et al.Optical diagnostics of low-temperature ignition and combustion characteristics of diesel/kerosene blends under cold-start conditions[J].Applied Energy，2019.DOI：10.1016/j.apenergy.2019.113307.

[23]魏建輝.基于Converge的天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)燃燒過程的研究與控制[D].福州：福州大學(xué)，2021.

WEI Jianhui.Research on In-Cylinder Combustion of Natural Gas/Diesel Dual Fuel Engine Using Converge Simulation Model[D].Fuzhou：Fuzhou University，2021.

[24]王滸，廖秀科，梁和平，等.柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)數(shù)值優(yōu)化[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2022，28（1）：11-19.

WANG Hu，LIAO Xiuke，LIANG Heping，et al.Numerical optimization of diesel/natural gas dual-fuel engine[J].Journal of Combustion Science and Technology，2022，28（1）：11-19.

[25]廖秀科.柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)燃燒機(jī)理和控制策略模擬研究[D].天津：天津大學(xué)，2021.

LIAO Xiuke.Numerical Research on Combustion Mechanism and Control Strategy of Diesel/Natural Gas Dual Fuel Engine[D].Tianjin：Tianjin University，2021.

[26]楊熹.正庚烷摻混甲醇燃燒機(jī)理及特性研究[D].鄭州：華北水利水電大學(xué)，2022.

YANG Xi.Research on Combustion Mechanism and Characteristics of N-Heptane Mixed with Methanol[D].Zhengzhou：North China University of Water Resources and Electric Power，2022.

[27]周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.