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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(yù)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(wǎng)格進行計算以節(jié)省計算時間；由于主要研究缸內(nèi)流動特性及燃燒過程，故計算網(wǎng)格不包括進氣道與排氣道，且計算從進氣門關(guān)閉開始到排氣門開啟結(jié)束。計算步長設(shè)置為0.2°，位于上止點時計算網(wǎng)格數(shù)為34725，位于下止點時計算網(wǎng)格數(shù)為79311，所有計算方案均采用相同的初始設(shè)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(fā)加熱模型為Dukowicz模型，并采用相關(guān)火焰模型中改進的ECFM-3Z燃燒模型來估算平均反應(yīng)速率。用于模型驗證的發(fā)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(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)噴的多次噴射試驗設(shè)置，各組試驗中循環(huán)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(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，但同時會導(dǎo)致Soot（碳煙）排放增加，原因是EGR會導(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(fā)動機參數(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