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        通過優(yōu)化燃燒系統(tǒng)改善柴油機(jī)燃油消耗和排放的研究

        2017-07-25 09:22:20王祥
        汽車文摘 2017年7期
        關(guān)鍵詞:噴油嘴渦流活塞

        通過優(yōu)化燃燒系統(tǒng)改善柴油機(jī)燃油消耗和排放的研究

        美國非公路車用設(shè)備第4階段排放標(biāo)準(zhǔn)(Tier 4 Final)與第三階段(Tier 3 Final)相比,要求各種排放減少90%以上。各柴油機(jī)生產(chǎn)商設(shè)計(jì)出的新型發(fā)動(dòng)機(jī)和后處理系統(tǒng)需符合排放法規(guī)。韓國斗山重工開發(fā)了一款2.4L緊湊型柴油機(jī),其可用于裝載機(jī)、叉車等工程車。該柴油機(jī)雖未配備柴油顆粒過濾器(DPF),但具有超低顆粒物排放,因而又被稱為D24 ULPC柴油機(jī),其可以很好地符合Tier 4 Final排放法規(guī)。在此基礎(chǔ)上,借助試驗(yàn)和仿真方法,通過優(yōu)化噴油嘴噴射流量、進(jìn)氣渦流比以及活塞碗幾何形狀,進(jìn)一步改善D24 ULPC柴油機(jī)的燃油消耗和排放。

        試驗(yàn)時(shí),采用奧地利AVL公司生產(chǎn)的Dynoexact APA 202-12主動(dòng)測(cè)功機(jī),并在測(cè)功機(jī)上配備靜壓軸承和高動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng),柴油機(jī)配備高壓共軌電控直噴系統(tǒng)、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和高壓回路冷卻廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。采用AVL i60排放分析儀、AVL 415S煙度計(jì)測(cè)量排放,采用AVL Indicom測(cè)量缸內(nèi)壓力,采用AVL 735S油耗儀測(cè)量燃油消耗。試驗(yàn)采用兩種不同規(guī)格的噴油嘴,兩種噴油嘴傾斜角度均為142°。一種噴油嘴直徑為0.115mm,噴射流量為580mL/min,并將其設(shè)為基準(zhǔn);另一種噴油嘴直徑為0.127mm,噴射流量為638mL/min。結(jié)果顯示,噴油嘴噴射流量增大,顆粒物排放略有降低,NOx排放略有增加,燃油消耗約增加2%。之后設(shè)定-0.4、-0.2、0、0.2、0.4這5個(gè)進(jìn)氣渦流比,結(jié)果顯示進(jìn)氣渦流比增加,可提高柴油機(jī)的熱釋放率,改善燃油經(jīng)濟(jì)性。同樣,顆粒物排放隨之降低,NOx排放則略有增加。通過三維計(jì)算流體力學(xué)(CFD)軟件進(jìn)行模擬,優(yōu)化燃燒系統(tǒng)。模擬時(shí),湍流模型采用RNG模型、燃燒模型采用二次破碎模型,NOx排放分析基于擴(kuò)展的澤爾道維奇(Zeldovich)生成機(jī)理,顆粒物排放量采用Khan-Hiroyasu-Belardini模型。將噴油嘴噴射流量和進(jìn)氣渦流比優(yōu)化結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相似。最后,利用CFD軟件對(duì)圖1所示的4個(gè)活塞碗主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果顯示,活塞碗幾何形狀顯示出改善燃油消耗的巨大潛力,燃油消耗改善將超過6%。

        圖1活塞碗幾何形狀的主要參數(shù)

        Dockoon Yoo et al.SAE 2015-01-0785.

        編譯:王祥

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