EGR 率和噴油正時(shí)對柴油機(jī)性能的影響

與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)具有更高的熱效率、更好的動力性和較大的爆發(fā)功率等優(yōu)點(diǎn)。但是，柴油機(jī)的氮氧化合物（NOx）排放和顆粒物（PM）排放較高，這兩種排放物對人體健康有較大影響，因而受到柴油機(jī)設(shè)計(jì)人員的重視。柴油機(jī)多個(gè)相關(guān)的參數(shù)都會影響NOx和PM的排放，其中，廢氣再循環(huán)（EGR）率和噴油正時(shí)產(chǎn)生的影響最為顯著。因而，為了優(yōu)化柴油機(jī)的燃燒和排放，需要對EGR率和噴油正時(shí)進(jìn)行分析。

分析EGR率和噴油正時(shí)對柴油機(jī)燃燒和排放的影響時(shí)，常采用試驗(yàn)和仿真兩種方法。利用仿真方法不僅能降低設(shè)計(jì)開發(fā)成本、節(jié)約資源，而且能夠縮短設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)間。仿真時(shí)，采用商業(yè)化軟件ANSYS Forte中的計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）軟件。首先，建立一個(gè)卡特皮勒（Caterpillar）3401E單缸柴油機(jī)的三維CFD模型，以及進(jìn)氣增壓系統(tǒng)和電控噴油器的三維CFD模型。同時(shí)，設(shè)定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1789r/min，負(fù)荷約為額定功率的25%，進(jìn)氣溫度為40℃，柴油噴射壓力為120.6kPa。然后，基于具有湍流重正化群k-ε湍流模型的雷諾平均Navier-Stokes方法模擬噴油器中柴油的流動，以及進(jìn)氣系統(tǒng)中空氣的流動。采用KH/RT模型模擬柴油液滴的破碎特性，并采用Eulerian-Langrangian模型模擬柴油噴霧的蒸發(fā)特性。最后，改變不同的EGR率和噴油正時(shí)組合，仿真計(jì)算柴油機(jī)的缸內(nèi)壓力、放熱率、點(diǎn)火延遲、NOx排放和PM排放，并將仿真結(jié)果與之前大量的試驗(yàn)結(jié)果相比較。

比較結(jié)果表明：①利用CFD方法的預(yù)測結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果大致相同；②EGR率越大，柴油機(jī)的缸內(nèi)峰值壓力出現(xiàn)降低，NOx排放也出現(xiàn)降低，但PM排放出現(xiàn)增加；③噴油正時(shí)越大，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性越好，缸內(nèi)峰值壓力出現(xiàn)增加，而PM排放出現(xiàn)降低，但NOx排放出現(xiàn)增加。

Ishan Verma et al.SAE 2017-01-0574.

編譯：李臣