高效率低排放柴油機(jī)的開發(fā)

柴油機(jī)因其較高的壓縮比和較低的損失，而在商用車領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。柴油機(jī)存在的主要問題是NOx和PM排放較高。為了滿足嚴(yán)格的排放法規(guī)要求，對(duì)柴油機(jī)的開發(fā)開始朝向高效率、低排放的方向發(fā)展。利用仿真的方法開發(fā)滿足要求的柴油機(jī)能夠縮短開發(fā)周期，并減少開發(fā)成本，便于對(duì)開發(fā)初期做出更改。

為了開發(fā)出滿足目標(biāo)要求的柴油機(jī)，需要了解如何實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的高效率、低排放。通過對(duì)柴油機(jī)的缸內(nèi)燃燒過程進(jìn)行控制，能夠有效地降低NOx和PM排放，同時(shí)提高柴油機(jī)效率。對(duì)缸內(nèi)燃燒過程進(jìn)行控制的傳統(tǒng)方法是通過缸內(nèi)擴(kuò)散燃燒火焰的控制實(shí)現(xiàn)的，但是這種控制方法已經(jīng)無法再降低柴油機(jī)的NOx和PM排放?？紤]到廢氣再循環(huán)（EGR）對(duì)柴油機(jī)效率和排放的影響，采用將同一曲軸轉(zhuǎn)角下燃油噴射量與EGR注入量耦合的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)缸內(nèi)燃燒過程的控制。對(duì)該方法的有效性進(jìn)行仿真驗(yàn)證時(shí)，采用OpenFOAM計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）仿真軟件作為仿真平臺(tái)，并使用改進(jìn)的DieselFoam求解器來模擬柴油液滴破碎、液滴蒸發(fā)和燃油空氣混合。設(shè)定噴射壓力150MPa、噴射持續(xù)時(shí)間6.8ms、噴油孔直徑0.1mm。采用查爾姆斯理工大學(xué)開發(fā)的正庚烷模型作為燃油模型，用來模擬燃油噴霧的燃燒過程。該燃油模型包含57種物質(zhì)和290個(gè)化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型。通過對(duì)燃燒過程仿真結(jié)果分析，驗(yàn)證了能夠利用燃油噴射量與EGR注入量的同軸耦合對(duì)燃燒過程進(jìn)行控制，基于此可實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的開發(fā)。

刊名：Earth and Environmental Science（英）

刊期：2016年第32期

作者：R J Ho et al

編譯：陳丁躍