基于成像技術(shù)的柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒模型開發(fā)

能源危機(jī)、環(huán)境影響引發(fā)了汽車制造商開始專注于發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化技術(shù)的開發(fā)。柴油機(jī)具有較高的熱效率，能夠提高燃油利用率，被廣泛應(yīng)用在客車、載貨汽車等中重型汽車上。對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，需要模擬出發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)柴油燃燒的整個(gè)過程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)性能、燃油消耗和排放的預(yù)測(cè)。過去對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)柴油燃燒過程的模擬，主要通過對(duì)缸內(nèi)壓力變化和柴油機(jī)熱釋放率來表示，不能精確反映出發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)柴油燃燒的完整過程。對(duì)此，需要開發(fā)出更為精確的柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒模型。

新開發(fā)的柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒模型，主要基于美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的直噴式柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒模型。該模型利用噴霧成像技術(shù)，獲得顯示柴油噴霧演化、柴油噴霧混合、預(yù)混燃燒、混合控制燃燒、顆粒物形成和NOx形成的圖像，并根據(jù)所有相關(guān)圖像綜合開發(fā)出缸內(nèi)燃燒模型。該模型將缸內(nèi)壓力、溫度和柴油噴霧成分看作均勻分布的，之后利用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行熱力過程的計(jì)算。由于不能獲得柴油燃燒瞬間的清晰圖像，因而該模型對(duì)柴油在缸內(nèi)燃燒的模擬不能形成閉環(huán)循環(huán)。對(duì)此，新建立的模型考慮到了缸內(nèi)的非均勻性，將整個(gè)柴油氣缸分成6個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，并分別對(duì)這6個(gè)區(qū)域的噴霧圖像進(jìn)行獨(dú)立的描述，分別建立每塊區(qū)域內(nèi)柴油噴霧的形成模型和燃燒模型。采用美國西南研究院測(cè)量的6缸重型柴油機(jī)的氣缸峰值壓力數(shù)據(jù)和有效燃油消耗率數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)，對(duì)開發(fā)的柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒模型進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，在12種運(yùn)行工況下，所開發(fā)的柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒模型對(duì)氣缸峰值壓力的預(yù)測(cè)誤差為-2.2%，對(duì)有效燃油消耗率的預(yù)測(cè)誤差為0.67%，證明了所開發(fā)模型的準(zhǔn)確性。

Murat Ates et al.SAE 2017-01-0537.

編譯：王祥