高壓柴油噴霧噴油嘴位置對(duì)柴油機(jī)減排的影響

隨著廢氣排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，迫切需要尋求新的燃燒方案或改善現(xiàn)有的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。而相關(guān)研究多集中于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化可能性的討論，對(duì)新燃燒系統(tǒng)的研究仍處于發(fā)展階段。直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)按噴油嘴和火花塞的相對(duì)位置及混合氣的組織形式可分為3種：氣流引導(dǎo)式、壁面引導(dǎo)式和噴束引導(dǎo)式。其中，壁面引導(dǎo)法應(yīng)用最為廣泛，而采用壁面引導(dǎo)法時(shí)，燃油從噴油嘴內(nèi)噴出，與空氣混合形成的混合氣在氣缸壁上會(huì)形成油膜，從而導(dǎo)致潤(rùn)滑油稀釋?zhuān)加徒?jīng)濟(jì)性下降。通過(guò)仿真和試驗(yàn)兩種方法對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行分析，探究在燃油噴射系統(tǒng)中，噴油嘴位置對(duì)所形成油膜的影響，從而優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒和排放。

試驗(yàn)采用奧地利AVL公司5804型單缸柴油機(jī)。試驗(yàn)設(shè)定3個(gè)不同的噴油嘴位置，噴油嘴末端距離發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋分別為2mm、5mm和8mm（記為位置1、位置2和位置3）。試驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min、噴射延遲為0.3ms、噴油量為7.7mg。分別采用奧地利AVL公司GH11D型壓電式壓力傳感器測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)壓力，AVL公司IFEM型電荷放大器進(jìn)行信號(hào)放大，并利用IndiSmart621數(shù)據(jù)采集卡對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行采樣。利用AVL公司生產(chǎn)的FIRE2010軟件進(jìn)行仿真研究。為使仿真結(jié)果盡可能接近于真實(shí)情況，對(duì)燃燒室進(jìn)行建模時(shí)，共劃分為23600個(gè)網(wǎng)格單元?；旌蠚饬鲃?dòng)采用k-zeta-f湍流模型，液滴蒸發(fā)模型采用Dukowicz模型，混合氣在氣缸壁上形成油膜過(guò)程的模擬采用Naber-Reitz模型，燃燒過(guò)程模擬采用漩渦破碎模型，NO產(chǎn)生的分析利用擴(kuò)展的謝爾多維奇機(jī)理。結(jié)果表明：仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相似，噴油嘴位置對(duì)燃油霧化和燃燒的影響與燃燒室形狀的影響同樣重要；噴油嘴位于位置1處時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程最為激烈，燃燒溫度最高，熱釋放率也最高，HC和CO的排放較低，但CO2和NOx的排放增多；從熱力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，燃燒效果最差的是噴油嘴位置3，噴油嘴位置2為發(fā)動(dòng)機(jī)熱釋放率和有害化合物排放的折中位置。

Ireneusz Pielecha et al. SAE 2014-01-1250.

編譯：陳丁躍