滿足歐6排放標準的柴油機設計

為降低汽車使用對環(huán)境造成的影響，各國都制定了十分嚴格的排放法規(guī)。自2014年開始實施的歐6排放法規(guī)，是目前最為嚴格的排放法規(guī)。為滿足該排放法規(guī)的要求，汽車制造商開始進行了新型發(fā)動機的設計，尤其是新型柴油機的設計，這主要是由于歐6排放法規(guī)對柴油機的顆粒物（PM）排放和氮氧化合物（NOx）排放做出了極為嚴格的要求。在采用后處理系統(tǒng)來降低柴油機排放的同時，還需要通過對柴油機進行優(yōu)化設計來降低其排放。

新設計的柴油機基于一臺滿足歐4排放法規(guī)的4沖程柴油機進行。設計時，主要采用仿真方法。利用GT-Power模擬計算軟件建立滿足歐4排放法規(guī)的柴油機GT-Power模型，基于該模型進行柴油機各子系統(tǒng)的優(yōu)化。優(yōu)化時，采用STAR CCM+數(shù)值仿真方法對柴油機缸內(nèi)流場、進氣歧管、排氣歧管內(nèi)的氣體流場進行數(shù)值仿真和優(yōu)化，依此確定新的燃燒室、進氣歧管和排氣歧管的形狀。采用KIVA-3V數(shù)值仿真方法對空氣-柴油混合噴霧的形成以及燃燒過程進行數(shù)值仿真和優(yōu)化，依此確定新的噴射策略和柴油類型。利用有限元方法對新設計柴油機的關鍵組件，如活塞、連桿、曲軸、缸蓋進行有限元分析，確保關鍵組件具有足夠的熱機械疲勞強度。對新設計柴油機的測試原型進行性能驗證和排放驗證。對新設計柴油機原型的臺架測試結(jié)果表明，新設計的柴油機在轉(zhuǎn)速2600r/min時獲得的最大功率為80kW，在轉(zhuǎn)速1200～1400r/min時獲得最大轉(zhuǎn)矩為420Nm，滿足了中型商用車的動力性需求。同時，與滿足歐4排放法規(guī)的柴油機相比，新設計的柴油機具有更高的燃燒效率，PM和NOx排放減少了2.5～5倍。

Enrico Mattarelli et al.SAE 2017-26-0034.

編譯：王祥