基于無柴油微粒過濾器的柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化

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基于無柴油微粒過濾器的柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化

研究了在無柴油微粒過濾器條件下優(yōu)化柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)，以滿足美國的Tire4的微粒排放標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)化活塞碗幾何尺寸、噴射器噴嘴規(guī)格、渦流比和誘導(dǎo)空氣質(zhì)量等變量以影響燃燒，設(shè)計(jì)良好的燃燒碗和多方向噴射角的噴嘴使其在相同NOx排放標(biāo)準(zhǔn)下降低PM排放值。通過計(jì)算分析和發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)優(yōu)化活塞碗，并在額定功率運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)行燃燒三維仿真。仿真和試驗(yàn)的主要結(jié)論如下。

（1）低微粒燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)活塞燃燒室的概念被狹窄的噴霧角度與碗幾何匹配而產(chǎn)生的兩個(gè)區(qū)域所代替。商用車和越野車發(fā)動(dòng)機(jī)與乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)相比具有更低的運(yùn)行速度，這會(huì)產(chǎn)生較弱的擠流式缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)。因此，重點(diǎn)在于每個(gè)區(qū)域燃料進(jìn)入和輸出主碗的量與空氣的量是否匹配良好。

（2）仿真結(jié)果表明，低微粒燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)活塞具有減少煙塵的很大潛力，在燃燒室的局部稀混合物氣中通過改進(jìn)空氣與燃料的混合達(dá)到更快氧化。在噴霧與各種噴射角度定位的優(yōu)化方面，噴嘴具有定量噴射的差異，該差異取決于燃料噴射到活塞上/下側(cè)的分布。

（3）美國能源部的測(cè)試結(jié)果表明，相比基線擁有不同噴霧角度的低PM燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)活塞提高了NOx-PM曲線的權(quán)衡性。活塞碗形狀和噴射角度的試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果匹配良好。在降低微粒、提高燃料燃燒方面，低微粒燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和142°噴霧角噴嘴是比較合適的組合。在NRSC模式下，應(yīng)用該組合形式微粒排放降低為原來的15%～84%。2.4L無微粒過濾器的低微粒燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)符合Tire-4最終排放標(biāo)準(zhǔn)。

Dockoon Yoo et al. SAE 2013-01-2538.

編譯：趙喚