高壓柴油噴霧噴油嘴位置對柴油機減排的影響

高壓柴油噴霧噴油嘴位置對柴油機減排的影響

隨著廢氣排放法規(guī)的日益嚴格，迫切需要尋求新的燃燒方案或改善現(xiàn)有的設計結構。而相關研究多集中于對發(fā)動機燃燒系統(tǒng)優(yōu)化可能性的討論，對新燃燒系統(tǒng)的研究仍處于發(fā)展階段。直噴式柴油機燃燒系統(tǒng)按噴油嘴和火花塞的相對位置及混合氣的組織形式可分為3種：氣流引導式、壁面引導式和噴束引導式。其中，壁面引導法應用最為廣泛，而采用壁面引導法時，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形成油膜，從而導致潤滑油稀釋，燃油經(jīng)濟性下降。通過仿真和試驗兩種方法對柴油機進行分析，探究在燃油噴射系統(tǒng)中，噴油嘴位置對所形成油膜的影響，從而優(yōu)化發(fā)動機的燃燒和排放。

試驗采用奧地利AVL公司5804型單缸柴油機。試驗設定3個不同的噴油嘴位置，噴油嘴末端距離發(fā)動機缸蓋分別為2mm、5mm和8mm（記為位置1、位置2和位置3）。試驗過程中，設定發(fā)動機轉速為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量發(fā)動機缸內(nèi)壓力，AVL公司IFEM型電荷放大器進行信號放大，并利用IndiSmart621數(shù)據(jù)采集卡對輸出信號進行采樣。利用AVL公司生產(chǎn)的FIRE2010軟件進行仿真研究。為使仿真結果盡可能接近于真實情況，對燃燒室進行建模時，共劃分為23600個網(wǎng)格單元。混合氣流動采用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程的模擬采用Naber-Reitz模型，燃燒過程模擬采用漩渦破碎模型，NO產(chǎn)生的分析利用擴展的謝爾多維奇機理。結果表明：仿真結果與試驗結果相似，噴油嘴位置對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，發(fā)動機燃燒過程最為激烈，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；從熱力學角度來說，燃燒效果最差的是噴油嘴位置3，噴油嘴位置2為發(fā)動機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