直喷柴油机多次喷射的仿真研究

2014-02-04

汽车文摘 2014年11期

直喷柴油机多次喷射的仿真研究

研究多次喷射对直喷柴油机性能及排放特性的影响，重点分析了NOx排放。对排量2.148L的直喷柴油机进行仿真研究，该发动机技术参数见表1。

液体燃料喷射速率对混合气形成、喷雾贯穿距离及液滴间相互作用有很大影响，故采用拉格朗日多段模型仿真缸内液滴离散过程，采用Reitz and Diwakar破碎模型仿真液滴破碎过程，采用基于涡破碎概念的特征时间尺度模型仿真燃烧过程。如图1所示，计算网格采用180°的部分网格，由120000个体网格组成。

仿真结果表明，在电机起动情况下，缸压与缸内温度峰值出现在360°曲轴转角，数值分别为5.7MPa和1050K；采用单次喷射时，喷油结束时刻缸内压力与温度分别为5.1MPa和940K；喷油结束后3°曲轴转角开始燃烧，燃烧过程中缸内压力与温度峰值出现在上止点后5°曲轴转角，其值分别为13.5MPa和2422K。在多次喷射方案中，首次喷射总油量的25%后，缸内压力为2.9MPa，缸内温度为526.85℃；当第2次喷射剩余75%油量后，缸内压力为5.1MPa，缸内温度为666.85℃，经过3°曲轴转角的滞燃期后开始燃烧，缸内压力与温度峰值出现在上止点后8°曲轴转角，压力峰值为12MPa，温度峰值为2002.85℃，均低于单次喷射对应值。由此可知，多次喷射可以有效控制缸内温度与压力，与单次喷射相比，采用两次喷射后可降低45%的NOx排放，原因是单次喷射时工质混合不均匀，局部过浓导致燃烧温度偏高，而多次喷射使燃料有足够时间混合均匀，燃烧温度明显降低，从而减少了NOx的生成。