化学计量燃烧柴油机降低油耗的喷油策略优化

化学计量燃烧柴油机降低油耗的喷油策略优化

研究了化学计量燃烧柴油机降低油耗的优化方案，对不同的喷油策略、喷油包含角及初始条件进行了仿真研究。

研究中使用的仿真模型在排量为1.9L的4缸高速直喷柴油机上进行验证。由于喷油器为8孔均匀分布，为了提高计算效率，采用了45°的部分网格进行仿真计算。研究中对包括喷油时刻、喷油包含角及喷油时间间隔等喷射参数进行优化，设置了多组进气门关闭时刻的初始温度与压力，以确定最佳初始条件。此外，还使用了疏松网格和密网格两种网格，以研究仿真过程对网格密度的依赖性。

在当量燃烧柴油机中，诸如CO、HC、NOx等排放可通过三元催化转换器处理，而SOOT（碳烟）排放也可利用微粒捕集器处理，因此本文将燃油消耗作为主要的优化目标。研究结果表明，在柴油机当量燃烧工况下，在上止点前40°开始喷油，油耗效果最佳，此时喷油包含角为130°、喷油压力为150MPa、EGR率为60%、进气中氧气摩尔质量约为9.12。缸内初始温度设置对油耗有较大影响。将喷油量分别为50%的二次喷射与较小的喷油包含角结合，与单次喷射相比能很好地提高氧利用率，较低的氧浓度会增大滞燃期。优化方案的油耗降低到164g/kWh，与未优化前的186g/ kWh相比，油耗改善了11.8%。此外，NOx、CO、HC排放也同时降低。优化方案的总放热量有所提高，原因是改进的喷油策略使CO和HC排放降低，提高了燃料利用率。最高燃烧温度与优化前相比有所降低，从而使NOx排放降低。

刊名：Fuel（英）

刊期：2012年第93期

作者：Daesik Kim et al

编译：韩晓梅