基于无柴油微粒过滤器的柴油机燃烧系统优化



基于无柴油微粒过滤器的柴油机燃烧系统优化

研究了在无柴油微粒过滤器条件下优化柴油机燃烧系统，以满足美国的Tire4的微粒排放标准。优化活塞碗几何尺寸、喷射器喷嘴规格、涡流比和诱导空气质量等变量以影响燃烧，设计良好的燃烧碗和多方向喷射角的喷嘴使其在相同NOx排放标准下降低PM排放值。通过计算分析和发动机台架试验优化活塞碗，并在额定功率运行点进行燃烧三维仿真。仿真和试验的主要结论如下。

（1）低微粒燃烧发动机活塞燃烧室的概念被狭窄的喷雾角度与碗几何匹配而产生的两个区域所代替。商用车和越野车发动机与乘用车发动机相比具有更低的运行速度，这会产生较弱的挤流式缸内空气运动。因此，重点在于每个区域燃料进入和输出主碗的量与空气的量是否匹配良好。

（2）仿真结果表明，低微粒燃烧发动机活塞具有减少烟尘的很大潜力，在燃烧室的局部稀混合物气中通过改进空气与燃料的混合达到更快氧化。在喷雾与各种喷射角度定位的优化方面，喷嘴具有定量喷射的差异，该差异取决于燃料喷射到活塞上/下侧的分布。

（3）美国能源部的测试结果表明，相比基线拥有不同喷雾角度的低PM燃烧发动机活塞提高了NOx-PM曲线的权衡性。活塞碗形状和喷射角度的试验结果与模拟结果匹配良好。在降低微粒、提高燃料燃烧方面，低微粒燃烧发动机活塞和142°喷雾角喷嘴是比较合适的组合。在NRSC模式下，应用该组合形式微粒排放降低为原来的15%～84%。2.4L无微粒过滤器的低微粒燃烧发动机符合Tire-4最终排放标准。

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

编译：赵唤