基于燃烧模型的直喷式柴油机NOx排放模型开发



基于燃烧模型的直喷式柴油机NOx排放模型开发

在更严格的排放标准、减少燃油消耗和CO2排放的情况下，减少废气排放是开发汽车柴油机的主要挑战之一。在管理发动机控制系统的同时，在柴油机上安装多个先进的燃烧系统，如高废气再循环系统、新型喷射策略、复杂的后处理装置和涡轮增压系统。开发并验证一个虚拟的零维直喷柴油机仿真模型，以减少发动机控制系统的开发成本和缩短开发时间。该仿真平台的开发是基于0D/1D方法，而现有仿真工具在燃烧相位和空气供给系统方面的仿真结果较好。本文所提出的零维、半实物、NOx预测模型主要基于高频燃烧模型和混合物燃烧气体温度的化学计量计算。该模型是在研究影响缸内NOx排放因素的基础上建立的，并用大量的试验数据对其进行验证。创建相关物理组件模型，如最高局部温度和现有氧浓度之间的关联，描述NOx的排放。在1.6L欧5直喷柴油机上建立和验证该预测模型：①采用单道零维燃烧模型能够自动确定发动机的输入参数；②在燃烧模型的基础上增加热力学模型，计算气缸内的局部最高温度以充分描述NOx的排放趋势；③采用映射方法和多项式模型等特定工具，建立最终的NOx排放模型。

验证结果表明：①所开发模型能较好地预测NOx排放；②在有废气再循环系统干扰的情况下，该模型对NOx排放的精确度取决于废气再循环率预测的精确性；③具有低计算时间和成本的模型对数字化发动机的发展有很高的参考价值，数字化发动机可用于ECU和控制策略测试或发动机预校准；④开发的汽车柴油机模型能够根据物理参数快速而方便地预测NOx的排放；⑤该模型能够预测发动机速度和负荷的瞬态变化，因为其耦合了空气循环精确模型。

HassanKarakyetal.SAE 2015-01-1746.

编译：朱会