EGR 率和喷油正时对柴油机性能的影响

EGR 率和喷油正时对柴油机性能的影响

与汽油机相比，柴油机具有更高的热效率、更好的动力性和较大的爆发功率等优点。但是，柴油机的氮氧化合物（NOx）排放和颗粒物（PM）排放较高，这两种排放物对人体健康有较大影响，因而受到柴油机设计人员的重视。柴油机多个相关的参数都会影响NOx和PM的排放，其中，废气再循环（EGR）率和喷油正时产生的影响最为显著。因而，为了优化柴油机的燃烧和排放，需要对EGR率和喷油正时进行分析。

分析EGR率和喷油正时对柴油机燃烧和排放的影响时，常采用试验和仿真两种方法。利用仿真方法不仅能降低设计开发成本、节约资源，而且能够缩短设计开发时间。仿真时，采用商业化软件ANSYS Forte中的计算流体动力学（CFD）软件。首先，建立一个卡特皮勒（Caterpillar）3401E单缸柴油机的三维CFD模型，以及进气增压系统和电控喷油器的三维CFD模型。同时，设定发动机转速为1789r/min，负荷约为额定功率的25%，进气温度为40℃，柴油喷射压力为120.6kPa。然后，基于具有湍流重正化群k-ε湍流模型的雷诺平均Navier-Stokes方法模拟喷油器中柴油的流动，以及进气系统中空气的流动。采用KH/RT模型模拟柴油液滴的破碎特性，并采用Eulerian-Langrangian模型模拟柴油喷雾的蒸发特性。最后，改变不同的EGR率和喷油正时组合，仿真计算柴油机的缸内压力、放热率、点火延迟、NOx排放和PM排放，并将仿真结果与之前大量的试验结果相比较。

比较结果表明：①利用CFD方法的预测结果与试验结果大致相同；②EGR率越大，柴油机的缸内峰值压力出现降低，NOx排放也出现降低，但PM排放出现增加；③喷油正时越大，柴油机的经济性越好，缸内峰值压力出现增加，而PM排放出现降低，但NOx排放出现增加。

Ishan Verma et al.SAE 2017-01-0574.

编译：李臣