满足欧6排放标准的柴油机设计

满足欧6排放标准的柴油机设计

为降低汽车使用对环境造成的影响，各国都制定了十分严格的排放法规。自2014年开始实施的欧6排放法规，是目前最为严格的排放法规。为满足该排放法规的要求，汽车制造商开始进行了新型发动机的设计，尤其是新型柴油机的设计，这主要是由于欧6排放法规对柴油机的颗粒物（PM）排放和氮氧化合物（NOx）排放做出了极为严格的要求。在采用后处理系统来降低柴油机排放的同时，还需要通过对柴油机进行优化设计来降低其排放。

新设计的柴油机基于一台满足欧4排放法规的4冲程柴油机进行。设计时，主要采用仿真方法。利用GT-Power模拟计算软件建立满足欧4排放法规的柴油机GT-Power模型，基于该模型进行柴油机各子系统的优化。优化时，采用STAR CCM+数值仿真方法对柴油机缸内流场、进气歧管、排气歧管内的气体流场进行数值仿真和优化，依此确定新的燃烧室、进气歧管和排气歧管的形状。采用KIVA-3V数值仿真方法对空气-柴油混合喷雾的形成以及燃烧过程进行数值仿真和优化，依此确定新的喷射策略和柴油类型。利用有限元方法对新设计柴油机的关键组件，如活塞、连杆、曲轴、缸盖进行有限元分析，确保关键组件具有足够的热机械疲劳强度。对新设计柴油机的测试原型进行性能验证和排放验证。对新设计柴油机原型的台架测试结果表明，新设计的柴油机在转速2600r/min时获得的最大功率为80kW，在转速1200～1400r/min时获得最大转矩为420Nm，满足了中型商用车的动力性需求。同时，与满足欧4排放法规的柴油机相比，新设计的柴油机具有更高的燃烧效率，PM和NOx排放减少了2.5～5倍。

Enrico Mattarelli et al.SAE 2017-26-0034.

编译：王祥