柴油机模型的开发与验证

柴油机模型的开发与验证

随着计算机计算性能的提高，在柴油机设计过程中或在确定柴油机最优运行参数时，运用仿真的方法开始变得越来越流行。为了满足排放法规要求，将各种先进的燃烧优化技术应用在柴油机上，使现代柴油机已经成为了一种具有多自由度的复杂系统，发动机运行参数的组合急剧增加，所需的计算量也在急剧增加。因而，需要开发出适宜的柴油机燃烧模型和排放模型，以尽可能地在有限的计算能力下提高仿真精度。

开发燃烧模型和排放模型的关键是对点火延迟过程中燃油喷雾形成过程和化学反应过程（点火过程）进行模拟。模拟时，需要能够体现发动机不同参数下的运行条件。相关参数包括柴油机负荷、涡轮增压压力、喷射开始时间、喷油嘴直径、喷射压力、废气再循环率、进气温度、进气门正时、环境温度和燃油温度。建模时，首先利用拉格朗日跟踪方法捕捉燃油液滴喷射轨迹、液滴喷雾模式和喷雾相位，利用捕捉出的信息借助计算流体动力学（CFD）仿真确定出燃油喷雾的形成过程；然后利用一个简单的3-Arrhenius方法对燃油喷雾点火时的化学反应过程进行建模，该过程应考虑到发动机参数的变化；最后利用CFD仿真，使用条件矩封闭（CMC）燃烧模型并基于之前建立的燃油喷雾化学反应过程模型进行处理，仿真柴油机的缸内燃烧过程，进而确定出柴油机排放。在一个中速柴油机上对所建立的模型进行校准，并在多种柴油机运行条件下进行了验证。验证结果显示，所建立的模型确定出的点火延迟具有较高的精度，该模型能够用于实时计算过程中。

Christophe Barro et al.SAE 2017-01-0812.

编译：王淼