基于成像技术的柴油机缸内燃烧模型开发

基于成像技术的柴油机缸内燃烧模型开发

能源危机、环境影响引发了汽车制造商开始专注于发动机优化技术的开发。柴油机具有较高的热效率，能够提高燃油利用率，被广泛应用在客车、载货汽车等中重型汽车上。对柴油机进行进一步优化，需要模拟出发动机缸内柴油燃烧的整个过程，从而实现对柴油机性能、燃油消耗和排放的预测。过去对发动机缸内柴油燃烧过程的模拟，主要通过对缸内压力变化和柴油机热释放率来表示，不能精确反映出发动机缸内柴油燃烧的完整过程。对此，需要开发出更为精确的柴油机缸内燃烧模型。

新开发的柴油机缸内燃烧模型，主要基于美国桑迪亚国家实验室开发的直喷式柴油机缸内燃烧模型。该模型利用喷雾成像技术，获得显示柴油喷雾演化、柴油喷雾混合、预混燃烧、混合控制燃烧、颗粒物形成和NOx形成的图像，并根据所有相关图像综合开发出缸内燃烧模型。该模型将缸内压力、温度和柴油喷雾成分看作均匀分布的，之后利用热力学第一定律进行热力过程的计算。由于不能获得柴油燃烧瞬间的清晰图像，因而该模型对柴油在缸内燃烧的模拟不能形成闭环循环。对此，新建立的模型考虑到了缸内的非均匀性，将整个柴油气缸分成6个独立的区域，并分别对这6个区域的喷雾图像进行独立的描述，分别建立每块区域内柴油喷雾的形成模型和燃烧模型。采用美国西南研究院测量的6缸重型柴油机的气缸峰值压力数据和有效燃油消耗率数据作为验证数据，对开发的柴油机缸内燃烧模型进行验证。验证结果表明，在12种运行工况下，所开发的柴油机缸内燃烧模型对气缸峰值压力的预测误差为-2.2%，对有效燃油消耗率的预测误差为0.67%，证明了所开发模型的准确性。

Murat Ates et al.SAE 2017-01-0537.

编译：王祥