高压柴油喷雾喷油嘴位置对柴油机减排的影响

高压柴油喷雾喷油嘴位置对柴油机减排的影响

随着废气排放法规的日益严格，迫切需要寻求新的燃烧方案或改善现有的设计结构。而相关研究多集中于对发动机燃烧系统优化可能性的讨论，对新燃烧系统的研究仍处于发展阶段。直喷式柴油机燃烧系统按喷油嘴和火花塞的相对位置及混合气的组织形式可分为3种：气流引导式、壁面引导式和喷束引导式。其中，壁面引导法应用最为广泛，而采用壁面引导法时，燃油从喷油嘴内喷出，与空气混合形成的混合气在气缸壁上会形成油膜，从而导致润滑油稀释，燃油经济性下降。通过仿真和试验两种方法对柴油机进行分析，探究在燃油喷射系统中，喷油嘴位置对所形成油膜的影响，从而优化发动机的燃烧和排放。

试验采用奥地利AVL公司5804型单缸柴油机。试验设定3个不同的喷油嘴位置，喷油嘴末端距离发动机缸盖分别为2mm、5mm和8mm（记为位置1、位置2和位置3）。试验过程中，设定发动机转速为1500r/min、喷射延迟为0.3ms、喷油量为7.7mg。分别采用奥地利AVL公司GH11D型压电式压力传感器测量发动机缸内压力，AVL公司IFEM型电荷放大器进行信号放大，并利用IndiSmart621数据采集卡对输出信号进行采样。利用AVL公司生产的FIRE2010软件进行仿真研究。为使仿真结果尽可能接近于真实情况，对燃烧室进行建模时，共划分为23600个网格单元。混合气流动采用k-zeta-f湍流模型，液滴蒸发模型采用Dukowicz模型，混合气在气缸壁上形成油膜过程的模拟采用Naber-Reitz模型，燃烧过程模拟采用漩涡破碎模型，NO产生的分析利用扩展的谢尔多维奇机理。结果表明：仿真结果与试验结果相似，喷油嘴位置对燃油雾化和燃烧的影响与燃烧室形状的影响同样重要；喷油嘴位于位置1处时，发动机燃烧过程最为激烈，燃烧温度最高，热释放率也最高，HC和CO的排放较低，但CO2和NOx的排放增多；从热力学角度来说，燃烧效果最差的是喷油嘴位置3，喷油嘴位置2为发动机热释放率和有害化合物排放的折中位置。

Ireneusz Pielecha et al. SAE 2014-01-1250.

编译：陈丁跃