可变气门策略对柴油机排放影响的模拟研究

李明湖，宋宇



可变气门策略对柴油机排放影响的模拟研究

李明湖，宋宇

（长安大学，陕西 西安 710018）

文章首先介绍了可变气门技术的发展历程，然后介绍了GT-SUITE系列软件的功能及使用GT-Power建立模型的过程。最后通过模型的计算结果探究了不同的气门策略对柴油机燃烧过程及性能和排放特性的影响。研究发现：进气门晚关策略、负气门重叠策略、进气门二次开启策略和排气门二次开启策略结合内部或外部EGR可以获得较低的NOx排放。在10%负荷工况下，气门二次开启策略可以将CO和HC排放控制在最低水平，实现清洁燃烧。但随负荷增大应该恢复标准气门策略。

柴油机；低温燃烧；可变气门技术；GT-Power

前言

在柴油机传统的扩散燃烧过程中存在的局部富氧和高温燃烧区域会导致NO和碳烟排放较高，且很难同时对NO和碳烟进行控制。各国针对柴油机提出的越来越严苛的排放法规成为柴油机行业进行技术创新的主要驱动力。研究表明，均质压燃和预混充量压燃等低温燃烧模式有望同时降低NO和碳烟排放，实现洁净燃烧。但低温燃烧模式在低负荷工况下易导致不完全燃烧从而使CO和HC排放较高。而可变气门技术作为实现柴油机低温燃烧控制的最具潜力的技术手段，近年来吸引了越来越多的关注。探索柴油机各工况下最佳的气门策略和配气机构参数也就变成了一项非常值得研究的课题。

1 进气门晚关策略对柴油机排放特性的影响

下面探究进气门关闭时刻对柴油机排放性能的影响。图1、图2和图3分别展示了进气门关闭时刻对柴油机CO、HC和氮氧化物排放水平的影响。从图1中可以看出，在进气门关闭时刻为631 °CA，即进气迟闭角为91 °CA时，CO排放水平较低。随进气门关闭时刻提前或推迟，CO排放量都将有所上升。从图3-9中可以看出，HC比排放量的走势与CO大致相同，在631 °CA，即进气迟闭角为91 °CA时，HC排放水平控制得较低。随进气门关闭时刻的提前或推迟HC排放水平都将上升[1]。

图1 进气门关闭时刻对CO比排放量的影响

图2 进气门关闭时刻对HC排放量的影响

出现图1与图2中的现象的原因大致相同。进气门过早关闭，会导致进气量不足，进气效率较低，燃烧不充分。进气门关闭过晚，会导致有效压缩比较小，燃烧温度较低，同样造成不完全燃烧。由此可得出结论，在负荷率为10%左右，转速在1440 r/min左右时，若要将CO和HC等进行有效控制，可以将进气迟闭角控制在91 °CA左右。NO比排放量随进气门关闭时刻推迟而下降的原因可能是有效压缩比降低，燃烧温度下降，氧浓度影响程度此时较小[2]。

图3 进气门关闭时刻对氮氧化物排放量的影响

2 结论

采用进气门晚关策略可以降低燃烧温度进而降低NOx排放。采用负气门重叠角策略、进气门二次开启策略和排气门二次开启策略可以实现内部EGR进而提高工质热容、降低燃烧温度并降低氧浓度同样可以降低NOx排放。

[1] Tsay D M, Jr C O H. Application of Rational B-Splines to the Syn -thesis of Cam-Follower Motion Programs[J]. Journal of Mechani -cal Design, 1993, 115(3):621-626.

[2] 朱江.柴油机可见污染物的排放特点及测量方法.2010重庆汽车工程学会年会论文专辑,2010, 37(4): 3~9.

Simulation study on the influence of variable valve strategy on low temperature combustion of diesel engine

Li Minghu, Song Yu

( Chang'an University, Shaanxi Xi'an 710018 )

In this paper, the concept and the effect of the low temperature combustion and the development of variable valve actuation are introduced at first. Secondly, the function of the GT-SUITE family of ware and the process of founding the model with GT-Power is presented. And at last, the effect on diesel engines’combustion process,performance characteristics and emission characteristics of different valve strategies is studied with the output of the model. The purpose is to explore the optimum parameters in different working conditions and achieve clean combustion.

Diesel engines; Low temperature combustion modes; Variable valve actuation; GT-SUITE

B

1671-7988(2018)15-25-02

U462.3

B

1671-7988(2018)16-25-02

CLC NO.: U462.3

李明湖，长安大学汽车学院，硕士在读，主要从事汽车代用燃料开发应用研究。宋宇，就读于长安大学。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.009