噴油嘴位置及噴射策略對直噴式生物柴油機燃燒和排放特性的影響

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噴油嘴位置及噴射策略對直噴式生物柴油機燃燒和排放特性的影響

隨著排放法規越來越嚴格，柴油機成為了眾矢之的。盡管對柴油機的燃燒過程進行了諸多優化，但其排放效果仍然不理想。近年來，隨著對新能源的研究發現，生物柴油由于其具有優良的屬性而可以作為傳統柴油的替代燃料。相關試驗表明，改變柴油機的燃油噴射策略對柴油機NOx的排放有影響，而對顆粒物的排放影響甚微，但由于生物柴油與傳統柴油一些物理特性的不同，使得這一結果不能直接應用到以生物柴油為燃料的柴油上。利用KIVA4程序（模擬內燃機化學反應流的三維程序）建立了直噴式生物柴油機三維計算流體動力學模型，該模型能詳細描述生物柴油的燃燒過程。通過改變所建立模型的參數，對柴油機的燃燒特性和排放特性進行分析。

由于KIVA4程序庫中沒有關于生物柴油特性的相關模型和預設值，因而需要自定義相關模型。結合開爾文-亥姆霍茲液滴破碎模型與瑞利-泰勒不穩定性氣泡演化模型建立燃油噴霧模型。建立了傳熱模型及生物柴油燃燒、排放模型。給出了生物柴油的沸點、蒸氣壓力、密度、粘度、熱電導率、擴散系數和表面張力等物理屬性值作為預設值。發動機相關參數依據一個豐田4缸直噴式柴油機，采樣進間間隔為500ms，考慮到相關發動機多在中等負荷條件下工作，因而將發動機轉速設為1200r/min和2400r/min，負荷為額定的50%。模擬結果如下。

（1）發動機轉速較低時，由于燃料和空氣的混合時間較長，因此預混燃燒效果較好。

（2）發動機轉速較低時，采取生物柴油3次噴射策略，則缸內壓力、發熱率和輸出功率升高；而當發動機轉速較高時，則幾乎無影響。

（3）與單次噴射策略相比，采用2次和3次噴射策略均使發動機CO和NOx的排放量增加。

（4）噴油嘴的位置會影響發動機缸內壓力及排放。改變噴油嘴的軸向位置，會使發動機缸內燃燒特性、傳熱率及峰值溫度發生變化。

（5）發動機轉速較低時，噴油嘴的位置對CO和NOx的排放量沒有影響；而發動機轉速較高時，噴油嘴的位置對其CO和NOx的排放量具有較大影響。

刊名：Renewable Energy（英）

刊期：2015年第76期

作者：Amin Maghbouli et al

編譯：王祥