基于成像技術的柴油機缸內燃燒模型開發

基于成像技術的柴油機缸內燃燒模型開發

能源危機、環境影響引發了汽車制造商開始專注于發動機優化技術的開發。柴油機具有較高的熱效率，能夠提高燃油利用率，被廣泛應用在客車、載貨汽車等中重型汽車上。對柴油機進行進一步優化，需要模擬出發動機缸內柴油燃燒的整個過程，從而實現對柴油機性能、燃油消耗和排放的預測。過去對發動機缸內柴油燃燒過程的模擬，主要通過對缸內壓力變化和柴油機熱釋放率來表示，不能精確反映出發動機缸內柴油燃燒的完整過程。對此，需要開發出更為精確的柴油機缸內燃燒模型。

新開發的柴油機缸內燃燒模型，主要基于美國桑迪亞國家實驗室開發的直噴式柴油機缸內燃燒模型。該模型利用噴霧成像技術，獲得顯示柴油噴霧演化、柴油噴霧混合、預混燃燒、混合控制燃燒、顆粒物形成和NOx形成的圖像，并根據所有相關圖像綜合開發出缸內燃燒模型。該模型將缸內壓力、溫度和柴油噴霧成分看作均勻分布的，之后利用熱力學第一定律進行熱力過程的計算。由于不能獲得柴油燃燒瞬間的清晰圖像，因而該模型對柴油在缸內燃燒的模擬不能形成閉環循環。對此，新建立的模型考慮到了缸內的非均勻性，將整個柴油氣缸分成6個獨立的區域，并分別對這6個區域的噴霧圖像進行獨立的描述，分別建立每塊區域內柴油噴霧的形成模型和燃燒模型。采用美國西南研究院測量的6缸重型柴油機的氣缸峰值壓力數據和有效燃油消耗率數據作為驗證數據，對開發的柴油機缸內燃燒模型進行驗證。驗證結果表明，在12種運行工況下，所開發的柴油機缸內燃燒模型對氣缸峰值壓力的預測誤差為-2.2%，對有效燃油消耗率的預測誤差為0.67%，證明了所開發模型的準確性。

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

編譯：王祥