燃燒室形狀和噴油嘴傾斜角度對柴油機性能和排放影響的數值研究

燃燒室形狀和噴油嘴傾斜角度對柴油機性能和排放影響的數值研究

柴油機由于具有較好的燃油經濟性和較高的輸出扭矩，因而應用越來越廣泛。然而，柴油機排放較高，尤其是對人體有害的NOx和PM。因此，在柴油機上實行了眾多強制性的排放標準。但是，控制柴油機中NOx和PM的排放十分復雜。采用了多種技術用來降低柴油機的排放，以滿足現行的排放法規，主要包括缸內優化和后處理技術。缸內優化參數中，燃燒室幾何形狀和噴油嘴傾斜角度是影響柴油機排放最為關鍵的參數。對此，利用Converge計算流體動力學軟件對柴油機燃燒室幾何形狀和噴油嘴傾斜角度進行優化,確定其最優值，以改善柴油機的燃油經濟性和排放。

模擬時，噴射模型采用滴注模型，燃燒模型采用NTC破碎模型，湍流模型采用RNG湍流模型。發動機的壓縮比設定為18，燃燒室形狀為半球形燃燒室（HCC），噴油嘴傾斜角度設定為90°，并將發動機在此參數下的排放作為基準值。改變燃燒室形狀和噴油嘴傾斜角度，改變的燃燒室形狀有墨西哥帽形燃燒室（MHCC）、唇形燃燒室（DLCC）、弓形燃燒室（BCC）和環形燃燒室（TCC）4種，同時對噴油嘴傾斜角度進行優化。優化結果顯示：①噴油嘴傾斜156°時，PM、HC和CO排放均得到改善，但NOx排放略有增加；②與HCC燃燒室相比，MHCC燃燒室排放結果最優，PM排放降低16%、HC排放降低58%、CO排放降低96%，而NOx排放增加12%；③DLCC和BCC燃燒室同樣可以改善HC和CO排放,且NOx和PM排放沒有發生變化；④而在TCC燃燒室中，由于大量燃油堆積在燃燒室剖面曲率變化處，因此導致在該情況下有較高的PM排放。

P.Brijesh et al.SAE 2015-01-0402.

編譯：王祥