【摘 要】
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柴油机在重型机械领域有广泛的应用。国Ⅵ法规对排放限值提出了严厉的要求,而在瞬变工况下柴油机排放较稳态工况下骤增。目前调整喷油策略可对排放进行有效控制,是降低排放的重要措施。本文基于一轻型柴油机,以恒转增扭瞬变工况为典型工况对柴油机进行试验,对车用柴油机宏观参数的变化规律进行了研究。并结合CONVERGE软件进行仿真研究,对柴油机缸内场的分布和瞬变工况的劣变进行研究并揭示其劣变机理,其中瞬变工况下的
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柴油机在重型机械领域有广泛的应用。国Ⅵ法规对排放限值提出了严厉的要求,而在瞬变工况下柴油机排放较稳态工况下骤增。目前调整喷油策略可对排放进行有效控制,是降低排放的重要措施。本文基于一轻型柴油机,以恒转增扭瞬变工况为典型工况对柴油机进行试验,对车用柴油机宏观参数的变化规律进行了研究。并结合CONVERGE软件进行仿真研究,对柴油机缸内场的分布和瞬变工况的劣变进行研究并揭示其劣变机理,其中瞬变工况下的仿真模型边界条件以响应时间最短的油门开度信号为基准提取。依据劣变机理,通过调整喷油参数研究喷油策略对车用柴油机的燃烧特性及排放规律的影响。具体结论如下:（1）NOx和Soot的生成边界分别为温度T>2200K、当量比φ<1和T=1400K～2500K、φ>2。提前喷油正时,缸内最大温度Tmax增大,湍动能先小幅度减小后增大,缸内Tmax=1400K～2500K温度区间减小,Tmax>2200K的高温区间增大。在5°CA/ATDC时的缸内场中,随喷油正时提前,T>2200K区域急剧扩大,T=1400K～2500K扩大趋势不明显;O2浓度随着喷油正时的提前而降低;缸内速度场先增大后减小;缸内当量比φ>2区域先扩大后急剧减小;在φ<1区域较小。NOx排放量逐渐增高,颗粒物排放量先增加后减少。适当地提前喷油正时,可以得到折中的排放性能。（2）增加喷油压力,NOx排放增大,颗粒物排放减小。缸内Tmax=1400K～2500K温度区间减小。在5°CA/ATDC时的缸内场中,T>2200K区域小幅度扩大,T=1400K～2500K区域扩大较为明显,O2浓度随着喷油压力的增大而略有降低;缸内当量比φ>2区域减小,φ<1区域扩大。T=1400K～2500K区域扩大,φ>2区域减小,而Soot排放量减少,油气混合效果对抑制Soot的产生起着主要作用。在技术允许且在NOx排放限值内采用尽可能大的喷油压力可有效减少颗粒物的排放。（3）增加预喷-主喷间隔不会对NOx的排放造成影响。中小预-主喷间隔时增大预主喷间隔会使颗粒物排放降低。增大预-主喷间隔,-5°CA/ATDC曲轴转角时T>2200K的范围减小缸内氧浓度先减小后增大;缸内气体流速减小;缸内当量比φ<1区域增大。曲轴转角5°CA/ATDC下的缸内场中,缸内T>2200K高温区域和T=1400K～2500K温度区域范围先增大后减小;速度场呈现先增大后减小趋势;φ<1区域随预-主喷间隔的增大先缩小后增大;φ>2区域则先缩小后增大,但在20°CA到25°CA处变化不大,此时Soot的产生主要受温度边界条件影响。为了减少颗粒物的排放,应控制预-主喷间隔在15°CA到20°CA以内。（4）增大预喷率NOx排放增加,颗粒物排放降低。缸内Tmax=1400K～2500K与Tmax>2200K区间均呈现增大趋势;缸内预喷段的平均湍动能增大明显。曲轴转角5°CA/ATDC下的缸内场中,T>2200K和T=1400K～2500K区域呈现扩大趋势,当量比场中φ<1区域和φ>2区域均呈现减小趋势。折中选择10%～15%预喷率可得较好的NOx和颗粒物排放效果。（5）加入后喷后在主-后喷间隔曲轴转角内将有更多的氧气向着喷油区域扩散,并且卷吸作用对喷油末期的油气混合效果有很大的改善。主-后喷间隔增大时,NOx和颗粒物排放量先减小后增加。控制主后喷间隔15°CA左右可获得较好的NOx和颗粒物排放效果。随着后喷率的增大,NOx和颗粒物均减小,其中NOx减小幅度较小,接近无变化。缸内平均湍动能主喷段呈现减小趋势而后喷段呈现增加趋势;25°CA/ATDC下缸内场中速度场增强,温度分布T>2200K区域缩小。选取较大的后喷率可有效降低颗粒物的排放,同时也有利于降低NOx的排放。
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