柴油发动机单双峰喷射方式的数值模拟

柴油发动机单双峰喷射方式的数值模拟
发布时间：2022-05-09T03:21:17.370Z 来源：《科学与技术》2022年1月2期作者：冯是全王思远贾承扬
[导读] 本文基于简化机理对柴油发动机进行了三维仿真研究
冯是全王思远贾承扬
常熟理工学院汽车工程学院江苏常熟 215500
摘要：本文基于简化机理对柴油发动机进行了三维仿真研究。

通过改变柴油在气缸内喷射的策略，仿真特定工况下发动机缸内燃烧情况并分析燃烧产物的生成情况。

通过仿真计算发现，在设定工况下，分段式喷油策略在一定程度上够降低缸内温度和压力，减少no和no2生成，增加污染物中的soot排放。

仿真计算结果显示出，不同的缸内喷油策略对缸内燃烧的压力、温度、污染物的生成都有较大影响。

关键词：仿真计算，柴油发动机，喷油方式，污染物。

1 引言
在节约能源，提高热机效率方面，对柴油机进行改良是十分有必要的[1，2]。

喷油策略的设置有着十分重要的作用，发动机喷油策略的改变会对缸内燃烧情况和燃烧产物产生影响，在发动机上改变喷油策略基本不需要对发动机进行改造，只需要改变喷嘴的喷油参数即可[3，4]。

在对柴油机整体不进行重新设计，利用现有柴油机而能够提高燃烧效率和降低排放等方面，喷油策略的研究有着重要的意义。

国内外很多学者研究了不同的喷油策略对发动机尾气排放和缸内燃烧的影响，希望找到一种高效的喷油策略来提升柴油机的性能。

本文使用柴油相关的燃烧机理，通过发动机参数建立了在不同喷油策略下的发动机仿真模型，该模型主要仿真了发动机的压缩和燃烧两个冲程。

发动机仿真模型的计算条件为：在不改变其他相关参数如转速，压缩比和负荷率等前提条件下，研究不同喷射策略对发动机缸内燃烧和发动机污染物的影响，即在模型中只改变了喷油曲线，其余参数保持不变。

2建立模型
为了仿真不同喷油策略条件下对发动机性能的影响，在仿真计算中，只改变了喷油策略，其他参数无改变。

仿真条件为：喷油提前角为上止点前7.5°，喷油时间控制在0.004s内，喷油量为0.0535g，发动机转速为1200rpm，单段喷油策略是较为常见的燃油喷射方式，分段喷油策略是一种预喷-主喷策略。

对于理想的发动机，其气缸内部是对称的，因此在研究中，我们可以只研究气缸的1/6来减少运算量。

模型如图1。

在尾气成分中选取了co、no、no2和soot作为柴油机燃烧产物的代表并进行仿真分析。

3仿真结果和讨论
图3显示的是不同喷油策略下缸内压力的变化，柴油机燃烧产生的压力峰值不能够过高，过高的燃烧压力会使柴油机出现爆震现象并且对气缸壁，气缸盖产生冲击载荷。

与图2对比分析可以看到，分段喷油策略相对于单段喷油策略而言，产生的峰值压力较小且有一定的时间滞后。

这是由于燃油并没有一次性喷入，一定的预喷能够减缓了缸内压力快速上升的趋势，降低了压力升高率，在一定程度上可以预防爆
震的出现，使柴油机工作更加柔和，噪音更低。

上述分析中，易见分段喷油策略可以降低了缸内的压力和温度，能够减少爆震现象的出现，使柴油机工作更加柔和。

这也将有助于改善柴油机燃烧情况。

喷油策略的研究目的主要是为了减少燃烧产物中有害气体如co，no，no2和soot的产生，因此分析不同喷油策略对燃烧产物的影响有着较大意义。

由于分段喷射的预喷能够缩短主喷射阶段的滞燃期，加速燃料燃烧，从而能够有效的降低燃烧的温度和压力，而这有利于减少no的产生。

图5给出了不同喷油策略对比下的no质量关系图。

可以很明显的发现分段喷油策略能够有效的减少发动机no的产生。

4 总结
从分析结果看，分段喷油策略能够降低燃烧温度和压力，改善柴油机燃烧条件使其工作更加平稳，可以有效的减少燃烧产物中no的生成，但因其独特的喷油燃烧方式，其燃烧产物中soot的含量会急剧上升，因此还需要在分段喷油策略基础下不断改进其喷油方式，保证燃烧情况良好。

参考文献
[1] 张珠元，林浩，沈黎明，等. 喷油参数对共轨柴油机排放影响的试验研究[J]. 机械设计与制造, 2019,26:16-19.
[2] 尹来承，邱爽，马宁，等. 预喷与后喷参数对柴油机排放影响的试验研究[J]. 车用发动机, 2021, 6(3): 6.
[3] 张春化，李刚，宋建桐，等. 引燃柴油喷油正时对LNG-柴油双燃料发动机燃烧特性的影响[J]. 内燃机工程, 2016, 37(5): 5.
[4] 史强. 引燃柴油喷油正时对电控共轨柴油/LNG双燃料发动机性能影响的研究[D]. 长安大学, 2015.。