高效率低排放柴油机的开发

高效率低排放柴油机的开发

柴油机因其较高的压缩比和较低的损失，而在商用车领域得到了广泛应用。柴油机存在的主要问题是NOx和PM排放较高。为了满足严格的排放法规要求，对柴油机的开发开始朝向高效率、低排放的方向发展。利用仿真的方法开发满足要求的柴油机能够缩短开发周期，并减少开发成本，便于对开发初期做出更改。

为了开发出满足目标要求的柴油机，需要了解如何实现柴油机的高效率、低排放。通过对柴油机的缸内燃烧过程进行控制，能够有效地降低NOx和PM排放，同时提高柴油机效率。对缸内燃烧过程进行控制的传统方法是通过缸内扩散燃烧火焰的控制实现的，但是这种控制方法已经无法再降低柴油机的NOx和PM排放。考虑到废气再循环（EGR）对柴油机效率和排放的影响，采用将同一曲轴转角下燃油喷射量与EGR注入量耦合的方法，实现对缸内燃烧过程的控制。对该方法的有效性进行仿真验证时，采用OpenFOAM计算流体动力学（CFD）仿真软件作为仿真平台，并使用改进的DieselFoam求解器来模拟柴油液滴破碎、液滴蒸发和燃油空气混合。设定喷射压力150MPa、喷射持续时间6.8ms、喷油孔直径0.1mm。采用查尔姆斯理工大学开发的正庚烷模型作为燃油模型，用来模拟燃油喷雾的燃烧过程。该燃油模型包含57种物质和290个化学动力学反应模型。通过对燃烧过程仿真结果分析，验证了能够利用燃油喷射量与EGR注入量的同轴耦合对燃烧过程进行控制，基于此可实现柴油机的开发。

刊名：Earth and Environmental Science（英）

刊期：2016年第32期

作者：R J Ho et al

编译：陈丁跃