燃烧室形状和喷油嘴倾斜角度对柴油机性能和排放影响的数值研究

燃烧室形状和喷油嘴倾斜角度对柴油机性能和排放影响的数值研究

柴油机由于具有较好的燃油经济性和较高的输出扭矩，因而应用越来越广泛。然而，柴油机排放较高，尤其是对人体有害的NOx和PM。因此，在柴油机上实行了众多强制性的排放标准。但是，控制柴油机中NOx和PM的排放十分复杂。采用了多种技术用来降低柴油机的排放，以满足现行的排放法规，主要包括缸内优化和后处理技术。缸内优化参数中，燃烧室几何形状和喷油嘴倾斜角度是影响柴油机排放最为关键的参数。对此，利用Converge计算流体动力学软件对柴油机燃烧室几何形状和喷油嘴倾斜角度进行优化,确定其最优值，以改善柴油机的燃油经济性和排放。

模拟时，喷射模型采用滴注模型，燃烧模型采用NTC破碎模型，湍流模型采用RNG湍流模型。发动机的压缩比设定为18，燃烧室形状为半球形燃烧室（HCC），喷油嘴倾斜角度设定为90°，并将发动机在此参数下的排放作为基准值。改变燃烧室形状和喷油嘴倾斜角度，改变的燃烧室形状有墨西哥帽形燃烧室（MHCC）、唇形燃烧室（DLCC）、弓形燃烧室（BCC）和环形燃烧室（TCC）4种，同时对喷油嘴倾斜角度进行优化。优化结果显示：①喷油嘴倾斜156°时，PM、HC和CO排放均得到改善，但NOx排放略有增加；②与HCC燃烧室相比，MHCC燃烧室排放结果最优，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燃烧室同样可以改善HC和CO排放,且NOx和PM排放没有发生变化；④而在TCC燃烧室中，由于大量燃油堆积在燃烧室剖面曲率变化处，因此导致在该情况下有较高的PM排放。

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

编译：王祥