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基于無柴油微粒過濾器的柴油機燃燒系統(tǒng)優(yōu)化

研究了在無柴油微粒過濾器條件下優(yōu)化柴油機燃燒系統(tǒng)，以滿足美國的Tire4的微粒排放標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)化活塞碗幾何尺寸、噴射器噴嘴規(guī)格、渦流比和誘導(dǎo)空氣質(zhì)量等變量以影響燃燒，設(shè)計良好的燃燒碗和多方向噴射角的噴嘴使其在相同NOx排放標(biāo)準(zhǔn)下降低PM排放值。通過計算分析和發(fā)動機臺架試驗優(yōu)化活塞碗，并在額定功率運行點進行燃燒三維仿真。仿真和試驗的主要結(jié)論如下。

（1）低微粒燃燒發(fā)動機活塞燃燒室的概念被狹窄的噴霧角度與碗幾何匹配而產(chǎn)生的兩個區(qū)域所代替。商用車和越野車發(fā)動機與乘用車發(fā)動機相比具有更低的運行速度，這會產(chǎn)生較弱的擠流式缸內(nèi)空氣運動。因此，重點在于每個區(qū)域燃料進入和輸出主碗的量與空氣的量是否匹配良好。

（2）仿真結(jié)果表明，低微粒燃燒發(fā)動機活塞具有減少煙塵的很大潛力，在燃燒室的局部稀混合物氣中通過改進空氣與燃料的混合達到更快氧化。在噴霧與各種噴射角度定位的優(yōu)化方面，噴嘴具有定量噴射的差異，該差異取決于燃料噴射到活塞上/下側(cè)的分布。

（3）美國能源部的測試結(jié)果表明，相比基線擁有不同噴霧角度的低PM燃燒發(fā)動機活塞提高了NOx-PM曲線的權(quán)衡性。活塞碗形狀和噴射角度的試驗結(jié)果與模擬結(jié)果匹配良好。在降低微粒、提高燃料燃燒方面，低微粒燃燒發(fā)動機活塞和142°噴霧角噴嘴是比較合適的組合。在NRSC模式下，應(yīng)用該組合形式微粒排放降低為原來的15%～84%。2.4L無微粒過濾器的低微粒燃燒發(fā)動機符合Tire-4最終排放標(biāo)準(zhǔn)。

Dockoon Yoo et al. SAE 2013-01-2538.

編譯：趙喚