劉夢(mèng)雨,魯?shù)?朱峰,盧天龍

1. 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所,上海 201108;2.天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,天津 300350

0 引言

隨著船舶發(fā)動(dòng)機(jī)排放限值標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格,國(guó)際海事組織對(duì)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放提出了更高要求[1]。低排放和高經(jīng)濟(jì)性是行業(yè)發(fā)展目標(biāo),開(kāi)發(fā)低排放、高經(jīng)濟(jì)性的船用發(fā)動(dòng)機(jī),掌握其核心技術(shù)是我國(guó)船舶行業(yè)的重大需求。

研究表明,提高缸內(nèi)流體的渦流運(yùn)動(dòng)是改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的有效途徑,增強(qiáng)渦流運(yùn)動(dòng)可以增加油氣混合速率并形成適當(dāng)?shù)挠蜌饣旌衔?從而加快缸內(nèi)混合物的燃燒速率,改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能[2]。對(duì)于二沖程船用發(fā)動(dòng)機(jī),增強(qiáng)渦流運(yùn)動(dòng)通常依賴(lài)于掃氣口結(jié)構(gòu)優(yōu)化[3]。Nakagawa等[4]研究了掃氣口徑向傾角的影響,結(jié)果表明,徑向傾角影響氣流運(yùn)動(dòng)的速度梯度以及渦流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。盡管增加掃氣口水平傾角可以增強(qiáng)渦流運(yùn)動(dòng),但影響掃氣效率[5],而且渦流運(yùn)動(dòng)單獨(dú)對(duì)柴油機(jī)性能影響的研究較少。

本文中建立某大缸徑低速二沖程船用柴油機(jī)三維模型,仿真研究不同掃氣口角度對(duì)二沖程柴油機(jī)的掃氣過(guò)程、燃燒及排放性能的影響;通過(guò)Converge映射續(xù)算的方法深入分析渦流比對(duì)燃燒和排放性能的影響,研究渦流比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響,為大缸徑二沖程船用柴油機(jī)合理選擇渦流比及掃氣口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

1 仿真模型建立與驗(yàn)證

1.1 研究對(duì)象

以某大缸徑低速二沖程船用柴油機(jī)為研究對(duì)象,基于Converge軟件進(jìn)行三維數(shù)值仿真模擬[6],該船用柴油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 柴油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

基于該發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)搭建三維仿真模型,如圖1所示。該模型分為3個(gè)區(qū)域:進(jìn)氣區(qū)域、氣缸區(qū)域和排氣區(qū)域,可以完整地模擬包括掃氣過(guò)程在內(nèi)的工作循環(huán),模擬結(jié)果更接近真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)三維仿真簡(jiǎn)化模型

1.2 模型參數(shù)和網(wǎng)格策略

本文中選取發(fā)動(dòng)機(jī)100%負(fù)荷為研究工況,該三維模型的初始和邊界條件參數(shù)依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和一維GT-Power仿真結(jié)果設(shè)置,模型初始條件和邊界參數(shù)如表2、3所示。模型的噴油參數(shù)由實(shí)機(jī)試驗(yàn)工況給定,該發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋周向分布3個(gè)噴油器,每個(gè)噴油有5個(gè)噴孔。模型包含多種計(jì)算子模型,如表4所示,其中燃燒模型為SAGE詳細(xì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型,該模型可以模擬多種化學(xué)物質(zhì)和多個(gè)化學(xué)反應(yīng),從而精確模擬燃燒過(guò)程[7-8]。由于正庚烷是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中十六烷值的主要參考燃料,其十六烷值與柴油相似,因此可使用正庚烷作為柴油的替代燃料來(lái)描述燃燒過(guò)程[9]。本文中采用的正庚烷反應(yīng)機(jī)理包括42種組分和168個(gè)基元反應(yīng)[10]。

表2 模型初始條件

表3 模型邊界條件

表4 模擬子模型

Converge軟件可以自動(dòng)生成網(wǎng)格,并可通過(guò)基礎(chǔ)網(wǎng)格設(shè)置、自適應(yīng)加密(adaptive mesh refinement,AMR)和固定加密等方式對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行控制。為了同時(shí)滿(mǎn)足計(jì)算效率和精度,經(jīng)過(guò)網(wǎng)格敏感性測(cè)試和分析,基礎(chǔ)網(wǎng)格尺寸設(shè)置為40 mm;對(duì)掃氣口和氣缸區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行固定加密,網(wǎng)格尺寸為10 mm;對(duì)燃燒室網(wǎng)格進(jìn)行固定加密,網(wǎng)格尺寸為5 mm;對(duì)噴油區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行固定加密,網(wǎng)格尺寸為2.5 mm,可準(zhǔn)確模擬油氣混合和燃燒過(guò)程[16]。此外,使用AMR方式對(duì)進(jìn)氣區(qū)域和氣缸區(qū)域進(jìn)行設(shè)置,最小網(wǎng)格尺寸為10 mm。經(jīng)計(jì)算,該模型在活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)總網(wǎng)格數(shù)量為670 000個(gè),在燃燒期間最多可達(dá)到1 370 000個(gè)。

1.3 模型驗(yàn)證

關(guān)鍵參數(shù)的三維仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如表5所示。

表5 關(guān)鍵參數(shù)的仿真和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由表5可知:最大壓縮壓力、最大燃燒壓力、有效燃油消耗率、指示功率、 NOx比排放生成的三維仿真和試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)誤差分別為0.27%、2.84%、0.29%、0.31%、1.99%,均小于3%,該模型準(zhǔn)確可靠。

為進(jìn)一步驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性,將三維仿真和一維仿真得到的氣缸壓力曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比[11],結(jié)果如圖2所示。由圖2可知:三維和一維仿真得到的氣缸壓力曲線(xiàn)吻合良好,證實(shí)了該模型的可靠性和準(zhǔn)確性。

圖2 三維仿真與一維仿真氣缸壓力曲線(xiàn)

2 仿真結(jié)果與分析

2.1 掃氣口結(jié)構(gòu)對(duì)渦流比和掃氣過(guò)程的影響

二沖程船用柴油機(jī)的掃氣口結(jié)構(gòu)如圖3所示,圖中θ為掃氣口的水平傾角。由圖3可知:具有一定水平傾角的傾斜式掃氣口圍繞氣缸均勻分布。在保證掃氣口流通面積不變的情況下,研究θ對(duì)柴油機(jī)性能的影響,θ的變化范圍為0°～25°,步長(zhǎng)為5°。

圖3 掃氣口結(jié)構(gòu)示意圖

柴油機(jī)一般采用渦流比RS衡量缸內(nèi)渦流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度[17],RS的計(jì)算式為:

RS=ωz/ωc,

式中:ωz為氣流繞氣缸中心軸線(xiàn)的軸向角速度,ωc為柴油機(jī)曲軸角速度。

為了研究掃氣口水平傾角對(duì)二沖程柴油機(jī)換氣效率的影響,分析缸內(nèi)氣體質(zhì)量的變化,計(jì)算柴油機(jī)的給氣效率和掃氣效率[17]。給氣效率用來(lái)衡量二沖程柴油機(jī)對(duì)新鮮空氣的利用程度,即在換氣結(jié)束后,缸內(nèi)留存的新鮮空氣質(zhì)量與整個(gè)循環(huán)中流過(guò)掃氣口的空氣質(zhì)量的比;掃氣效率用來(lái)衡量掃氣過(guò)程的清潔程度,定義為換氣過(guò)程后,留在氣缸內(nèi)的新鮮空氣質(zhì)量和氣缸內(nèi)全部氣體質(zhì)量的比。

不同θ下缸內(nèi)渦流比的變化如圖4所示。由圖4可知:隨著θ增大,渦流比逐漸增大,這是因?yàn)棣仍龃?對(duì)新鮮空氣的導(dǎo)流作用增加,ωz增大,θ由0°增加到25°時(shí),上止點(diǎn)時(shí)刻的渦流比由0.98增加到6.08;缸內(nèi)渦流比出現(xiàn)2個(gè)峰值,第1個(gè)峰值在掃氣口打開(kāi)后不久,此時(shí)大量新鮮空氣在掃氣箱和氣缸的壓差作用下進(jìn)入氣缸,在傾斜掃氣口的導(dǎo)向下形成渦流并達(dá)到峰值,隨后掃氣箱和氣缸的壓差逐漸減小,并且在壁面的摩擦作用以及流體黏性力的耗散作用下,渦流逐漸衰減;渦流比的第2個(gè)峰值出現(xiàn)在噴油結(jié)束時(shí)刻,沿著渦流方向噴入的燃油加快了渦流運(yùn)動(dòng)。

圖4 不同θ下渦流比的變化

不同θ下的氣體質(zhì)量和給氣效率及掃氣效率如圖5所示。

a)氣體質(zhì)量 b)給氣效率和掃氣效率圖5 不同掃氣口水平傾角下的氣體質(zhì)量、給氣效率及掃氣效率

由圖5a)可知:θ增大,盡管整個(gè)循環(huán)中流過(guò)掃氣口的累積進(jìn)氣量逐漸降低,但留存在缸內(nèi)的空氣總量和新鮮空氣量卻呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),這說(shuō)明掃氣口結(jié)構(gòu)不但影響累積進(jìn)氣量,還影響二沖程柴油機(jī)對(duì)新鮮空氣的利用程度和掃氣過(guò)程的清潔程度。由圖5b)可知:θ增大,給氣效率和掃氣效率均先升高后降低;θ=10°時(shí),盡管此時(shí)累積進(jìn)氣量較θ=0°的情況有輕微降低,但留存在缸內(nèi)的新鮮空氣質(zhì)量最大,為0.974 kg,給氣效率最高,為84.7%;θ=10°時(shí)掃氣效率達(dá)到最大,為93.1%。因此,掃氣口水平傾角過(guò)小或過(guò)大,給氣效率和掃氣效率均大幅降低,對(duì)新鮮空氣的利用率過(guò)低,不利于柴油機(jī)后續(xù)的燃燒和排放。

為了深究掃氣效率和給氣效率變化的原因,研究掃氣口開(kāi)度為50%時(shí)刻(曲軸轉(zhuǎn)角為180°)、80%時(shí)刻(曲軸轉(zhuǎn)角為200°)和掃氣口關(guān)閉后(曲軸角度為220°)的缸內(nèi)氣體軸向速度和新鮮空氣分布。不同時(shí)刻和θ下缸內(nèi)氣體的軸向速度和新鮮空氣分布如圖6～11所示,其中新鮮空氣分布通過(guò)Converge中的運(yùn)輸標(biāo)量進(jìn)行標(biāo)記,得到表征。

a)θ=0° b)θ=5°c)θ=10°d)θ=15°e)θ=20°f)θ=25° a)θ=0°b)θ=5°c)θ=10°d)θ=15°e)θ=20°f)θ=25°圖6 曲軸轉(zhuǎn)角為180°時(shí)不同θ下氣體軸向速度分布 圖7 曲軸轉(zhuǎn)角為200°時(shí)不同θ下氣體軸向速度分布

由圖6～8可知:當(dāng)θ=0°時(shí),進(jìn)氣射流在氣缸中心區(qū)域發(fā)生明顯對(duì)撞,加劇新鮮空氣和廢氣的摻混,導(dǎo)致中心區(qū)域氣體軸向速度增大;但壁面附近出現(xiàn)明顯的回流區(qū)域,這是因?yàn)楦吡魉贇怏w進(jìn)入缸內(nèi)時(shí)發(fā)生了流動(dòng)分離,導(dǎo)致氣體回流,廢氣難以清除;隨著θ增加,進(jìn)氣射流對(duì)撞現(xiàn)象和回流現(xiàn)象有所減弱;當(dāng)θ增加到15°時(shí),氣缸中心區(qū)域出現(xiàn)回流區(qū),隨著θ不斷增大,氣體回流區(qū)域愈發(fā)明顯。因此,掃氣口水平傾角過(guò)小或過(guò)大都會(huì)產(chǎn)生較大回流區(qū),不利于廢氣的清除,影響掃氣效率。

由圖9～11可知:θ較小時(shí),中心區(qū)域較高的軸向速度使得新鮮空氣向上運(yùn)動(dòng)較快,在后期出現(xiàn)溢出現(xiàn)象,如θ=0°時(shí);當(dāng)θ過(guò)大時(shí),壁面附近的新鮮空氣向上運(yùn)動(dòng)較快,從排氣門(mén)四周過(guò)早溢出,導(dǎo)致新鮮空氣的留存量降低。因此θ過(guò)小或過(guò)大都將導(dǎo)致給氣效率大幅度降低。

由圖6～11可知:當(dāng)θ=10°時(shí)新鮮空氣與廢氣之間的摻混現(xiàn)象最輕,缸內(nèi)負(fù)壓回流區(qū)域面積最小,同時(shí)氣流軸向速度分布較為合理,新鮮空氣留存量最高,此時(shí)柴油機(jī)的給氣效率和掃氣效率最高。

2.2 掃氣口結(jié)構(gòu)對(duì)燃油消耗率和NOx排放的影響

在不同掃氣口水平傾角下,柴油機(jī)燃油消耗率be和NOx比排放e(NOx)的變化過(guò)程如圖12所示。由圖12可知:θ增加,be先下降后上升,當(dāng)θ=10°時(shí),be最小;由于θ=10°時(shí)給氣效率和掃氣效率最高,充足的氧氣可以使得燃燒更加充分,因此燃油消耗率降低;對(duì)比θ=5°和θ=20°的仿真結(jié)果,盡管θ=5°缸內(nèi)留存的新鮮空氣量和掃氣效率略高,但相比θ=20°時(shí)be出現(xiàn)惡化,這說(shuō)明除掃氣質(zhì)量影響be外,較高的渦流比也有利于降低be。綜上,在掃氣質(zhì)量和渦流比的雙重影響下,θ=10°的掃氣口結(jié)構(gòu)最優(yōu),此時(shí)be最小,為171.9 g/(kW·h),較原機(jī)θ=15°時(shí)降低了0.12 g/(kW·h);e(NOx)最低,為8.97 g/(kW·h),較原機(jī)θ=15°降低了8.7%。

圖12 不同θ下的be和e(NOx)

2.3 渦流比對(duì)油氣混合和燃燒過(guò)程的影響

掃氣口水平傾角同時(shí)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的渦流運(yùn)動(dòng)和掃氣效率,因此無(wú)法得到單一要素渦流比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。通過(guò)CONVERGE中映射續(xù)算的方法,在保證包括掃氣效率等其他條件一致的前提下增加上止點(diǎn)時(shí)刻的渦流比,解耦渦流比對(duì)柴油機(jī)性能的單獨(dú)影響機(jī)理。

在原機(jī)RS=4.5基礎(chǔ)上只改變續(xù)算開(kāi)始時(shí)刻(上止點(diǎn)時(shí)刻)的初始渦流比,設(shè)置初始RS分別為8.5、12.5、16.5、20.5、24.5、28.5,分析渦流比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油氣混合過(guò)程、燃燒過(guò)程和排放過(guò)程的影響。缸內(nèi)渦流比隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化曲線(xiàn)如圖13所示。

圖13 缸內(nèi)渦流比隨曲軸轉(zhuǎn)角變化曲線(xiàn)

為了定量研究增大渦流比對(duì)油氣混合過(guò)程的影響,計(jì)算不同RS下缸內(nèi)當(dāng)量比標(biāo)準(zhǔn)差σSTD,σSTD越小,燃油和空氣的混合均勻性越好。σSTD的計(jì)算式[18]為:

式中:n為計(jì)算的單元格總數(shù);i為單元格編號(hào),i=1,2,…,n;δi為第i個(gè)單元格的當(dāng)量比;δ為平均當(dāng)量比;mi為第i個(gè)單元格內(nèi)氣體和燃油的質(zhì)量,mt為所有單元格的氣體和燃油的總質(zhì)量。

不同RS下的缸內(nèi)當(dāng)量比標(biāo)準(zhǔn)差如圖14所示。由圖14可知:隨著RS增大,σSTD明顯降低,這是因?yàn)樵鰪?qiáng)渦流運(yùn)動(dòng)能夠很好地促進(jìn)油氣混合,有效改善油氣混合均勻性;但隨著RS升高,σSTD降低的幅度略有減小,這說(shuō)明在一定范圍增加RS,可以顯著改善缸內(nèi)油氣混合的均勻性,但當(dāng)RS增大到20.5以上時(shí),缸內(nèi)當(dāng)量比標(biāo)準(zhǔn)差不再下降。

圖14 不同RS下的σSTD

不同曲軸轉(zhuǎn)角、不同初始渦流比下噴油器油孔所在橫截面的缸內(nèi)氣體當(dāng)量比分布云圖如圖15～18所示。

a)RS=4.5 b)RS=12.5 c)RS=20.5 d)RS=28.5 a)RS=4.5 b)RS=12.5 c)RS=20.5 d)RS=28.5圖15 曲軸轉(zhuǎn)角為367°時(shí)不同RS下缸內(nèi)氣體當(dāng)量比分布 圖16 曲軸轉(zhuǎn)角為372°時(shí)不同RS下缸內(nèi)氣體當(dāng)量比分布

由圖15～18可知:1)增加RS可以直接影響缸內(nèi)油氣當(dāng)量比的分布,當(dāng)RS=4.5時(shí),燃燒初期從不同噴油器中噴出的燃油彼此發(fā)生干涉,氣缸中心產(chǎn)生混合氣過(guò)濃區(qū)域;隨后燃油沿噴射方向到達(dá)壁面附近,并在壁面附近形成混合氣濃區(qū)(曲軸轉(zhuǎn)角為377°),不利于燃油的燃燒放熱。2)隨著RS增加,噴射燃油沿著渦流方向運(yùn)動(dòng),一方面可以有效避免燃油之間的干涉,避免中間的混合氣過(guò)濃,另一方面減輕了燃油撞壁現(xiàn)象的產(chǎn)生,近壁區(qū)域的混合氣過(guò)濃現(xiàn)象得到了改善;整體來(lái)看,增強(qiáng)的渦流運(yùn)動(dòng)有效促進(jìn)了燃油與新鮮空氣的混合,使得油氣混合更加充分且分布更加均勻。3)當(dāng)RS增加到28.5時(shí),過(guò)強(qiáng)的渦流運(yùn)動(dòng)使得油束形成一個(gè)高當(dāng)量比的環(huán)狀區(qū)域,中間區(qū)域的新鮮空氣沒(méi)有被有效利用,RS過(guò)大對(duì)油氣混合的改善作用不明顯。

不同RS下缸內(nèi)壓力和瞬時(shí)放熱率曲線(xiàn)如圖19所示,缸內(nèi)充量與氣缸壁面的累積傳熱損失如圖20所示。

圖19 不同RS下的缸內(nèi)壓力和放熱率曲線(xiàn) 圖20 不同RS下氣缸壁面的累積傳熱損失

由圖19可知:在一定范圍內(nèi)增加RS,瞬時(shí)放熱率峰值顯著上升,但RS>20.5時(shí),放熱率峰值不再繼續(xù)升高,這是因?yàn)檫m當(dāng)增加RS可以顯著促進(jìn)油氣混合,但當(dāng)RS增加到一定值時(shí),對(duì)油氣混合均勻性的改善作用十分有限;隨著RS增大,放熱率曲線(xiàn)的峰值逐漸前移,這是因?yàn)樵鰪?qiáng)的渦流運(yùn)動(dòng)可以加快油氣混合和燃燒放熱;更接近上止點(diǎn)時(shí),燃燒放熱和放熱率增大導(dǎo)致缸內(nèi)壓力快速升高,因此隨著RS增大,爆壓峰值不斷升高且前移。

由圖20可知:RS增大,缸內(nèi)工質(zhì)與壁面的換熱增加,壁面?zhèn)鳠釗p失明顯增加,與RS=4.5相比,當(dāng)RS增大到28.5時(shí),循環(huán)結(jié)束時(shí)的壁面總傳熱損失增加了87.9%,降低了氣缸的熱效率。因此為了避免壁面?zhèn)鳠釗p失過(guò)度增加,RS應(yīng)控制在適當(dāng)范圍內(nèi)。

2.4 渦流比對(duì)油耗和排放的影響

不同RS噴油器油孔所在橫截面的溫度和NOx排放分布云圖如圖21～28所示。

a)RS=4.5 b)RS=12.5 c)RS=20.5 d)RS=28.5 a)RS=4.5 b)RS=12.5 c)RS=20.5 d)RS=28.5圖21 曲軸轉(zhuǎn)角為367 °時(shí)不同RS下缸內(nèi)溫度分布 圖22 曲軸轉(zhuǎn)角為372°時(shí)不同RS下缸內(nèi)溫度分布

由圖21～28可知:隨著RS增大,混合氣分布更加均勻,缸內(nèi)燃燒更充分且均勻,缸內(nèi)溫度顯著上升且高溫區(qū)域分布明顯增多,因此高溫區(qū)對(duì)應(yīng)的NOx排放明顯增加。

不同初始渦流比下be和e(NOx)結(jié)果如圖29所示。由圖29可知中:隨著RS增大,be先降低后升高,e(NOx)逐漸增加;RS由4.5增加到12.5時(shí),燃油經(jīng)濟(jì)性的改善效果尤為明顯,RS=20.5時(shí)be最小,為163.25 g/(kW·h),較原機(jī)(RS=4.5)降低了5.09%,極大地提高了二沖程柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。在原機(jī)基礎(chǔ)上適當(dāng)增大渦流比可以改善油氣混合均勻性,加快缸內(nèi)燃燒,大幅降低燃油消耗量。但隨著RS的繼續(xù)增加,對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性能的改善幅度減小,當(dāng)RS>20.5,由于大渦流比對(duì)缸內(nèi)混合氣均勻性的改善作用有限,而且壁面?zhèn)鳠釗p失過(guò)大,燃油消耗率開(kāi)始上升。綜上,增大RS可以降低燃油消耗率,但同時(shí)應(yīng)兼顧NOx比排放,RS應(yīng)控制在20.5以下。

圖29 不同初始RS下的be和e(NOx)曲線(xiàn)

3 結(jié)論

針對(duì)某大缸徑低速二沖程船用柴油機(jī)的掃氣口結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì),分析了掃氣口水平傾角對(duì)柴油機(jī)渦流比、掃氣過(guò)程、油耗和NOx排放的影響;通過(guò)映射續(xù)算的方法解耦出渦流比對(duì)柴油機(jī)性能的單獨(dú)影響規(guī)律,得到了適合大型二沖程低速船用柴油機(jī)的渦流比范圍以及增大渦流比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。

1)掃氣口水平傾角同時(shí)影響缸內(nèi)渦流比和掃氣質(zhì)量,掃氣口水平傾角過(guò)小或者過(guò)大均導(dǎo)致在缸內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重回流區(qū),還導(dǎo)致新鮮空氣過(guò)早溢出,既不利于新鮮空氣留存,也不利于缸內(nèi)廢氣清除。

2)當(dāng)掃氣口水平傾角為10°時(shí),給氣效率最高,為84.7%,掃氣效率最高,為93.1%,此時(shí)燃油消耗率最低,為171.9 g/(kW·h),較原機(jī)降低了0.12 g/(kW·h);NOx比排放最低,為8.97 g/(kW·h),較原機(jī)降低了8.7%。

3)合理范圍內(nèi)增大渦流比可有效改善油氣混合均勻性,改善燃燒過(guò)程;但當(dāng)渦流比增加到20.5以上時(shí),對(duì)缸內(nèi)油氣混合質(zhì)量的改善效果有限,同時(shí)壁面?zhèn)鳠釗p失大幅增加。

4)隨著渦流比增加,柴油機(jī)的燃油消耗率先降低后升高,渦流比為20.5時(shí)燃油消耗率最低,為163.25 g/(kW·h),較原機(jī)降低了5.09%,提高渦流比對(duì)該機(jī)型的燃油經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)化潛力很大,但增大渦流比導(dǎo)致NOx排放增加;綜合考慮燃油經(jīng)濟(jì)性和NOx排放,渦流比應(yīng)控制在20.5以下。