提升國Ⅳ柴油機排放性能的燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著國Ⅳ柴油機排放標(biāo)準(zhǔn)的全面實施，滿足更為嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機研發(fā)迫在眉睫。本文采用單樣本點的國Ⅳ柴油機燃燒排放預(yù)測研究和多樣本點的燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究相結(jié)合的方法，實現(xiàn)國Ⅳ柴油機排放性能提升的燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化。使用包含64種組分154步反應(yīng)的C14H28表征柴油的機理，耦合包含9步反應(yīng)的詳細(xì)NOx子模型和包含23步反應(yīng)的Soot子模型來模擬發(fā)動機的燃燒和排放過程。通過在ESC穩(wěn)態(tài)測試循環(huán)下的計算值與試驗值的對比驗證，對模型進(jìn)行了校核評估。

2、基于單樣本點深入對比分析了三種NOx機理，研究了相關(guān)基團的濃度變化歷程和區(qū)域分布對NOx的影響。結(jié)果表明，O濃度和O濃度/UHC濃度都是影響NO生成的重要因素。NO2在研究柴油機NOx的排放中不能忽略，滿負(fù)荷時NO2占總NOx的10％以上，低負(fù)荷高EGR率時NO2占比更高。NO主要生成在高溫富氧區(qū)域，NO2主要生成在NO外圍溫度較低的區(qū)域。HO2濃度是NO2生成的影響因素之一，HO2促進(jìn)了NO2的生成。低負(fù)荷高EGR率時N2O的排放增高

3、，占NOx的比例增大，N2O主要生成在高溫高HO2區(qū)域。
　　采用近似模型替代復(fù)雜單樣本點的三維數(shù)值模型，開展了基于多樣本點的燃燒室結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化工作。采用最優(yōu)拉丁超立方試驗設(shè)計方法，完成了燃燒室縮口直徑、縮口位置、凹坑深度的取值范圍內(nèi)的多樣本點的取樣，以獲得整個設(shè)計域內(nèi)的預(yù)測能力。基于所建立的Kriging近似模型，根據(jù)工程實際合理設(shè)置NOx和Soot排放優(yōu)化目標(biāo)，使用AMGA多目標(biāo)優(yōu)化算法對燃燒室進(jìn)行了優(yōu)化，從所得的Pare

4、to最優(yōu)解集中選擇一組在各工況都能較大程度降低NOx和Soot排放的作為最終解，并對最終解進(jìn)行了單樣本點的三維數(shù)值模擬計算。優(yōu)化方案計算結(jié)果與原機的模擬計算結(jié)果對比表明，NOx和Soot排放都有不同程度的降低，NOx加權(quán)排放降低6.6％，Soot加權(quán)排放降低17.9％。優(yōu)化后改善了柴油機NOx和Soot排放的trade-off關(guān)系，提高了柴油機的排放性能。
　　本文采用單樣本點的柴油機三種NOx機理的排放預(yù)測以及多樣本點的燃燒室結(jié)