基于燃燒模型的直噴式柴油機NOx排放模型開發(fā)

?

基于燃燒模型的直噴式柴油機NOx排放模型開發(fā)

在更嚴格的排放標準、減少燃油消耗和CO2排放的情況下，減少廢氣排放是開發(fā)汽車柴油機的主要挑戰(zhàn)之一。在管理發(fā)動機控制系統(tǒng)的同時，在柴油機上安裝多個先進的燃燒系統(tǒng)，如高廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、新型噴射策略、復雜的后處理裝置和渦輪增壓系統(tǒng)。開發(fā)并驗證一個虛擬的零維直噴柴油機仿真模型，以減少發(fā)動機控制系統(tǒng)的開發(fā)成本和縮短開發(fā)時間。該仿真平臺的開發(fā)是基于0D/1D方法，而現(xiàn)有仿真工具在燃燒相位和空氣供給系統(tǒng)方面的仿真結果較好。本文所提出的零維、半實物、NOx預測模型主要基于高頻燃燒模型和混合物燃燒氣體溫度的化學計量計算。該模型是在研究影響缸內NOx排放因素的基礎上建立的，并用大量的試驗數(shù)據(jù)對其進行驗證。創(chuàng)建相關物理組件模型，如最高局部溫度和現(xiàn)有氧濃度之間的關聯(lián)，描述NOx的排放。在1.6L歐5直噴柴油機上建立和驗證該預測模型：①采用單道零維燃燒模型能夠自動確定發(fā)動機的輸入?yún)?shù)；②在燃燒模型的基礎上增加熱力學模型，計算氣缸內的局部最高溫度以充分描述NOx的排放趨勢；③采用映射方法和多項式模型等特定工具，建立最終的NOx排放模型。

驗證結果表明：①所開發(fā)模型能較好地預測NOx排放；②在有廢氣再循環(huán)系統(tǒng)干擾的情況下，該模型對NOx排放的精確度取決于廢氣再循環(huán)率預測的精確性；③具有低計算時間和成本的模型對數(shù)字化發(fā)動機的發(fā)展有很高的參考價值，數(shù)字化發(fā)動機可用于ECU和控制策略測試或發(fā)動機預校準；④開發(fā)的汽車柴油機模型能夠根據(jù)物理參數(shù)快速而方便地預測NOx的排放；⑤該模型能夠預測發(fā)動機速度和負荷的瞬態(tài)變化，因為其耦合了空氣循環(huán)精確模型。

HassanKarakyetal.SAE 2015-01-1746.

編譯：朱會