滿足歐6排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)設(shè)計(jì)

為降低汽車使用對(duì)環(huán)境造成的影響，各國(guó)都制定了十分嚴(yán)格的排放法規(guī)。自2014年開始實(shí)施的歐6排放法規(guī)，是目前最為嚴(yán)格的排放法規(guī)。為滿足該排放法規(guī)的要求，汽車制造商開始進(jìn)行了新型發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，尤其是新型柴油機(jī)的設(shè)計(jì)，這主要是由于歐6排放法規(guī)對(duì)柴油機(jī)的顆粒物（PM）排放和氮氧化合物（NOx）排放做出了極為嚴(yán)格的要求。在采用后處理系統(tǒng)來降低柴油機(jī)排放的同時(shí)，還需要通過對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)來降低其排放。

新設(shè)計(jì)的柴油機(jī)基于一臺(tái)滿足歐4排放法規(guī)的4沖程柴油機(jī)進(jìn)行。設(shè)計(jì)時(shí)，主要采用仿真方法。利用GT-Power模擬計(jì)算軟件建立滿足歐4排放法規(guī)的柴油機(jī)GT-Power模型，基于該模型進(jìn)行柴油機(jī)各子系統(tǒng)的優(yōu)化。優(yōu)化時(shí)，采用STAR CCM+數(shù)值仿真方法對(duì)柴油機(jī)缸內(nèi)流場(chǎng)、進(jìn)氣歧管、排氣歧管內(nèi)的氣體流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值仿真和優(yōu)化，依此確定新的燃燒室、進(jìn)氣歧管和排氣歧管的形狀。采用KIVA-3V數(shù)值仿真方法對(duì)空氣-柴油混合噴霧的形成以及燃燒過程進(jìn)行數(shù)值仿真和優(yōu)化，依此確定新的噴射策略和柴油類型。利用有限元方法對(duì)新設(shè)計(jì)柴油機(jī)的關(guān)鍵組件，如活塞、連桿、曲軸、缸蓋進(jìn)行有限元分析，確保關(guān)鍵組件具有足夠的熱機(jī)械疲勞強(qiáng)度。對(duì)新設(shè)計(jì)柴油機(jī)的測(cè)試原型進(jìn)行性能驗(yàn)證和排放驗(yàn)證。對(duì)新設(shè)計(jì)柴油機(jī)原型的臺(tái)架測(cè)試結(jié)果表明，新設(shè)計(jì)的柴油機(jī)在轉(zhuǎn)速2600r/min時(shí)獲得的最大功率為80kW，在轉(zhuǎn)速1200～1400r/min時(shí)獲得最大轉(zhuǎn)矩為420Nm，滿足了中型商用車的動(dòng)力性需求。同時(shí)，與滿足歐4排放法規(guī)的柴油機(jī)相比，新設(shè)計(jì)的柴油機(jī)具有更高的燃燒效率，PM和NOx排放減少了2.5～5倍。

Enrico Mattarelli et al.SAE 2017-26-0034.

編譯：王祥