重型柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

采用替代性新能源和開(kāi)發(fā)優(yōu)化技術(shù)是降低重型柴油機(jī)排放的主要方式。進(jìn)行替代性新能源的選取時(shí)，為了保證重型柴油機(jī)的動(dòng)力性，替代性新能源的辛烷值（RON）需達(dá)到70%，統(tǒng)稱(chēng)此類(lèi)燃料為RON70。為了保證替代性新能源的點(diǎn)火特性，采用部分預(yù)混壓燃（PPCI）策略，該策略能夠使燃料在燃燒前與空氣更加充分地混合，在提高柴油機(jī)功率密度的同時(shí)可降低柴油機(jī)排放。為保證替代性新能源和新燃燒策略帶來(lái)的益處，需要對(duì)柴油機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)新的柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)時(shí)，基于2013款康明斯ISX15重型柴油機(jī)的1-D發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模型。設(shè)定該發(fā)動(dòng)機(jī)共軌燃油噴射系統(tǒng)的噴射壓力為250MPa、壓縮比為17.3:1。選擇標(biāo)準(zhǔn)超低硫柴油（ULSD）和正辛烷與正庚烷構(gòu)成的RON70作為試驗(yàn)的兩種燃料。為此，設(shè)計(jì)了兩種進(jìn)氣系統(tǒng)：一種采用單級(jí)渦輪增壓裝置；另一種采用兩級(jí)渦輪增壓裝置。利用商業(yè)化計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）軟件Converge，對(duì)之前建立的1-D發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模型進(jìn)行CFD分析。分析時(shí)，1-D發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模型網(wǎng)格劃分采用扇形網(wǎng)格，基本網(wǎng)格尺寸為1.4mm、最小網(wǎng)格尺寸為0.35mm，并采用自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化（AMR）技術(shù)。燃油噴射模型采用康明斯Xtra高壓噴射共軌燃油系統(tǒng)的高保真液壓模型，噴霧成形采用KH噴霧破碎模型，碳煙成形和氧化過(guò)程采用兩步Hiroyasu-NSC模型模擬，模擬循環(huán)選擇重型發(fā)動(dòng)機(jī)排放測(cè)試循環(huán)。分析結(jié)果顯示，所設(shè)計(jì)的兩種進(jìn)氣系統(tǒng)均能夠滿(mǎn)足兩種燃料的進(jìn)氣需求，且還能夠滿(mǎn)足廢氣再循環(huán)對(duì)氧氣的需求。但是，采用單級(jí)渦輪增壓裝置的進(jìn)氣系統(tǒng)在高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的性能更好，而其在低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，由于較大的泵送損失，降低了進(jìn)氣性能。而采用兩級(jí)渦輪增壓裝置的進(jìn)氣系統(tǒng)在低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的性能均較好。

Praveen Kumar et al.SAE 2017-01-0751.

編譯：李臣