【正文】 顯缺陷， 從 氣缸中排出的高溫氣流 直接流過壓氣機(jī) 和中冷器 ， 在正常使用 的過程中就會(huì) 對(duì) 壓氣機(jī) 造成 腐蝕并 污染 中冷器 。 通常 EGR 率的定義為： 式中 ， QW/OEGR為 無(wú) EGR是進(jìn)入氣缸的空氣量； QEGR為 有 EGR 是進(jìn)入氣缸的空氣量。但 隨之而來 的是燃燒過程 始終 存在的富氧和 溫度過高 的 情況 ， 導(dǎo)致 大量的 NOx 在燃燒過程中產(chǎn)生。 如今 ， 現(xiàn)代輕型 柴油機(jī) 普遍采用 高壓共軌技 術(shù) 、四氣門技術(shù) 、 渦輪增壓中冷技術(shù) 等 現(xiàn)代柴油機(jī) 技術(shù) ， 此外 配合 廢氣后處理 裝置 ， 柴油機(jī) 機(jī)在 動(dòng)力性 ， 經(jīng)濟(jì)性和 排放性能等方面 取得 了 卓有成效 的進(jìn)步 。如何 降低由 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒化石燃料造成 環(huán)境 污染是擺在汽車 行業(yè)面前最重大 的課題之一 。 放熱規(guī)律決定了柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性 ， 針對(duì) 柴油機(jī) 性能 的 要求有目的的控制放熱規(guī)律是使柴油機(jī)達(dá)到性能目標(biāo)的一個(gè)有效途徑。 隨著環(huán)境 問題引起大家的重視 ， 對(duì)污染物 主要制造者的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)革新勢(shì)在必行 。以柴油機(jī)為例 ， 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局 在 2021 年 5 月 30 日 發(fā)布 的 《車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測(cè)量方法中國(guó)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段》 指出 國(guó)家計(jì)劃于 2021 年起開始=85 85國(guó)Ⅰ \國(guó)Ⅱ \國(guó)Ⅲ 國(guó)Ⅳ 國(guó)Ⅴ 煙度（m ^ 3 ）表1 . 1 中國(guó)重型車用柴油機(jī)排放法規(guī)標(biāo)準(zhǔn) 實(shí)施時(shí)間CO(g/kwh)NOx(g/kwh)HC(g/kwh)PM(g/kwh)年度2021202120212021202120212021202120212021202120212021N O x ：0 . 2 7P M : 0 . 0 1 3國(guó)ⅠN O x ：8 . 0P M : 0 . 3 6J P 9 7N O x ：5 . 4 3P M : 0 . 1 4N O x ：3 . 4 0P M : 0 . 1 4N O x ：1 . 6 3P M : 0 . 0 1 3J P 2 0 0 5J P 2 0 0 9國(guó)Ⅳ N O x ：3 . 5P M : 0 . 3 6N O x ：2 . 0P M : 0 . 0 2國(guó)ⅤJ P 2 0 0 3N O x ：4 . 5P M : 0 . 2 5國(guó)Ⅱ N O x ：7 . 0P M : 0 . 1 5國(guó)Ⅲ N O x ：5 . 0P M : 0 . 1 0N O x ：3 . 3 8P M : 0 . 1 8N O x ：2 . 0P M : 0 . 0 2 7N O x ：0 . 7P M : 0 . 0 12021以后歐ⅥN O x ：2 . 0P M : 0 . 0 2N O x ：0 . 4P M : 0 . 0 1E P A 1 9 9 8E P A 2 0 0 4E P A 2 0 0 7歐Ⅲ N O x ：5 . 0P M : 0 . 1 0歐Ⅳ N O x ：3 . 5P M : 0 . 0 2歐ⅤE P A 2 0 1 0歐洲 美國(guó) 中國(guó) 日本表1 . 2 日本、歐洲和中國(guó)的重型車排放實(shí)施時(shí)間，N o x 限值和P M 限值對(duì)比第一章緒論 3 執(zhí)行國(guó)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn) ， 2021 年執(zhí)行國(guó)Ⅳ標(biāo)準(zhǔn) ， 2021 年執(zhí)行國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)。 圖 1 中國(guó) 各地日均 空氣 污染程度 吉林大學(xué) 本科生畢業(yè)論文 2 為了 控制汽車尾氣 ， 降低污染物排放 ， 世界各國(guó)相繼 出臺(tái) 強(qiáng)制性的排放法規(guī) ， 而且法規(guī)力度逐步加大 。 幾年前人們 認(rèn)為環(huán)境污染只是山西等省的個(gè)別現(xiàn)象 ， 但現(xiàn)在 已經(jīng)成為 全國(guó)性 的普遍現(xiàn)象了 [1]。 ICEM CFD。 通過 分析 發(fā)現(xiàn) ， Fluent 對(duì) 發(fā)動(dòng)機(jī)性能 的仿真準(zhǔn)確性較高，可以部分替代發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)； 發(fā)動(dòng)機(jī) 在燃燒過程中，隨著 EGR 率的提高， NOx 排放水平明顯下降，同時(shí) HC 排放略有上升，動(dòng)力性有一定程度的下降； 發(fā)動(dòng)機(jī) 在不同工況下適用的 EGR 率不同 ,在 怠速和全負(fù)荷工況下，應(yīng)關(guān)閉 EGR 系統(tǒng)，在同一轉(zhuǎn)速下， EGR 率隨負(fù)荷增加而減少 。 廢氣再循環(huán)系統(tǒng) （ Exhaust Gas Recycle, EGR） 是降低 NOx排放水平的有效手段 。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的作品成果。對(duì)本人實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)中做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中 以明確的方式注明。 本文 利用 Fluent 軟件建立 燃燒室 三維動(dòng)網(wǎng)格 模型 對(duì)國(guó)產(chǎn)某 柴油機(jī)性能 及排放水平 進(jìn)行 仿真 研究 。 關(guān)鍵詞： 柴油機(jī) ； 廢氣再循環(huán)（ EGR） ； Fluent； ICEM CFD； EGR 率 ； NOx Abstract Abstract Due to environmental pollution intensifies, more and more stringent emission regulations were introduced to limit car emissions. Exhaust Gas recirculation system (EGR) is the effective measure to reduce NOx emission levels. The paper made a 3D dynamic grid simulation on bustion process and emission levels of a domestically produced diesel engine. The ICEM CFD was used for grid partition and the Fluent was used for numerical simulation on bustion process. The accuracy of the simulation is verified by paring the simulation results and the engine bench test data. At the same time, the most suitable EGR rate of different working condition was determined by the simulation results. Through the analysis found that simulation on bustion process by Fluent is quite accurate, and the way of numerical simulation could partly replace the engine bench test. During the bustion process of engine, with the increase of the EGR rate, NOx emission levels significantly decreased, HC emissions increased slightly at the same time, and the dynamic performance has a certain degree of decline. The most suitable EGR rate is quite different in different working condition, the EGR system should be closed in idling and full load condition, and in partial load condition, the EGR rate should decrease while the load increase in the same engine speed. Key words:Diesel engine。EGR Rate。 2021 年 全國(guó) 城市 霾 天 數(shù) 將近 40 天 ， 比 2021 年增加了 天 ， 是史上 最多的一年 [2]。目前 ， 世界上主要制定 排放法規(guī) 標(biāo)準(zhǔn) 有美國(guó)、日本和歐洲 ， 其中美國(guó) 最早開始 著手制定排放法規(guī) ， 其后是 日本和歐洲 。目前 ， 國(guó)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)已如期執(zhí)行 ， 而由于燃油和技術(shù)的原因國(guó)Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)推遲執(zhí)行。 如何進(jìn)一步優(yōu)化車用發(fā)動(dòng)機(jī)的 性能 ， 減少污染物的排放量 ， 是發(fā)動(dòng)機(jī)今后的重點(diǎn)研究方向。 [9]。 傳統(tǒng) 的 柴油機(jī) 受限于 燃燒技術(shù)，存在 功率 小 ， 急加速性能 差 ， 燃燒噪音大 ，冷啟動(dòng)困難 的 致命 缺陷 ， 在很大 程度上 減少 人們購(gòu)買柴油車的熱情 。隨著 技術(shù) 發(fā)展 ， 柴油機(jī)的 發(fā)展歷程從 最初的 渦流室產(chǎn)生 渦流幫助油氣混合燃燒 ， 到 缸內(nèi)直噴技術(shù)， 再到 高壓共軌技術(shù)，直到準(zhǔn) 均質(zhì) 混合 （ HCCI） ， 這 樣的 發(fā)展歷程 ， 逐步提升柴油機(jī)的性能 ， 使其運(yùn)行 的更加 完善。 EGR 技術(shù) 是在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣過程 將 適量 從 氣缸內(nèi)排出的廢氣引入氣缸中參與 下一 循環(huán)的燃燒。 第一章緒論 5 根據(jù) EGR 中廢氣 的 回流方式 ， 車用增壓柴油機(jī)的 EGR 系統(tǒng)分為外部 EGR方式 和內(nèi)部 EGR方式 外部 EGR 方式 外部 EGR 方式根據(jù)進(jìn)排氣管的 連接 方式不同分為低壓回路方式和高壓回路方式 ， 如圖 2所示 。 a) b) 圖 2 外部 EGR 方式 a)低壓 回路 EGR 方式 b)高壓 回路 EGR 方式 吉林大學(xué) 本科生畢業(yè)論文 6 實(shí)施 EGR 后 必定 會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性和耐久性 造成 不良 影響 ， 在 實(shí)際應(yīng)用中更多 采用高壓回路 EGR 方式（ 圖 b） 。對(duì) 發(fā)動(dòng)機(jī) 各工作 循環(huán) ， 在 進(jìn)氣管和排氣管中氣流的脈動(dòng)都很大。此時(shí) ， 如果能再次開啟排氣門 ， 就可以實(shí)現(xiàn) EGR。 由于 內(nèi)部 EGR 系統(tǒng)不需要排氣節(jié)流 ， 所以不影響泵氣損失 ， 因而對(duì)經(jīng)濟(jì)性 幾乎 不存在影響 ， 同時(shí)不需要 EGR 閥以及 EGR 管路 ， 所以結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。 從 70年代開始國(guó)外就將研究目標(biāo)轉(zhuǎn)向柴 油機(jī) EGR技術(shù)。 因?yàn)?這樣的 技術(shù)方案 不僅能明顯降低 NOx排放 水平， 還能 同時(shí)保證 HC和碳煙的排放水平 負(fù)荷 排放法規(guī)要求 。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)或冷卻水溫度比較低時(shí)輔助噴嘴工作當(dāng)冷卻水超過 70 度時(shí)主噴嘴開始工作并且輔助噴嘴處于備用狀態(tài)。 日本 Hitoshi Yokomura等 學(xué)者對(duì) 重型柴油機(jī)上進(jìn)行 EGR瞬態(tài)實(shí)驗(yàn) ， 該實(shí)驗(yàn)建議性討論最優(yōu) EGR控制方法以降低瞬態(tài)排放。所以電控 EGR是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低排放的基礎(chǔ)。采用氧化催化劑與 EGR反饋控制能同時(shí)改善 PM和 NOx采用高壓共軌噴油系統(tǒng)結(jié)合高 EGR率可使 NOx和煙度同時(shí)大幅下降改進(jìn)燃燒系統(tǒng)和冷卻 EGR可進(jìn)一步降低 NOx排放。 第一章緒論 9 . 論文 的研究 意義 及研究?jī)?nèi)容 在 EGR系統(tǒng)的 使用過程中 ， 由于氧氣濃度下降 ， 可以 幫助發(fā)動(dòng)機(jī)降低 NOx的 排放 ， 但 同時(shí)燃料和氧氣接觸面積減小 ， 這會(huì)直接導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程 燃燒持續(xù)期增長(zhǎng) ， 燃燒溫度和最高爆發(fā)壓力下降 。 不同 工況下的 EGR的確定必須保證在 要想最大程度地使 NOx減少又不影響柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和 HC與微粒排放。網(wǎng)格 劃分 質(zhì)量直接影響仿真的 結(jié)果 和 精度 ， 是 燃燒 數(shù)值模擬的前提。發(fā)動(dòng)機(jī) 燃燒室 具 體參數(shù)參見表 3， 燃燒室 平面圖見圖4. 缸徑： 83mm 沖程： 連桿長(zhǎng)： 燃燒室容積： 燃燒室深度： 縮口比： 凸臺(tái)高度： 凸臺(tái)半徑： 2mm 壓縮比： 余隙高度： 表 3 發(fā)動(dòng)機(jī) 燃燒室參數(shù) 圖 4 燃燒室 平面圖 吉林 大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 根據(jù)表 3 中 給出的 燃燒室 相關(guān)參數(shù) ， 利用 CATIA 軟件對(duì)燃燒室和活塞頂進(jìn)行建模。 作為專業(yè)的前處理軟件 ICEMCFD為所有世界流行的 CAE軟件提供高效可靠的分析模型。 ICEM CFD 提供了高級(jí)幾何獲取、網(wǎng)格生成、網(wǎng)格優(yōu)化以及后處理工具以滿足當(dāng)今復(fù)雜分析對(duì)集成網(wǎng)格生成和后處理工具的需求。 圖 6 不同 網(wǎng)格形式 一般 情況下 ， 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格采用三角形網(wǎng)格和四面體網(wǎng)格 ， 而結(jié)構(gòu)網(wǎng)格采用四邊形網(wǎng)格或者六面體網(wǎng)格。這么 劃分 部分是為了方便 將 網(wǎng)格導(dǎo)入 Fluent 之后進(jìn)行動(dòng)網(wǎng)格設(shè)定。 由于非結(jié)構(gòu) 網(wǎng)格劃分較為方便快捷 ， 所以 首先 進(jìn)行 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的劃分。 但是由于 在 仿真中 需要 用到動(dòng)網(wǎng)格 ， 在 動(dòng)網(wǎng)格的運(yùn)動(dòng)過程中 ， 由于需要對(duì)燃燒室的網(wǎng)格進(jìn)行形變 ， 形變 過程中會(huì)出現(xiàn)燃燒室中心處 網(wǎng)格 尺寸過大 ， 形變量同時(shí)增大出現(xiàn)負(fù)體積 ， 所以非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格無(wú)法達(dá)到要求 。在 網(wǎng)格劃分過程中 ， 將 氣缸 部分和活塞頂部分分割成兩個(gè)不同的 Body。通過 這種 方法劃分的網(wǎng)格見圖