利用CFD 仿真軟件，對燃油供給系統、燃燒室結構及進氣渦流進行多參數協同優(yōu)化匹配，改善燃燒過程，減少污染物排放。
2.1 燃油供給系統優(yōu)化
　　利用AVL-HYDSIM 軟件為工具，建立樣機燃油系統的液力過程仿真計算模型。圖1、2 中給出了原機仿真結果，可以看出，原機的燃油系統其泵端和嘴端壓力僅為40 和50 MPa 左右，噴油持續(xù)期也較長（達10.6°CA），噴油速率偏低，這些都會影響噴油霧化質量，對燃燒過程組織及排放達標不利。針對原機的不足，利用仿真模型，從噴油泵柱塞直徑、油泵凸輪升程、高壓油管直徑、噴油器類型等參數入手，通過分析研究噴油系統參數對液力過程的影響，對燃料供給系統參數進行匹配優(yōu)化，來提高噴油壓力，優(yōu)化噴油規(guī)律，改善燃油霧化性能[8-10]。

1）加大噴油泵柱塞直徑，用柱塞直徑為10 mm 的DP 型噴油泵取代原機9 mm 柱塞直徑的AD 型噴油泵，有效增大了泵端壓力及供油速率。
2）增大噴油泵凸輪升程，優(yōu)化凸輪型線，油泵凸輪升程由原機的8 mm 升程增加至10 mm，凸輪改為“切線+函數過渡段”型凸輪，提高平均噴油速率，有效縮短了供油持續(xù)期。
3）對噴油泵的出油閥的減壓容積進行的優(yōu)化，避免出現二次噴射。
4）適當縮小高壓油管內徑，將原機使用的Φ2.0 mm內徑高壓油管換成Φ1.8 mm 內徑油管，進一步增加系統液力剛性。
5）原機使用的是S 型5 孔0.29 mm 孔徑噴油器（記為S529），噴霧錐角為76°，現改用液力研磨的低慣量小壓力室P 型噴油器，較常用的S 系列噴油器運動件質量減小了一半以上，針閥的響應速度更快，而其下部的
盛油槽容積也隨之減少，降低了因針閥上升引起泵吸作用產生的噴油壓力損失，從而改善了噴油液力過程，提高了噴油霧化質量。同時，根據噴油壓力及循環(huán)供油量，優(yōu)化噴油器的流量范圍，由原來的1.9 L/min 左右減小至1.7 L/min 左右，并將針閥開啟提高至24 MPa。為此設計了如下3 種方案：5 孔0.23 mm 孔徑P 型噴油器（記為P523）、P521、P619，噴霧錐角選擇74°、76°、78°3 種方案，進行優(yōu)化匹配。
6）為了減小NOx 排放，供油提前角由原機的22°CA減小為9°～11°CA。較大幅度的推遲供油必然會對冷起動帶來困難，因此選擇使用柱塞上帶起動加濃槽的噴油泵，以保證冷起動性能。
    通過以上措施，以P523 型噴油器為例，從優(yōu)化前后油管壓力及噴油規(guī)律對比可見（如圖1、2），優(yōu)化方案不僅提高了噴油壓力（增大34.6%）及供油速率（提高20%），而且縮短了噴油持續(xù)期（縮短22%），有利于改善燃油在燃燒室內的霧化混合，為提升柴油機的燃燒與
排放性能提供了條件。

　　2.2 燃燒室結構優(yōu)化
　　現代柴油機燃燒室發(fā)展趨勢是采用縮口燃燒室，加強燃燒室中央底部凸起，利用燃燒室形狀改變燃燒室內的氣流運動特性，在燃燒室中產生較強烈的擠流與逆擠流運動，并可增大燃燒室的渦流保持率，以改善混合氣
的燃燒過程，降低柴油機煙度。將原機直口燃燒室改為縮口ω 燃燒室[11]，燃燒室參數基本方案設計如圖3 所示。
1）縮口率δ=Φ1/Φ2=0.85～0.92（Φ1 燃燒室最小直徑，
Φ2 燃燒室最大直徑）
2）H=12～15 mm（H 燃燒室最大高度）
3）h=8～10 mm（h 凸臺定點到燃燒室上端面的高度）
4）β=130°～140°（β凸臺張口角度）
由此設計了縮口率分別為0.88 和0.92 的2 種燃燒室結構。

　　2.3 進氣渦流優(yōu)化
　　對于混合氣形成和擴散燃燒過程來說，在上止點位置空氣運動的渦流強度是一個決定性的參數[12-13]。經氣道試驗臺測試，原機螺旋氣道的渦流比達到了3.9，在提高燃油系統的噴射壓力后，原機的渦流比與之不相適應，為此在保證合適的流量系數同時對進氣道進行改進設計，適當降低渦流比[14]，設計了進氣渦流比分別為2.5和2.75 兩種進氣道。
　　2.4 燃燒系統多參數匹配設計
　　提高噴油壓力、優(yōu)化噴油規(guī)律及噴油器參數等能改善燃油的霧化性能，采用縮口ω 型燃燒室及優(yōu)化渦流比可達到油氣均勻混合的目的，但是柴油機要實現清潔高效燃燒的目標，燃油系統、燃燒室、空氣運動等各種特性參數的協同優(yōu)化匹配是關鍵[15-16]。
　　利用AVL-fire 三維模擬軟件為主要工具對燃燒系統參數進行協同匹配優(yōu)化。首先用ProE 建立氣道、燃燒室及氣缸的三維物理仿真模型，接著利用Hypermesh 對模型進行網格劃分。Fire 模擬計算所需的噴油規(guī)律、初始缸內溫度、壓力等邊界值由Hydism 及Boost 模擬結果所得。
　　通過標定工況下的原機缸內壓力模擬值與試驗值對比來對模型進行標定，見圖4?？梢钥闯瞿M值與試驗值基本一致，缸壓值誤差均在3%以內，說明模型的計算精度較好，較為準確地反映了柴油機燃燒過程，可以用來進行燃燒系統參數匹配優(yōu)化與設計工作[17]。

　　對燃燒系統參數進行虛擬優(yōu)化匹配，包括噴油器參數、噴霧錐角、渦流比及燃燒室縮口率，優(yōu)化匹配方案見表2。模擬計算結果以原機方案排放值為基準，其余值與其相比，取百分數。優(yōu)化過程如下：首先，保持燃燒室縮口率和噴霧錐角不變（縮口率為0.88，噴霧錐角為76°），對噴油器參數及進氣渦流比進行匹配優(yōu)化，仿真結果如圖5，從中可見，P521 型噴油器配合2.5 進氣渦流比此方案排放改善效果最佳，標定工況下NOx 值降低52%，PM值降低62%；最大扭矩工況下NOx 值降低56%，PM 值降低84%，可以滿足NOx 和PM 排放全面降低的要求。
　　其次，燃燒室縮口率改為0.92，噴霧錐角保持76°不變，對各參數進行匹配，結果表明選擇P521 型噴油器，進氣渦流比為2.75 時，其綜合排放性能最優(yōu)，標定工況下NOx 值降低47%，PM 值降低68%；最大扭矩工況下NOx 值降低53%，PM 值降低77%。

　　從圖5 和圖6 中可以發(fā)現，在噴油量及流通截面總面積基本相等情況下，隨著噴孔數增加，噴孔直徑減小，噴霧油粒的直徑越小，霧化效果越好，因此缸內燃燒充分迅速，燃燒溫度較高，NOx 排放隨之增加，PM 排放量則呈下降趨勢。
　　最后，研究噴霧錐角對排放性能的影響。表3 為2種優(yōu)選方案其排放性能隨噴霧錐角變化的關系，結果顯示，隨著噴錐錐角的增大，NOx 排放值在提高，PM 排放水平降低，由此，確定噴霧錐角均為74°。

　　根據模擬計算結果選擇了兩組較優(yōu)方案（見表4）進行排放測試試驗，試驗結果如圖7 所示。與模擬計算結果基本相似，方案一的NOx 與PM 值都較方案二低，因此選擇方案一的參數作為最終優(yōu)化方案。