用电控高压共轨喷油的小型柴油机排放性能优化与分析

发布时间：2020-08-08 13:09

【摘要】：与大、中功率柴油机相比,中国非道路柴油机现行排放标准对19 kW以下柴油机要求相对严苛。单缸柴油机由于受结构等限制,目前仅有少部分机型通过环保部门的非道路国三排放型式核准。因此开展新一代单缸柴油机的研发、及其燃烧机理和低排放研究具有重要的学术意义和工程价值。研究工作以某企业生产的192F柴油机为对象,开展单缸柴油机用电控高压共轨喷油系统对整机性能、排放优化的研究。分析了电控高压共轨喷油和机械泵喷油的喷油压力等参数的差异,对柴油机燃烧系统进行了重新设计。由于共轨喷油的喷油压力较机械泵喷油的高,为减少燃油在燃烧室的着壁量、改善燃烧,与机械泵喷油的柴油机相比,适当增大共轨喷油柴油机的燃烧室喉口直径和压缩比,同时增多喷油嘴喷孔数,改进气道减小进气涡流比并增大进排气道的流通系数,形成192F共轨柴油机的燃烧系统。对样机喷油量、轨压和喷油正时等喷油系统标定参数MAP图计算设置,试验研究喷油参数的MAP变化对样机各工况排放的影响,并通过高压油管压力和气缸压力的测量,进行燃烧过程分析。得出在大负荷工况,提高轨压能提高预混合燃烧质量、减少后燃,在推迟喷油控制NO_X排放的条件下能降低烟度、减少颗粒排放;在中小负荷提高轨压能改善雾化和燃烧质量,降低HC和CO排放;但受限于燃油喷雾特性与燃烧室匹配和NO_X排放,对每一个工况轨压值大小有一个最佳值,如标定工况轨压、喷油提前角和预喷量分别为110 MPa、2℃A BTDC和1.0 mg/str.;在同一转速中小负荷工况,喷油提前角适当提前可提高缸内燃烧温度,缩短燃烧持续期,有效降低柴油机的HC和CO排放;不同转速工况,转速降低应适当减小轨压和推迟喷油来优化燃烧降低排放;采用预喷+主喷的方案能减少燃烧的滞燃期,降低缸内最高平均燃烧温度来优化整机排放。192F共轨柴油机通过燃烧系统设计和喷油参数的面工况标定优化,按移动用途的稳态试验循环(八工况)进行性能和排放测量,CO、HC+NO_X和PM初次比排放结果分别为3.66、5.72和0.35 g/(kW·h),与非道路国三标准限值相比有40%以上的劣化余量,柴油机经劣化试验满足非道路柴油机排放标准的要求;生产企业的样机已通过非道路柴油机第三阶段国家环保型式核准。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK421.5
【图文】：

油系统结构参数设计92F 共轨柴油机喷油系统架构 2.1 为 192F 共轨柴油机喷油系统总体架构示意图。该系统硬件主要由低压供油泵、共轨管、喷油器、ECU 和各种传感器等组成。低压供油泵作用是将燃出输送到高压供油泵内，并将低压燃油加压至 0.3 MPa，主要使柴油机在工况的运行过程中，高压供油泵进油腔内有足够燃油；高压供油泵作用是将 压成高压燃油供给共轨管，高压供油泵内设有 PCV（压力控制阀）；ECU（据传感器测得的工况参数等信息，将所需喷油压力信息传输给 PCV，通过间的开启和关闭控制燃油供油量，以达到控制共轨管内的燃油压力的目的；压力由设置在共轨管上的压力传感器测出，并反馈给 ECU，形成闭环控制模

速度决定燃油的供给速度，从而也就决定了供油规律[14]，随机型要求不同，凸轮型线设计各有变化，为产生高供油速率，形成高压供油，多采用高速切线凸轮型线，在合适的持续期内实现高压喷油。192F 共轨柴油机供油方式不同于机械泵和电控单体泵喷油系统，其柱塞在吸油行程时，低压燃油通过打开 PCV 进入柱塞顶部的泵油室内，如图 2.2（a）；柱塞在压油行程时当 ECU 无传输指令时，PCV 处于未通电状态，阀门打开，泵油室内燃油被挤出，如图 2.（b）；当 PCV 通电后，阀门关闭，经出油阀进入共轨管，如图 2.2（c）。因此 192F 共轨柴油机的高压供油泵只起提供高压燃油到共轨管的作用，高压供油泵转速以固定的传动比与柴油机转速相关。较机械泵和电控单体泵单缸柴油机每次喷油伴随着一次供油的过程，192F共轨柴油机根据ECU感知当前工况所需喷油压力控制高压供油泵连续供油至蓄压腔压力的建立与喷油过程无关，因此高压供油泵的供油关键尺寸可设计得比机械泵喷油系统用的喷油泵小。所以较机械泵喷油 192F 柴油机，其柱塞直径和有效供油行程分别为 8.0 mm

孔径/mm 喷孔截面积/mm2雾化锥角/° 计设计会对柴油机缸内燃烧及排放性能等产生种能量，一是通过燃油的高压喷射能量组织7]。电控高压共轨技术使得 192F 柴油机喷油道应重新设计。柴油机进气道的示意图，导气凸台是为了产方案进行不同结构大小导气凸台进行气道匹 为在方案 a 基础上改进，切除部分导气凸台

【参考文献】

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本文编号：2785604