用电控单体泵的单缸风冷柴油机低排放性能研究

发布时间：2020-08-22 10:30

【摘要】：单缸风冷柴油机在我国的产量和使用量都很大,目前正在实施的非道路国三排放标准对小功率柴油机的要求已相当严格,非道路国四排放标准即将于2020年实施,因此开展单缸风冷柴油机的低排放技术研究有重要的学术意义和工程应用价值。本文对小功率柴油机降低排放的主要技术路线进行了分析,以195FD风冷柴油机为研究对象,综合考虑柴油机成本、结构等因素,开展用电控单体泵燃油系统的柴油机低排放研究。根据电控单体泵的工作特性,设计了带有匀速段的195FD柴油机供油凸轮型线,在不同的供油提前角工作时,柴油机的工作区域内的各工况有较高的供油速率。燃烧系统设计是通过增加喷油嘴的喷孔数、优化喷油嘴流量,适当增大燃烧室口径、合理设计燃烧空间并适当增大压缩比,减小进气涡流和进排气阻力,并进行协同匹配试验来优化柴油机燃烧系统参数,以提高柴油机性能和降低排放。通过分析电控单体泵燃油系统喷油过程,得出喷油过程的供油延迟和喷油延迟特性,在此基础上设定了电控单体泵循环供油量和供油提前角参数的MAP,进行了供油提前角和喷油泵供油凸轮工作段的匹配与标定试验。通过实测油管压力和气缸压力变化分析了柴油机低排放的燃烧过程变化规律,得出为降低中小负荷的HC和CO排放,供油提前角随负荷减小应适度增大,10%负荷较全负荷供油提前角需提前5°CA,为控制NO_X的增加,全负荷速度特性上1600 r/min到标定转速供油提前角需前移9°CA,以保证喷油提前角略有增大,以此来控制柴油机在不同转速工况燃烧始点和燃烧过程的变化,从而优化NO_X、HC、CO和烟度的排放。对柴油机工作区域内按此变化规律进行细化标定,确定了不同转速和负荷工况下供油提前角的最优MAP,标定后的整机按八工况排放试验循环进行排放试验,CO、HC+NO_X和PM初次排放结果分别为3.87、5.92和0.31 g/(kW·h),195FD柴油机已在企业进行劣化试验并已通过国家环保部门的型式核准,是目前国内用电控单体泵燃油系统唯一通过国三排放核准的单缸风冷柴油机。按照非道路柴油机国四排放标准确定了195FD柴油机的排放控制区,对整机以及控制区内工况点进行排放测量,结果表明柴油机整机和控制区内各工况的实测排放值均能够满足非道路国四排放标准要求的限值。研究得出了用电控单体泵燃油系统的单缸风冷柴油机低排放燃烧的技术措施和排放优化的技术方案,对国内小功率柴油机的低排放技术发展有指导作用。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK421.5
【图文】：

单体泵,燃油供给系统

电控单体泵燃油系统代替机械泵燃油系统应用到单缸风冷柴油机上系统进行优化设计，同时对柴油机的燃烧系统也进行协同优化设计能有很好的配合度，以提升柴油机的整体性能控单体泵燃油系统的组成及工作原理电控单体泵燃油系统的组成95FD 柴油机用电控单体泵燃油系统的组成如图感器、电控单元和执行器三大部分组成传感器和油门位置传感器电控单体泵系统的结构组成主要有低压油路器组成。低压油路中的燃油经过低压输油泵的初步加压进入到电控单体泵中对燃油进行再次加压，入气缸内进行燃烧。同时对柴油机的燃烧系统也进行协同优化设计以提升柴油机的整体性能。2.1 所示。电控单体泵的电控执行器三大部分组成[41]。传感器有转速传感器传感器和油门位置传感器，电控单元为 ECU，执行器为一个安装在泵体上的电控单体泵系统的结构组成主要有低压油路、低压输油泵、电控单体泵低压油路中的燃油经过低压输油泵的初步加压进入到电控单体泵中，当电磁阀开启时单体泵将高压燃油泵入高压油路电控单体泵燃油系统代替机械泵燃油系统应用到单缸风冷柴油机上，需要对同时对柴油机的燃烧系统也进行协同优化设计，使柴油电控单体泵的电控传感器有转速传感器、温度传感执行器为一个安装在泵体上的电控单体泵、高低压油路中的燃油经过低压输油泵的初步加压进入到电控单体泵中当电磁阀开启时单体泵将高压燃油泵入高压油路，最

单体泵,低压油路

挺柱 2-弹簧座速电磁阀主体控制阀体密封圈Fig.的具体工作原理是簧的作用下位于最下方的盖板处法产生高压，指令，电磁阀中线圈上的电流迅速增大以产生较大的电磁预紧力迅速向上移动关闭低压油路持衔铁不动，低压油路断开时柱塞持续对燃油进行压缩喷油器喷入燃烧室线圈电流，电磁力迅速消退3-弹簧 4-柱塞体 5-电控单体泵主体 6-8-阀杆衔铁 9-电磁阀垫板 10-电控单体泵密封12-行程限止器 13-控制阀杆 14-盖板 15图 2.2 电控单体泵的结构Fig.2.2 The structure of electronic unit pump的具体工作原理是：在供油之前，电磁阀中的线圈没有通簧的作用下位于最下方的盖板处，此时低压油路打开与柱，如图 2.3（a）所示。当电控单体泵需要供油电磁阀中线圈上的电流迅速增大以产生较大的电磁预紧力迅速向上移动关闭低压油路。当低压油路关闭时，这样既能保证高低压油路断开，又能在供油低压油路断开时柱塞持续对燃油进行压缩，油压极速上升喷油器喷入燃烧室，如图 2.3（b）所示。当供油结束时电磁力迅速消退，阀杆在弹簧的作用下打开低-电磁15-出电磁阀中的线圈没有通此时低压油路打开与柱当电控单体泵需要供油电磁阀中线圈上的电流迅速增大以产生较大的电磁当低压油路关闭时，又能在供油油压极速上升当供油结束时，电阀杆在弹簧的作用下打开低

单体泵,工作原理图,上升段,柱塞

ig.2.3 The化设计与校核设计柱塞的运行速度速度决定了最高供油速率和最大泵端压力泵的供油凸轮升程设计为为 68°加以及上升段角度减小可以让柱塞有更高的运动验所测的标定工况油管压力对比曲线值为 53.8（c）图 2.3 电控单体泵的工作原理图working principle diagram of electronic unit pu柱塞的运行速度，柱塞运动速度的大小决定了油速度决定了最高供油速率和最大泵端压力[44]。机泵的供油凸轮升程设计为 9 mm，并且将凸轮行°，上升段角度范围的减小会缩短喷油持加以及上升段角度减小可以让柱塞有更高的运动验所测的标定工况油管压力对比曲线，机械泵的MPa（由于喷油器的开启压力增加，电orking柱塞运动速度的大小决定了油机并且将凸轮行上升段角度范围的减小会缩短喷油持加以及上升段角度减小可以让柱塞有更高的运动机械泵的电

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