噴油策略優(yōu)化共軌重型柴油機(jī)燃燒與排放特性

噴油策略優(yōu)化共軌重型柴油機(jī)燃燒與排放特性

過(guò)去，該發(fā)動(dòng)機(jī)是一種不均勻的擴(kuò)散燃燒。內(nèi)部體積比（i）和燃燒溫度（t）之間的變化過(guò)程不可避免地通過(guò)碳煙和氮氧（no）來(lái)經(jīng)歷。面對(duì)排放法規(guī)日益升級(jí),歐Ⅵ或US2010法規(guī)的NO筆者在進(jìn)氣增壓系統(tǒng)和燃燒室與噴油器優(yōu)化基礎(chǔ)上,重點(diǎn)圍繞噴油參數(shù)與控制策略、EGR等參數(shù)對(duì)共軌重型柴油機(jī)的燃燒過(guò)程、性能和排放特性的影響機(jī)理展開(kāi)深入研究.目的在于通過(guò)噴油策略優(yōu)化并與后處理系統(tǒng)耦合研發(fā)低排放重型柴油機(jī).1氣體排放、氣化和排氣試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)為一臺(tái)高壓共軌重型柴油機(jī),采用BOSCH共軌燃油噴射系統(tǒng).柴油機(jī)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1,圖1為試驗(yàn)臺(tái)架示意,建立了一套電控高壓冷卻EGR系統(tǒng)(HP-EGR).柴油機(jī)soot是通過(guò)AVL-415S煙度計(jì)測(cè)量煙度計(jì)算得到.氣體排放測(cè)量采用HoribaMEXA-7100DEGR,EGR率通過(guò)HoribaMEXA-7100DEGR測(cè)量進(jìn)氣與排氣中CO試驗(yàn)是在進(jìn)氣增壓系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)優(yōu)化基礎(chǔ)上進(jìn)行的.進(jìn)氣增壓方案為串聯(lián)式兩級(jí)增壓(見(jiàn)圖1),燃燒室采用壓縮比為16.8的ω縮口型燃燒室,噴油器噴孔數(shù)為8個(gè)且噴油孔帶倒錐度.試驗(yàn)工況為ESC測(cè)試循環(huán)的13個(gè)工況點(diǎn),其中怠速為650,r/min,A、B和C轉(zhuǎn)速分別為1,330,r/min、1,660,r/min和1,990,r/min.2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1實(shí)現(xiàn)低排放噴油的控制策略2.1.1小負(fù)荷油壓控制策略圖2為1,330,r/min、25%負(fù)荷時(shí),燃燒參數(shù)隨NO由圖2可知,隨NO由圖4可知,在NO2.1.2燃油噴射量的影響圖5為1,660,r/min、50%負(fù)荷時(shí),不同噴油策略下EGR率對(duì)BSFC和soot影響.圖6為1,660,r/min、50%負(fù)荷時(shí),噴油策略對(duì)柴油機(jī)燃燒過(guò)程影響.由圖5可知,相比單次噴射,采用預(yù)噴時(shí),soot隨EGR率增加明顯升高.在單次噴射基礎(chǔ)上,提高噴油壓力會(huì)導(dǎo)致NO圖7為1,660,r/min、50%負(fù)荷,NO2.1.3噴油策略對(duì)bsfc和sool的影響圖8為1,330,r/min、100%負(fù)荷時(shí),EGR率對(duì)柴油機(jī)性能和排放的影響.圖9為1,330,r/min、100%負(fù)荷時(shí),噴油策略對(duì)BSFC和soot的影響.由圖8可知,噴油壓力從130,MPa提高到160MPa時(shí),等EGR率時(shí)的過(guò)量空氣系數(shù)幾乎相當(dāng),但提高噴油壓力導(dǎo)致NO由圖9可知,噴油壓力從160,MPa降至130,MPa,NO2.1.4高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷工況圖10為1,990,r/min、75%負(fù)荷,NO由圖10和圖11可知,對(duì)于高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷工況,在一定主噴定時(shí)范圍內(nèi),推遲噴油定時(shí)可改善NO在提高噴油壓力和適當(dāng)推遲噴油基礎(chǔ)上,通過(guò)主-后噴射間隔角度和后噴油量?jī)?yōu)化,采用主噴+后噴射的多次噴油策略5能進(jìn)一步降低soot,改善NO2.2優(yōu)化前后ph值對(duì)比歐Ⅵ法規(guī)的PM和NO圖12為歐Ⅵ優(yōu)化前后ESC循環(huán)12個(gè)工況點(diǎn)(除怠速)的噴油控制策略對(duì)比.圖13為優(yōu)化前后ESC循環(huán)12個(gè)工況點(diǎn)(除怠速)EGR率和優(yōu)化后排氣溫度與原機(jī)排氣溫度對(duì)比.表2為優(yōu)化前后ESC測(cè)試結(jié)果對(duì)比.從圖12可知,優(yōu)化后各個(gè)工況點(diǎn)取消了預(yù)噴射.優(yōu)化后所有工況點(diǎn)的主噴定時(shí)較優(yōu)化前有不同程度推遲.高轉(zhuǎn)速工況采用提高噴油壓力,低轉(zhuǎn)速工況點(diǎn)采用降低噴油壓力.為降低微粒排放,部分工況點(diǎn)采用主噴+后噴射的多次噴射控制策略.從圖13可知,優(yōu)化前后EGR率變化較小,最高EGR率不超過(guò)40%.由表2可知,通過(guò)噴油參數(shù)優(yōu)化,NO2.3后處理對(duì)sool在噴油策略優(yōu)化基礎(chǔ)上,進(jìn)行了SCR尿素噴射量的標(biāo)定,并在中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心進(jìn)行了歐Ⅵ的ESC排放測(cè)試.為考察試驗(yàn)的一致性,進(jìn)行了2組加裝后處理的重復(fù)試驗(yàn).圖14為DOC、DPF和SCR安裝示意.圖15為ESC測(cè)試循環(huán)時(shí),后處理對(duì)soot的影響.圖16為ESC測(cè)試循環(huán)時(shí),SCR后處理器對(duì)NO由圖15可知,在加裝DOC和DPF后,柴油機(jī)ESC循環(huán)所有工況的soot幾乎接近零.由圖16可知,尿素/NO柴油機(jī)采用兩級(jí)增壓和中等強(qiáng)度EGR(低于40%,見(jiàn)圖14)并結(jié)合缸內(nèi)燃燒優(yōu)化技術(shù),在最高燃油噴射壓力為180,MPa情況下(國(guó)外采用200,MPa以上),原始排放處于較低水平,NO3t的影響(1)中小負(fù)荷時(shí),預(yù)噴射導(dǎo)致高EGR率時(shí)soot急劇升高;大負(fù)荷時(shí),預(yù)噴射對(duì)soot的影響減弱;經(jīng)主-后噴間隔角度和后噴油量?jī)?yōu)化,部分工況采用主噴+后噴的