多脈沖噴射等燃燒控制參數(shù)對柴油機(jī)低負(fù)荷排放特性和效率影響的實(shí)驗(yàn)研究-論文網(wǎng)

1、多脈沖噴射等燃燒控制參數(shù)對柴油機(jī)低負(fù)荷排放特性和效率影響的實(shí)驗(yàn)研究-論文網(wǎng)論文摘要：通過實(shí)驗(yàn)的方法，開展了多脈沖噴射模式下不同燃燒控制參數(shù)對重型柴油機(jī)低溫燃燒過程影響的規(guī)律性研究，并通過這些參數(shù)的耦合作用優(yōu)化出了多脈沖噴射模式下的最佳工況點(diǎn)。研究結(jié)果表明，在該噴射模式下獲得了超低的NOx和Soot排放，同時維持了較高的指示熱效率；且低溫燃燒模式下積聚態(tài)微粒的平均粒徑大小在4065nm范圍內(nèi)，核態(tài)微粒的平均粒徑大小在1218nm范圍內(nèi)。論文關(guān)鍵詞：多脈沖噴射,指示熱效率,柴油機(jī)排放,微粒數(shù)濃度,平均粒徑引言:在能源、環(huán)境、排放法規(guī)以及貴重金屬短缺等多重壓力下，柴油機(jī)低溫燃燒（LTC）策略已成為國

2、內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)界研究的熱點(diǎn)。低溫燃燒能夠在保持低排放的同時顯著地拓寬發(fā)動機(jī)的負(fù)荷范圍，是滿足現(xiàn)在和將來更加嚴(yán)格排放法規(guī)的核心技術(shù)，而且具有節(jié)約能源、貴金屬資源以及降低內(nèi)燃機(jī)成本的巨大意義，顯示了廣闊的應(yīng)用前景。然而柴油粘度高、揮發(fā)性差、自燃溫度低等特性，致使在柴油機(jī)低溫燃燒過程中稀均質(zhì)混合氣的制備、自然著火時刻的控制、壓升率過高的控制以及負(fù)荷范圍的拓展都變得相當(dāng)困難。因此，燃燒過程中快速的混合率和充裕的混合時間是實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)低溫燃燒的根本保障，而這一結(jié)果的實(shí)現(xiàn)則需要控制缸內(nèi)絕熱火焰溫度，這正是實(shí)現(xiàn)低溫燃燒的關(guān)鍵所在?；诖?，本文在前期研究工作的基礎(chǔ)上，以實(shí)現(xiàn)超低的NOx和Soot排放，高的熱效率為目

3、標(biāo)，通過大量的實(shí)驗(yàn)工作，深入探究了多脈沖噴射模式下不同的噴油定時、噴射壓力、進(jìn)氣壓力以及EGR率等燃燒控制參數(shù)對重型柴油機(jī)預(yù)混燃燒過程的影響規(guī)律及其耦合對燃燒過程的優(yōu)化。同時，為了減少超細(xì)顆粒物對人體的危害，為了滿足更加嚴(yán)格的排放法規(guī)，也對該模式下的微粒數(shù)濃度以及微粒的平均粒徑大小進(jìn)行了同步研究，并初步得出了微粒數(shù)濃度和其平均粒徑大小的分布隨著這些參數(shù)變化的一般規(guī)律。1實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法圖1為本文所采用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由電控高壓共軌燃油供給系統(tǒng)、模擬增壓進(jìn)氣系統(tǒng)、可變氣門定時（VVT）系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)、多功能燃燒參數(shù)采集分析系統(tǒng)以及尾氣排放測試系統(tǒng)等組成。該系統(tǒng)是在一

4、臺六缸重型柴油機(jī)上改裝的，以第六缸為實(shí)驗(yàn)缸，實(shí)驗(yàn)過程中采用采用國柴油。表1給出了該實(shí)驗(yàn)柴油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)過程中，采用Kistler6125B型傳感器測量缸內(nèi)壓力，經(jīng)Kistler5001型電荷放大器轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)高速數(shù)據(jù)采集裝置采集；采用日本HORIBA公司生產(chǎn)的7100氣體排放儀測量NOx等氣體排放以及EGR率；采用奧地利AVL公司生產(chǎn)的415S煙度計(jì)測量Soot排放；采用英國CAMBUSTION公司生產(chǎn)的DMS500快速微粒光譜儀測量的積聚態(tài)微粒（主要指固態(tài)顆粒，粒徑通常介于30150nm，它主要是由不完全燃燒產(chǎn)物（干碳煙）構(gòu)成，通常有液態(tài)物質(zhì)凝結(jié)其表面）和核態(tài)微粒（主要指液態(tài)

5、微粒，粒徑通常介于550nm之間，它主要是由水、潤滑油、未燃燃油以及燃燒產(chǎn)物的凝聚物構(gòu)成）的數(shù)濃度及平均粒徑大小。 缸體結(jié)構(gòu) 直列六缸 排量/L 11.596 缸徑/mm 126 行程/mm 155 壓縮比 17：1 進(jìn)氣渦流比 1.2 燃燒室 敞口型（帶BUMP環(huán)） 孔數(shù)孔徑錐角 80.217143 最大功率(kW) 353（2100rpm） 最大扭矩（Nm） 1970（1200-1500rpm） 最高爆發(fā)壓力(MPa) 16.5 2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 2.1多脈沖噴射模式下噴射定時對預(yù)混燃燒過程的影響首先，對多脈沖噴射模式下不同噴射定時對預(yù)混燃燒過程的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)時保持發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為

6、1600r/min，進(jìn)氣溫度為300K左右，進(jìn)氣門關(guān)閉定時為-146CAATDC，在循環(huán)總噴油量為45.8mg不變的情況下調(diào)節(jié)EGR率，EGR率變化范圍為070%，具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表2。 IMEP 約0.42 MPa 進(jìn)氣壓力Pb （定） 1.59 bar 共軌壓力Pcr （定） 160 MPa （-90,-75,-60,-45）CA ATDC 四次脈沖噴射定時 （-80,-65,-50,-35）CA ATDC （-70,-55,-40,-25）CA ATDC 從圖2中的a圖、b圖可以看出，隨著EGR率從3.8%增加到69.5%，氧濃度從20.95%降低到13.24%，NOx和Soot排放都呈逐

7、漸降低的趨勢，且NOx和Soot排放最低值分別為0.033g/kWh和0.0017g/kWh（0.04FSN）。其原因歸于缸內(nèi)HO、CO等比熱容較大的三原子氣體增加以及其對混合氣的氧濃度稀釋，致使缸內(nèi)平均溫度峰值降低至1400K以下和氧化反應(yīng)速率減慢，燃燒始點(diǎn)從-16deg.CAATDC推遲至-6.6deg.CAATDC，因而滯燃期明顯延長，更長的滯燃期使缸內(nèi)油氣混合的更加均勻。另外，在EGR率小于50%，氧濃度高于17.24%時，NOx和Soot排放受噴射定時的影響較大；當(dāng)EGR率大于60%，氧濃度低于15%，NOx和Soot排放幾乎不再受噴射定時的影響。其原因歸于大EGR率下，滯燃期更長，

8、油氣混合均勻，當(dāng)量燃氧比均在0.35以下，缸內(nèi)平均溫度峰值1300K左右。 圖3 瞬時放熱率隨EGR率變化 Fig.3 Rate of heat release versus EGR 從圖2中的c圖可以看出，當(dāng)EGR率的增大，氧濃度的降低，CO的比排放都呈先降低后升高的趨勢。其原因從其比排放計(jì)算公式可以看出，EGR小于55%，氧濃度高于16%，CO的ppm值增加量較小，缸內(nèi)平均溫度峰值較高，有利CO的氧化；而EGR率大于60%，氧濃度低于14%時，燃燒惡化，CO的ppm值急劇增加。從圖c還可以看出，起始噴射定時-90deg.CAATDC推遲到-70deg.CAATDC時，CO的比排放最小值從26.0g/kWh降至16.3g/kWh。從圖3、4、5易知，起始噴射始點(diǎn)距上止點(diǎn)越遠(yuǎn)，滯燃期越長，再加上高的燃油噴射壓力，缸內(nèi)易形成過稀且相對更加均勻的混合氣，放熱率峰值200J/CA，燃燒較柔和，缸內(nèi)平均溫度低于1400K，致使