多脈沖噴射等燃燒控制參數(shù)對柴油機低負荷排放特性和效率影響的實驗研究-論文網(wǎng)

1、多脈沖噴射等燃燒控制參數(shù)對柴油機低負荷排放特性和效率影響的實驗研究-論文網(wǎng)論文摘要：通過實驗的方法，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。研究結果表明，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，核態(tài)微粒的平均粒徑大小在1218nm范圍內。論文關鍵詞：多脈沖噴射,指示熱效率,柴油機排放,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，柴油機低溫燃燒（LTC）策略已成為國

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

3、標，通過大量的實驗工作，深入探究了多脈沖噴射模式下不同的噴油定時、噴射壓力、進氣壓力以及EGR率等燃燒控制參數(shù)對重型柴油機預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，為了減少超細顆粒物對人體的危害，為了滿足更加嚴格的排放法規(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實驗裝置與實驗方法圖1為本文所采用的實驗系統(tǒng)示意圖。該實驗系統(tǒng)由電控高壓共軌燃油供給系統(tǒng)、模擬增壓進氣系統(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、臺六缸重型柴油機上改裝的，以第六缸為實驗缸，實驗過程中采用采用國柴油。表1給出了該實驗柴油機的主要技術參數(shù)。實驗過程中，采用Kistler6125B型傳感器測量缸內壓力，經(jīng)Kistler5001型電荷放大器轉換成電壓信號，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）構成，通常有液態(tài)物質凝結其表面）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)物的凝聚物構成）的數(shù)濃度及平均粒徑大小。 缸體結構 直列六缸 排量/L 11.596 缸徑/mm 126 行程/mm 155 壓縮比 17：1 進氣渦流比 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實驗結果及分析 2.1多脈沖噴射模式下噴射定時對預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混燃燒過程的影響進行了實驗研究，實驗時保持發(fā)動機轉速為

6、1600r/min，進氣溫度為300K左右，進氣門關閉定時為-146CAATDC，在循環(huán)總噴油量為45.8mg不變的情況下調節(jié)EGR率，EGR率變化范圍為070%，具體實驗參數(shù)如表2。 IMEP 約0.42 MPa 進氣壓力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，致使缸內平均溫度峰值降低至1400K以下和氧化反應速率減慢，燃燒始點從-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，當量燃氧比均在0.35以下，缸內平均溫度峰值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，起始噴射始點距上止點越遠，滯燃期越長，再加上高的燃油噴射壓力，缸內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，缸內平均溫度低于1400K，致使