满足低排放法规的两气门电控柴油机燃烧过程研究

【摘要】：随着柴油机排放法规限值日趋严格及柴油机技术的不断进步,开发满足欧洲Ⅲ号排放标准的柴油机已成为目前我国柴油机工作者的迫切任务。根据我国柴油机产业技术现状和市场需求,在现有两气门柴油机的基础上研究满足欧Ⅲ排放标准的燃烧技术,显得尤为重要。本文利用日本电装公司的ECD-U2电控高压共轨系统,在上海柴油机股份有限公司D6114增压中冷柴油机的基础上,研究开发了满足欧洲Ⅲ号排放标准的两气门电控柴油机。提出利用部分预混合燃烧技术解决了电控柴油机低速范围扭矩输出提高后产生的黑烟排放,并研究了柴油中硫含量对柴油机无催化装置条件下颗粒排放的影响。本文开展了如下系统的研究工作: 1.与无锡威孚公司合作开发了电控高压共轨系统,分析了工作原理及其性能参数。同时,还将试验中所使用的ECD-U2系统与威孚系统进行了对比,分析二者差异及产生的原因以及应用在柴油机上将产生的结果。 2.对电控系统进行了标定技术研究,采用EFS油泵试验台对电控系统进行了喷油规律及喷油一致性研究,提出了利用软件补偿保证电控喷油系统在柴油机上的喷油一致性。 3.开发了电控两气门柴油机燃烧系统和研究了电控高压共轨系统控制策略,使两气门电控柴油机全面达到欧洲Ⅲ号排放标准,测试结果为:NOX=4.87g/kW.h, CO=1.097 g/kW.h, HC= 0.212 g/kW.h, PM=0.0857g/kW.h。ELR试验结果为:0.72m-1。 4.针对电控柴油机低速扭矩输出提高之后碳烟排放升高的问题,分析了碳烟生成的原因,进行了提高喷射压力和改变喷油定时等措施对电控柴油机降低低速全负荷烟度的研究,在常规措施不能奏效的情况下,提出采用预喷射形成部分预混合燃烧来降低柴油机低速全负荷碳烟排放。根据碳烟产生的燃烧机理,设计试验方案:①增加预喷射与主喷射之间的间隔,使预喷射燃油有足够的时间充分与空气混合②增加预喷射燃油量,减少主喷射燃油量,以减少扩散燃烧。研究结果表明:整个低速范围内,部分预混合燃烧都能起到降低柴油机全负荷排气烟度的效果,部分工况降幅达50%,但采用预喷射与仅有主喷射相比,采用预喷射后燃油消耗有所升高。 5.为了进一步理解部分预混合燃烧在碳烟形成和碳烟氧化过程中的影响机理,对电控柴油机采用预喷射后的燃烧过程进行了数值模拟。使用