非道路四缸高压共轨自然吸气柴油机排放控制研究

摘要

相较车用柴油机而言，非道路用柴油机排放控制技术相对落后，造成的污染问题日益凸显。随着我国非道路用柴油机第三、四阶段排放法规的出台，进一步提高非道路用柴油机的排放控制水平已迫在眉睫。因此，开展满足非道路国四排放要求的柴油机排放研究工作具有重要的意义。本文以一台非道路四缸高压共轨自然吸气柴油机为研究对象，采用仿真计算与台架试验相结合的方法，对柴油机的综合性能进行优化，使其满足我国排放标准的要求。 在模拟计算部分，利用AVL BOOST软件建立试验样机的工作模型，对相关参数及边界条件进行设置后，在外特性下对模型进行了仿真计算，所得的模拟结果与试验结果基本一致，验证了所建模型的准确性。在此基础上，对喷油器喷孔直径和主喷定时进行模拟计算分析，分析不同孔径、不同主喷定时对柴油机性能的影响，并做出初步预测。结果表明，随喷孔直径的增大，最高燃烧温度和最大爆发压力下降，但油耗上升；推迟喷油，缸内最高燃烧温度低，排温升高，油耗也上升。 在台架试验部分，对试验样机的喷油器进行匹配，并对高压共轨系统的部分喷油参数进行标定优化。在外特性下对喷油器的不同喷孔直径和不同油嘴伸出量进行对比试验；在八工况下对共轨压力、主喷定时、预喷油量以及主-预喷间隔角进行对比试验。结果表明，喷油器喷孔直径由0.142 mm增大到0.160 mm，NOX排放有所改善，但烟度和油耗恶化，喷孔直径为0.142 mm时样机排放和油耗较为折中；当油嘴伸出量为3.0 mm时，烟度最好，燃油消耗率也相对较低；轨压增大，NOX排放随之增加，烟度和油耗改善；提前喷油会造成 NOX排放显著增加；过大、过小的预喷油量都会引起 NOX排放增加，燃油消耗率则随预喷油量的增加而增加；随着主-预喷间隔角的增大，NOX排放减少，燃油消耗率增加。通过综合考虑各参数对排放和油耗的影响，确定了各工况下最优的轨压、主喷定时、预喷油量和主-预喷间隔角。 在台架上对标定优化后的试验样机进行稳态和瞬态排放测试。结果表明，在稳态情况下，PM为0.26 g/(kW·h)、NOX+HC为6.14 g/(kW·h)、CO为1.67 g/(kW·h)；在瞬态情况下， PM为0.23 g/(kW·h)、NOX+HC为6.86 g/(kW·h)、CO为2.39 g/(kW·h)。检测结果均在国四排放限值以内，并在瞬态排放测试的基础上分析了冷启动和热启动排放特性的差异及气态污染物的排放特性。

目录

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摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 柴油机常规污染物的形成及危害

1.3 非道路用柴油机排放法规

1.4 非道路用柴油机排放控制技术研究

1.5 高压共轨电控喷油技术

1.6 本课题的研究意义和主要研究内容

第二章 非道路用柴油机模型的建立及模拟计算

2.1 AVL BOOST软件的理论基础

2.2 非道路用柴油机工作模型的建立

2.3 非道路用柴油机参数计算及分析

2.4 本章小结

第三章 非道路用柴油机试验装置及研究方法

3.1 试验台架及测量设备

3.2 研究方法

3.3 本章小结

第四章 柴油机排放试验研究及分析

4.1 喷油器参数对比试验

4.2 共轨压力对比试验

4.3 主喷定时对比试验

4.4 预喷油量对比试验

4.5 主-预喷间隔角对比试验

4.6 本章小结

第五章 非道路用柴油机优化改进后排放试验

5.1 试验结果

5.2 试验结果分析

5.3 本章小结

第六章 全文总结与工作展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

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