非道路增压四缸柴油机的排放控制研究

摘要

较汽油机而言，柴油机具有优越的动力性、经济性和可靠性，较高的热效率和较低的CO、HC排放。非道路移动机械用柴油机用途十分广泛，但是柴油机高的氮氧化物（NOx）和颗粒（PM）排放是柴油机的一大问题。因此如何有效的降低柴油机排放，满足更为严格的排放法规要求是人们亟待解决的问题。
　　本文以一台非道路移动机械用柴油机为研究对象，对其进行优化改进，使其满足更为严格排放法规的要求，首先深入分析了国内外柴油机排放法规和排放控制技术，结合该非道路柴油机的实际情况，参照国内外的排放控制技术路线，选定了适合非道路柴油机的排放路线为EGR路线；
　　其次，收集了关于非道路柴油机的相关资料和数据，将复杂的发动机分解成若干容易处理的子系统，对非道路柴油机工作过程进行AVL BOOST软件建模，并进行相关参数及边界条件的设置，在验证模型准确的基础上进行模拟计算分析，分析了喷油正时和喷油压力对柴油机整机性能的影响，然后结合模拟计算分析的结果以及非道路柴油机实际情况，提出了优化改进的方案措施，主要包括：喷油器的优化、喷油泵的优化、喷油提前角的优化、EGR阀开度的优化；
　　搭建了试验台架，对提出的优化方案进行台架试验，测量分析了喷油器、喷油泵、EGR冷却器等对发动机主要性能的影响，对试验结果进行分析并结合模拟计算结果确定出具有综合排放性能的优化方案措施，台架试验之后最终确定了非道路柴油机的油嘴伸出量为1mm，启喷压力为26MPa，选择合适的喷油泵，并且确定了各工况下具有综合排放性能的最佳喷油提前角和EGR阀开度；
　　对整体优化改进后的非道路柴油机进行稳态循环八工况排放试验研究，试验后，测得各排放物最终的试验结果为：NOx：3.577g/(kW·h)、PM：0.175g/(kW·h)、CO：1.625g/(kW·h)、HC：0.175g/(kW·h)。

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第一章 绪论

1.1 非道路柴油机在我国的现状

1.2 我国非道路排放标准的发展历程与国Ⅲ标准

1.3 非道路移动机械用柴油机实现国Ⅲ排放的技术路线

1.4 本文的研究意义及主要研究内容

第二章 非道路柴油机国Ⅲ排放技术路线选择

2.1 试验柴油机简介

2.2 国外柴油机排放技术路线

2.3 试验柴油机排放控制路线选择

2.4 本章内容小结

第三章 非道路柴油机的建模和模拟计算

3.1 AVL BOOST软件简介

3.2 非道路柴油机工作过程模型的建立

3.3 本章小结

第四章 非道路柴油机的优化方向

4.1 供油系统的优化方向

4.2 喷油提前角的优化

4.3 EGR开度优化

4.4 本章小结

第五章 非道路柴油机的排放试验准备

5.1 试验仪器设备

5.2 试验仪器的布置

5.3 试验条件和方法

5.4 本章小结

第六章 非道路柴油机排放试验的结果与分析

6.1 油嘴伸出量对排放的影响

6.2 启喷压力对排放的影响

6.3 喷油泵参数对排放的影响

6.4 喷油提前角对排放的影响

6.5 EGR阀开度优化

6.6 非道路柴油机优化选型后概况

6.7 四缸增压中冷柴油机优化改进后排放试验

6.8 本章小结

第七章 全文总结与工作展望

7.1 全文总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及其他科研成果

附录:

非道路柴油机通过国三排放型式核准证书

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