单缸风冷直喷式柴油机燃烧过程与排放性能分析

摘要

单缸风冷柴油机在我国应用广泛，是各种农业机械、小型工程机械等非道路机械的主要配套动力。我国是单缸柴油机生产大国，却不是制造强国。随着环境保护法规的不断加严以及全球燃料能源的日益减少，研发满足节能环保要求的单缸柴油机产品已成为摆在行业面前十分紧迫的任务。因此结合我国单缸柴油机的发展现状，开展高性能低排放单缸非道路柴油机的研究工作具有重要的实用价值，同时对缩短我国与国外同行存在的技术差距、产生拥有自主知识产权的机型意义重大。
　　本课题是在与企业合作开发拥有自主知识产权的单缸风冷直喷式柴油机的基础上进行的，以LC186F柴油机为研究样机，结合试验和模拟计算，从机内净化的角度出发，研究分析单缸柴油机节能减排的方法。首先对原机的进排气系统进行优化，通过对气道试验和配气机构参数的分析，找出配气机构设计不合理。结合AVL boost对原机配气凸轮升程和配气相位进行优化，经试验验证柴油机标定点充量系数提高了11.4％。其次针对喷油系统，通过修正油泵凸轮工作段相对位置和喷油器喷孔的流量匹配来达到提高供油速率和喷油压力的日的，优化后标定工况的最高喷油压力达到了38.2MPa，较原机增大了17.5％。最后结合AVL fire对燃烧系统进行优化，燃烧室容积比从70.0％增大到74.7％，合理布置油线空间位置，实现燃油在燃烧室的均布混合与高效快速燃烧，形成了单缸风冷柴油机性能优化的技术方案。
　　对柴油机优化后方案进行专项匹配试验研究，最终柴油机性能得到提高。考核工况最大烟度为3.0BSU，标定点最低比油耗262.2g/(kW·h);用移动用途测试循环（8工况）对整机进行排放试验，排放污染物CO、HC+NOx、PM的比排放值分别为3.95、8.12、0.54g/(kWh)，优于国标国Ⅱ的排放限值;采用氧化催化剂方案，按固定用途测试循环（5工况）对整机进行排放试验，CO、HC+NOx、PM的比排放值分别为0.42、6.17、0.32 g/(kWh)，已满足美国EPA Tier4的排放法规。对柴油机示功图进行分析，给出单缸风冷单缸柴油机的燃烧优化的机理。探索出了拥有自主的知识产权的小缸径柴油机高性能低排放的技术策略。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 非道路用小型柴油机法规

1．2．1 美国EPA排放法规

1．2．2 欧盟排放法规

1．2．3 印度排放法规

1．2．4 中国节能减排标准

1．3 单缸风冷柴油机国内外发展现状

1．4 本文主要内容

第二章 原机试验结果分析与讨论

2．1 研究样机

2．2 LC186F机型特点

2．3 小缸径单缸柴油机EGR应用的研究

2．4 充量系数的计算

2．5 LC186F柴油机基本性能试验与试验结果分析

2．6 本章总结

第三章 进排气系统的优化分析

3．1 进排气系统的气道试验

3．2 AVL-boost模拟软件及模型简介

3．2．1 AVL-boost软件介绍

3．2．2 计算模型建立

3．2．3 模拟参数的确定

3．3 模拟验证

3．4 配气凸轮优化设计

3．4．1 气门升程的改进

3．4．2 配气正时优化设计

3．5 凸轮改进前后的分析

3．6 本章总结

第四章 燃油供给系统和燃烧系统的优化分析

4．1 喷油泵凸轮工作段的选择

4．2 燃烧系统的优化模拟分析

4．2．1 几何模型的建立

4．2．2 计算网格的建立

4．2．3 子模型的选取

4．2．4 计算条件

4．2．5 模型验证

4．2．6 燃烧室容积比变化的模拟分析

4．2．7 喷油嘴伸出高度的调整

4．3 本章总结

第五章 柴油机喷油系统匹配试验及整机性能试验研究

5．1 试验内容

5．2 试验仪器及设备

5．3 凸轮改进前后实验分析

5．4 不同流量喷油器对发动机性能的影响

5．5 喷油泵出油阀类型不同对发动机性能的影响

5．6 整机标定转速下负荷特性上和外特性上燃烧分析

5．7 整机排放试验

5．8 本章总结

第六章 全文总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文