非道路用欧Ⅱ排放单缸柴油机研究

摘要

目前，在我国有关汽车方面的能源消耗和有害排放逐年增加，导致了我国石油能源紧张，并对环境造成了极大的危害。单缸柴油机在农业机械中得到了广泛的应用，但是随着对环保的日益重视，单缸内燃机产品要想得到健康持续发展，也必须将降低排气污染物的研究作为重中之重。
　　 本文主要介绍单缸柴油机达到欧Ⅱ排放标准所进行的一系列结构和参数的研究、改进和试验工作。本次研究以大功率机型ZS1115为研究对象，通过燃烧系统、进排气系统、喷油系统等的研究改进，开发新一代达到欧Ⅱ排放限值的ZS1115H环保机型。在此基础上根据本次研究的经验教训逐步对其它机型进行研究改进，实现ZS系列机型的升级换代。
　　 通过对气缸内气流运动的分析，确定燃烧室型式为厚口边、大凸台缩口ω型，并相应适当降低进气涡流比，加大活塞的压缩涡流、挤流和逆挤流等作用，使混合气的形成和燃烧较为完善；同时调整活塞和气缸的配缸间隙，调整活塞环的尺寸和形状，减少机油消耗率，降低CH和颗粒排放量。进气道采用螺旋气道，并根据燃烧室形状适当降低进气涡流，提高流量系数，使油气混合更均匀，同时降低了燃烧速度，使最高燃烧温度下降，减少NOx的排放量。通过对影响燃油喷射系统的因素进行优化，采用低惯量小压力室“P”型喷油器代替“S”系列喷油器，喷油泵由DP泵代替AD泵，提高了喷油压力和喷油速率；降低初始喷油率，降低预混合燃烧温度，从而降低NOx的排放量。在扩散燃烧期，加大燃油喷射率，确保有足够的燃油喷入燃烧室，实现快速燃烧，以降低碳烟和颗粒的排放量；调整喷油提前角，在保证经济性的前提下，尽量减小喷油提前角，缩短滞燃期，降低扩散燃烧期气缸内压力、温度上升速度，达到减少污染物生成量，降低噪声，实现柴油机节能环保的目的。试验结果表明：通过对燃油系统、进排气系统、燃烧系统等进行全新的设计研究，采取提高喷油压力、适当减小供油提前角、采取合适涡流比并增大燃烧室挤流作用、采用新断面形状活塞环增加燃烧室密封性等一系列机内净化技术，优化柴油机工作过程，有效的降低了燃油消耗和机油消耗，使缸内燃烧更加合理、充分，使CH、NOx和碳烟生成得到有效的控制，在保证整机性能比现有水平略有提升的前提下，减少废气污染物的排放。改进活塞组件、供油系统，使进气道、喷油规律、燃烧系统达到最佳匹配等一系列措施，不但使柴油机的动力性和经济性有了较大的提高，而且新机型除颗粒外，其它污染物顺利达到了欧Ⅱ排放标准，并且有较大的宽裕度，能够保证该机型批量生产时生产一致性能够达到欧Ⅱ排放标准要求。
　　 ZS1115H型柴油机的研制成功，拉开了单缸柴油机改进提高的序幕，为单缸柴油机行业适应节能环保的现代发展趋势，提升产品档次打下了坚实的基础，为同类机型升级换代提供了研发思路和开发途径，将会对单缸柴油机行业的健康发展产生深远的影响。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 国内单缸柴油机现状

1.2 内燃机排放评价指标

1.3 国外排放法规的发展及现状

1.3.1 美国排放法规

1.3.2 欧洲排放法规

1.3.3 日本排放法规

1.4 国内排放法规的发展及现状

1.5 柴油机排气污染物的危害、生成机理和主要影响因素

1.5.1 排气污染物的危害

1.5.2 柴油机排气污染物的生成机理和主要影响因素

1.6 降低柴油机排放的技术措施和本课题研究的任务

1.6.1 降低柴油机排放的技术措施

1.6.2 本课题研究的任务

第二章 ZS1115H燃烧室和活塞设计

2.1 柴油机缸内空气运动

2.2 燃烧室的设计

2.2.1 单缸柴油机的燃烧室形式

2.2.2 ZS11 15H柴油机燃烧室形式的确定

2.2.3 燃烧室的设计

2.3 活塞组件的设计

第三章 ZS11 15H缸盖及进排气系统的设计

3.1 缸盖进排气道的设计要求

3.1.1 进气涡流的产生方法

3.1.2 不同气道的涡流强度及适用机型

3.1.3 对气道的设计要求

3.2 进排气道的设计改进

3.3 气道的开发流程

3.4 气道的造型设计

3.5 气道的试验改进

第四章 燃油系统匹配和整机试验

4.1 喷油器的选配

4.1.1 喷油器参数的计算及试验结果分析

4.1.2 喷油器压力室容积的选择

4.1.3 喷油器喷油压力的选择

4.2 喷油泵的选取

4.3 喷油提前角的试验研究

4.4 排放摸底实验

4.4.1 欧洲轻型柴油车排放法规限值

4.4.2 排放摸底实验

4.5ZS1115H样机试验

第五章 总结与展望

5.1 研翻工作总结

5.2 工作不足

5.3 展望

致谢

参考文献

学位论文评阅及答辩情况表