喷油策略优化共轨重型柴油机燃烧与排放特性

喷油策略优化共轨重型柴油机燃烧与排放特性

过去，该发动机是一种不均匀的扩散燃烧。内部体积比（i）和燃烧温度（t）之间的变化过程不可避免地通过碳烟和氮氧（no）来经历。面对排放法规日益升级,欧Ⅵ或US2010法规的NO笔者在进气增压系统和燃烧室与喷油器优化基础上,重点围绕喷油参数与控制策略、EGR等参数对共轨重型柴油机的燃烧过程、性能和排放特性的影响机理展开深入研究.目的在于通过喷油策略优化并与后处理系统耦合研发低排放重型柴油机.1气体排放、气化和排气试验发动机为一台高压共轨重型柴油机,采用BOSCH共轨燃油喷射系统.柴油机技术参数见表1,图1为试验台架示意,建立了一套电控高压冷却EGR系统(HP-EGR).柴油机soot是通过AVL-415S烟度计测量烟度计算得到.气体排放测量采用HoribaMEXA-7100DEGR,EGR率通过HoribaMEXA-7100DEGR测量进气与排气中CO试验是在进气增压系统和燃烧系统优化基础上进行的.进气增压方案为串联式两级增压(见图1),燃烧室采用压缩比为16.8的ω缩口型燃烧室,喷油器喷孔数为8个且喷油孔带倒锥度.试验工况为ESC测试循环的13个工况点,其中怠速为650,r/min,A、B和C转速分别为1,330,r/min、1,660,r/min和1,990,r/min.2试验结果及分析2.1实现低排放喷油的控制策略2.1.1小负荷油压控制策略图2为1,330,r/min、25%负荷时,燃烧参数随NO由图2可知,随NO由图4可知,在NO2.1.2燃油喷射量的影响图5为1,660,r/min、50%负荷时,不同喷油策略下EGR率对BSFC和soot影响.图6为1,660,r/min、50%负荷时,喷油策略对柴油机燃烧过程影响.由图5可知,相比单次喷射,采用预喷时,soot随EGR率增加明显升高.在单次喷射基础上,提高喷油压力会导致NO图7为1,660,r/min、50%负荷,NO2.1.3喷油策略对bsfc和sool的影响图8为1,330,r/min、100%负荷时,EGR率对柴油机性能和排放的影响.图9为1,330,r/min、100%负荷时,喷油策略对BSFC和soot的影响.由图8可知,喷油压力从130,MPa提高到160MPa时,等EGR率时的过量空气系数几乎相当,但提高喷油压力导致NO由图9可知,喷油压力从160,MPa降至130,MPa,NO2.1.4高转速大负荷工况图10为1,990,r/min、75%负荷,NO由图10和图11可知,对于高转速大负荷工况,在一定主喷定时范围内,推迟喷油定时可改善NO在提高喷油压力和适当推迟喷油基础上,通过主-后喷射间隔角度和后喷油量优化,采用主喷+后喷射的多次喷油策略5能进一步降低soot,改善NO2.2优化前后ph值对比欧Ⅵ法规的PM和NO图12为欧Ⅵ优化前后ESC循环12个工况点(除怠速)的喷油控制策略对比.图13为优化前后ESC循环12个工况点(除怠速)EGR率和优化后排气温度与原机排气温度对比.表2为优化前后ESC测试结果对比.从图12可知,优化后各个工况点取消了预喷射.优化后所有工况点的主喷定时较优化前有不同程度推迟.高转速工况采用提高喷油压力,低转速工况点采用降低喷油压力.为降低微粒排放,部分工况点采用主喷+后喷射的多次喷射控制策略.从图13可知,优化前后EGR率变化较小,最高EGR率不超过40%.由表2可知,通过喷油参数优化,NO2.3后处理对sool在喷油策略优化基础上,进行了SCR尿素喷射量的标定,并在中国汽车技术研究中心进行了欧Ⅵ的ESC排放测试.为考察试验的一致性,进行了2组加装后处理的重复试验.图14为DOC、DPF和SCR安装示意.图15为ESC测试循环时,后处理对soot的影响.图16为ESC测试循环时,SCR后处理器对NO由图15可知,在加装DOC和DPF后,柴油机ESC循环所有工况的soot几乎接近零.由图16可知,尿素/NO柴油机采用两级增压和中等强度EGR(低于40%,见图14)并结合缸内燃烧优化技术,在最高燃油喷射压力为180,MPa情况下(国外采用200,MPa以上),原始排放处于较低水平,NO3t的影响(1)中小负荷时,预喷射导致高EGR率时soot急剧升高;大负荷时,预喷射对soot的影响减弱;经主-后喷间隔角度和后喷油量优化,部分工况采用主喷+后喷的