论文摘要：结合4JB1高压共轨柴油机，在试验工况(1200rpm. 60Nm)下，研究多次喷射中后喷射对燃烧和排放性能的影响。试验结果表明：在试验工况下，与没有后喷“base”工况相比，后喷射对发动机放热率曲线的最后阶段有所改善，并且缸内平均温度的最大值有所降低，减缓后期燃烧温度下降速率，从而促进了缸内已生成Soot的氧化，同时在一定程度上减少NOx的生成，但是HC排放和燃油消耗率会有所增加，因此，多次喷射策略的选择取决于后处理器对排放的要求。
论文关键词：高压共轨,多次喷射,后喷,排放
引言
为了满足日趋严格的排放法规要求，人们在发动机后处理技术，废气再循环、喷射速率优化和电控方面进行了深入的研究。高压共轨燃油喷射系统的出现，使人们在以上领域的研究取得了重大进展，因为其高的喷射压力和多次喷射控制上的灵活性，可以将油量分成2次甚至更多次的喷射，从而可以进一步地优化发动机的排放性能。后喷，即在主喷之后进行的喷射，其主要作用是优化发动机的排放性能，采用后喷后，可以促进扩散燃烧过程中油气混合、从而将主喷生成的Soot氧化，最终达到降低Soot排放的目的。国外的研究针对后喷对发动机性能的影响进行了分析，得出的共同的结论是，采用后喷能够进一步地降低Soot的排放，但后喷的油量和主后间隔角度需要精确地匹配。后喷对BSFC和NOx排放亦有影响，但根据实验用发动机和发动机工况不同，其影响程度亦不相同，所以对于后喷优化Soot排放的机理仍然是仁者见仁，智者见智，因而有必要针对后喷对发动机性能的影响进行深入的分析和研究。
本研究是在一台高压共轨柴油机的试验工况(1200rpm.60Nm)下进行的，针对多次喷射中后喷射的试验研究。在实验过程中，通过调节主喷脉宽的方法来保证实验过程中发动机输出扭矩不变的条件下，研究多次喷射中后喷射对燃烧和排放性能的影响，为进一步的多次喷射策略的研究提供了理论依据。
1．实验设备
研究是在高压共轨柴油机上进行的，发动机具体的规格参数详见表1-1。电控系统采用的是自主开发的电控单元，上位机监控软件采用的自主研发的基于VisualC自主开发的标定平台。实验柴油机所用的燃料为北京市市售满足国4的（硫含量低于50ppm（或称10-6））标准柴油。
表1-14JB1发动机规格参数
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型号
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4JB1直列四冲程、水冷
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缸数
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4
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燃烧室型式
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直喷缩口圆形 形
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压缩比
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18.2：1
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排量/L
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2.771
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标定功率/kW
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85
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标定转速/r/min
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3600
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涡流比
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2.4
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进气门关闭
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上止点前125°CA
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排气门开启
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上止点后126°CA
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发动机台实验台架主要包括测功机、发动机、进气流量测量系统、发动机控制系统、发动机燃烧分析系统以及排放测试系统。针对所选定的实验工况，在实验过程中实时地测量转速、扭矩、燃油消耗量，包括NOx、HC等在内的气体污染物排放量及其烟度。主要的实验设备如图1.1所示。燃烧分析仪采用的是小野DS-0228燃烧分析仪，五气排放分析仪采用AVL4000五气体分析仪，烟度测量采用了AVLDISMOKE4000烟度计。
 图1.1试验系统组成
为方便实验设计和后续的实验数据分析，对多次喷射控制策略中各喷射参数进行统一定义，如图1.2所示。其中，PiI2、PiI1、Main、Post分别代表预喷2、预喷1、主喷、后喷。EtPiI2—预喷2脉宽；EtPiI1—预喷1脉宽；EtPost—后喷脉宽；Ai—主喷提前角；AiPiI1—预喷1提前角，本实验中将预喷开始时刻与主喷开始时刻之间的曲轴转角定义为预喷1提前角；AiPiI2—预喷2提前角；AiPost—主后间隔角；TDC—TopDeadCenter即上止点。
图1.2多次喷射参数定义
2．后喷射的实验研究及分析
结合实验用4JB1高压共轨发动机性能参数，选择了属于中低转速中小负荷工况的1200rpm60N.m工况点。为使实验具有可比对性的同时又具有较好可操作性，在实验过程中，当其它喷射参数改变时，选择调节主喷脉宽的方法来保证每个实验工况的比对实验过程中发动机输出扭矩恒定不变。
在试验工况(1200rpm.60Nm)下，采用的后喷组合方式为PiI2+PiI1+Main+Post；为进一步地优化发动机的Soot排放，提高4JB1实验用发动机机内净化的潜力，针对所选工况进行了针对性的实验研究分析，设计的实验表格如表2-1所示。在实验过程中保证AiPiI2、EtPiI2、AiPiI1、EtPiI1和Ai恒定不变，详细地分析了EtPost和AiPost对发动机性能的影响。
表2-1后喷实验表格
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序号
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AiPost/°CA
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EtPost/ms
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序号
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AiPost/°CA
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EtPost/ms
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1
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5
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150
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11
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5
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350
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2
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10
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150
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12
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10
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350
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3
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15
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150
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13
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15
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350
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4
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20
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150
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14
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20
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350
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5
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25
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150
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15
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25
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350
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6
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5
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250
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16
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5
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450
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7
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10
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250
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17
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10
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450
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8
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15
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250
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18
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15
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450
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9
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20
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250
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19
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20
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450
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10
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25
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250
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20
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25
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450
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2.1后喷射对燃烧性能影响的试验分析
针对实验选择的工况点，引入后喷后不同EtPost和AiPost下的放热率分别如图2.1所示。从图上分析可知，后喷的存在会使得扩散燃烧阶段的放热率曲线凸升，其凸升的程度随着后喷油量的增加而变得越发明显。除此之外，主后间隔角度AiPost对凸升程度亦有影响，AiPost越小，后喷放热率峰值越大，凸升程度越明显，但当AiPost过小时，如后喷间隔角为5°CA的工况，后喷的燃烧过程便不再那么明显。此工况下主、后喷射间隔过近，使得后喷的燃油直接喷射到主喷燃烧的火焰之中，所以看不到明显的后喷放热。通过进一步分析，我们还可以发现，引入后喷后虽然会影响扩散燃烧阶段的放热率，但对预喷和主喷的燃烧过程的影响却不明显，只有在EtPost相对较大的工况下(如图2.1EtPost为350ms和450ms的工况)，后喷对预喷和主喷的燃烧过程才会有相对而言较为明显的影响。
 图2.1试验工况下各组放热率曲线
2.1.1后喷射油量对燃烧性能影响
在试验工况AiPost=15°CA时缸压、放热率和缸内平均温度随EtPost变化曲线如图2.2所示。 1/3 1 2 3 下一页 尾页 |
