近后喷对柴油机燃烧特性的影响分析

作者:陈怀望 曹明柱 曹平平 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2017-07-21
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基于某国5柴油机,在某常用工况点,调整近后喷的的油量及喷射时刻,测试发动机的排放及燃烧特性,结果表明,近后喷油量和喷设时刻,对HC排放、排温及油耗影响较大,同时对燃烧噪声及烟度都有一定的影响。

在柴油机的工作中,由于喷油器的精确控制,喷油器的喷射能力大大提高,现阶段喷油器的最大喷射次数已达到8次。不同的喷射被分为预喷、主喷及后喷,根据需要,预喷及后喷又分为多次,靠近主喷的后喷被称为“近后喷”。

近后喷是提高进入后处理气体温度的主要燃烧参数调整手段,另外,近后喷在降低碳烟方面有明显的效果,但近后喷基本上不做功,会导致发动机的油耗变大,所以精确标定近后喷的量和燃烧时刻,是一个重要的标定工作。

标定试验

为了确定不同近后喷参数对发动机燃烧的主要影响,我们设计了相关试验来验证近后喷的主要功能。

以某款高压共轨增压中冷柴油机作为试验样机,该柴油机采用了博世公司CRS2.2共轨系统以及DPF颗粒物捕集后处理系统,符合国5排放标准,匹配的车型为轻型载客汽车。

本试验采用AVL DynoRoad电力测功机,HORIBA直采排放设备,并且安装各种传感器和燃烧分析仪,监控台架运行。

在试验中选定一个关键工况点 ,本试验选取了一个整车的常用工况点:2000 r/min,0.35 MPa,分别依次从小到大调整近后喷的油量和预喷间隔,测试在不同的空气量的情况下,排放、烟度、油耗率、燃烧噪声以及发动机排温等因素,分析近后喷对发动机燃烧特性的影响。

近后喷油量对燃烧特性的影响

图1 HC 的排放曲线

图2 NOx 的排放曲线

图3  烟度曲线

调整近后喷油量分别为:MPOI2=4 mg/hub, MPOI2=6 mg/hub, MPOI2=8 mg/hub,改变不同空气量,测试该工况下的排放及燃烧特性曲线。
图1~3是不同近后喷油量情况下的气体及颗粒排放,HC排放随近后喷的油量增加而增大,但对NOx及FSN的影响较小,主要是因为近后喷喷射时,排气门已经打开,并且已处于做功冲程末期,近后喷的燃油主要在排气道中燃烧,对燃烧室的压力及温度影响较小,所以对NOx的影响很小,但燃烧不充分,所以HC会随后喷油量的增加而增加,但碳烟没有随近后喷油量的增加而明显降低。

图4 油耗率曲线

图5 燃烧噪声曲线

图6 排温曲线

图4~6是不同近后喷油量情况下的燃烧特性。由于近后喷几乎不参与做功,所以近后喷油量越大,油耗率越大,但燃烧噪声会略有下降,主要是因为近后喷油量增加,主喷减少,燃烧的爆发压力会有少量降低,燃烧噪声略有降低。大量的近后喷燃油主要排气道中燃烧,近后喷的油量越大,排温(T4)就越高。

近后喷喷油时刻对燃烧特性的影响

选取一组近后喷的油量(MPOI2=6 mg/hub)调整近后喷间隔,TPOI2=-3 000 mg/hub, TPOI2=-4 000 mg/hub, TPOI2=-5 000 mg/hub,改变不同空气量,测试该工况下的排放及燃烧特性曲线。

图7 HC 的排放曲线

图8 NOx 的排放曲线

图9 烟度曲线

图7~9是不同近后喷油量情况下的气体及颗粒排放。HC排放随近后喷的时刻的推迟而增大,当近后喷时刻推迟到一定程度,HC的排放量会急剧增加,因为近后喷的喷油时刻推迟到做一定程度就变成了远后喷,烟度也会随预喷时刻的推迟而明显
降低。

图10 油耗率曲线

图11  燃烧噪声曲线

图12  排温曲线

图10~12是不同近后喷油量情况下的燃烧特性。近后喷喷射时刻推迟,燃油做功越少,油耗率越大,更多燃油在排气道中燃烧,排温(T4)越高。
从试验结果来看,近后喷的喷射时刻越靠后,HC排放量越大、烟度越好,T4排温越高。

结论

通过相同喷射时刻,调整近后喷油量和相同的喷射油量,调整喷射时刻的试验数据比较,可以得出以下结论:

1.增大近后喷的油量、推迟近后喷的喷射时刻,可以增大HC的排放,提高排温,但油耗率;

2.增大近后喷的油量,可以降低燃烧噪声;

3.通过推迟近后喷的喷射时刻,可以降低烟度。 

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