輕型車用柴油機高壓共軌電控燃油系統(tǒng)優(yōu)化及排放控制簡析

楊明慧

摘 要：空氣質(zhì)量問題是目前各大城市需要重點解決的環(huán)境問題之一，因為其對打造宜居城市環(huán)境有非常重要的意義。對現(xiàn)階段的城市空氣環(huán)境做分析研究可知汽車尾氣的大量排放對空氣質(zhì)量造成了顯著的影響，因此在實踐中為了改善大氣質(zhì)量，控制排放等措施的采取非常關(guān)鍵。對汽車尾氣排放問題做綜合討論可知，要有效的控制排放，需要對柴油機尾氣排放當中的碳煙和氮氧化物進行控制，電控高壓共軌燃油系統(tǒng)在具體利用中可以有效的改善燃油的噴霧特性以及燃燒進程，在柴油器尾氣控制方面發(fā)揮著重要的作用，所以文章就相關(guān)的內(nèi)容進行分析，旨在為實踐提供幫助與指導。

關(guān)鍵詞：柴油機 高壓共軌電控燃油系統(tǒng) 優(yōu)化 排放控制

A Brief Analysis on the Optimization and Emission Control of the High Pressure Common Rail Electronically Controlled Fuel System of Diesel Engines Used in Light Vehicles

Yang Minghui

Abstract：The problem of air quality is one of the environmental problems that need to be addressed in major cities， because it is of great significance for creating a livable city environment. Analysis and research on the current urban air environment shows that the large amount of vehicle exhaust emissions have a significant impact on air quality. Therefore， in practice， to improve air quality， it is critical to take measures to control emissions. A comprehensive discussion on the issue of automobile exhaust emissions shows that to effectively control emissions， it is necessary to control the soot and nitrogen oxides in diesel exhaust emissions. The electronically controlled high-pressure common rail fuel system can effectively improve fuel spray in specific applications. The characteristics and combustion process play an important role in diesel exhaust control， so the article analyzes the relevant content to provide help and guidance for practice.

Key words：diesel engine， high pressure common rail electronically controlled fuel system， optimization， emission control

柴油機在社會應用實踐中有諸多優(yōu)勢，比如功率密度大、熱效率較高、耐久可靠、經(jīng)濟性好等，這些優(yōu)勢使得柴油機在轎車、機車、船舶等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。對柴油機的現(xiàn)實應用做分析可知在重型貨車中，柴油機占據(jù)著主導地位，且在輕型車領(lǐng)域，其應用范圍也在不斷的擴大[1]。我國柴油機市場發(fā)展迅速，目前已經(jīng)具有了非常大的規(guī)模?？偨Y(jié)當前柴油機的具體應用發(fā)現(xiàn)其存在著非常顯著的環(huán)境問題，比如與汽油機相比，柴油機排放的氮氧化物和顆粒物比較高?；诮y(tǒng)計數(shù)據(jù)進行對比，大氣中存在的氮氧化物和顆粒物，柴油機車的排放占比為70%和90%，所以在實踐中，為了充分的發(fā)揮柴油機的優(yōu)勢，且要實現(xiàn)柴油機污染物排放控制，需要對柴油機的具體應用做分析，并針對實踐采用合理的控制手段。

1 柴油機污染物排放機理分析

要在車輛尾氣排放實踐中實現(xiàn)污染物的控制，首先需要明確污染物的生成機理。就柴油機污染物排放分析來看，主要的污染物有一氧化碳、氮氧化物、碳氫產(chǎn)物以及顆粒物。不同的污染物產(chǎn)生機理不同，以下是具體的分析。

1）一氧化碳的生成[2]。在柴油機的應用實踐中產(chǎn)生的一氧化碳實際是柴油在燃燒的過程中所生成的中間產(chǎn)物。柴油機的燃燒方式為擴散，所以會存在部分燃油和空氣混合不充分的情況，這種情況下會出現(xiàn)局部過量空氣系數(shù)小于1，這些過濃的混合氣體因為缺氧，所以只能部分氧化，由此產(chǎn)生了中間產(chǎn)物一氧化碳。2）碳氫產(chǎn)物。柴油機所排放的碳氫產(chǎn)物主要由燃燒過程產(chǎn)生。對比分析汽油機運行過程排放的碳氫會發(fā)現(xiàn)柴油機運行過程中所排放的碳氫具有兩個顯著的特點，分別是分子量大和沸點高。對柴油機碳氫的具體排放做分析，其生成與噴油器的結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系，與工況也有顯著的聯(lián)系。3）氮氧化物的生成。對柴油機排出的氮氧化物做總結(jié)可知其主要有一氧化氮和二氧化氮兩種，其中占絕大多數(shù)的是一氧化氮。分析一氧化氮的具體來源可知空氣當中的氮氣與含氮有機物是主要來源?；谀壳暗难芯抠Y料可知，一氧化氮的具體生成主要有4種，分別是熱力一氧化氮、順發(fā)一氧化氮、燃油一氧化氮和二氧化氮生成的一氧化氮。4）顆粒物的生成[3]。對柴油機的燃燒過程進行分析可知顆粒物的生成主要是因為在燃燒的過程中存在著燃油和空氣混合不均、局部過濃且高溫缺氧的情況。對顆粒物的具體構(gòu)成進行分析可知其有不可溶性有機物與可溶性有機物。

2 高壓共軌電控燃油系統(tǒng)優(yōu)化和排放控制

柴油機在應用的過程中產(chǎn)生的尾氣會造成比較嚴重的大氣污染，所以出于環(huán)境保護的目的，國家規(guī)定了柴油機污染排放的具體標準?；诰唧w標準，國內(nèi)相關(guān)機構(gòu)積極的展開了污染控制技術(shù)的研究，其中應用價值顯著的便是高壓共軌燃油噴射技術(shù)[4]。為了充分的發(fā)揮該技術(shù)優(yōu)勢，同時解決技術(shù)應用過程中可能潛在的問題，基于試驗分析的方式對高壓共軌電控燃油系統(tǒng)進行建設與優(yōu)化，同時基于該系統(tǒng)強調(diào)污染排放控制，這于實踐工作開展幫助巨大。

2.1 高壓共軌電控燃油系統(tǒng)優(yōu)化

柴油機的主要性能參數(shù)如表1所示，在高壓共軌燃油控制系統(tǒng)的優(yōu)化實踐中，為了獲取更好的優(yōu)化結(jié)果，采用模擬計算和試驗分析的方式做綜合討論。就模擬計算工作的具體開展來看，其主要的工作為：基于FIRE軟件進行柴油機燃燒室模型的建設，在建設的過程中對其進行動網(wǎng)格的劃分，然后在對比實驗圖的基礎上對模型的準確性做驗證。在試驗中柴油機缸內(nèi)的燃燒過程由燃空當量比、缸內(nèi)壓力以及缸內(nèi)溫度場的具體變化所反映，基于具體的變化反映對孔直噴和噴油正時對缸內(nèi)混合氣的形成、燃燒過程以及對柴油機的排放影響做具體分析。

基于試驗獲取數(shù)據(jù)進行分析可知：噴孔直徑噴對缸內(nèi)溫度和壓力有顯著的影響。圖1是噴孔直徑對缸內(nèi)溫度和壓力的影響曲線圖?；谧兓€做分析可知噴孔直徑越小的時候，缸內(nèi)燃燒的壓力和溫度的峰值會越高?；谶@種情況做原因分析可知，當噴油量保持固定的時候，噴油孔徑越小，燃油噴霧會越細，此時所射出的油粒越小[5]。在試驗中對噴油進行提前，發(fā)現(xiàn)噴油提前延長滯燃期后缸內(nèi)的壓力和溫度會逐漸的增大，這樣一來，壓力的溫度的峰值會提前出現(xiàn)。延遲噴油會降低缸內(nèi)的溫度，這對于氮氧化物的排放減少有積極的意義?；谏鲜龅姆治隹芍诳倗娪土恳欢ǖ那闆r下增大后噴油量，缸內(nèi)的壓力峰值會出現(xiàn)下降情況，缸內(nèi)的溫度值也會出現(xiàn)下降。但是最終的排溫升高，主燃放熱率峰值略微下降，然后燃放熱率峰值也會下降。在增大主——后噴油間隔角的時候缸內(nèi)的壓力峰值會出現(xiàn)稍稍下降的局面，此時后燃階段的溫度會減小，所以后燃達到放熱率峰值的時刻會推遲，其峰值會出現(xiàn)明顯的下降情況。

2.2 排放控制

基于試驗對噴油器的匹配試驗和燃油噴射系統(tǒng)的部分參數(shù)進行優(yōu)化，通過試驗對比可知，燃油器噴孔直徑、油嘴的伸出量、軌壓、主噴正時、后噴量以及主-后噴間隔角等參數(shù)對試驗柴油機的排放和燃油經(jīng)濟性有顯著的影響，且試驗結(jié)果為實踐中的柴油機性能優(yōu)化提供了多方面的參考內(nèi)容?；诰唧w的試驗結(jié)果來看，在噴孔的直徑增大到特定值的時候柴油機的氮氧化物排放量會有顯著的減少，但是其余的污染物，比如顆粒物、一氧化碳等會有顯著的增加。基于此，為了讓各種污染物的排放均達到理想的狀態(tài)，需要對噴孔的直徑做折中分析。對不同油嘴伸出量下柴油機外特性煙度和燃油消耗率做分析可知噴油嘴的伸出量為3.03mm時最為合適[6]。試驗表明，軌壓較大的時候能夠降低煙度以及燃油消耗率，而且在主噴正時推遲的情況下，氮氧化物的排放會顯著降低。需要注意的是在后噴油量明顯增加的情況下氮氧化物的排放量有所降低，不過燃油的消耗率會顯著的增大，此時的一氧化碳、碳氫和煙度排放會呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢?；趩未螄娚鋵Ρ冉Y(jié)果可知，采用后噴射方式，氮氧化物和煙度的排放會明顯降低，不過后噴射方式會導致燃油消耗增加?；诖耍捎煤侠淼暮髧娚鋮?shù)實現(xiàn)柴油機燃油消耗率的折中優(yōu)化。

3 結(jié)束語

綜上所述，柴油機在應用的過程中會產(chǎn)生大量的污染物，這些污染物對空氣質(zhì)量的影響是顯著的，所以基于污染控制目標對污染排放進行控制意義顯著。通過模擬仿真和實驗分析的方式對柴油機高壓共軌電控燃油系統(tǒng)優(yōu)化以及排放問題做具體分析，明確系統(tǒng)優(yōu)化的方向和排放控制的具體措施，這于實踐工作開展指導意義顯著。

參考文獻：

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