噴油器結(jié)構(gòu)對(duì)柴油機(jī)性能和排放的影響

1 前言

柴油機(jī)的著火方式為壓燃，活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)附近，燃油在高壓下由噴油器孔射入燃燒室內(nèi)，通過(guò)氣流運(yùn)動(dòng)與空氣混合，在高溫高壓作用下著火。柴油機(jī)燃燒的好壞與燃油的噴射、霧化及其同空氣的混合情況息息相關(guān)。為了解決柴油機(jī)NO

排放高的問(wèn)題，大多數(shù)機(jī)型都引入了EGR。但由此帶來(lái)的進(jìn)氣組分的變化會(huì)使顆粒排放增加，因此根據(jù)燃燒室結(jié)構(gòu)進(jìn)行噴油器參數(shù)的匹配也相當(dāng)重要。大量理論與試驗(yàn)表明，噴油器的幾何特征尺寸、噴油器的流量對(duì)混合氣的形成和柴油機(jī)的性能有很大影響。

2 試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)和噴油器參數(shù)

2.1 試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為Y 型柴油機(jī)。具體參數(shù)見(jiàn)表2.1所示。

2.2 噴霧錐角及噴油器流量對(duì)柴油機(jī)性能和排放的影響。

新的噴油器方案有4個(gè)，噴油器J1(流量610mL/min)，噴油器J2(流量750mL/min)，J1、J2噴油器的噴孔數(shù)為8，噴孔錐角為148°；噴油器S1(噴孔錐角148°)，噴油器S2(噴孔錐角150°)， S1、S2噴油器的噴孔數(shù)為8，流量均為750mL/min。

轉(zhuǎn)基因大豆GTS40-3-2標(biāo)準(zhǔn)品（10%、1%）購(gòu)于European Reference Materials (ERM)；轉(zhuǎn)基因標(biāo)準(zhǔn)品（100%）、非轉(zhuǎn)基因標(biāo)準(zhǔn)品來(lái)源于中檢院質(zhì)控樣品；Takara MiniBEST Universal Genomic DNA Extraction Kit、Premix Ex Taq (Probe qPCR)購(gòu)于大連寶生物公司；ddPCR Supermix for Probes購(gòu)于美國(guó)Bio-rad公司；PCR引物和探針由上海生工合成；豆奶飲料購(gòu)于湖北市場(chǎng)流通領(lǐng)域。

噴油器參數(shù)如表2.2所示。

由表4可知，兩種茼蒿葉片的SPAD值x與葉綠素總含量y（單位：mg/g，下同）之間的相關(guān)性如下，其中“小葉茼蒿”的各個(gè)模型的相關(guān)系數(shù)普遍大于“大葉茼蒿”的各個(gè)模型的相關(guān)系數(shù)?！靶∪~茼蒿”相關(guān)性最高的函數(shù)模型是線性函數(shù)y=0.0355x-0.8439（r=0.943**），“大葉茼蒿”相關(guān)性最高的函數(shù)模型指數(shù)函數(shù)是y=0.5196e00068（xr=0.133）。

3 噴油器流量對(duì)柴油機(jī)性能的影響

全負(fù)荷工況下，不同流量的噴油器對(duì)應(yīng)的過(guò)量空氣系數(shù)見(jiàn)圖3.1。由圖可知，在給定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，J2噴油器的過(guò)量空氣系數(shù)略高，但差別并不明顯。

圖5.3是全負(fù)荷時(shí)，不同油嘴凸出量對(duì)應(yīng)的soot排放值，油嘴凸出量對(duì)煙度有一定的影響。在給定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，油嘴凸出量為2.0mm時(shí)的煙度比其余兩種油嘴凸出量小。在高轉(zhuǎn)速區(qū)，油嘴凸出量為2.5mm時(shí)的煙度增加趨勢(shì)較另外兩種油嘴凸出量明顯，尤其在額定點(diǎn)時(shí)，煙度排放相比最差。

圖3.2是全負(fù)荷功率曲線，不同流量下的功率曲線基本重合。圖3.3是全負(fù)荷時(shí)的比油耗曲線，由圖可知J2 噴油器的有效燃油消耗率明顯低于J1噴油器。由圖3.4和3.5可知，噴油器流量對(duì)NO

排放的影響不大，J2噴油器對(duì)應(yīng)的NO

排放稍稍高于J1噴油器，而在soot方面則有所下降，中高轉(zhuǎn)速下尤其明顯。

這可能是因?yàn)?，噴油器流量變大，燃油流速加快，與空氣的混合速率也增大，單位時(shí)間內(nèi)形成的混合氣也變多；同時(shí)，油束的高速運(yùn)動(dòng)使得混合氣更加均勻。從而缸內(nèi)燃燒更加充分，有利于比油耗和soot的降低。但是，這也會(huì)使得NO

排放有所上升。

從表4-1中可以看出，采用S1噴油器時(shí)NO

排放有輕微上升，但是在比油耗和顆粒排放上，S1噴油器略優(yōu)于S2噴油器。因?yàn)閲娍族F角過(guò)大時(shí)，油束易進(jìn)入活塞頂部的擠流區(qū)，導(dǎo)致碳煙增加。故本次優(yōu)化方案噴油器噴孔錐角擬采用148°。

這一時(shí)期的廣告用字還存在使用《第二次漢字簡(jiǎn)化方案（草案）》中公布的、后來(lái)被廢止的簡(jiǎn)化字（簡(jiǎn)稱“二簡(jiǎn)字”）的現(xiàn)象。1977年底，二簡(jiǎn)字一經(jīng)推行就被大量使用，如1978年刊登在報(bào)紙上的電影廣告將“導(dǎo)演”印為“導(dǎo) ”，將“電影”印為“電 ”[4]。二簡(jiǎn)字在1986年被正式廢除，絕少出現(xiàn)在印刷出版物中，只有街頭手書的招牌廣告上偶爾一現(xiàn)。與繁體字有著深厚的傳統(tǒng)文化基礎(chǔ)相比，二簡(jiǎn)字的根基不穩(wěn)，迅速退出規(guī)范字領(lǐng)域理所當(dāng)然。1987年的《規(guī)定》中禁止使用二簡(jiǎn)字，印刷品中二簡(jiǎn)字的消失是《規(guī)定》實(shí)施成效的體現(xiàn)，而街頭廣告中偶爾出現(xiàn)的手書二簡(jiǎn)字，又反映了《規(guī)定》執(zhí)行不到位。

從表3.1中可以看出，使用J2噴油器后，各類排放物均有所下降且燃油經(jīng)濟(jì)性也有一定改善。綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷性能和13工況加權(quán)比排放計(jì)算結(jié)果，本次優(yōu)化方案噴油器流量擬采用750mL/min。

4 噴孔錐角對(duì)柴油機(jī)性能的影響

噴孔錐角對(duì)柴油機(jī)混合氣形成、燃燒有很大的影響，屬于噴油器的一個(gè)重要參數(shù)。在噴孔數(shù)及噴孔直徑一定的條件下，噴孔錐角不同，噴霧油束在燃燒室內(nèi)的發(fā)展情況也不一樣。

隨著噴孔錐角的增大,噴射范圍變大。噴孔錐角過(guò)大時(shí)，燃油易噴射到活塞的頂隙部分并在壓縮過(guò)程中進(jìn)入擠流區(qū)，柴油機(jī)燃燒不充分，碳煙也會(huì)增加；如果噴孔錐角較小，則不能利用雙唇的破碎作用，使得燃油直接進(jìn)入凹坑中，沿壁面分布的燃油較多，不能充分發(fā)揮空間霧化油氣相互運(yùn)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，燃燒也不能充分進(jìn)行。因此，需選擇合適的噴孔錐角，使得油束與燃燒室形狀相匹配，以獲得較好燃燒特性和較低的排放。在上節(jié)的基礎(chǔ)上，依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)選取S1、S2兩種方案的噴油器，噴油器流量均為750mL/min，噴孔錐角分別為148°和150°。

不同噴孔夾角的全負(fù)荷性能曲線見(jiàn)圖4.1。在所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，S1、S2兩種方案的噴油器相對(duì)應(yīng)的全負(fù)荷性能基本相同。表4.1為分別采用S1、S2噴油器時(shí)，柴油機(jī)13工況加權(quán)比排放計(jì)算結(jié)果。

表3.1為分別采用J1、J2噴油器時(shí)，柴油機(jī)13工況加權(quán)比排放計(jì)算結(jié)果。

5 油嘴凸出量對(duì)柴油機(jī)性能與排放的影響

在人民日?qǐng)?bào)印刷廠，幾乎任何一項(xiàng)工作都有制度規(guī)范可循，小到會(huì)議制度，大到?jīng)Q策審批，每一個(gè)崗位每一位員工，都有清晰的制度來(lái)規(guī)范。

為了進(jìn)一步優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能，本節(jié)主要進(jìn)行了油嘴凸出量對(duì)柴油機(jī)性能影響的實(shí)驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)了2.0mm，1.5mm和1.0mm三種噴油器墊片，各自對(duì)應(yīng)的油嘴凸出量分別為1.5mm，2.0mm和2.5mm，在全負(fù)荷工況下測(cè)試了配有不同油嘴凸出量的發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，并經(jīng)ESC測(cè)試循環(huán)，對(duì)排放等進(jìn)行了考核。

圖5.2是全負(fù)荷時(shí)的油耗率曲線。在低轉(zhuǎn)速區(qū)，油嘴凸出量為2.0mm對(duì)應(yīng)的比油耗比其它兩個(gè)油嘴凸出量對(duì)應(yīng)的比油耗高，在高轉(zhuǎn)速區(qū)和額定點(diǎn)時(shí)，同樣如此。

油嘴凸出量是指噴油器的的噴油嘴超出氣缸蓋，進(jìn)入燃燒室的深度，一般通過(guò)調(diào)整噴油器和缸蓋上安裝孔間墊片的厚度來(lái)調(diào)節(jié)。油嘴凸出量影響燃油的落點(diǎn)位置及其與空氣的混合狀況，是缸內(nèi)燃燒好壞的重要影響因素，進(jìn)而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有著重要意義。

基于課程理論和當(dāng)今微課現(xiàn)象，筆者嘗試將微課界定為：以信息技術(shù)為支持，依學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律，呈現(xiàn)碎片化學(xué)科內(nèi)容、過(guò)程及相關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)資源的精短教學(xué)單位。微課程應(yīng)該是一種較系統(tǒng)的、關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的微課鏈接群，這種鏈接群應(yīng)按所用學(xué)科組織范圍，按一定結(jié)構(gòu)組織順序，彼此關(guān)聯(lián)銜接，使過(guò)程達(dá)到平衡。因此，微課程可以界定為：以信息技術(shù)為支持，多種學(xué)習(xí)資源與學(xué)科知識(shí)融合，以精短視頻為載體，構(gòu)成相關(guān)聯(lián)的可供學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)、自主選擇的較系統(tǒng)的碎片化課程鏈接群。

圖5.1是全負(fù)荷時(shí)的功率曲線，有圖可知油嘴凸出量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率影響不大。油嘴凸出量為2.0mm時(shí)，在低轉(zhuǎn)速區(qū)，功率略低于1.5mm和2.5mm對(duì)應(yīng)的功率。同時(shí)，在額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)，其功率也低于另外兩種油嘴凸出量的功率，差值約為2kW，但已達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)功率要求。

為了有效保證鋼混凝土疊合梁鋼結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量，設(shè)計(jì)部門往往會(huì)參與到施工過(guò)程中并主要對(duì)施工步驟進(jìn)行監(jiān)控，以確保橋梁的成橋線形、重要部位應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從而保障橋體結(jié)構(gòu)的安全性。除此之外，支架施工也是鋼混凝土疊合梁鋼結(jié)構(gòu)施工中的重要環(huán)節(jié)，下面我們便主要對(duì)這一方面的設(shè)計(jì)、施工及安全措施中的問(wèn)題進(jìn)行討論。

據(jù)了解，中農(nóng)控股核心的中國(guó)農(nóng)資智能配肥體系由智能配肥站和液體加肥站組成。其中，智能配肥站以測(cè)土配方施肥為指導(dǎo)，在基層設(shè)立的集生產(chǎn)、研發(fā)、銷售、服務(wù)為一體的基層服務(wù)站；液體加肥站主要服務(wù)于經(jīng)濟(jì)作物區(qū)，縮短了液體肥運(yùn)輸距離、減少了包裝成本、豐富了產(chǎn)品種類。

圖5.4是全負(fù)荷時(shí),不同油嘴凸出量對(duì)應(yīng)的NO

排放值。在中高轉(zhuǎn)速區(qū)，油嘴凸出量為2.0mm對(duì)應(yīng)的NO

排放值稍高，其他兩個(gè)油嘴凸出量對(duì)應(yīng)的NO

排放值基本相同。除了研究不同油嘴凸出量對(duì)全負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，本節(jié)還通過(guò)ESC測(cè)試循環(huán)，分析了油嘴凸出量與排放的關(guān)系。試驗(yàn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)采用EGR+DOC+POC的技術(shù)路線，在其他條件相同的情況下，比較不同油嘴凸出量時(shí)的排放情況。表5.1是13工況加權(quán)比排放計(jì)算結(jié)果。

從表中可以看出，油嘴凸出量不同時(shí)，NO

，HC，CO，soot的排放水平大致相當(dāng)。油嘴凸出量為2.0mm時(shí)，柴油機(jī)顆粒排放有所降低。

可能因?yàn)橛妥焐烊霘飧變?nèi)過(guò)深，油束會(huì)直接噴射到燃燒室底部，底部沉積燃油的蒸發(fā)速率小于霧化油滴的蒸發(fā)速率，蒸發(fā)后難以完全燃燒；而油嘴凸出量過(guò)小時(shí)，油嘴頭部距離活塞頂部和燃燒室較遠(yuǎn)，油束在壓縮空氣沖擊下上揚(yáng)，影響其在空氣中的合理分布，不能充分噴入壓縮空氣中，導(dǎo)致形成的混合氣質(zhì)量差。綜上所述，油嘴凸出量過(guò)大或過(guò)小都會(huì)使得顆粒排放增加。兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)性能和排放要求，本次優(yōu)化設(shè)計(jì)方案油嘴凸出量擬定位2.0mm。

6 結(jié)論

通過(guò)ESC試驗(yàn)循環(huán)和穩(wěn)態(tài)滿載測(cè)試確定了滿足要求的燃燒系統(tǒng)匹配方案。相關(guān)結(jié)論如下：

(1)全負(fù)荷下，對(duì)噴油器流量為750mL/min和610mL/min時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行比較。結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)速范圍高于1600R/min時(shí)，750mL/min對(duì)應(yīng)的煙度值和油耗值比較低，但NO

排放值稍高。ESC試驗(yàn)結(jié)果表明，噴油器流量為750mL/min時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒排放有所下降。為滿足國(guó)Ⅳ排放對(duì)顆粒排放的要求，同時(shí)綜合發(fā)動(dòng)機(jī)的全負(fù)荷性能，選取750mL/min為噴油器流量的優(yōu)化參數(shù)。

(2)148°和150°噴孔錐角的全負(fù)荷性能曲線基本一致。ESC試驗(yàn)結(jié)果顯示，噴孔錐角為148°時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性更好，而且顆粒排放值稍稍下降。故選優(yōu)化后的噴孔錐角值為148°。

(3)在優(yōu)化過(guò)程中，針對(duì)不同的油嘴凸出量進(jìn)行了試驗(yàn)。全負(fù)荷下，在額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)，油嘴凸出量為2.0mm的功率稍低，差值約為2kW，但已達(dá)要求。但是全負(fù)荷時(shí)，油嘴凸出量為2.0mm時(shí)的煙度比其余兩種油嘴凸出量小。ESC試驗(yàn)表明，油嘴凸出量不同時(shí)，NO

，CH，CO，soot的排放水平大致相當(dāng)。油嘴凸出量為2.0mm時(shí)，柴油機(jī)顆粒排放明顯降低。因此，綜合看來(lái)2.0mm的油嘴凸出量是最佳的，將被用于后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中。

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