后喷射改善轻型商用车柴油机排放的应用.pdf

第4期(总第195期)
车用发动机
No. 4(Serial No 195)
2011年8月
VEHICLE ENGINE
Aug.2011
后喷射改善轻型商用车柴油机排放的应用
李明星,王辉,周道林,黎幸荣,陈土润
(广西玉柴机器股份有限公司,广西玉林537005)
摘要:为改善轻型商用车柴油机的排放,在喷油过程中采用后喷射控制策略,研究了后喷射控制参数对发动机
性能和排放的影响。试验结果表明,通过对后喷射定时、后喷射喷油量的优化,排气烟度大大降低,而其他性能指
标和排放指标无明显恶化。
关键词:柴油机;排放;后喷射;控制策略
中图分类号:TK421.5文献标志码:B文章编号:1001-2222(2011)04-0074-04
随着国家排放法规日益严格,电控高压共轨系
亵1柴油机主要技术参数
统在高速直喷柴油机上的使用越来越多。区别于其
型号YC4FA130-4??标定功率/kW
95
他传统燃油系统,共轨系统可以进行多次燃油喷射,
缸径/mm
标定功率转速/r?min~3200
从而实现柔性可控的喷油规律,满足发动机先进的
行程/mtm
103
最大扭矩/N?m
340
燃烧过程控制。在发动机不同的运行工况下,使用
最大扭矩转
1600
不同的燃油喷射策略,能使发动机的性能和排放均
压缩比
17.511
达到较佳状态。燃油后喷射,是在主喷射结東后迅
为了比对试验数据的准确性,对进气条件、排气
速向缸内喷入少量燃油,促进燃烧前期产生的PM背压等边界条件进行控制,试验采用 AVL PUMA
及未燃且C的燃烧氧化过程。因为后喷射能将主喷OPEN台架系统、AVL415S烟度测试仪器、AMA
射燃烧产生的PML带入到燃煷室挤流区,提高燃烧60气体测试仪
后期缸内的温度,加强燃油与新鲜空气的混合,从而
促进PM和HC的氧化。
2后喷功能定义及试验方法
整车要达到国Ⅳ以上排放,需要柴油机缸内燃2.1共轨系统后喷的实现
烧过程更加完善,在提高热效率的同时,能实现更低
本研究选取一款专为乘用车设计的博世电控系
的尾气排放。参考国外的产品开发经验,多次喷射统,其喷射系统有包括主喷在内的共7个喷射状态
是改善发动机缸内燃烧的较好途径。后喷射对发动可供选择,一个循环内最多可以实现5次喷射。其
机燃烧的影响,国外已经有很多相关的经验。本研喷射状态见图1。
究主要结合后喷射改善燃烧过程的理论,通过对排
放工况点后喷射参数的优化,寻求发动机排放及性
预喷2
后喷2
能随各参数的变化规律。
预喷3
预喷
后喷
后喷3
试验发动机及测试设备
喷射时剡
最后的扭矩影响
试验用样机是一款3L增压中冷柴油机,采用
博世高压共轨系统,满足GB17691~-2005中的
图1喷射特性
国Ⅳ排放法规,其主要技术参数见表1。发动机本
3种后喷状态的定义如下
体采用了外部高压冷却EGR来降低NO)排放,达
后喷1,将HC氧化发生放热反应,后喷1不产
到国Ⅳ排放限值,通过DOC+POC后处理来降低生扭矩。
PM排放。
后喷2,用于烧掉燃烧室里的炭烟,同时对排气
收稿日期:2011-03-03;修回日期:2011-04-23
作者简介:李明星(1985-),男,助理工程师,主要研究方向为柴油机性能开发、后处理技术开发等;lingxing1985@163.com
2011年8月
李明星,等:后喷射改善轻型商用车柴油机排放的应用
后处理系统的再生也有一定作用,后喷2会产生扭
表2排放点全负荷工况烟度
矩,需要重点考虑。
烟度SF/FSN
后喷3,用于烧掉燃烧室內的炭烟。
工况
下降幅度/%
无后喷有后喷
本硏究选取后喷2进行研究
A点100%负荷
0,439
2.2后喷相关参数
B点100%负荷
0.7
0,565
根据博世的定义,直接影响后喷控制的两个变
量为后喷角脉普( Injcrv_tipol2 BASEOMO_MAP)及
LC点10%负符c6060,42s
后喷油量脉普( Inj Crv_ qol2 BASEOMO)。后喷2的
在ESC排放测试的13个工况中,A,B,C3个
角度定义为上止点至喷射开始的时间(角度),在电全负荷点所占权重较大,分别为8%,9%,8%,这
控脉谱中的变量名为 Injcrv_ tirol2Des,该值有最小3点排放结果对总的排放结果影响较大。通过采用
限值,即后喷角不能小于主喷与后喷两次喷射的阿后喷降低炭烟的措施,能有效降低PM排放。
隔角,若小于该值,则默认为两次喷射的间隔角(见
图3示出A,B,C3个排放点全负荷的后喷角
图2)
优化。由图3可以发现,并不是采用后喷射后排气
烟度就能降低,只有选择合适的后喷角,才能保迁烟
IT)C
Injcrv_ ti Pol2Des、
度在较低水平。这是因为,间隔角过小,后喷射相距
后喷角
主喷
后喷2
主喷射太近,此时主喷射燃烧仍剧烈进行,缸内温度
喷射时刻
偏高,且缸内高温区残余的O2相对较少,导致后喷
进入缸内的燃油无法充分与O2混合发生燃烧,
两次喷射间隔时间
反而会产生更多的炭烟。但间隔角也不是越大越好。
图2喷射角的计算
后喷角可以通过以下公式计算:
440
380
50
式中:n为后喷距上止点时间;n为转速。
320
30賢
2.3试验方案
泗
10
根据经验,一般只是在大负荷时采用后喷。这
后喷角/(°)
是因为小负荷时缸内O2充足,空燃比较大,燃烧过
a340N?m,1900r/min
程中产生的炭烟很快又被氧化燃烧,此时采用后喷
意义不大。故本研究只选取排放测试点50%以上
负荷进行试验
合兰·0
440
依据经验值分别给定后喷量及后喷角的范围
320
采取正交试验方法,研究这两个因素对发动机性能
50
260
及排放的影响。
焊
后喷角()
3试验结果及分析
b340N?m,2400r/min
3.1后喷角的优化
350
保持其他各项电控参数不变,首先设定后喷射
320
油量为5%主喷射油量,研究后喷角对排放的影响。
0.702
在排放测试点全负荷工况使用后喷射控制策
0.50=
略,在保证NO排放基本不变的情况下,烟度有明
黑需260
买
显的下降。表2列出有无后喷两种情况的烟度测
築23
2426283032343638
试结果,其中,A,C两点烟度下降幅度在35%
后喷角/(°)
以上
c305N?m,2850r/min
图3后喷角优化