發(fā)布時間：2012-07-24
1．柴油發(fā)動機從歐III過渡到歐IV，在國際上有兩條技術(shù)路線
一種是EGR(廢氣再循環(huán))+DPF（顆粒捕集器）技術(shù)，通過EGR將氮氧化物降來，然后通過顆粒捕集器把顆粒降下來;二是SCR技術(shù)，通過優(yōu)化燃燒和降機油消耗，即機內(nèi)凈化措施使微粒排放達標，同時使用SCR系統(tǒng)把濃度較高的NOX轉(zhuǎn)化還原成氮氣和水。
據(jù)了解，這兩種技術(shù)路線的共同點是都可以達到歐IV排放標準，但存在一定差別：在排放升級上，ERG+DPF智能達到歐IV，無法升級到歐V ；在油耗上，EGR+DPF技術(shù)使排放降低但油耗省高，SCR技術(shù)不僅排放呢國能夠達到歐IV標準，而且在動力指標相同的情況下油耗比歐III 機型低5%；使用EGR+DPF技術(shù)排氣中的NO2含量較高；但SCR卻可大幅降低二氧化氮，從而有利于人們的身體健康。玉柴是國內(nèi)率先采用SCR技術(shù)的柴油機企業(yè)。
2．柴油機共軌燃油系統(tǒng)高壓油泵關(guān)鍵技術(shù)研究
采用柴油高壓共軌電子控制燃油噴射系統(tǒng)降低柴油機的排放，目前已經(jīng)成為柴油機排放達到歐3排放標準采取的一項重要措施。燃油噴射壓力的提高受到噴油系統(tǒng)自身零部件工作能力的制約。最高許用噴油壓力是由噴油系統(tǒng)主要零部件的剛度和密封性所決定的。因此，無論是高壓直列泵，還是高壓共軌燃油系統(tǒng)，都會碰到油泵柱塞偶件過量泄漏影響燃油工作壓力建立的問題。噴射壓力的提高不但直接影響通過原始間隙的燃油滲漏，而且還促使柱塞套膨脹和柱塞收縮，從而增大油泵柱塞副的配合間隙。因此，控制油壓升高所產(chǎn)生的柱塞副附加間隙的問題，成為高壓燃油噴射系統(tǒng)設(shè)計和政黨運行的一大技術(shù)關(guān)鍵。帶有進回油孔結(jié)構(gòu)的柱塞偶件的最大徑向間隙值一般為2～2.5μm，偶件液壓密封試驗的時間應(yīng)不小于15s。柱塞偶件配合副的最小間隙允許值一般為1～1.5μm。
共軌供油泵的設(shè)計必須保證：供油泵有足夠大的供油能力；壓力的調(diào)整不會造成共軌壓力的劇烈波動；供油泵的平均驅(qū)動扭矩值應(yīng)盡可能??；驅(qū)動扭矩的變化幅度應(yīng)盡可能小，不會增加驅(qū)動系統(tǒng)的附加驅(qū)動機械噪聲；供油泵具有盡可能大的平均效率。高壓油泵的供油量設(shè)計準則是：保證在任何工況下柴油機的噴油量與控制油量之和必須滿足起動和加速時發(fā)動機對油量變化的需求。高壓油泵的結(jié)構(gòu)直接影響到高壓油軌中的壓力變化，在保證高壓油軌中壓力建立的前提下，使高壓油軌壓力波動盡可能小是高壓油泵結(jié)構(gòu)參數(shù)選取的基本準則：（1）高壓油泵供油次數(shù)。一次噴射一次供油，保證各缸在一個柴油機工作循環(huán)中噴射燃油量的均勻性。（2）高壓油泵供油量。其最佳值可在保證整個系統(tǒng)油量消耗的基礎(chǔ)上適當增大；但也不應(yīng)增加過多，以免增加高壓油軌壓力控制閥流量，使油泵的消耗功率增加，降低柴油機經(jīng)濟性。（3）出油閥孔直徑。其影響到高壓油泵的流通性能，因此可適當選取較大尺寸，保證較小的節(jié)流損失。
高壓油泵內(nèi)燃機泄漏的部件主要有：柱塞套安裝臺肩、柱塞與柱塞套之間的徑向間隙、柱塞套定位螺柱，以及出油閥、回油閥等部件。其中主要是柱塞與柱塞套之間的徑向間隙的泄漏。對于共軌系統(tǒng)高壓油泵，柱塞腔中的燃油最高壓力高達100～200MPa，使得柱塞與柱塞套生產(chǎn)較大的變形。柱塞偶件受高壓燃油作用發(fā)生變形是共軌系統(tǒng)高壓油泵產(chǎn)生泄漏的一個主要原因。高壓油泵柱塞副徑向間隙值必須正確選擇，并嚴格控制。其徑向間隙的大小應(yīng)保證柱塞偶件工作可靠為前提。解決高壓油泵柱塞偶件配合間隙處的燃油滲漏問題的方法是：（1）提高柱塞偶件的設(shè)計精度和工藝水平。采用先進的配磨工藝，提高柱塞偶件配合面的幾何形狀精度，在保證滑動性的前提下盡可能縮小密封間隙，這樣不僅提高了零件的精度，減少了間隙的泄漏量，也提高了偶件的使用壽命。（2）從結(jié)構(gòu)上對柱塞偶件進行改進。柱塞套內(nèi)壁增設(shè)防滲回油槽，柱塞表面增加平衡槽，這樣由頂部泄漏下來的燃油通過回油槽回到噴油泵的低壓腔。偶件內(nèi)防滲槽與柱塞裙部底邊的壓力差大大降低，從而大大減少柱塞偶件裙部的漏油量以達到防止內(nèi)漏的目的。（3）對柱塞偶件的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，減小高壓燃油作用下柱塞和柱塞套的變形量，使其配合面間隙處在一個較為合理的范圍內(nèi)，以有利于建立較高燃油噴射壓力，同時避免出現(xiàn)柱塞卡死的現(xiàn)象。
高壓油泵柱塞偶件間徑向間隙的密封措施有：（1）在柱塞表面增設(shè)卸壓平衡槽。在柱塞表面上開幾個環(huán)形溝槽（一般為0.5×0.5㎜）。一方面可以減小柱塞與柱塞套的接觸面積；另一方面，由于環(huán)形槽中的油壓作用，柱塞處于中心位置，可減小由側(cè)壓力所造成柱塞與柱塞套之間的摩擦，并可減少泄漏。其間隙值可取為20～50μm。（2）針對柱塞套的結(jié)構(gòu)，改進柱塞套受壓變形向外膨脹，加大其頭部的承壓厚度，以減小其承壓后向外擴張變形的變形量，維持配合面間隙?？蓪⒅最^部以及其余部分加厚，在柱塞套頭部加緊固套筒等。（3）針對柱塞頭部的結(jié)構(gòu)改進在柱塞頭部增設(shè)一壺形油槽，當柱塞對燃油加壓時，進入壺形油槽內(nèi)的燃油與間隙里的燃油同時被壓縮，使原柱塞產(chǎn)生的變形部分抵消，從而達到維持原配合間隙的目的。
3．高壓共軌式柴油機噪聲控制的研究
柴油機噪聲從物理特性分析，可分為燃燒噪聲、空氣動力噪聲和機械噪聲。柴油機燃燒噪聲是指活塞對缸套的壓力振動通過缸蓋-活塞-連桿-曲軸-機體向外輻射的噪聲，即經(jīng)柴油機結(jié)構(gòu)衰減，由柴油機表面震動而輻射形成的空氣聲。機械噪聲主要是活塞對缸套的撞擊、正時齒輪配氣機構(gòu)、噴油系統(tǒng)、輔機皮帶、正時皮帶等運動件之間機械撞擊所產(chǎn)生的振動激發(fā)的噪聲。從預(yù)噴對柴油機噪聲的影響試驗可知，預(yù)噴射對PM和HC排放影響不大，但對NOX排放有影響，預(yù)噴量增大，NOX排放增大。因此，為降低排放必須盡可能減少預(yù)噴量。從柴油機怠速工況下預(yù)噴定時與燃燒噪聲增值的關(guān)系可知，推遲預(yù)噴定時燃燒噪聲減小，但預(yù)噴起始時刻小于12℃A/BTDC以下時，預(yù)噴定時對燃燒噪聲的影響不小。從柴油機零負荷時預(yù)噴對中高速段噪聲的影響試驗可知，高速段加預(yù)噴后柴油機噪聲大幅度減小，最大相差在1800r/min轉(zhuǎn)速點為4.5dB（A）。在1800r/min和2400r/min轉(zhuǎn)速點，低負荷增加預(yù)噴后400HZ以下的低頻噪聲略有波動，400HZ～8kHZ段高頻段噪聲大幅度減小，可知400HZ以上的高頻噪聲對整機噪聲起主要貢獻，因此增加預(yù)噴后，整機噪聲大大改善，預(yù)噴是減小中高速低負荷噪聲的最有效手段。從負荷對柴油機噪聲的影響可知，在2400r/min和2000r/min高轉(zhuǎn)速下，隨著負荷增大，500HZ以下的低頻機械噪聲隨負荷的增加不斷增大，500HZ～8kHZ高頻整機噪聲（包括機械噪聲和燃燒噪聲）隨負荷的減小不斷增大；說明負荷減小后，高頻噪聲成分是引起整機噪聲增大的主導(dǎo)因素，同時負荷越低高頻噪聲越高的原因可能是負荷低燃燒室溫度低，著火延遲期較長，導(dǎo)致壓力升高率大。另外由于負荷越低，發(fā)動機溫度越低，發(fā)動機各零件的間隙也越大（各零件的配合平衡被破壞），零件碰撞和摩擦越劇烈，發(fā)動機整機噪聲越大。在1000～1600r/min間的各轉(zhuǎn)速（一次預(yù)噴射）下，負荷對整機噪聲影響很大，隨負荷的增大，整機噪聲不斷增加。在轉(zhuǎn)速1400r/min下，在100HZ～8kHZ頻率內(nèi)，不論低頻機械噪聲，還是高頻噪聲（包括機械噪聲和燃燒噪聲）都是隨負荷增大不斷增加。表明在此轉(zhuǎn)速段，隨負荷增加，一方面放熱量增加，最大燃燒壓力和壓力升高率增高，噪聲增強，另一方面燃燒室壁溫提高，氣缸與活塞間隙減小，又使噪聲減小，試驗表明前者占主要因素，因此中低速段負荷增加使整機噪聲增強。從轉(zhuǎn)速對柴油機噪聲的影響可以看出，在1000～2400r/min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，不管預(yù)噴和負荷如何變化，整機噪聲都是隨轉(zhuǎn)速提高不斷增強。隨著轉(zhuǎn)速的增大，整機噪聲、燃燒噪聲和機械噪聲增大，在1900r/min以下，燃燒噪聲對整機噪聲的作用占主要，機械噪聲相對較小，而1900r/min以上，則反之。因此，轉(zhuǎn)速升高將使最高爆發(fā)壓力、壓力升高率變大，使燃燒噪聲和機械噪聲增高。
4．可變渦輪增壓器的模擬研究
利用一維仿真軟件，建立某渦輪增壓柴油機的仿真模型。選取柴油機外特性上主要工況點進行模擬計算。模擬計算時一些參數(shù)（如摩擦因數(shù)等）的選擇通過經(jīng)驗值和參考值得到。計算結(jié)果與實驗結(jié)果溫和較好，誤差控制在5%以內(nèi)，可以認為模型能夠較為精確地模擬該型柴油發(fā)動機。可變噴嘴渦輪增壓系統(tǒng)（VNT）是從低速到高速通過分段或連續(xù)改變渦輪界面，來提高低工況時的過量空氣系數(shù)，使進入渦輪葉片的氣流參數(shù)發(fā)生變化，通過渦輪焓降的變化實現(xiàn)渦輪功的變化，使壓氣機出口的增壓壓力發(fā)生變化，從而達到渦輪增壓器與柴油機的各工況下有良好的匹配。模擬計算中，為了考察可變渦輪增壓系統(tǒng)對柴油機穩(wěn)態(tài)性能的影響，建模的時候，保持柴油機轉(zhuǎn)速和循環(huán)噴油量穩(wěn)定不變，使其運轉(zhuǎn)在與原機相同的某一特定穩(wěn)態(tài)工況下，然后改變VNT開度的值，分析各VNT開度對柴油機扭矩、油耗的變化規(guī)律，從而確定最佳值。
從VNT開度對柴油機扭矩和燃油消耗率的影響規(guī)律可知，除900r/min轉(zhuǎn)速外，隨VNT開度的增大，柴油機外特性扭矩都是先增大后減小。隨著轉(zhuǎn)速的降低，最大扭矩點所對應(yīng)的VNT開度也有所不同，轉(zhuǎn)速越大對應(yīng)的VNT開度越大。高轉(zhuǎn)速時，VNT開度對柴油機扭矩的影響變化不明顯。而在低轉(zhuǎn)速時，VNT開度對柴油機扭矩的影響變化較大，可見可變渦輪增壓系統(tǒng)在改善低速扭矩方面的作用是很明顯的。同樣，高轉(zhuǎn)速時燃油消耗率受VNT開度的影響較小，中低轉(zhuǎn)速，燃油消耗率受VNT開度的影響較大。經(jīng)過大量的仿真模擬，確定發(fā)動機外特性每個轉(zhuǎn)速下的最佳VNT開度。轉(zhuǎn)速越低，VNT開度的值越小。在最佳開度下，發(fā)動機與壓氣機聯(lián)合運行曲線表明，柴油機與可變渦輪增壓系統(tǒng)匹配較好，整個運行范圍內(nèi)，壓氣機均在高效率區(qū)工作。通過與原發(fā)動機的性能比較，匹配VNT的柴油機綜合性能優(yōu)于原機，除了標定工況點以外，在柴油機所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，特別是在中低轉(zhuǎn)速段匹配VNT增壓系統(tǒng)的柴油機扭矩都比匹配普通渦輪增壓系統(tǒng)的原機扭矩大。可見可變渦輪增壓系統(tǒng)能有效地提高低速工況增壓柴油機的性能。同樣，從外特性油耗對比可以看出，在大部分的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，VNT發(fā)動機的燃油消耗率比原機的要低，在中低速段油耗改善更為明顯。
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統(tǒng)計
