發(fā)布時(shí)間：2012-07-24
1．柴油發(fā)動(dòng)機(jī)從歐III過(guò)渡到歐IV，在國(guó)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(guò)EGR將氮氧化物降來(lái)，然后通過(guò)顆粒捕集器把顆粒降下來(lái);二是SCR技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化燃燒和降機(jī)油消耗，即機(jī)內(nèi)凈化措施使微粒排放達(dá)標(biāo)，同時(shí)使用SCR系統(tǒng)把濃度較高的NOX轉(zhuǎn)化還原成氮?dú)夂退?/span>
據(jù)了解，這兩種技術(shù)路線的共同點(diǎn)是都可以達(dá)到歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)，但存在一定差別：在排放升級(jí)上，ERG+DPF智能達(dá)到歐IV，無(wú)法升級(jí)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(guó)能夠達(dá)到歐IV標(biāo)準(zhǔn)，而且在動(dòng)力指標(biāo)相同的情況下油耗比歐III 機(jī)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(guó)內(nèi)率先采用SCR技術(shù)的柴油機(jī)企業(yè)。
2．柴油機(jī)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(jī)的排放，目前已經(jīng)成為柴油機(jī)排放達(dá)到歐3排放標(biāo)準(zhǔn)采取的一項(xiàng)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(wú)論是高壓直列泵，還是高壓共軌燃油系統(tǒng)，都會(huì)碰到油泵柱塞偶件過(guò)量泄漏影響燃油工作壓力建立的問(wèn)題。噴射壓力的提高不但直接影響通過(guò)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(wèn)題，成為高壓燃油噴射系統(tǒng)設(shè)計(jì)和政黨運(yùn)行的一大技術(shù)關(guān)鍵。帶有進(jìn)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(yàn)的時(shí)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(jì)必須保證：供油泵有足夠大的供油能力；壓力的調(diào)整不會(huì)造成共軌壓力的劇烈波動(dòng)；供油泵的平均驅(qū)動(dòng)扭矩值應(yīng)盡可能小；驅(qū)動(dòng)扭矩的變化幅度應(yīng)盡可能小，不會(huì)增加驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的附加驅(qū)動(dòng)機(jī)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(jì)準(zhǔn)則是：保證在任何工況下柴油機(jī)的噴油量與控制油量之和必須滿足起動(dòng)和加速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)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(dòng)盡可能小是高壓油泵結(jié)構(gòu)參數(shù)選取的基本準(zhǔn)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(gè)柴油機(jī)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(gè)系統(tǒng)油量消耗的基礎(chǔ)上適當(dāng)增大；但也不應(yīng)增加過(guò)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(jī)經(jīng)濟(jì)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(dāng)選取較大尺寸，保證較小的節(jié)流損失。
高壓油泵內(nèi)燃機(jī)泄漏的部件主要有：柱塞套安裝臺(tái)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(duì)于共軌系統(tǒng)高壓油泵，柱塞腔中的燃油最高壓力高達(dá)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(gè)主要原因。高壓油泵柱塞副徑向間隙值必須正確選擇，并嚴(yán)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(wèn)題的方法是：（1）提高柱塞偶件的設(shè)計(jì)精度和工藝水平。采用先進(jìn)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(dòng)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(duì)柱塞偶件進(jìn)行改進(jìn)。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(lái)的燃油通過(guò)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(dá)到防止內(nèi)漏的目的。（3）對(duì)柱塞偶件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(gè)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(shí)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(gè)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(duì)柱塞套的結(jié)構(gòu)，改進(jìn)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(kuò)張變形的變形量，維持配合面間隙。可將柱塞套頭部以及其余部分加厚，在柱塞套頭部加緊固套筒等。（3）針對(duì)柱塞頭部的結(jié)構(gòu)改進(jìn)在柱塞頭部增設(shè)一壺形油槽，當(dāng)柱塞對(duì)燃油加壓時(shí)，進(jìn)入壺形油槽內(nèi)的燃油與間隙里的燃油同時(shí)被壓縮，使原柱塞產(chǎn)生的變形部分抵消，從而達(dá)到維持原配合間隙的目的。
3．高壓共軌式柴油機(jī)噪聲控制的研究
柴油機(jī)噪聲從物理特性分析，可分為燃燒噪聲、空氣動(dòng)力噪聲和機(jī)械噪聲。柴油機(jī)燃燒噪聲是指活塞對(duì)缸套的壓力振動(dòng)通過(guò)缸蓋-活塞-連桿-曲軸-機(jī)體向外輻射的噪聲，即經(jīng)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)衰減，由柴油機(jī)表面震動(dòng)而輻射形成的空氣聲。機(jī)械噪聲主要是活塞對(duì)缸套的撞擊、正時(shí)齒輪配氣機(jī)構(gòu)、噴油系統(tǒng)、輔機(jī)皮帶、正時(shí)皮帶等運(yùn)動(dòng)件之間機(jī)械撞擊所產(chǎn)生的振動(dòng)激發(fā)的噪聲。從預(yù)噴對(duì)柴油機(jī)噪聲的影響試驗(yàn)可知，預(yù)噴射對(duì)PM和HC排放影響不大，但對(duì)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(jī)怠速工況下預(yù)噴定時(shí)與燃燒噪聲增值的關(guān)系可知，推遲預(yù)噴定時(shí)燃燒噪聲減小，但預(yù)噴起始時(shí)刻小于12℃A/BTDC以下時(shí)，預(yù)噴定時(shí)對(duì)燃燒噪聲的影響不小。從柴油機(jī)零負(fù)荷時(shí)預(yù)噴對(duì)中高速段噪聲的影響試驗(yàn)可知，高速段加預(yù)噴后柴油機(jī)噪聲大幅度減小，最大相差在1800r/min轉(zhuǎn)速點(diǎn)為4.5dB（A）。在1800r/min和2400r/min轉(zhuǎn)速點(diǎn)，低負(fù)荷增加預(yù)噴后400HZ以下的低頻噪聲略有波動(dòng)，400HZ～8kHZ段高頻段噪聲大幅度減小，可知400HZ以上的高頻噪聲對(duì)整機(jī)噪聲起主要貢獻(xiàn)，因此增加預(yù)噴后，整機(jī)噪聲大大改善，預(yù)噴是減小中高速低負(fù)荷噪聲的最有效手段。從負(fù)荷對(duì)柴油機(jī)噪聲的影響可知，在2400r/min和2000r/min高轉(zhuǎn)速下，隨著負(fù)荷增大，500HZ以下的低頻機(jī)械噪聲隨負(fù)荷的增加不斷增大，500HZ～8kHZ高頻整機(jī)噪聲（包括機(jī)械噪聲和燃燒噪聲）隨負(fù)荷的減小不斷增大；說(shuō)明負(fù)荷減小后，高頻噪聲成分是引起整機(jī)噪聲增大的主導(dǎo)因素，同時(shí)負(fù)荷越低高頻噪聲越高的原因可能是負(fù)荷低燃燒室溫度低，著火延遲期較長(zhǎng)，導(dǎo)致壓力升高率大。另外由于負(fù)荷越低，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度越低，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)整機(jī)噪聲越大。在1000～1600r/min間的各轉(zhuǎn)速（一次預(yù)噴射）下，負(fù)荷對(duì)整機(jī)噪聲影響很大，隨負(fù)荷的增大，整機(jī)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(jī)械噪聲，還是高頻噪聲（包括機(jī)械噪聲和燃燒噪聲）都是隨負(fù)荷增大不斷增加。表明在此轉(zhuǎn)速段，隨負(fù)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(qiáng)，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(yàn)表明前者占主要因素，因此中低速段負(fù)荷增加使整機(jī)噪聲增強(qiáng)。從轉(zhuǎn)速對(duì)柴油機(jī)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(fù)荷如何變化，整機(jī)噪聲都是隨轉(zhuǎn)速提高不斷增強(qiáng)。隨著轉(zhuǎn)速的增大，整機(jī)噪聲、燃燒噪聲和機(jī)械噪聲增大，在1900r/min以下，燃燒噪聲對(duì)整機(jī)噪聲的作用占主要，機(jī)械噪聲相對(duì)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(jī)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(jī)的仿真模型。選取柴油機(jī)外特性上主要工況點(diǎn)進(jìn)行模擬計(jì)算。模擬計(jì)算時(shí)一些參數(shù)（如摩擦因數(shù)等）的選擇通過(guò)經(jīng)驗(yàn)值和參考值得到。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果溫和較好，誤差控制在5%以內(nèi)，可以認(rèn)為模型能夠較為精確地模擬該型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)?？勺儑娮鞙u輪增壓系統(tǒng)（VNT）是從低速到高速通過(guò)分段或連續(xù)改變渦輪界面，來(lái)提高低工況時(shí)的過(guò)量空氣系數(shù)，使進(jìn)入渦輪葉片的氣流參數(shù)發(fā)生變化，通過(guò)渦輪焓降的變化實(shí)現(xiàn)渦輪功的變化，使壓氣機(jī)出口的增壓壓力發(fā)生變化，從而達(dá)到渦輪增壓器與柴油機(jī)的各工況下有良好的匹配。模擬計(jì)算中，為了考察可變渦輪增壓系統(tǒng)對(duì)柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)性能的影響，建模的時(shí)候，保持柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和循環(huán)噴油量穩(wěn)定不變，使其運(yùn)轉(zhuǎn)在與原機(jī)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(duì)柴油機(jī)扭矩、油耗的變化規(guī)律，從而確定最佳值。
從VNT開度對(duì)柴油機(jī)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(jī)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(diǎn)所對(duì)應(yīng)的VNT開度也有所不同，轉(zhuǎn)速越大對(duì)應(yīng)的VNT開度越大。高轉(zhuǎn)速時(shí)，VNT開度對(duì)柴油機(jī)扭矩的影響變化不明顯。而在低轉(zhuǎn)速時(shí)，VNT開度對(duì)柴油機(jī)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(shí)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(guò)大量的仿真模擬，確定發(fā)動(dòng)機(jī)外特性每個(gè)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(dòng)機(jī)與壓氣機(jī)聯(lián)合運(yùn)行曲線表明，柴油機(jī)與可變渦輪增壓系統(tǒng)匹配較好，整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，壓氣機(jī)均在高效率區(qū)工作。通過(guò)與原發(fā)動(dòng)機(jī)的性能比較，匹配VNT的柴油機(jī)綜合性能優(yōu)于原機(jī)，除了標(biāo)定工況點(diǎn)以外，在柴油機(jī)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(jī)扭矩都比匹配普通渦輪增壓系統(tǒng)的原機(jī)扭矩大?？梢娍勺儨u輪增壓系統(tǒng)能有效地提高低速工況增壓柴油機(jī)的性能。同樣，從外特性油耗對(duì)比可以看出，在大部分的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，VNT發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率比原機(jī)的要低，在中低速段油耗改善更為明顯。
滬公網(wǎng)安備 31011702007878號(hào)
統(tǒng)計(jì)
