輕型車用柴油機(jī)高壓共軌電控燃油系統(tǒng)優(yōu)化及排放控制簡(jiǎn)析

楊明慧

摘 要：空氣質(zhì)量問題是目前各大城市需要重點(diǎn)解決的環(huán)境問題之一，因?yàn)槠鋵?duì)打造宜居城市環(huán)境有非常重要的意義。對(duì)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(duì)空氣質(zhì)量造成了顯著的影響，因此在實(shí)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(duì)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(duì)柴油機(jī)尾氣排放當(dāng)中的碳煙和氮氧化物進(jìn)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(jìn)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(jìn)行分析，旨在為實(shí)踐提供幫助與指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī) 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(jī)在社會(huì)應(yīng)用實(shí)踐中有諸多優(yōu)勢(shì)，比如功率密度大、熱效率較高、耐久可靠、經(jīng)濟(jì)性好等，這些優(yōu)勢(shì)使得柴油機(jī)在轎車、機(jī)車、船舶等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)柴油機(jī)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用做分析可知在重型貨車中，柴油機(jī)占據(jù)著主導(dǎo)地位，且在輕型車領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍也在不斷的擴(kuò)大[1]。我國柴油機(jī)市場(chǎng)發(fā)展迅速，目前已經(jīng)具有了非常大的規(guī)模。總結(jié)當(dāng)前柴油機(jī)的具體應(yīng)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(jī)相比，柴油機(jī)排放的氮氧化物和顆粒物比較高。基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，大氣中存在的氮氧化物和顆粒物，柴油機(jī)車的排放占比為70%和90%，所以在實(shí)踐中，為了充分的發(fā)揮柴油機(jī)的優(yōu)勢(shì)，且要實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)污染物排放控制，需要對(duì)柴油機(jī)的具體應(yīng)用做分析，并針對(duì)實(shí)踐采用合理的控制手段。

1 柴油機(jī)污染物排放機(jī)理分析

要在車輛尾氣排放實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)污染物的控制，首先需要明確污染物的生成機(jī)理。就柴油機(jī)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?xì)洚a(chǎn)物以及顆粒物。不同的污染物產(chǎn)生機(jī)理不同，以下是具體的分析。

1）一氧化碳的生成[2]。在柴油機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐中產(chǎn)生的一氧化碳實(shí)際是柴油在燃燒的過程中所生成的中間產(chǎn)物。柴油機(jī)的燃燒方式為擴(kuò)散，所以會(huì)存在部分燃油和空氣混合不充分的情況，這種情況下會(huì)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?yàn)槿毖酰灾荒懿糠盅趸纱水a(chǎn)生了中間產(chǎn)物一氧化碳。2）碳?xì)洚a(chǎn)物。柴油機(jī)所排放的碳?xì)洚a(chǎn)物主要由燃燒過程產(chǎn)生。對(duì)比分析汽油機(jī)運(yùn)行過程排放的碳?xì)鋾?huì)發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)運(yùn)行過程中所排放的碳?xì)渚哂袃蓚€(gè)顯著的特點(diǎn)，分別是分子量大和沸點(diǎn)高。對(duì)柴油機(jī)碳?xì)涞木唧w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(duì)柴油機(jī)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(dāng)中的氮?dú)馀c含氮有機(jī)物是主要來源。基于目前的研究資料可知，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(duì)柴油機(jī)的燃燒過程進(jìn)行分析可知顆粒物的生成主要是因?yàn)樵谌紵倪^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(duì)顆粒物的具體構(gòu)成進(jìn)行分析可知其有不可溶性有機(jī)物與可溶性有機(jī)物。

2 高壓共軌電控燃油系統(tǒng)優(yōu)化和排放控制

柴油機(jī)在應(yīng)用的過程中產(chǎn)生的尾氣會(huì)造成比較嚴(yán)重的大氣污染，所以出于環(huán)境保護(hù)的目的，國家規(guī)定了柴油機(jī)污染排放的具體標(biāo)準(zhǔn)。基于具體標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)積極的展開了污染控制技術(shù)的研究，其中應(yīng)用價(jià)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(shì)，同時(shí)解決技術(shù)應(yīng)用過程中可能潛在的問題，基于試驗(yàn)分析的方式對(duì)高壓共軌電控燃油系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)與優(yōu)化，同時(shí)基于該系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)污染排放控制，這于實(shí)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(jī)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(shí)踐中，為了獲取更好的優(yōu)化結(jié)果，采用模擬計(jì)算和試驗(yàn)分析的方式做綜合討論。就模擬計(jì)算工作的具體開展來看，其主要的工作為：基于FIRE軟件進(jìn)行柴油機(jī)燃燒室模型的建設(shè)，在建設(shè)的過程中對(duì)其進(jìn)行動(dòng)網(wǎng)格的劃分，然后在對(duì)比實(shí)驗(yàn)圖的基礎(chǔ)上對(duì)模型的準(zhǔn)確性做驗(yàn)證。在試驗(yàn)中柴油機(jī)缸內(nèi)的燃燒過程由燃空當(dāng)量比、缸內(nèi)壓力以及缸內(nèi)溫度場(chǎng)的具體變化所反映，基于具體的變化反映對(duì)孔直噴和噴油正時(shí)對(duì)缸內(nèi)混合氣的形成、燃燒過程以及對(duì)柴油機(jī)的排放影響做具體分析。

基于試驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知：噴孔直徑噴對(duì)缸內(nèi)溫度和壓力有顯著的影響。圖1是噴孔直徑對(duì)缸內(nèi)溫度和壓力的影響曲線圖。基于變化曲線做分析可知噴孔直徑越小的時(shí)候，缸內(nèi)燃燒的壓力和溫度的峰值會(huì)越高。基于這種情況做原因分析可知，當(dāng)噴油量保持固定的時(shí)候，噴油孔徑越小，燃油噴霧會(huì)越細(xì)，此時(shí)所射出的油粒越小[5]。在試驗(yàn)中對(duì)噴油進(jìn)行提前，發(fā)現(xiàn)噴油提前延長(zhǎng)滯燃期后缸內(nèi)的壓力和溫度會(huì)逐漸的增大，這樣一來，壓力的溫度的峰值會(huì)提前出現(xiàn)。延遲噴油會(huì)降低缸內(nèi)的溫度，這對(duì)于氮氧化物的排放減少有積極的意義。基于上述的分析可知在總噴油量一定的情況下增大后噴油量，缸內(nèi)的壓力峰值會(huì)出現(xiàn)下降情況，缸內(nèi)的溫度值也會(huì)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(huì)下降。在增大主——后噴油間隔角的時(shí)候缸內(nèi)的壓力峰值會(huì)出現(xiàn)稍稍下降的局面，此時(shí)后燃階段的溫度會(huì)減小，所以后燃達(dá)到放熱率峰值的時(shí)刻會(huì)推遲，其峰值會(huì)出現(xiàn)明顯的下降情況。

2.2 排放控制

基于試驗(yàn)對(duì)噴油器的匹配試驗(yàn)和燃油噴射系統(tǒng)的部分參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，通過試驗(yàn)對(duì)比可知，燃油器噴孔直徑、油嘴的伸出量、軌壓、主噴正時(shí)、后噴量以及主-后噴間隔角等參數(shù)對(duì)試驗(yàn)柴油機(jī)的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性有顯著的影響，且試驗(yàn)結(jié)果為實(shí)踐中的柴油機(jī)性能優(yōu)化提供了多方面的參考內(nèi)容。基于具體的試驗(yàn)結(jié)果來看，在噴孔的直徑增大到特定值的時(shí)候柴油機(jī)的氮氧化物排放量會(huì)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(huì)有顯著的增加。基于此，為了讓各種污染物的排放均達(dá)到理想的狀態(tài)，需要對(duì)噴孔的直徑做折中分析。對(duì)不同油嘴伸出量下柴油機(jī)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(shí)最為合適[6]。試驗(yàn)表明，軌壓較大的時(shí)候能夠降低煙度以及燃油消耗率，而且在主噴正時(shí)推遲的情況下，氮氧化物的排放會(huì)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(huì)顯著的增大，此時(shí)的一氧化碳、碳?xì)浜蜔煻扰欧艜?huì)呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢(shì)。基于單次噴射對(duì)比結(jié)果可知，采用后噴射方式，氮氧化物和煙度的排放會(huì)明顯降低，不過后噴射方式會(huì)導(dǎo)致燃油消耗增加。基于此，采用合理的后噴射參數(shù)實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)燃油消耗率的折中優(yōu)化。

3 結(jié)束語

綜上所述，柴油機(jī)在應(yīng)用的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，這些污染物對(duì)空氣質(zhì)量的影響是顯著的，所以基于污染控制目標(biāo)對(duì)污染排放進(jìn)行控制意義顯著。通過模擬仿真和實(shí)驗(yàn)分析的方式對(duì)柴油機(jī)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(shí)踐工作開展指導(dǎo)意義顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]程盈盈，涂承.水溫對(duì)高壓共軌柴油機(jī)起動(dòng)控制策略[J].商情，2019，000（025）：189.

[2]張秀梅，振乾.柴油機(jī)電控高壓共軌燃油系統(tǒng)概論[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2020，No.364（04）：42-44.

[3]彭陳. 船舶電控柴油機(jī)燃油系統(tǒng)研究[J].廣州航海學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，027（001）：P.50-53.

[4]張偉，劉俞江，劉曉斌.電控柴油機(jī)高壓共軌管研究現(xiàn)狀分析[J].福建質(zhì)量管理，2019，11（22）.

[5]戰(zhàn)興銳，孫玲玲，韋克應(yīng)，等.電控高壓共軌系統(tǒng)的優(yōu)化匹配和應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置，2019，036（005）：61-67.

[6]馬勇，解亮，南出勇.高軌壓燃燒系統(tǒng)對(duì)車用柴油機(jī)性能及排放的影響研究[J].汽車技術(shù).2020，000（001）：44-47.