基于分析工具的柴油机燃油消耗优化



基于分析工具的柴油机燃油消耗优化

空气质量是影响人类健康的主要因素之一。各国政府已经制定了相关法律、法规限制发动机排放，防止空气污染。因而，制造商需要采用各种技术减少发动机排放。中型柴油机在全球商用车范围内发挥着重要作用。在中型柴油机的各种排放中，NOx是其中最关键的一种。因而，了解柴油机燃烧过程中NOx的形成，对减少和控制NOx排放起着非常重要的作用。同时，减少柴油机排放和燃油消耗是一项具有挑战的任务。本文对柴油机NOx排放和颗粒物的形成进行了介绍，并给出一种全面的方法，即在不影响发动机排放的同时降低燃油消耗。

柴油机排放的NOx来自4种途径：热力NOx（温度高于1500℃时，空气中氮气和氧气反应生成）、燃料燃烧NOx（燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解，继而进一步氧化生成）、快速温度型NOx（燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成）和N2O转化形成的NOx。优化发动机参数可影响上述4种NOx的形成。试验时，测试发动机为一台4.8L涡轮增压直喷柴油机，其与一台日本堀场PF4216主动测功机相连。柴油机转速、扭矩及排放分析仪取样均通过专门的数据采集系统和计算机自动控制。测功机上配备日本堀场7500D气体排放分析装置，该装置包含用于HC测量的离子化检测器、用于NOx测量的化学发光分析仪、用于CO和CO2测量的非色散红外气体分析仪燃油喷射开始时间、燃油喷射持续时间、喷射压力以及共轨系统轨道压力下测试柴油机排放。同时，采用李斯特公司7351 CST燃油流量计测量柴油机燃油消耗，采用纳威司达公司基于Matlab开发的CALGEN V1.5工具对所采集数据进行处理。采用汽车整体分析软件GTDRIVE V7.3.4对整车进行仿真，仿真所用循环工况包括欧洲稳态测试循环（ESC）和欧洲瞬态测试循环（ETC）。主动测功机试验表明，燃油喷射开始时间和共轨系统轨道压力是影响燃烧优化最重要的因素，发动机燃油消耗最高改善了3.5%，NOx排放约改善了2.2%。整车仿真则表明，适中的后桥减速比可以很好地平衡整车燃油消耗和动力性之间的关系。

Sérgio Leal Soares et al.SAE 2015-36-0321.

编译：李臣