基于燃烧优化实现柴油机满足CPCB排放标准



基于燃烧优化实现柴油机满足CPCB排放标准

与汽油机相比，柴油机因其较高的热效率和较好的燃油经济性而得到广泛应用。2014年4月，印度中央污染控制委员会（CPCB）引入了最为严格的排放法规CPCB-2，考虑到生产成本仍然是产品占领印度市场的一项关键因素，通过对燃烧参数（燃烧室几何形状、气门凸轮重叠、涡轮增压器等）、喷油嘴结构（喷油嘴类型、喷油孔数目、喷射流量、喷油嘴倾斜角等）和燃油喷射行为（喷射压力、喷射开始时间、喷射结束时间、喷射持续时间等）进行优化，对柴油机结构只进行较小的改动就可使其排放满足CPCB-2排放法规要求。

选用直列4缸3.5L柴油机和V型6缸5.7L柴油机各1台，这两台发动机的每个气缸上均包含2个气门，且均满足CPCB-1排放法规要求。对这两台发动机结构进行改动时，采用决策树的方法分析不同结构对发动机排放的影响。顶层为优化后的发动机配置，第二层为燃油喷射系统、涡轮增压器、后处理系统和活塞。其中，燃油喷射系统需要考虑采用机械式进气泵或电控进气泵，后处理系统需要考虑采用传统废气再循环系统或内部废气再循环系统。从结构成本、减排目标、标准化程度以及维修维护特性方面分析，确定选择机械式进气泵和内部废气再循环系统。需要注意的是，内部废气再循环系统是将废气保留或引入，这虽然不利于燃烧，但有利于降低NOx排放，其排放性能约相当于传统废气再循环系统性能的10%，这主要通过气门凸轮轴重叠来实现。对发动机燃烧参数、喷油嘴结构和燃油喷射状况进行优化。给出了2种不同形状的燃烧室和3个不同喷射流量的喷油嘴。不同形状燃烧室和不同喷油嘴组合下的燃烧试验表明，在底部形成混合气的燃烧室排放较低，且喷射流量越小排放也越低。结合内部废气再循环系统，发动机NOx排放从4.75g/kWh降至3.77g/kWh、颗粒物从0.21g/kWh降至0.18g/kWh。

HarishVenkatetal.SAE 2015-26-0040.

编译：李臣