基于燃燒優化實現柴油機滿足CPCB排放標準

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基于燃燒優化實現柴油機滿足CPCB排放標準

與汽油機相比，柴油機因其較高的熱效率和較好的燃油經濟性而得到廣泛應用。2014年4月，印度中央污染控制委員會（CPCB）引入了最為嚴格的排放法規CPCB-2，考慮到生產成本仍然是產品占領印度市場的一項關鍵因素，通過對燃燒參數（燃燒室幾何形狀、氣門凸輪重疊、渦輪增壓器等）、噴油嘴結構（噴油嘴類型、噴油孔數目、噴射流量、噴油嘴傾斜角等）和燃油噴射行為（噴射壓力、噴射開始時間、噴射結束時間、噴射持續時間等）進行優化，對柴油機結構只進行較小的改動就可使其排放滿足CPCB-2排放法規要求。

選用直列4缸3.5L柴油機和V型6缸5.7L柴油機各1臺，這兩臺發動機的每個氣缸上均包含2個氣門，且均滿足CPCB-1排放法規要求。對這兩臺發動機結構進行改動時，采用決策樹的方法分析不同結構對發動機排放的影響。頂層為優化后的發動機配置，第二層為燃油噴射系統、渦輪增壓器、后處理系統和活塞。其中，燃油噴射系統需要考慮采用機械式進氣泵或電控進氣泵，后處理系統需要考慮采用傳統廢氣再循環系統或內部廢氣再循環系統。從結構成本、減排目標、標準化程度以及維修維護特性方面分析，確定選擇機械式進氣泵和內部廢氣再循環系統。需要注意的是，內部廢氣再循環系統是將廢氣保留或引入，這雖然不利于燃燒，但有利于降低NOx排放，其排放性能約相當于傳統廢氣再循環系統性能的10%，這主要通過氣門凸輪軸重疊來實現。對發動機燃燒參數、噴油嘴結構和燃油噴射狀況進行優化。給出了2種不同形狀的燃燒室和3個不同噴射流量的噴油嘴。不同形狀燃燒室和不同噴油嘴組合下的燃燒試驗表明，在底部形成混合氣的燃燒室排放較低，且噴射流量越小排放也越低。結合內部廢氣再循環系統，發動機NOx排放從4.75g/kWh降至3.77g/kWh、顆粒物從0.21g/kWh降至0.18g/kWh。

HarishVenkatetal.SAE 2015-26-0040.

編譯：李臣