基于進(jìn)氣門早關(guān)的柴油機(jī)進(jìn)氣和燃燒特性的試驗(yàn)研究.pdf

1、傳統(tǒng)柴油機(jī)燃燒屬于一邊混合一邊燃燒的擴(kuò)散燃燒，由于油氣混合不均勻，燃燒室內(nèi)存在大量局部過濃和局部高溫區(qū)域，導(dǎo)致NOx和碳煙的排放較高。低溫燃燒(LTC)如均質(zhì)混合壓燃(HCCI)、預(yù)混合壓燃(PCCI)等能同時(shí)降低NOx和碳煙且保持足夠高的熱效率，成為研究的熱點(diǎn)。然而，低溫燃燒存在燃燒相位和燃燒速率不好控制，運(yùn)行工況范圍過窄等缺點(diǎn)。全可變氣門機(jī)構(gòu)由于能夠連續(xù)改變有效壓縮比(ECR)，控制壓縮行程的壓力和溫度，對(duì)燃燒相位進(jìn)行控制，此外全可

2、變氣門機(jī)構(gòu)還有利于增大輸出功率，在柴油機(jī)上的應(yīng)用越來(lái)越廣。
　　在一臺(tái)SD2100TA柴油機(jī)上安裝了自主開發(fā)的全可變液壓氣門機(jī)構(gòu)，采用進(jìn)氣門早關(guān)(EIVC)的方式對(duì)進(jìn)氣量和有效壓縮比進(jìn)行調(diào)節(jié)。該全可變氣門機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣門最大升程、開啟持續(xù)角和進(jìn)氣遲閉角連續(xù)可變。主要研究工作如下:
　　(1)研究了進(jìn)氣門早關(guān)對(duì)自然吸氣柴油機(jī)進(jìn)氣燃燒性能的影響。隨進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻(IVC)的提前，過量空氣系數(shù)和有效壓縮比降低，壓縮終點(diǎn)壓力和溫度下

3、降，滯燃期延長(zhǎng)，著火推遲，預(yù)混燃燒比例上升，擴(kuò)散燃燒比例下降，由于工質(zhì)總熱容降低，燃燒后的缸內(nèi)工質(zhì)溫度增加，導(dǎo)致排氣溫度顯著提高;在保持指示熱效率基本不變的前提下，EIVC可以有效的降低缸內(nèi)峰值壓力。在1650r/min、IMEP為0.64 MPa工況點(diǎn)，當(dāng)IVC從30° CA ABDC提前到-50°CA ABDC時(shí)，峰值壓力降低了26％
　　(2)研究了進(jìn)氣門早關(guān)對(duì)柴油機(jī)燃燒循環(huán)變動(dòng)的影響。隨著IVC提前，ECR降低，燃燒始點(diǎn)推

4、遲，最高燃燒壓力降低，最高燃燒壓力對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角推后;當(dāng)ECR為13時(shí)，出現(xiàn)最大燃燒壓力低于上止點(diǎn)壓縮壓力的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)燃燒壓力曲線形不成極值點(diǎn)的情況，導(dǎo)致燃燒循環(huán)變動(dòng)率顯著增大;增壓匹配EIVC降低爆發(fā)壓力和燃燒溫度時(shí)也會(huì)出現(xiàn)燃燒循環(huán)變動(dòng)增大的趨勢(shì);在相同的IVC條件下，過量空氣系數(shù)越大，混合氣濃度越低，燃燒循環(huán)變動(dòng)率也越大。進(jìn)一步研究表明，EIVC導(dǎo)致的燃燒循環(huán)變動(dòng)問題與燃燒發(fā)展期密切相關(guān)，燃燒發(fā)展期越長(zhǎng)，使燃燒重心偏離上止點(diǎn)越嚴(yán)

5、重，導(dǎo)致燃燒循環(huán)變動(dòng)率越大;根據(jù)燃燒發(fā)展期的增大量，適當(dāng)增大供油提前角，可顯著降低燃燒循環(huán)變動(dòng)率，提高指示熱效率。
　　(3)從理論和試驗(yàn)兩方面分析了EIVC匹配增壓中冷時(shí)在拓寬柴油機(jī)負(fù)荷方面的潛力。EIVC使示功圖上的壓縮線向下發(fā)展，膨脹線向上發(fā)展，示功圖越來(lái)越胖。在不超過發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體承受壓力極限值前提下，分別研究了進(jìn)氣量不變和過量空氣系數(shù)不變時(shí)負(fù)荷增大幅度。
　　(4)在不同IVC下對(duì)汽油/柴油體積摻混比分別為30％、50

6、％混合燃料的放熱規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，EIVC和增大汽油比例均會(huì)延長(zhǎng)滯燃期，使得油氣混合均勻，CA10和CA50推后;隨著IVC的提前，不同汽油摻混比下混合燃料的放熱率峰值均呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律，CA10-CA50燃燒持續(xù)期減小，排氣溫度增加，燃燒循環(huán)變動(dòng)逐漸增加。隨著汽油摻混比增加，放熱率峰值增加，峰值壓力先減小后增大，排氣溫度減小，在原機(jī)配氣相位附近燃燒循環(huán)變動(dòng)基本不變。當(dāng)IVC提前至-49° CA ABDC時(shí)，汽油摻混比