柴油机高压共轨(硕士课题论证报告)

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1、表二南京航空航天大学攻读硕士学位研究生课题论证报告姓名张明阳学号0602206专业车辆工程研究方向车辆发动机电子控制技术指导教师杨海青副教授年月日表二共4页第1页课题名称:基于HYDSIM的高压共轨电控液压喷油器设计的仿真研究世界各国排放法规的日益严格和能源的严重短缺，迫使柴油机朝着低污染、低油耗和高比功率的方向发展，而降低柴油机排放、提高动力性、经济性的关键在于改善其燃烧过程。改善燃烧过程则在于喷油系统、进气系统和燃烧室结构三者进行良好的组合和匹配。从柴油机燃烧方面考虑：⑴减少预混合燃烧：减少着火延迟期内形成的可燃混

2、合气数量，减少始燃量，减少平均压力升高率，降低燃烧噪声，减轻发动机振动，同时由于气缸内气体最高温度的降低使得发动机排放NOx减少。减少预混合燃烧的措施或者是减少初期喷油量，或者是缩短着火滞燃期，或者是燃烧室壁面油膜蒸发混合方式。后两者是过去几十年柴油机燃烧系统的主要研究途径，与缸内气体流动情况密切相关，尤其是柴油机气缸盖上仅能满足固定工况最佳要求的进气道设计对柴油机的性能和排放影响甚大，实践证明对发动机转速和负荷变化范围较大的车用柴油机而言是不合适的，无法满足愈来愈严格的汽车发动机排放和噪声的法规要求。⑵促进扩散燃烧：

3、为了减少燃料燃烧过程中碳烟的生成，降低微粒排放，要改善燃料喷雾在燃烧室中分布的宏观均匀性和微观均匀性。宏观均匀性，可保证燃烧室各个角落的空气都能得到充分利用；微观均匀性，可保证燃油粒子足够细小且大小均匀，使其能及时蒸发并与空气均匀混合。在足够均匀的混合气形成条件下，保证足够的空燃比，就不会导致碳烟生成的极浓混合气（a＜0.6）。均匀混合气的快速燃烧可以提高对EGR的耐受力，可以推迟燃烧而不恶化发动机性能，这就为进一步降低NOx排放提供很大的潜力。此外，均匀混合气的快速燃烧缩短了燃烧持续时间，减少了后燃损失，提高了发动机

4、燃油经济性能和动力性能。由此可见，现代柴油机燃油喷射系统对燃烧过程的改善起着最为重要的作用，柴油机燃油喷射系统主要的发展方向是提高燃油雾化质量和实现先缓后急的喷油规律（见图1所示）。图1理想的靴型喷油率图形柴油机燃油喷射系统喷入燃烧室的燃油喷雾细度取决于很多因素：如用喷孔前后的压力差定义的喷油压力、喷油嘴的结构和几何特性、燃油的粘度和表面张力等物性参数、燃油喷入空间的空气密度等。在实际柴油机的条件下，改善燃油喷雾细度的最有效手段就是提高喷油压力，不仅油滴直径的分布范围向小直径方向移动，而且平均直径也变小了。对于高压喷射

5、系统，喷油嘴端的喷油压力达到120～140MPa时，喷雾的桑乌那平均粒径几乎已达到极限，即喷油压力继续升高，喷雾粒径减少得很少，但现代柴油机的喷油压力还在向更高喷油压力的方向发展。试验观察结果表明：喷油压力越高，喷射能量越大，在能量高的局部区域内，空气能比较活跃地引入油束内部（空气卷吸作用），因此油束中局部区域过浓的油气当量比降低，混合气形成更加均匀，所以排气中烟度明显降低。传统的燃油喷射系统中，喷油压力决定于发动机转速和负荷。特别是在低转速、高负荷时，很难得到高的喷油压力，因此在发动机起动和加速时会冒黑烟。即使在高转

6、速、高负荷工况下喷油压力可达200-260MPa的泵喷嘴系统中，发动机起动和加速时会冒黑烟的问题也不会例外。对于某种燃烧系统，不同工况下，最佳的喷射压力值是不同的。例如，大负荷工况下可以通过提高喷射压力、推迟喷油定时甚至结合废弃再循环装置EGR一起配合使用的方法求得NOx和微粒排放PM的折衷关系；而在低负荷工况下则需减少预混合燃烧的比例，因此，需适当降低喷射初期的喷射压力。因此，未来的喷射系统的喷油压力应能随着发动机工况的变化实时地进行控制，如图2所示。图2喷油压力和平均有效压力显然，传统的柴油机燃油喷射系统无法实现上

7、述理想的靴型喷油率图和随发动机转速与负荷变化的最佳喷油压力变化图。90年代末柴油机高压共轨电控喷射系统的问世是20世纪末内燃机技术革命的三大突破之一，它能够在不同工况下都以135MPa以上的喷射压力实现稳定可控燃油喷射，使柴油机各工况的燃烧达到最佳状况，显著地改进了燃油经济性，减少了噪声和排放，使得车用柴油机找到了解决发动机排放（NOx和PM）和发动机燃烧噪声问题的根本途径，能够满足欧III甚至欧IV排放法规的要求，同时使得发动机燃油经济性能与动力性能得到了提高。高压共轨电控喷射系统具有如下几个方面的优点：⑴喷油压力柔

8、性可调，针对不同工况，进行所需的最佳喷射压力调节，优化柴油机综合性能；⑵独立灵活控制喷油正时，配合高的喷射压力(135MPa以上)，有利于同时控制氮氧化合物NOx和微粒PM排放，满足排放要求；⑶自由调节喷油量，柔性控制喷油率形状，实现理想喷油规律(预喷射、后喷射、多段喷射等)，既可降低柴油机NOx排放，降低噪声，又能保证优良的动力