某柴油机碳烟排放改善研究.pdf

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1、第40卷第6期2011年12月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDMOTORCYCLEV01．40No．6Dec．2011·排放技术·某柴油机碳烟排放改善研究赵春生刘艳利丁技峰(中国北方发动机研究所山西大同037036)摘要：从柴油机碳烟形成机理入手，分析了某柴油机黑烟较重的原因。对影响碳烟的敏感参数进行重点分析，提出了改进技术措施，并完成了性能仿真与试验验证，取得了较好的效果。关键词：碳烟敏感参数设计匹配中图分类号：TK421．5文献标识码：A文章编号：1671—0630(2011)06—008

2、3一03StudyofImproVingSootEmissionsfromDieselEngineZhaoChu璐heng。LiuYann，DingJifengChinaNonllEngineResearchInstitute(Datong，Shall)【i，037036，China)Abstract：Thispaperanalyzesthere鹪onofdieselen百nesmokingbamyf而msootfomlationmechanism．BasedontheanalysisofsensitiVeparametersofinnuen

3、cingsooteIIlissions，theimprovedtechniquecounte丌11easureswereputforward锄dcompletedper

4、’onTlancesimulationandexperimentalverification，whichgota900defkct．Keywords：S00t，SensitiVeparameters，Designmatch引言实现柴油机的排放更加清洁是发动机研制、生产厂商孜孜以求的目标。就减少柴油机的碳烟而言，由于其形成过程比较复杂，影响其生成的因素相对繁多，消除碳烟仍有大量

5、工作要做，减小柴油机碳烟的工作仍在积极进行之中。1碳烟的形成与氧化在柴油机燃烧室中，碳烟的形成和燃烧是在主燃烧期内同时进行的，而部分碳烟在作功行程开始时即烧掉了。在一个循环中碳烟的生成比其被烧掉更重要。燃烧室中碳烟形成的变化总的来说反映出了发动机排烟水平的变化⋯。碳烟有一个基本的生成源，那就是主喷油部分的温度和当量比随时间的变化关系，图l示出了碳烟的生成和氧化过程。碳烟的形成强烈地依赖于温度以及缺氧，而碳烟的氧化强烈地依赖于温度并且需要过量氧。碳烟的最大生成率发生在富油侧，碳烟的最大氧化率发生在贫油侧的高温理想混合区。同时可见，影作者简介：赵

6、春生(1969一)，男，高级工程师，主要从事柴油机总体技术研究。喷0·霉勰1垃m的￡．；÷J}⋯牛8L毒嗲鑫蛾塑曼蜷一200一}{／””。6-、150-≮ri、42．一／斗垒：1000．2累积生成碳烟．O仨。l1，0累积净碳烟一．8

7、。．6．4．1／、7F一，导萼．2一碳烟的形成．扩铿岱名n曲轴转角，(℃A)图l柴油机燃烧过程碳烟的形成和氧化2赵赠箍嵋譬是《蜇怅小型内燃机与摩托车第40卷响碳州排放的主要参数为局部温度和当量比。一般来说，将温度曲线向B向移动或将当量比曲线向A向移动均会减小碳烟排放。例如，在燃汕中掺水，降低燃烧初期的火焰温度，延

8、

9、：乏滞燃期，增加在预混合火焰中燃烧的燃油比例，因而减少在扩散火焰中生成碳烟量”。。但是柴油掺水技术凶为使用上的麻烦尚未广泛应用。研究人员经过多年的试验研究，对柴油机的各参数以及各参数问对碳烟的形成和氧化过程的影响有了较为全面的了解，其中高压喷油和空气涡流作为敏感参数改善了燃油雾化及混合气的形成，增加r空气携带量．这将减小燃烧室中富油区的当量比，从根本上减少碳烟生成量。2某柴油机燃烧系统分析某柴油机为浅(I’燃烧室、供油压力80MPa、无涡流、四气门、增压巾冷柴油机。整机性能存在主要问题是油耗较高、排气烟度较大，全负荷最大烟度接近4Bosch

10、煳度值。为r能直观、深入地r解该柴油机缸内工作过程，利用cFD仿真软件FIRE进行缸内过程分析，可更好地观察和分析燃烧过程中的微小变化。内燃机缸内流动是强瞬变、不定常的湍流流动。燃烧室内的流场情况对喷柬的雾化及油气混合有着强烈的作用和影响。图2给出了lO。cAATDc、20。cAATDc和25。cAATDc缸内流场与燃油分布情况，从图中可以看出，随着喷雾和燃烧过程的进行，逆挤流的作用使得油束两侧的涡团逐渐消失，高温高压气体携带未燃燃油以及中间产物冲出燃烧室寻找新鲜空气，以促使发生二次氧化反应，但由于没有涡流的作用，燃烧室为浅m形对挤流的保持性

11、较差，气流运动只能靠油柬惯性作用。从图2左侧流场轴向分布可以看出，惯性作用下燃油的主要运动方向为凹坑壁面和顶部余隙，由于大量燃油向凹坑壁面发展，必然会导致该区域燃油