非道路用直喷柴油机排放物控制研究

论文摘要

能源与环保是当今世界发展的两大主题。随着社会经济的发展,非道路用柴油机的污染物排放问题日益得到人们的普遍关注。世界主要国家均制定了非道路用柴油机的排放法规。对于中小型非道路用柴油机而言,优化油、气、燃烧室三者之间的匹配是降低尾气排放最重要的手段之一。本文以395E非道路用柴油机为目标样机,探讨了非道路用柴油机达到EPA Tier4标准的排放物控制方法与途径。本文首先介绍了395E柴油机的主要参数、试验设备和排放测试方法,通过对395E柴油机进行性能和排放的摸底测试,分析并找出其排放的特点,确定了采用增压中冷技术作为降低395E柴油机排放的技术措施和试验方案。然后,分析了三种增压器带来的不同进气压力的变化以及中冷前后进气温度的改变对柴油机性能和排放的影响。结果表明,增压后,柴油机的动力性和经济性都得到了提高,并减少了PM的排放量,但NO_x排放有所增大。从匹配后柴油机的运行情况来看,HP48增压器要好于HP45和SJ44Q两种增压器;中冷后进气温度的降低,对改善柴油机的排放性和提高动力性和经济性都有帮助。其次,设计了三种燃烧室方案,试验研究了这三种燃烧室与柴油机的匹配运行情况,对比分析了这三种燃烧室的结构参数对柴油机功率、燃油消耗率和排放等方面的影响。结果表明,缩口哑铃型燃烧室更适合395E柴油机;直口哑铃型燃烧室对降低NO_x排放有显著效果,但对减少PM排放没有太大作用;燃烧室2与395E柴油机匹配最优。另外,研究了供油提前角、喷油嘴孔径、喷油器启喷压力、喷油器安装倾斜角、喷油嘴伸出高度等供油系统参数对柴油机动力性、经济性和排放性的影响。结果表明,适当增大供油提前角,提前喷油可以有效地降低PM排放,但过多的提前喷油正时,会带来NO_x排放增大的问题;在395E柴油机上,喷油嘴的孔径偏小一些,并适当提高喷油器的启喷压力对整体参数匹配会更好;合理选择喷油器安装倾斜角和喷油嘴伸出高度可以使排放进一步得到改善。最后,在对所有参数进行综合考虑之后,选取了一组匹配参数,使395E柴油机有害排放物均达到了2008年开始实施的美国EPA第四阶段非道路用柴油机排放标准的要求,并且提高了发动机的动力性和经济性水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 柴油机排放物的生成机理和影响因素
• 1.3 非道路用柴油机排放法规
• 1.3.1 美国EPA法规
• 1.3.2 欧盟法规
• 1.3.3 日本法规
• 1.3.4 中国法规
• 1.4 非道路用柴油机排放控制策略
• 1.5 国内外非道路用柴油机排放控制研究现状
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第2章 技术措施和试验方案的确定
• 2.1 试验条件、设备和方法
• 2.1.1 柴油机的主要参数
• 2.1.2 试验设备和台架布置
• 2.1.3 试验方法
• 2.2 原机的排放性能分析和技术方案的确定
• 2.2.1 原机排放结果分析
• 2.2.2 降低395E柴油机排放的技术措施
• 2.3 本章小结
• 第3章 进气系统对排放的影响
• 3.1 增压器与柴油机的匹配
• 3.1.1 涡轮增压柴油机的优缺点
• 3.1.2 改善增压柴油机的低速工况性能的措施
• 3.2 进气压力对柴油机性能及排放的影响
• 3.2.1 进气压力对柴油机性能的影响
• 3.2.2 进气压力对柴油机排放的影响
• 3.3 进气温度对柴油机性能及排放的影响
• 3.4 中冷器的选型
• 3.4.1 中冷器的设计计算
• 3.4.2 中冷器散热面积校核
• 3.5 本章小结
• 第4章 燃烧系统对排放的影响
• 4.1 燃烧方式和压缩比对柴油机性能的影响
• 4.1.1 燃烧方式对柴油机性能的影响
• 4.1.2 压缩比对柴油机性能的影响
• 4.2 燃烧室的设计
• 4.2.1 燃烧室的形状及设计参数
• 4.2.2 燃烧室的设计方案
• 4.3 燃烧室对柴油机性能及排放的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 供油系统参数对排放的影响
• 5.1 供油提前角对排放的影响
• 5.2 喷油器参数对排放的影响
• 5.2.1 喷油嘴孔径对排放的影响
• 5.2.2 喷油器启喷压力对排放的影响
• 5.3 喷油器安装倾斜角对排放的影响
• 5.4 喷油器油嘴伸出高度对排放的影响
• 5.5 综合优化匹配结果
• 5.6 本章小结
• 第6章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文