PU環(huán)保噴油之噴油定時對柴油機經(jīng)濟性和排放的影響
燃油噴射裝置是柴油機的一個重要組成部分,根據(jù)大量實踐表明,燃油系統(tǒng)噴油定時對柴油機的性能、煙度、排放和噪聲起著至關重要的影響。
噴油定時包含著確定噴油始點和終點的時刻。就其性質(zhì)而言,噴油始點是研究噴油的早晚問題;噴油始點確定后,噴油終點是研究其快慢問題。為了有效地利用燃燒放熱的能量,提高柴油機的熱效率,應使整個燃燒過程在上止點附近進行。由于有滯燃的影響,要達到上述目的,燃油必須在上止點前開始噴入,噴油始點常以噴油提前角θ表示。噴油開始后,又要求燃油在上止點附近能高速噴入,盡快噴完,這就引入了一個噴油持續(xù)角的概念。噴油持續(xù)角的大小,本質(zhì)上就是噴油快慢的問題,也就是噴油速率問題。通常研究噴油定時,重點研究噴油始點,而影響噴油快慢的因素很多,主要在分析噴油速率時研究。
由于檢查柴油機的噴油始點比較困難,所以一般常以檢查供油始點為依據(jù)。供油始點是噴油泵工作時,柱塞進、回油孔關閉的時刻。由于從進、回油孔關閉到開始噴油,需經(jīng)歷壓力波傳遞和燃油輸送等過程,所以噴油始點比供油始點要遲后一定的角度。
柴油機的不同燃燒室和不同工況對噴油定時都有不同的要求,而不同的噴油定時又直接影響柴油機的經(jīng)濟性、動力性、排放和噪聲等各項指標。因此,選擇合適的噴油定時,是研究燃油系統(tǒng)與柴油機整機匹配時的一項重要任務。由于直噴式柴油機在我國廣泛使用,這里只研究噴油定時對直噴式柴油機經(jīng)濟性和排放的影響。
1.噴油定時對柴油機經(jīng)濟性的影響
直噴式柴油機的進氣渦流強度較弱,油、氣混合主要取決于噴射量的大小和幾何分布情況。因此,即使在zui佳的噴油定時下進行,也難使油、氣能很快均勻混合。如果噴油始點太晚和噴油持續(xù)角過大,則放熱曲線將在膨脹過程中拖有較長的尾巴,容易冒煙。為彌補直噴式柴油機中油、氣混合條件較差的不足,要求早些著火。研究表明,直噴式zui佳煙度的著火點在上止點前5～7CA。為使著火較早,著火后又能在上止點附近基本燒完,必須提早噴油并快速噴油。由于早噴、快噴的結果,滯燃期內(nèi)積有大量燃油,使參與混合燃燒的燃油比例明顯加大,因此會產(chǎn)生較大的燃燒噪聲,但能獲得較好的經(jīng)濟性。
通常經(jīng)濟性要求zui佳的柴油機所需的噴油提前角較大。直噴式柴油機zui低比油耗的zui佳噴油始點和zui佳煙度所需的噴油始點,一般是一致的。所以要使直噴式柴油機能獲得zui佳的比油耗和煙度,應選擇較大的噴油提前角。
PU環(huán)保噴油之燃油從噴油泵通過噴油器噴入燃燒室內(nèi)著火燃燒,必須經(jīng)歷噴油延遲和著火延遲兩個階段,其中包含著傳遞、輸送、準備和燃燒等過程。通常,這些過程所需的時間隨轉(zhuǎn)速的升降變化不大,而經(jīng)歷的角度則隨轉(zhuǎn)速有較大的變化。所以,噴油延遲和著火延遲所占的角度肯定隨轉(zhuǎn)速升高而加大。為使柴油機在不同轉(zhuǎn)速下,都能在zui佳的燃燒始點著火,噴油始點必須隨轉(zhuǎn)速而變。對于直噴式柴油機,為了達到較好的經(jīng)濟性,在滿足排放法規(guī)的前提下,應該盡量選擇較大的噴油提前角。同時,應該根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速和負荷的要求,設計能隨轉(zhuǎn)速升高而提前噴油的裝置。
2.噴油定時對柴油機排放的影響
柴油機排放出的有害物質(zhì)主要是一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOX)和固體顆粒(PT)。由于柴油機排出的CO和HC比較少,所以對于柴油機來說,其有害排放主要考慮NOX和PT。
NOX是燃燒過程中氮的各種氧化物的總稱,其中對環(huán)境危害性zui大的是NO和NO2。柴油機排氣中NO的濃度比NO2的高得多,所以控制NOX排放量主要是控制NO的生成量。根據(jù)燃燒理論,NO產(chǎn)生的條件是:高溫、富氧、氧和氮在高溫中焰后反應時間長。
根據(jù)大量的試驗,降低排氣中NOX含量zui有效的辦法就是延遲噴油,但柴油機的性能會惡化,進而會影響PT值。因此既要減少排氣中NOX的含量,又要盡可能把柴油機性能的降低限制在zui小的范圍內(nèi),P型噴油泵采用了高壓噴射,使zui大嘴端噴射壓力達到120MPa以上,提高噴油速率,延遲噴油,縮短噴油持續(xù)期,使用高流量系數(shù)油嘴等行之有效的方法,較好地解決了排放和油耗問題。
3.噴油定時的選擇和確定
噴油始點對柴油機的經(jīng)濟性和排放起著非常重要的影響,根據(jù)經(jīng)驗,可知:
(1)為了追求zui低油耗,噴油始點應隨轉(zhuǎn)速升高而提前,噴油泵應裝噴油提前裝置。
(2)經(jīng)濟性zui好所需的提前角比NOX排放量zui低所需的提前角要大5～8CA。
(3)噴油定時的選擇與柴油機的用途有關,選擇噴油始點時應兼顧柴油機標定點、zui大扭矩點、低速和怠速等各種工況的性能指標。
