PU環(huán)保噴油之噴油定時(shí)對(duì)柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和排放的影響
燃油噴射裝置是柴油機(jī)的一個(gè)重要組成部分,根據(jù)大量實(shí)踐表明,燃油系統(tǒng)噴油定時(shí)對(duì)柴油機(jī)的性能、煙度、排放和噪聲起著至關(guān)重要的影響。
噴油定時(shí)包含著確定噴油始點(diǎn)和終點(diǎn)的時(shí)刻。就其性質(zhì)而言,噴油始點(diǎn)是研究噴油的早晚問題;噴油始點(diǎn)確定后,噴油終點(diǎn)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(jī)的熱效率,應(yīng)使整個(gè)燃燒過程在上止點(diǎn)附近進(jìn)行。由于有滯燃的影響,要達(dá)到上述目的,燃油必須在上止點(diǎn)前開始噴入,噴油始點(diǎn)常以噴油提前角θ表示。噴油開始后,又要求燃油在上止點(diǎn)附近能高速噴入,盡快噴完,這就引入了一個(gè)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(shí),重點(diǎn)研究噴油始點(diǎn),而影響噴油快慢的因素很多,主要在分析噴油速率時(shí)研究。
由于檢查柴油機(jī)的噴油始點(diǎn)比較困難,所以一般常以檢查供油始點(diǎn)為依據(jù)。供油始點(diǎn)是噴油泵工作時(shí),柱塞進(jìn)、回油孔關(guān)閉的時(shí)刻。由于從進(jìn)、回油孔關(guān)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(diǎn)比供油始點(diǎn)要遲后一定的角度。
柴油機(jī)的不同燃燒室和不同工況對(duì)噴油定時(shí)都有不同的要求,而不同的噴油定時(shí)又直接影響柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、排放和噪聲等各項(xiàng)指標(biāo)。因此,選擇合適的噴油定時(shí),是研究燃油系統(tǒng)與柴油機(jī)整機(jī)匹配時(shí)的一項(xiàng)重要任務(wù)。由于直噴式柴油機(jī)在我國廣泛使用,這里只研究噴油定時(shí)對(duì)直噴式柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和排放的影響。
1.噴油定時(shí)對(duì)柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響
直噴式柴油機(jī)的進(jìn)氣渦流強(qiáng)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(shí)下進(jìn)行,也難使油、氣能很快均勻混合。如果噴油始點(diǎn)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(bǔ)直噴式柴油機(jī)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(diǎn)在上止點(diǎn)前5～7CA。為使著火較早,著火后又能在上止點(diǎn)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(jié)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(huì)產(chǎn)生較大的燃燒噪聲,但能獲得較好的經(jīng)濟(jì)性。
通常經(jīng)濟(jì)性要求zui佳的柴油機(jī)所需的噴油提前角較大。直噴式柴油機(jī)zui低比油耗的zui佳噴油始點(diǎn)和zui佳煙度所需的噴油始點(diǎn),一般是一致的。所以要使直噴式柴油機(jī)能獲得zui佳的比油耗和煙度,應(yīng)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(gè)階段,其中包含著傳遞、輸送、準(zhǔn)備和燃燒等過程。通常,這些過程所需的時(shí)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(jī)在不同轉(zhuǎn)速下,都能在zui佳的燃燒始點(diǎn)著火,噴油始點(diǎn)必須隨轉(zhuǎn)速而變。對(duì)于直噴式柴油機(jī),為了達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)性,在滿足排放法規(guī)的前提下,應(yīng)該盡量選擇較大的噴油提前角。同時(shí),應(yīng)該根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的要求,設(shè)計(jì)能隨轉(zhuǎn)速升高而提前噴油的裝置。
2.噴油定時(shí)對(duì)柴油機(jī)排放的影響
柴油機(jī)排放出的有害物質(zhì)主要是一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)、氮氧化物(NOX)和固體顆粒(PT)。由于柴油機(jī)排出的CO和HC比較少,所以對(duì)于柴油機(jī)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(duì)環(huán)境危害性zui大的是NO和NO2。柴油機(jī)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(yīng)時(shí)間長。
根據(jù)大量的試驗(yàn),降低排氣中NOX含量zui有效的辦法就是延遲噴油,但柴油機(jī)的性能會(huì)惡化,進(jìn)而會(huì)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(jī)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(dá)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(shí)的選擇和確定
噴油始點(diǎn)對(duì)柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放起著非常重要的影響,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),可知:
(1)為了追求zui低油耗,噴油始點(diǎn)應(yīng)隨轉(zhuǎn)速升高而提前,噴油泵應(yīng)裝噴油提前裝置。
(2)經(jīng)濟(jì)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(shí)的選擇與柴油機(jī)的用途有關(guān),選擇噴油始點(diǎn)時(shí)應(yīng)兼顧柴油機(jī)標(biāo)定點(diǎn)、zui大扭矩點(diǎn)、低速和怠速等各種工況的性能指標(biāo)。
