PU环保喷油之喷油定时对柴油机经济性和排放的影响
燃油喷射装置是柴油机的一个重要组成部分,根据大量实践表明,燃油系统喷油定时对柴油机的性能、烟度、排放和噪声起着至关重要的影响。
喷油定时包含着确定喷油始点和终点的时刻。就其性质而言,喷油始点是研究喷油的早晚问题;喷油始点确定后,喷油终点是研究其快慢问题。为了有效地利用燃烧放热的能量,提高柴油机的热效率,应使整个燃烧过程在上止点附近进行。由于有滞燃的影响,要达到上述目的,燃油必须在上止点前开始喷入,喷油始点常以喷油提前角θ表示。喷油开始后,又要求燃油在上止点附近能高速喷入,尽快喷完,这就引入了一个喷油持续角的概念。喷油持续角的大小,本质上就是喷油快慢的问题,也就是喷油速率问题。通常研究喷油定时,重点研究喷油始点,而影响喷油快慢的因素很多,主要在分析喷油速率时研究。
由于检查柴油机的喷油始点比较困难,所以一般常以检查供油始点为依据。供油始点是喷油泵工作时,柱塞进、回油孔关闭的时刻。由于从进、回油孔关闭到开始喷油,需经历压力波传递和燃油输送等过程,所以喷油始点比供油始点要迟后一定的角度。
柴油机的不同燃烧室和不同工况对喷油定时都有不同的要求,而不同的喷油定时又直接影响柴油机的经济性、动力性、排放和噪声等各项指标。因此,选择合适的喷油定时,是研究燃油系统与柴油机整机匹配时的一项重要任务。由于直喷式柴油机在我国广泛使用,这里只研究喷油定时对直喷式柴油机经济性和排放的影响。
1.喷油定时对柴油机经济性的影响
直喷式柴油机的进气涡流强度较弱,油、气混合主要取决于喷射量的大小和几何分布情况。因此,即使在zui佳的喷油定时下进行,也难使油、气能很快均匀混合。如果喷油始点太晚和喷油持续角过大,则放热曲线将在膨胀过程中拖有较长的尾巴,容易冒烟。为弥补直喷式柴油机中油、气混合条件较差的不足,要求早些着火。研究表明,直喷式zui佳烟度的着火点在上止点前5～7CA。为使着火较早,着火后又能在上止点附近基本烧完,必须提早喷油并快速喷油。由于早喷、快喷的结果,滞燃期内积有大量燃油,使参与混合燃烧的燃油比例明显加大,因此会产生较大的燃烧噪声,但能获得较好的经济性。
通常经济性要求zui佳的柴油机所需的喷油提前角较大。直喷式柴油机zui低比油耗的zui佳喷油始点和zui佳烟度所需的喷油始点,一般是一致的。所以要使直喷式柴油机能获得zui佳的比油耗和烟度,应选择较大的喷油提前角。
PU环保喷油之燃油从喷油泵通过喷油器喷入燃烧室内着火燃烧,必须经历喷油延迟和着火延迟两个阶段,其中包含着传递、输送、准备和燃烧等过程。通常,这些过程所需的时间随转速的升降变化不大,而经历的角度则随转速有较大的变化。所以,喷油延迟和着火延迟所占的角度肯定随转速升高而加大。为使柴油机在不同转速下,都能在zui佳的燃烧始点着火,喷油始点必须随转速而变。对于直喷式柴油机,为了达到较好的经济性,在满足排放法规的前提下,应该尽量选择较大的喷油提前角。同时,应该根据柴油机转速和负荷的要求,设计能随转速升高而提前喷油的装置。
2.喷油定时对柴油机排放的影响
柴油机排放出的有害物质主要是一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOX)和固体颗粒(PT)。由于柴油机排出的CO和HC比较少,所以对于柴油机来说,其有害排放主要考虑NOX和PT。
NOX是燃烧过程中氮的各种氧化物的总称,其中对环境危害性zui大的是NO和NO2。柴油机排气中NO的浓度比NO2的高得多,所以控制NOX排放量主要是控制NO的生成量。根据燃烧理论,NO产生的条件是:高温、富氧、氧和氮在高温中焰后反应时间长。
根据大量的试验,降低排气中NOX含量zui有效的办法就是延迟喷油,但柴油机的性能会恶化,进而会影响PT值。因此既要减少排气中NOX的含量,又要尽可能把柴油机性能的降低限制在zui小的范围内,P型喷油泵采用了高压喷射,使zui大嘴端喷射压力达到120MPa以上,提高喷油速率,延迟喷油,缩短喷油持续期,使用高流量系数油嘴等行之有效的方法,较好地解决了排放和油耗问题。
3.喷油定时的选择和确定
喷油始点对柴油机的经济性和排放起着非常重要的影响,根据经验,可知:
(1)为了追求zui低油耗,喷油始点应随转速升高而提前,喷油泵应装喷油提前装置。
(2)经济性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)喷油定时的选择与柴油机的用途有关,选择喷油始点时应兼顾柴油机标定点、zui大扭矩点、低速和怠速等各种工况的性能指标。
