符合欧4排放标准的直喷式柴油机燃烧技术的研究.pdf

2006年第4期国外内燃机

工作过程

符合欧4排放标准的直喷式柴油机燃烧技术的研究

【日】TomohiroKandaShinichiKobayashiRyutaMatsui等

摘要：柴油机优于汽油机的一个普遍被认可的事实是超低燃油耗。然而，采用柴油机作为轿车动
力装置的尝试已被有毒排放物的增加所拖累。进行了旨在对用于1590kg当量·赁·}生重量级的柴油动
力乘用车在符合2005年欧洲柴油机废气排放标准(欧4)的同时实现最低燃油耗的研究。首先描述
了对燃烧进行的试验以及采用一种可视化装置进行模拟和试验获得的结果，随后描述了配装于实际
车辆时的发动机燃油耗、排放和动力性能。研究了发动机排量与燃油耗之间的关系。研究结果表明，
如果通过调节喷油和燃烧系统参数以及传动比来保持相同的排放特·}生和驱动·}生能，则排量越大，燃油
耗就越低。其次为确定最佳燃烧方法进行了研究，以便在不增加燃烧噪声的同时较现代欧洲柴油机
的比油耗(BSFC)有所改善且废气排放有明显的降低。研究结果显示，与采用现代欧洲柴油机获得的
结果相比，在燃烧噪声保持低水平的同时，有可能使发动机的BSFC、NO和颗粒排放明显降低。这
些措施结合采用NO还原催化器，大大有助于满足2005欧洲排放标准。尽管车辆重量为1590kg，
仍能达到5．4L／100km的低燃油耗。
关键词：直喷式柴油机排放燃油耗燃烧研究

1前言放。本文除概述由新研制的发动机为动力的批量生产
车辆的实际性能外，还报道了柴油机的燃烧优化过程。
高速直喷式(HSDI)柴油机由于其低燃油耗和
低速大扭矩而获得全欧洲市场的广泛认同。其燃烧2试验装置
噪声由于一系列的改善也得到大大的降低。如果目
2．1试验发动机
前这种趋势仍保持不变的话，可以预测，到2010年
表1列出了为欧洲Accord车新开发的i-CTDi
柴油车的市场份额将接近50目标值。尽管由于更
柴油机的主要技术规格。
严格的法规使废气排放逐年趋于洁净，但未来仍需

要更多的改进。一直在积极地开展缸内燃烧优化和表1i-CTDi柴油机的主要技术规格

排气后处理系统方面的技术发展计划口]。气缸排列直列4缸
采用明显不同于传统柴油燃烧方法的创新清洁燃排量／L2．2
缸径×行程／mm85×97．1
烧技术也正在研究之中。例如低温燃烧和均质充量压压缩比16．7
燃技术[5叫。这些技术具有提供显著利益的潜力，但仍机体采用半固态铸造技术的铝机体
喷油装置共轨(最高压力160MPa)
需要更长的时间，直到它们能够成为柴油燃烧的主流方
喷嘴型式微压力室容积型
法。其间，需要对HSDI柴油机技术进行进一步的研究涡轮增压器可变喷嘴截面
涡流控制阀连续可变
开发，以解决有关降低废气排放、改善燃油耗和提高比
EGR阀电控
功率方面的问题，对这些要求还在不断深入。EGR冷却器无旁通阀
为了在2003年秋季推广到欧洲市场，本田公司已
开发一种乘用车用新型柴油机。在新型发动机的研制2．2缸内可视化装置和三维计算流体动力学程序
过程中，特别注意的是，与市场已有的柴油机相比，需同利用热力学流体模拟来分析缸内空一燃混合气
时实现燃油耗的明显改善和废气排放更洁净。的分布和燃烧特性。采用AVLListGmbH公司的
探讨了可提供设想的超低燃油耗的发动机排量，三维计算流体动力学(CFD)程序FIRE。如图1所
并根据燃油耗、排放和燃烧噪声对燃烧进行了优化。示，还应用装有可视化装置的单缸发动机，从气缸盖
研究工作成功实现了可同时较传统柴油动力装垂直方向对缸内进行观察。此外，还采用图像增强
置明显更低的燃油耗、低燃烧噪声和洁净的废气排器来观察不发光火焰。

一18一国外内燃机2006年第4期

时设定为使主燃烧过程始点满足⋯．。的要求。
如图2和3所示，燃油耗保持几乎相同，且dp／
d得以改善，然而NO排放却恶化了。
以采用。．。改善燃油经济性和采取预喷射降
低燃烧噪声为先决条件，研究了一种新方法以降低
废气排放。注意力集中在如何确保一种局部的稀
空一燃比，这样可以提供有关改善废气排放的思路。
还对缸内气流运动以及如何使空一燃混合气扩散获
图I观察用试验装置得充足的时间进行了优化研究。
尽管采用了i．。和预喷射，但研究的燃烧概
3燃烧概念
念还包括实现一种局部的稀空一燃比。
图2为BSFC随最高压力升高率(dp／dO⋯)变
4试验结果
化的关系曲线。数据是在通过调节喷油量、EGR率
和主喷油定时使扭矩和碳烟排放保持恒定的条件下4．1发动机排量的确定
采集的。同样，图3为相同条件下燃油耗与NO排通过3台试验发动机进行了一项研究，以确定
放之间的相互关系。如图2所示，BSFC受到主燃烧最佳燃油耗的发动机排量。首先，在新欧洲行驶循
过程始点的强烈影响，并在特定定时时降至最低，本