CA4D20柴油机燃烧系统关键构件的优化匹配

【摘要】随着能源与环境问题的日益突出，世界各国均相继推出了日趋严格的排放法规，用以控制汽车有害污染物的排放量。我国目前正在推广实施国IV排放法规，为面对市场需求，及提高公司产品覆盖范围，一汽四环有限公司提出了“车用CA4D20柴油机达国IV排放标准”项目。柴油机燃烧系统关键构件的匹配质量对燃烧过程及有害污物排放均具有至关重要的影响，必须使缸内气流运动、燃烧室形状、油束分布和落点等具有良好的匹配特性，才能使缸内形成质量较高的可燃混合气，改善缸内的燃烧过程及降低有害污染物的排放量。由于该样机为公司全新开发的产品，需要对增压器、喷油器、燃烧室、凸轮轴等关键部件全面进行进行优化匹配和设计，以期为CA4D20柴油机达国IV排放标准奠定良好的基础。本文主要研究内如下：1.针对样机性能进行了初步分析，结果表明：样机的低速性能较差，消光烟度和燃油消耗率较高。为使样机能够顺利达到国IV排放标准，改善其低速性能具有至关重要的作用。2.开发过程中首先针对燃烧室和喷油器进行了优化匹配研究。①Ⅰ型燃烧室的油耗较高，且在低速段其碳烟排放也显著恶化。Ⅲ型燃烧室在发动机低速区的油耗和消光烟度较高，并且其在高速段的烟度排放也略有增加。Ⅱ型燃烧室在大部分工况燃油消耗和烟度排放较小，是样机的优选方案。②Ⅰ型喷油器在低速段可获得较好的燃油经济性和烟度排放，但在高速段恶化。Ⅲ型喷油器基本均具有相对较高的燃油消耗率和消光烟度。Ⅱ型喷油器在低速段的消光烟度和油耗虽然相对略有偏高，但其他工况性能较优，与样机的适配性较优。③1.5mm垫片厚度与样机高速区匹配性能较好，而在低速段燃油消耗率和消光烟度显著升高。3.0mm垫片高度的燃油消耗和消光烟度在整个发动机运转范围内均较2.5mm垫片厚度有显著升高。当垫片厚度为2.5mm时，与样机有较好的适配性。3.利用GT-power模拟仿真软件，建立了样机的仿真模型。经模拟分析，原机增压器与样机的适配性较差，在发动机高负荷区域增压器的效率均相对较低。通过与增压器厂的联合分析，选定了JP44F23、JP44F29和JP44F3等三款增压器进行了实验研究，研究结果表明：JP44F3增压器在各方面性能均表现较好，故建议采用此款增压器。同时，JP44F3增压器原预紧力较为适合本样机，当预紧力增加或减小时，发动机高速段的性能均会有所恶化。4.当凸轮轴和排气管优化设计后发动机的性能均能得到较大的改善。同时，当燃烧室、喷油器、增压器、凸轮轴和排气管尺寸优化匹配后，发动机低速性能提高。低速区（<2200r/min）的进气量增多，空燃比增大，消光烟度、燃油消耗和CO排放均得到明显改善，为样机达到国IV排放标准奠定了基础。
【作者】刘洪涛；
【导师】洪伟；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】柴油机；燃烧系统；增压器；燃烧室；喷油器；

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