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基于燃燒優(yōu)化實現(xiàn)柴油機滿足CPCB排放標準

與汽油機相比，柴油機因其較高的熱效率和較好的燃油經濟性而得到廣泛應用。2014年4月，印度中央污染控制委員會（CPCB）引入了最為嚴格的排放法規(guī)CPCB-2，考慮到生產成本仍然是產品占領印度市場的一項關鍵因素，通過對燃燒參數（燃燒室?guī)缀涡螤?、氣門凸輪重疊、渦輪增壓器等）、噴油嘴結構（噴油嘴類型、噴油孔數目、噴射流量、噴油嘴傾斜角等）和燃油噴射行為（噴射壓力、噴射開始時間、噴射結束時間、噴射持續(xù)時間等）進行優(yōu)化，對柴油機結構只進行較小的改動就可使其排放滿足CPCB-2排放法規(guī)要求。

選用直列4缸3.5L柴油機和V型6缸5.7L柴油機各1臺，這兩臺發(fā)動機的每個氣缸上均包含2個氣門，且均滿足CPCB-1排放法規(guī)要求。對這兩臺發(fā)動機結構進行改動時，采用決策樹的方法分析不同結構對發(fā)動機排放的影響。頂層為優(yōu)化后的發(fā)動機配置，第二層為燃油噴射系統(tǒng)、渦輪增壓器、后處理系統(tǒng)和活塞。其中，燃油噴射系統(tǒng)需要考慮采用機械式進氣泵或電控進氣泵，后處理系統(tǒng)需要考慮采用傳統(tǒng)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)或內部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。從結構成本、減排目標、標準化程度以及維修維護特性方面分析，確定選擇機械式進氣泵和內部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。需要注意的是，內部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)是將廢氣保留或引入，這雖然不利于燃燒，但有利于降低NOx排放，其排放性能約相當于傳統(tǒng)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)性能的10%，這主要通過氣門凸輪軸重疊來實現(xiàn)。對發(fā)動機燃燒參數、噴油嘴結構和燃油噴射狀況進行優(yōu)化。給出了2種不同形狀的燃燒室和3個不同噴射流量的噴油嘴。不同形狀燃燒室和不同噴油嘴組合下的燃燒試驗表明，在底部形成混合氣的燃燒室排放較低，且噴射流量越小排放也越低。結合內部廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)動機NOx排放從4.75g/kWh降至3.77g/kWh、顆粒物從0.21g/kWh降至0.18g/kWh。

HarishVenkatetal.SAE 2015-26-0040.

編譯：李臣