王 俊，申立中，文奕鈞，趙 杰

大氣壓力對小型農(nóng)用柴油機怠速工況燃燒與排放的影響

王 俊1，申立中2，文奕鈞3，趙 杰3

（1. 西南林業(yè)大學(xué)機械與交通學(xué)院，昆明 650224；2. 昆明理工大學(xué)云南省內(nèi)燃機重點實驗室，昆明 650500；3. 昆明云內(nèi)動力股份有限公司，昆明 650200）

怠速是非道路用柴油機重要的運行工況之一。為了深入探究大氣壓力對小型農(nóng)用柴油機怠速工況下燃燒與排放性能的影響，利用大氣壓力模擬裝置，研究了滿足非道路國III排放標準的小型農(nóng)用柴油機在怠速工況下燃燒特性與排放性能隨大氣壓力（80、90、100 kPa）的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明：在怠速工況下，小型農(nóng)用柴油機匹配的渦輪增壓器不起作用，并且在高原地區(qū)渦輪增壓系統(tǒng)不具備自補償能力；最高缸內(nèi)壓力、壓力升高率峰值以及放熱率峰值均隨著大氣壓力的升高而升高，大氣壓力每升高10 kPa，上述燃燒參數(shù)分別平均升高13.33%、37.24%以及6.76%；而最高缸內(nèi)燃燒溫度隨著大氣壓力的升高而降低，大氣壓力每升高10 kPa，平均降低11.18%；大氣壓力對CO排放與HC排放影響較大，大氣壓力每升高10 kPa，CO排放與HC排放分別平均降低47.47%與55.77%；大氣壓力對NOx排放與煙度的影響相對較小，大氣壓力每升高10 kPa，NOx排放平均升高18.93%，而煙度平均降低11.90%。該研究可為高原地區(qū)小型農(nóng)用柴油機怠速工況的排放控制提供參考依據(jù)。

大氣壓力；燃燒；排放；農(nóng)用柴油機；怠速

0 引 言

近年來，中國農(nóng)機化事業(yè)快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一[1]。柴油機因具有熱效率高、經(jīng)濟性好、比質(zhì)量小等優(yōu)點，95%以上的農(nóng)業(yè)機械以其作為動力單元[2-3]。農(nóng)業(yè)機械長期處于低速、大負荷的運行工況，并且使用環(huán)境復(fù)雜、種類較多，采用的排放控制技術(shù)也較為落后，其污染物排放量巨大。2018年，農(nóng)業(yè)機械排放碳氫化合物（HC）2.59×105t，氮氧化物（NOx）1.66×106t，顆粒物（PM）1.89×105t；在非道路移動源排放構(gòu)成中，農(nóng)業(yè)機械的HC排放量、NOx排放量、PM排放量占比分別為40.0%、32.5%以及41.6%[4]。

怠速是內(nèi)燃機和車輛的重要運行工況之一[5-7]。由于怠速工況不對外輸出功率，噴油量較小，此時空燃比比較大，燃燒不完全，導(dǎo)致消耗大量的燃油，排放較高的有害氣體[8-10]。在不同的汽車法規(guī)循環(huán)工況中，怠速時間占比9.60%～31.44%，特別是當(dāng)汽車運行在城區(qū)時，怠速運行的時間更長，消耗的燃油更多[11]。怠速排放的一氧化碳（CO）和HC量通常占汽車法規(guī)循環(huán)工況總排放量的70%左右[12]。

針對怠速工況的排放問題，Khan等[13]的研究表明，與重型柴油卡車相比，重型汽油卡車的NOx與二氧化碳（CO2）的排放速率比值低，但是CO2的排放速率高，而NOx和PM排放速率低。Brodrick等[14]的研究顯示，怠速過程中的污染物排放量與發(fā)動機的生產(chǎn)時間、轉(zhuǎn)速以及附件負荷等條件有關(guān)。Rahman等[15]對某柴油機在不同怠速工況（轉(zhuǎn)速1 000 r/min，10%負荷、轉(zhuǎn)速1 200 r/min，12%負荷以及轉(zhuǎn)速1 500 r/min，15%負荷）下燃用生物柴油的油耗與污染物排放性能的研究結(jié)果表明，與燃用純柴油相比，在所有高怠速工況下，燃用生物柴油與柴油的混合燃料時，CO和HC排放降低，而NOx排放和燃油消耗量增加，并且隨著生物柴油混合比例的增加，燃油消耗量進一步增大。Rahman等[16]的研究還發(fā)現(xiàn)，隨著生物柴油-柴油混合比例的增加，柴油機怠速工況下的排氣溫度逐漸降低。Roy等[17]的研究結(jié)果顯示，燃用純菜籽油或者菜籽油-柴油的混合燃料時，CO和HC排放均低于純柴油；而在純柴油中添加體積5%的生物柴油或菜籽油時，NOx排放可以降低或保持與燃用純柴油的水平。劉振明等[18]針對一臺發(fā)電用高壓共軌柴油機的怠速工況，以降低怠速工況的NOx排放、煙度以及油耗為優(yōu)化目標，采用正交試驗法對該柴油機的噴射參數(shù)進行了試驗，分析了燃油噴射參數(shù)對怠速工況的經(jīng)濟性和排放性能的影響。

在高原地區(qū)，大氣壓力下降，進氣量降低，怠速工況的運行性能將進一步惡化。Wang等[19]對一臺滿足歐III排放標準的重型柴油機怠速工況的燃燒與污染物排放進行實地測量的結(jié)果表明，隨著海拔的升高，最高氣缸壓力降低，最高缸內(nèi)燃燒溫度和排氣溫度升高；在高海拔地區(qū)，著火延長期增長，而燃燒持續(xù)期縮短；HC、CO以及PM排放隨著海拔的升高而升高，而NOx排放隨著海拔的升高呈現(xiàn)先升高后逐漸降低的趨勢。Yin等[20]利用可移動發(fā)動機測試臺架和便攜式排放測試，在不同海拔下對某輕型貨車的怠速工況排放特性進行了實地測量，得出類似的結(jié)論。Pekula等[21]利用環(huán)境倉對5輛美國8級卡車在不同環(huán)境溫度（0°F、65°F、90°F）、不同濕度以及不同發(fā)動機轉(zhuǎn)速下怠速工況的排放特性的測量結(jié)果表明，隨著環(huán)境溫度和相對濕度的增加，怠速工況下的NOx排放隨之增大；油耗和CO2排放在環(huán)境溫度90°F時達到最大值；油耗和總的污染物排放量隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高而升高。Storey等[22]進行的類似研究表明，8級卡車在怠速工況下PM的排放隨著環(huán)境溫度的升高而降低，隨著怠速轉(zhuǎn)速的升高呈現(xiàn)不成比例升高的現(xiàn)象；HC、CO以及NOx排放隨著怠速轉(zhuǎn)速的升高而升高。Mccormick等[23]在海拔1 609 m的地區(qū)對24輛重型柴油車輛以及4輛燃用天然氣的重型車輛在怠速工況下的HC、CO、NOx以及PM排放測量結(jié)果表明，無論是柴油車輛還是天然氣車輛，與駕駛工況相比，在怠速工況下的PM排放較低，而HC、CO以及NOx排放更高。上述研究主要局限于重型柴油機或者重型卡車在怠速工況下的燃燒和排放特性，而針對小型農(nóng)用柴油機在高原地區(qū)或者不同海拔下的燃燒與排放特性的研究尚未見到相關(guān)報道。

中國海拔高度在1 000 m以上的土地面積約占全國總面積的58%，2 000 m以上的高原地區(qū)約占33%。大量以柴油機為動力裝置的農(nóng)業(yè)機械運行在這些區(qū)域[24-25]。隨著國家對農(nóng)機購置補貼力度的加大，在高原地區(qū)運行的農(nóng)業(yè)機械數(shù)量還將進一步攀升[26]。在中國非道路移動機械柴油機的第三、四階段排放法規(guī)中，對于在非恒定轉(zhuǎn)速下工作的柴油機，八工況穩(wěn)態(tài)試驗循環(huán)中怠速工況的占比為15%；而對于額定凈功率小于19 kW、在非恒定轉(zhuǎn)速下工作的柴油機，六工況穩(wěn)態(tài)試驗循環(huán)中怠速工況的比重為5%。在第四階段非道路瞬態(tài)試驗循環(huán)（NRTC）中，怠速工況占比為4.52%[27]。對于農(nóng)用柴油機，由于自身的用途和市場定位，從設(shè)計、開發(fā)、標定等方面均不同于車用柴油機，采用的排放控制技術(shù)也遠不及車用柴油機，勢必二者的燃燒與排放特性也不盡相同[28]。大氣壓力、大氣溫度以及大氣濕度均會對柴油機性能產(chǎn)生一定的影響，但是大氣壓力對柴油機綜合性能的影響最為顯著[29-30]。因此，利用大氣壓力模擬裝置，研究大氣壓力對小型農(nóng)用柴油機怠速工況下進氣參數(shù)、燃燒特性以及排放性能的影響，以了解此類機型在怠速工況下燃燒與排放性能隨大氣壓力的變化規(guī)律，為高原地區(qū)小型農(nóng)用柴油機怠速工況的排放控制提供參考依據(jù)。

1 試驗裝置與方法

1.1 試驗裝置

試驗機型為一臺滿足非道路國III排放標準的小型農(nóng)用直列四缸、四沖程、增壓中冷柴油機，并且該機型配備高壓共軌式燃油噴射系統(tǒng)，其基本參數(shù)如表1所示。試驗中用到的設(shè)備主要包括中國杭州弈科機電公司的WE31N水渦流測功機、FCM瞬態(tài)油耗測量儀以及EIM0311D測控儀，上海同圓發(fā)動機測試設(shè)備有限公司的TOCEIL-LFE300進氣流量計，英國德魯克有限公司的PTX1400壓力傳送器，奧地利?AVL公司的GH13P預(yù)熱塞式缸內(nèi)壓力傳感器、AVL microIFEM電荷放大器、AVL 622燃燒分析儀、AVL SESAM i60 FTIR傅里葉變換紅外光譜儀以及AVL 415S G002煙度計等。

表1 發(fā)動機基本參數(shù)

1.2 試驗方法

試驗地點的海拔高度約為2 000 m，大氣壓力約為80 kPa。因此，選取3個大氣壓力，即：80、90（對應(yīng)的海拔約為1 000m）、100 kPa（對應(yīng)的海拔約為0 m），開展大氣壓力對小型農(nóng)用柴油機在怠速工況下燃燒與排放性能影響的研究工作。采用上海同圓發(fā)動機測試設(shè)備有限公司的ToCeiL-KT2400發(fā)動機進氣空調(diào)以及調(diào)節(jié)排氣背壓閥模擬大氣壓力的變化。當(dāng)大氣壓力為80 kPa時，不采用進氣空氣和排氣背壓閥對柴油機的進氣壓力和排氣壓力進行控制，進氣壓力和排氣壓力均在當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ划?dāng)模擬的大氣壓力為90和100 kPa時，由進氣空調(diào)的壓力調(diào)節(jié)裝置對進氣進行加壓，使得進氣壓力分別穩(wěn)定在90和100 kPa，同時調(diào)節(jié)發(fā)動機的排氣背壓閥保持排氣背壓與進氣壓力一致。ToCeiL-KT2400發(fā)動機進氣空調(diào)利用風(fēng)機變頻進行壓力控制，并對目標壓力進行反饋調(diào)節(jié)，其壓力控制精度可以達到±0.1 kPa。另外，為了降低進排氣壓力波動對試驗過程的影響，分別在進排氣端安裝相應(yīng)的穩(wěn)壓裝置。試驗臺架布置示意圖如圖1所示，部分試驗臺架實物如圖2所示。試驗過程中，未對柴油機做任何調(diào)整，也未對試驗數(shù)據(jù)進行大氣修正。

由于怠速工況波動較大，為了減小試驗誤差，對于燃燒數(shù)據(jù)的測量，在每個工況點采集50個循環(huán)，取其平均值進行研究分析。標準偏差是量度數(shù)據(jù)分散程度的統(tǒng)計標準，其值越小，代表數(shù)據(jù)偏離平均值越少，反之亦然。對于進氣參數(shù)與排放數(shù)據(jù)的測量，在每個工況點記錄3次，計算其平均值與標準偏差。

圖1 臺架布置示意圖

1.試驗用發(fā)動機 2.TOCEIL-LFE300進氣流量計 3.WE31N水渦流測功機 4.渦輪增壓器 5.AVL 415S G002煙度計 6.中冷器 7.AVL SESAM i60 FTIR傅里葉變換紅外光譜儀

2 結(jié)果與分析

2.1 進氣參數(shù)

表2為怠速工況下進氣參數(shù)隨大氣壓力的變化。由表2可知，增壓壓力幾乎與大氣壓力相等。大氣壓力從80 kPa升高到90 kPa，增壓壓力升高了11.38%；大氣壓力從90 kPa升高到100 kPa，增壓壓力升高了11.67%；大氣壓力每升高10 kPa，增壓壓力平均升高11.53%。雖然該小型農(nóng)用柴油機匹配有渦輪增壓器，但在怠速工況下渦輪增壓器并未起作用，并且在怠速工況下也未體現(xiàn)出渦輪增壓系統(tǒng)在高原地區(qū)的自補償能力。

進氣量隨著大氣壓力的升高而逐漸升高。大氣壓力從80 kPa升高到90 kPa，進氣量升高了10.31%；大氣壓力從90 kPa升高到100 kPa，進氣量升高了12.63%；大氣壓力每升高10 kPa，進氣量平均升高11.47%。由于在怠速工況下渦輪增壓系統(tǒng)并未起作用，因此，進氣量的升高主要是由于大氣壓力的升高，海拔降低，空氣密度增大所致。

噴油量隨著大氣壓力的升高呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。大氣壓力從80 kPa升高到90 kPa，噴油量降低了7.42%；大氣壓力從90 kPa升高到100 kPa，噴油量降低了0.75%；大氣壓力每升高10 kPa，噴油量平均降低了4.09%。在怠速工況下，柴油機不對外輸出功率，其燃燒釋放的能量只需克服自身內(nèi)部摩擦阻力，其噴油量較小，此時空燃比較大，形成的可燃混合氣質(zhì)量較差。隨著大氣壓力的升高，進入缸內(nèi)的進氣量增大，缸內(nèi)氧含量升高，較小的噴油量即可在缸內(nèi)形成一定數(shù)量的可燃混合氣以維持怠速工況的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

表2 怠速工況進氣參數(shù)隨大氣壓力的變化

2.2 燃燒特性

在不同大氣壓力下，怠速工況缸內(nèi)壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化如圖3所示。

圖3 不同大氣壓力下怠速工況缸內(nèi)壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化

從圖3中可以看出，隨著大氣壓力的升高，最高缸內(nèi)壓力逐漸升高，最高缸內(nèi)壓力對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角也隨之提前。大氣壓力每升高10 kPa，最高缸內(nèi)壓力平均升高0.49 MPa，升幅為13.33%。隨著大氣壓力的升高，進氣量增大，缸內(nèi)氧含量增多，燃燒過程逐步改善，最高缸內(nèi)壓力升高。進氣量的增大使得缸內(nèi)壓縮終點時的壓力和溫度升高[31]，滯燃期縮短，燃燒始點提前，因而最高缸內(nèi)壓力對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角也相應(yīng)提前。

圖4為不同大氣壓力下，怠速工況壓力升高率隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化。由圖可見，壓力升高率峰值隨著大氣壓力的升高而升高，其峰值對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角也逐漸提前。大氣壓力每升高10 kPa，壓力升高率平均增加0.06 MPa/(°CA)，增幅37.24%。隨著大氣壓力的升高，一方面，進氣量增加，氧含量增多，使得預(yù)混燃燒階段的可燃混合氣數(shù)量增大；另一方面，進氣量的增加使得滯燃期縮短，這又使得預(yù)混燃燒階段的可燃混合氣數(shù)量有所減小。分析認為：進氣量的增加對可燃混合氣數(shù)量的形成占據(jù)主導(dǎo)地位，這使得預(yù)混燃燒階段的可燃混合氣數(shù)量隨著大氣壓力的升高而增多，開始燃燒之后的缸內(nèi)壓力上升相對較快，因而壓力升高率峰值較高。滯燃期的縮短使得燃燒開始較早，其峰值出現(xiàn)的曲軸轉(zhuǎn)角也隨之提前。

圖4 不同大氣壓力下怠速工況缸內(nèi)壓力升高率隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化

在不同大氣壓力下，怠速工況放熱率隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化如圖5所示。隨著大氣壓力的升高，燃燒始點提前，放熱率峰值升高，并且其對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角也相應(yīng)提前。大氣壓力每升高10 kPa，放熱率峰值平均升高0.90 J/(°CA)，升幅6.76%。隨著大氣壓力的升高，進氣量的增加使得缸內(nèi)壓力終點時的壓力和溫度升高，可燃混合氣的形成速度加快，預(yù)混燃燒階段的可燃混合氣數(shù)量增多，預(yù)混燃燒階段的放熱量增大，放熱率峰值升高。壓縮終點時的缸內(nèi)壓力升高，燃料著火前的物理化學(xué)反應(yīng)速率加快，燃燒始點也相應(yīng)提前。

在怠速工況下，大氣壓力對缸內(nèi)燃燒溫度的影響如圖6所示。在相同的曲軸轉(zhuǎn)角下，缸內(nèi)燃燒溫度隨著大氣壓力的升高而降低；隨著大氣壓力的升高，最高缸內(nèi)燃燒溫度降低，其對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)略微提前的趨勢。大氣壓力每升高10 kPa，最高缸內(nèi)燃燒溫度平均降低112.25 K，降幅11.18 %。上述現(xiàn)象主要由2方面原因造成：1）大氣壓力的升高，進氣量增大，缸內(nèi)的氧含量增多，相對于高海拔地區(qū)（較低的大氣壓力），較小的噴油量即可維持怠速工況的正常運轉(zhuǎn)，噴油量的減小使得缸內(nèi)燃燒的平均溫度降低[32]；2）隨著大氣壓力的升高，滯燃期縮短，燃燒始點提前，較早的預(yù)混燃燒階段放熱量使得分子的布朗運動加強，同時缸內(nèi)氧含量的增多加快了擴散燃燒速度，減輕了后燃現(xiàn)象，這也降低了缸內(nèi)燃燒的平均溫度。

圖5 不同大氣壓力下怠速工況放熱率隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化

圖6 不同大氣壓力下怠速工況缸內(nèi)燃燒溫度隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化

2.3 排放特性

怠速工況下排放參數(shù)隨大氣壓力的變化如表3所示。從表中可以看出，NOx排放隨著大氣壓力的升高呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢。大氣壓力每升高10 kPa，NOx排放平均升高18.93%。NOx的生成一般由缸內(nèi)的燃燒溫度、氧含量以及高溫持續(xù)時間決定。隨著大氣壓力的升高，一方面，缸內(nèi)燃燒溫度降低（如圖6所示）阻礙了NOx的生成；另一方面，缸內(nèi)氧含量又隨著大氣壓力的升高而增大，這又促進了NOx的生成。在怠速工況下，缸內(nèi)燃燒溫度相對較低，隨著大氣壓力的升高，缸內(nèi)燃燒溫度的降低對NOx生成的抑制作用不明顯，而缸內(nèi)氧含量的增加對NOx的生成占據(jù)了主導(dǎo)地位，因而NOx排放隨著大氣壓力的升高而增大。

表3 怠速工況排放參數(shù)隨大氣壓力的變化

由表3可見，在怠速工況下，CO排放隨著大氣壓力的升高而急劇降低。大氣壓力從80 kPa升高到90 kPa，CO排放降低了50.88%；大氣壓力從90 kPa升高到100 kPa，CO排放降低了44.06%。大氣壓力每升高10 kPa，CO排放平均降低47.47%。CO是不完成燃燒的產(chǎn)物，在怠速工況下，循環(huán)噴油量較小，燃燒室內(nèi)存在較多的過稀混合氣區(qū)域，隨著大氣壓力的升高，缸內(nèi)氧含量增加與壓縮終點時的壓力和溫度升高均有助于減少過稀混合氣區(qū)域，改善燃燒的著火條件，從而減少了CO的生成量。另外，隨著大氣壓力的升高，缸內(nèi)氧含量增加還有助于CO后期的氧化，雖然缸內(nèi)燃燒溫度隨著大氣壓力的升高而降低，不利于CO的氧化，但是在怠速工況下，缸內(nèi)燃燒溫度相對較低，CO后期的氧化效果不明顯。因而，最終CO排放呈現(xiàn)隨大氣壓力升高而降低的趨勢。

與CO排放類似，在怠速工況下，HC排放隨著大氣壓力的升高也呈現(xiàn)快速下降的趨勢。大氣壓力從80 kPa升高到90 kPa，HC排放降低了60.20%；大氣壓力從90 kPa升高到100 kPa，HC排放降低了49.34%。大氣壓力每升高10 kPa，HC排放平均降低55.77%。HC排放主要來自燃油噴注外緣存在的過稀混合區(qū)域。大氣壓力升高，進氣量增加，壓縮終點時的壓力和溫度升高，有利于減小過稀混合氣不易著火與火焰激冷淬熄的現(xiàn)象，滯燃期縮短還降低了燃油與壁面碰撞的機率，氧含量的增加也有助于HC的氧化，這均使得HC的排放減少。

從表3中可以看出，在怠速工況下，煙度隨著大氣壓力的升高而降低。大氣壓力每升高10 kPa，煙度平均降低11.90 %。大氣壓力升高，進氣量增大，有利于形成高質(zhì)量的可燃混合氣，同時氧含量與壓縮終點時壓力和溫度的升高加快了預(yù)混燃燒階段可燃混合氣的形成，使得預(yù)混燃燒階段所涉及的燃油量占循環(huán)供油量的比例增加，而擴散燃燒階段的比例降低，碳煙排放減少。

在非道路移動機械柴油機排放法規(guī)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)測試循環(huán)中，怠速工況的占比較高；在農(nóng)業(yè)機械的實際作業(yè)中，怠速也是典型運行工況之一。由表3可見，怠速工況的CO和HC排放較高，高原地區(qū)這兩種污染物排放進一步加劇；與平原地區(qū)相比，高原地區(qū)怠速工況的煙度排放升幅較小，而NOx排放隨著海拔的升高而降低。為使高原地區(qū)小型農(nóng)用柴油機具有較低的污染物排放水平，需采用柴油機氧化催化轉(zhuǎn)換器（DOC）降低怠速工況較高的CO和HC排放；在保證怠速平穩(wěn)運行的前提下，可通過優(yōu)化噴油參數(shù)在不惡化NOx排放的同時進一步降低煙度排放。

3 結(jié) 論

1）在怠速工況下，小型農(nóng)用柴油機匹配的渦輪增壓器不起作用，并且在高原地區(qū)渦輪增壓系統(tǒng)不具備自補償能力。

2）在怠速工況下，小型農(nóng)用柴油機的最高缸內(nèi)壓力、壓力升高率以及放熱率峰值均隨著大氣壓力的升高而升高，大氣壓力每升高10 kPa，上述燃燒參數(shù)分別平均升高13.33%、37.24%以及6.76%；而最高缸內(nèi)燃燒溫度隨著大氣壓力的升高而降低，大氣壓力每升高10 kPa，平均降低11.18%。

3）大氣壓力對小型農(nóng)用柴油機怠速工況下的CO排放與HC排放影響較大，隨著大氣壓力的升高，CO排放與HC排放急劇下降，大氣壓力每升高10 kPa，分別平均降低47.47%和55.77%；而大氣壓力對NOx排放與煙度的影響相對較小，大氣壓力每升高10 kPa，NOx排放平均升高18.93%，煙度平均降低11.90%。

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Effects of atmospheric pressure on combustion and emission of a small agricultural diesel engine at idle condition

Wang Jun1, Shen Lizhong2, Wen Yijun3, Zhao Jie3

(1.,,650224,; 2.,,650500,; 3..,.,650200,)

Idle is one of the important operating conditions for non-road diesel engines. In China III, IV stage emission regulations from diesel engines for non-road mobile machinery, the proportion of idle condition in the eight-condition steady-state test cycle is 15% for the diesel engine operating at non-constant speed, and its ratio is 5% in the six-condition steady-state test cycle for the diesel engine with rated net power less than 19 kW and operating at unsteady speed. In China IV stage of non-road transient cycle (NRTC), the idle condition accounts for 4.52%. Due to the fact that the idle condition does not output power and also the fuel injection amount is small, the air-to-fuel ratio is relatively large and the combustion is incomplete at this time, which results in a large amount of fuel consumption and high emission of harmful gases. The land area with an altitude of more than 1 000 m in China is about 58% of the total area of the country, and proportion is about 33% for the plateau area with an altitude of more than 2 000 m. A large number of agricultural machinery powered by diesel engines operate at these areas. Compared with the sea level, atmospheric pressure will decline in plateau areas, the intake air mass flow rate decreases, and the operating performance at idle condition will further deteriorate. In order to investigate the effects of atmospheric pressure on combustion characteristics and emission performance of a small agricultural diesel engine at idle condition, the change law of combustion and emission performance of the small agricultural diesel engine, which meets the emission standard of China III non-road mobile machinery, was studied at different atmospheric pressures such as 80, 90, 100 kPa by using atmospheric pressure simulator. The experimental results demonstrated that the turbocharger matched with the small agricultural diesel engine did not work, and also the turbocharger system did not have self-compensation capability in plateau area at idle condition. Peak in-cylinder pressure, peak in-cylinder pressure rise rate, and peak heat release rate all go up with an increasing of atmospheric pressure; the average increase rate were 13.33%, 37.24% and 6.76%, respectively, with atmospheric pressure increased per 10 kPa. However, peak in-cylinder combustion temperature showed a decreased tendency with atmospheric pressure increased; the average decrease rate was 11.18% with atmospheric pressure increased per 10 kPa. Atmospheric pressure had a great influence on carbon monoxide (CO) emission and hydrocarbon (HC) emission. CO emission and HC emission declined sharply with an increasing of atmospheric pressure; the average decrease rate were 47.47% and 55.77%, respectively, with atmospheric pressure increased per 10 kPa. The variation range of nitrogen oxides (NOx) emission and smoke were relatively small with atmospheric pressure increased. With atmospheric pressure increased per 10 kPa, the average NOx emission increased 18.93%, while the average smoke reduced 11.90%. This research can provide a reference for the establishment of emission control strategy for a small agricultural diesel engine at idle condition in a plateau area.

atmospheric pressure; combustion; emission; agricultural diesel engine; idle

王 俊，申立中，文奕鈞，等. 大氣壓力對小型農(nóng)用柴油機怠速工況燃燒與排放的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36(15)：73-79.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.15.009 http://www.tcsae.org

Wang Jun, Shen Lizhong, Wen Yijun, et al. Effects of atmospheric pressure on combustion and emission of a small agricultural diesel engine at idle condition[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(15): 73-79. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.15.009 http://www.tcsae.org

2019-12-03

2020-06-18

云南省農(nóng)業(yè)聯(lián)合青年項目（2018FG001-096）；云南省教育廳科學(xué)研究基金項目（2018JS337）；西南林業(yè)大學(xué)校級科研專項項目（111912）

王俊，博士，講師，主要從事內(nèi)燃機增壓技術(shù)研究。Email：zjwj1121@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.15.009

TK421

A

1002-6819(2020)-15-0073-07