王貴勇，鄒誠(chéng)華，姚國(guó)仲，申立中，黃粉蓮

(昆明理工大學(xué)云南省內(nèi)燃機(jī)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500)

隨著排放法規(guī)日趨嚴(yán)格，僅僅依靠機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)已經(jīng)很難滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)內(nèi)凈化和發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理設(shè)備的結(jié)合使用，可以有效地使發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物降低到標(biāo)準(zhǔn)以下，滿(mǎn)足排放法規(guī)的要求[1]。目前，國(guó)內(nèi)大部分滿(mǎn)足國(guó)Ⅵ排放法規(guī)的輕型柴油車(chē)均采用“EGR+DOC+DPF+SCR”的排放技術(shù)路線(xiàn)[2-3]。顆粒物捕集器(Diesel Particulate Filter，DPF)是技術(shù)路線(xiàn)中用于解決柴油機(jī)炭煙排放的后處理設(shè)備[4-9]，具有90%以上的捕集效率。DPF捕集效率的高低很大程度取決于主動(dòng)再生技術(shù)[10-12]。在柴油機(jī)大部分的運(yùn)行工況下，排氣溫度一般為100～550 ℃，而DPF主動(dòng)再生需求溫度在550～600 ℃及以上，因此有必要采用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱管理技術(shù)來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度。通過(guò)在進(jìn)排氣管安裝節(jié)流閥、增壓器匹配、控制燃油噴射策略、排氣管保溫和在DPF前增加DOC設(shè)備等方式[8, 13-17]，在不損失動(dòng)力性，保證經(jīng)濟(jì)性的前提下，盡可能地提高發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度，保障DPF的高效捕集效率。

傳統(tǒng)柴油機(jī)沒(méi)有電子節(jié)氣門(mén)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣充分，缸內(nèi)燃燒總體呈現(xiàn)富氧狀態(tài)。理論上，發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)量空氣系數(shù)在任何運(yùn)行工況下都遠(yuǎn)大于1。因此，可以通過(guò)在進(jìn)氣管安裝節(jié)流閥，利用進(jìn)氣節(jié)流來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度。根據(jù)文獻(xiàn)[15, 17-22]報(bào)道，通過(guò)在進(jìn)氣管安裝節(jié)流閥，可以明顯提高發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度。這表明適當(dāng)改變進(jìn)入柴油機(jī)的空氣量，可以有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度。但是改變發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量會(huì)影響缸內(nèi)燃燒效果，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)和排放性能。因此，有必要對(duì)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管安裝節(jié)流閥對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成的影響進(jìn)行更加深入的研究。

本研究在某款高壓共軌柴油機(jī)進(jìn)氣管加裝電子節(jié)氣門(mén)，研究不同進(jìn)氣流量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能和排放的影響，為基于DPF主動(dòng)再生的排氣熱管理技術(shù)提供一定參考。

1 試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)為直列4缸高壓共軌柴油機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)備見(jiàn)表2，試驗(yàn)臺(tái)架整體布置形式見(jiàn)圖1。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試設(shè)備

圖1 試驗(yàn)臺(tái)架整體布置

1.2 試驗(yàn)方案

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇1 600 r/min和2 000 r/min，扭矩分別選擇各轉(zhuǎn)速下最大負(fù)荷的25%，50%和75%對(duì)應(yīng)的扭矩。試驗(yàn)過(guò)程中保持轉(zhuǎn)速和扭矩一定，通過(guò)調(diào)整電子節(jié)氣門(mén)關(guān)度(0%為全開(kāi)，100%為全關(guān))改變發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣流量，分別測(cè)試節(jié)氣門(mén)關(guān)度為0%，20%，40%，60%和70% 5個(gè)關(guān)度下，進(jìn)氣節(jié)流對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)量空氣系數(shù)、燃油消耗率、排氣溫度和排放特性的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)量空氣系數(shù)為實(shí)際進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣量與燃料理論燃燒所需空氣量的比值，其計(jì)算公式如下：

λ=mair/(lDmD)。

(1)

式中：λ為過(guò)量空氣系數(shù)；mair為進(jìn)氣質(zhì)量流量；lD為柴油理論空燃比14.3；mD為柴油噴油量。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)的影響

圖2和圖3分別示出發(fā)動(dòng)機(jī)在1 600 r/min和2 000 r/min時(shí)，節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)的影響。從圖2和圖3可以看出，節(jié)氣門(mén)關(guān)度相同時(shí)，負(fù)荷越大過(guò)量空氣系數(shù)越小。傳統(tǒng)柴油機(jī)沒(méi)有節(jié)氣門(mén)，屬于質(zhì)調(diào)節(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)調(diào)整噴油器噴入氣缸內(nèi)柴油的多少來(lái)改變負(fù)荷的大小。相同轉(zhuǎn)速及節(jié)氣門(mén)關(guān)度下，進(jìn)入氣缸的空氣流量一定，負(fù)荷越大，缸內(nèi)噴入的柴油數(shù)量越多，則過(guò)量空氣系數(shù)越小。從圖3也可以看出，當(dāng)節(jié)氣門(mén)關(guān)度及負(fù)荷固定時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，進(jìn)氣系統(tǒng)慣量越大，能進(jìn)入氣缸的空氣越多，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)2 000 r/min時(shí)的過(guò)量空氣系數(shù)大于1 600 r/min時(shí)的過(guò)量空氣系數(shù)。

圖2 1 600 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)的影響

圖3 2 000 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)的影響

從圖2和圖3還可以看出，過(guò)量空氣系數(shù)隨著節(jié)氣門(mén)關(guān)度的增加而減小，節(jié)氣門(mén)關(guān)度越大，過(guò)量空氣系數(shù)越小。1 600 r/min時(shí)，進(jìn)氣節(jié)流效果在50%負(fù)荷下最明顯，當(dāng)節(jié)氣門(mén)關(guān)度在70%時(shí)，過(guò)量空氣系數(shù)減小了14%；2 000 r/min時(shí)，進(jìn)氣節(jié)流效果在各負(fù)荷下相差不大，當(dāng)節(jié)氣門(mén)關(guān)度在70%時(shí)，過(guò)量空氣系數(shù)均減小了11%以上。因?yàn)楣?jié)氣門(mén)關(guān)度直接影響柴油機(jī)進(jìn)氣流量，節(jié)氣門(mén)關(guān)度越大，相同工況下進(jìn)入氣缸的空氣量越少，而所噴柴油量并不隨空氣量的減少而減少，所以隨著節(jié)氣門(mén)關(guān)度的增加，過(guò)量空氣系數(shù)減小。表3示出節(jié)氣門(mén)關(guān)度為70%時(shí)，各個(gè)工況下過(guò)量空氣系數(shù)的降低幅度。

表3 節(jié)氣門(mén)關(guān)度70%時(shí)各工況過(guò)量空氣系數(shù)降低幅度

2.2 節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)燃油消耗率的影響

圖4和圖5分別示出發(fā)動(dòng)機(jī)在1 600 r/min和2 000 r/min時(shí)，節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)燃油消耗率的影響。

圖4 1 600 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)燃油消耗率的影響

圖5 2 000 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)燃油消耗率的影響

從圖4和圖5可以看出，節(jié)氣門(mén)關(guān)度相同時(shí)，負(fù)荷越大燃油消耗率越小。傳統(tǒng)柴油機(jī)沒(méi)有節(jié)氣門(mén)，理論上缸內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)在任何工況下都大于1。發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷時(shí)，噴油器噴入缸內(nèi)的燃料較少，過(guò)多的空氣導(dǎo)致局部混合氣過(guò)稀，混合氣因?yàn)樘《荒苷Ｈ紵?，缸?nèi)燃燒效果差，燃油消耗率升高。從圖5也可以看出，當(dāng)節(jié)氣門(mén)關(guān)度及負(fù)荷固定時(shí)，因?yàn)槿加拖穆逝c發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率和指示熱效率的乘積成反比，指示熱效率隨轉(zhuǎn)速的變化不大，而發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率隨轉(zhuǎn)速的增高而下降，所以發(fā)動(dòng)機(jī)2 000 r/min時(shí)的燃油消耗率大于1 600 r/min時(shí)的燃油消耗率。

從圖4和圖5還可以看出，當(dāng)節(jié)氣門(mén)關(guān)度較小時(shí)，進(jìn)氣節(jié)流可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率，改善發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性。繼續(xù)增加節(jié)氣門(mén)關(guān)度，燃油消耗率同步增加，經(jīng)濟(jì)性開(kāi)始變差。1 600 r/min時(shí)，節(jié)氣門(mén)關(guān)度從0%增加到40%，各工況燃油消耗率均下降。在25%負(fù)荷、40%節(jié)氣門(mén)關(guān)度時(shí)，燃油消耗率最大降低了4.5 g/(kW·h)。2 000 r/min時(shí)，節(jié)氣門(mén)關(guān)度從0%增加到40%，各工況燃油消耗率均下降。在25%負(fù)荷、40%節(jié)氣門(mén)關(guān)度時(shí)，燃油消耗率最大降低了3.0 g/(kW·h)。因?yàn)楣?jié)氣門(mén)關(guān)度直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流量，節(jié)氣門(mén)關(guān)度增大導(dǎo)致進(jìn)氣流量減少，柴油機(jī)在大部分工況下屬于富氧燃燒。進(jìn)氣流量的減少使得局部過(guò)稀混合氣減少，可燃混合氣增多，所以此刻燃燒效果比節(jié)氣門(mén)未關(guān)時(shí)要好，燃油消耗率有所下降。但是繼續(xù)增大節(jié)氣門(mén)關(guān)度時(shí)，進(jìn)氣節(jié)流損失增大，進(jìn)氣氧含量的減少使得缸內(nèi)燃燒變差，燃油消耗率開(kāi)始上升。表4示出節(jié)氣門(mén)關(guān)度為40%時(shí)，各個(gè)工況下燃油消耗率的降低量。

表4 節(jié)氣門(mén)關(guān)度40%時(shí)各工況燃油消耗率降低幅度

2.3 節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)排氣溫度的影響

圖6和圖7分別示出發(fā)動(dòng)機(jī)在1 600 r/min和2 000 r/min時(shí)，節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)排氣溫度的影響。

圖6 1 600 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)排氣溫度的影響

圖7 2 000 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)排氣溫度的影響

從圖6和圖7可以看出，節(jié)氣門(mén)關(guān)度相同時(shí)，負(fù)荷越大排氣溫度越高。由前文可知，負(fù)荷增大過(guò)量空氣系數(shù)減少，缸內(nèi)新鮮充量減小，換熱能力降低。發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷工況下，噴油器噴入缸內(nèi)的燃料較多，可燃混合氣充分燃燒，所以排氣溫度升高；發(fā)動(dòng)機(jī)2 000 r/min，75%負(fù)荷時(shí)，因?yàn)楦變?nèi)噴油次數(shù)增加，缸內(nèi)空氣量開(kāi)始減少，所以排氣溫度遠(yuǎn)高于1 600 r/min，75%負(fù)荷時(shí)，且不需要調(diào)節(jié)進(jìn)氣門(mén)關(guān)度排氣溫度就能超過(guò)550 ℃，達(dá)到DPF主動(dòng)再生需要的再生溫度；在1 600 r/min，75%負(fù)荷時(shí)，節(jié)氣門(mén)關(guān)度為70%時(shí)排氣溫度也能超過(guò)550 ℃，達(dá)到DPF主動(dòng)再生需要的再生溫度。

從圖6和圖7還可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度隨著節(jié)氣門(mén)關(guān)度的增加而升高。節(jié)氣門(mén)關(guān)度在0%～40%時(shí)，排氣溫度升高幅度較緩，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)量空氣系數(shù)仍然較高，缸內(nèi)依舊存在過(guò)量的空氣，換熱效果較強(qiáng)。隨著節(jié)氣門(mén)關(guān)度的繼續(xù)增大，進(jìn)氣節(jié)流效果加強(qiáng)，排氣溫度開(kāi)始大幅上升。當(dāng)節(jié)氣門(mén)關(guān)度增加到70%，發(fā)動(dòng)機(jī)在1 600 r/min時(shí)，25%負(fù)荷下排氣溫度增加了7%，50%負(fù)荷下增加了7.5%，75%負(fù)荷下增加了6%且排溫達(dá)到了DPF主動(dòng)再生所需要的再生溫度。當(dāng)節(jié)氣門(mén)增加到70%，發(fā)動(dòng)機(jī)在2 000 r/min時(shí)，25%負(fù)荷下排氣溫度增加了10%，50%負(fù)荷下增加了8%，75%負(fù)荷下增加了7%?？梢钥闯觯? 000 r/min下進(jìn)氣節(jié)流效果更好。主要原因是進(jìn)氣沖程吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的新鮮空氣不僅使燃油混合更加充分，也起到了換熱作用。隨著節(jié)氣門(mén)關(guān)度的增加，相同工況下進(jìn)入氣缸的進(jìn)氣流量減少，換熱效果變差，所以排氣溫度會(huì)隨著節(jié)氣門(mén)關(guān)度的增加而增加。表5示出節(jié)氣門(mén)關(guān)度為40%時(shí)，各個(gè)工況下排氣溫度的增加幅度。

表5 節(jié)氣門(mén)關(guān)度40%時(shí)各工況排氣溫度增加幅度

2.4 節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)排放的影響

圖8和圖9分別示出發(fā)動(dòng)機(jī)在1 600 r/min和2 000 r/min時(shí)，節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)CO排放量的影響。

圖8 1 600 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)CO排放的影響

圖9 2 000 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)CO排放的影響

從圖8和圖9可以看出，節(jié)氣門(mén)關(guān)度相同時(shí)，CO排放量隨負(fù)荷的增大而減少。節(jié)氣門(mén)關(guān)度和負(fù)荷相同時(shí)，CO排放量隨轉(zhuǎn)速的增大而減少。CO是工質(zhì)燃燒過(guò)程中的一種中間產(chǎn)物，如果燃燒過(guò)程中氧氣含量足夠，燃燒溫度也足夠高并且有充分的反應(yīng)時(shí)間，CO最終會(huì)氧化成CO2排出氣缸。發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷工況下空燃比大，氧氣濃度足夠，但是從前文可知，負(fù)荷越低排氣溫度越低，排氣溫度也是反映缸內(nèi)燃燒的一個(gè)重要參數(shù)，排氣溫度低表明在當(dāng)前工況下缸內(nèi)燃燒的最高溫度低，而這就打破了CO氧化成CO2的高溫條件，綜上所述，CO的排放表現(xiàn)為隨負(fù)荷的增加而減少。

從圖8和圖9還可以看出，CO排放量隨節(jié)氣門(mén)關(guān)度的增加而增大。節(jié)氣門(mén)關(guān)度在0%～40%時(shí)，CO排放量增加很少，可以忽略不計(jì)。繼續(xù)增大節(jié)氣門(mén)關(guān)度，CO排放開(kāi)始增加。2 000 r/min時(shí)進(jìn)氣節(jié)流效果對(duì)CO排放的影響比1 600 r/min時(shí)更顯著。因?yàn)楣?jié)氣門(mén)關(guān)度增大導(dǎo)致進(jìn)氣流量減少，進(jìn)入缸內(nèi)的氧氣濃度也相應(yīng)減少，大量的CO不足以氧化成CO2，所以導(dǎo)致CO排放量增加。表6示出節(jié)氣門(mén)關(guān)度為40%時(shí)，各個(gè)工況下CO排放量的增加幅度。

表6 節(jié)氣門(mén)關(guān)度40%時(shí)各工況CO排放量增加幅度

圖10和圖11分別示出發(fā)動(dòng)機(jī)在1 600 r/min和2 000 r/min時(shí)，節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)THC排放量的影響。從圖10和圖11可以看出，節(jié)氣門(mén)關(guān)度相同時(shí)，負(fù)荷越大THC排放量越少。在相同節(jié)氣門(mén)關(guān)度和負(fù)荷下，THC排放量隨轉(zhuǎn)速的增大而減少。THC本質(zhì)上是噴入氣缸的燃料未充分燃燒或沒(méi)有燃燒而直接從排氣管排出的一種碳?xì)浠衔?，THC排放量的多少主要取決于缸內(nèi)的溫度及氧氣濃度，負(fù)荷及轉(zhuǎn)速越高，缸內(nèi)燃燒效果越好，溫度越高，燃料燃燒更加充分，THC排放量減少。

從圖10和圖11還可以看出，節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)THC排放量的影響較大，THC排放隨節(jié)氣門(mén)關(guān)度的增加先減少后增加。節(jié)氣門(mén)關(guān)度在從0%增加到60%，THC排放量逐漸減少。當(dāng)節(jié)氣門(mén)關(guān)度增加到60%，1 600 r/min時(shí)，25%負(fù)荷下THC排放最大降低了9.2%，50%負(fù)荷下最大降低了13.5%，75%負(fù)荷下最大降低了12.6%；當(dāng)節(jié)氣門(mén)關(guān)度增加到60%，2 000 r/min時(shí)，25%負(fù)荷下THC排放最大降低了11%，50%負(fù)荷下最大降低了11.5%，75%負(fù)荷下最大降低了16%。繼續(xù)增大節(jié)氣門(mén)關(guān)度，由于進(jìn)入燃燒室的氧氣過(guò)少導(dǎo)致濃混合氣增加，THC排放呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但是都低于節(jié)氣門(mén)關(guān)度為0%時(shí)的THC排放量。表7示出節(jié)氣門(mén)關(guān)度為60%時(shí)，各個(gè)工況下THC排放量的降低幅度。

圖10 1 600 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)THC排放的影響

圖11 2 000 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)THC排放的影響

表7 節(jié)氣門(mén)關(guān)度60%時(shí)各工況THC排放量降低幅度

圖12和圖13分別示出發(fā)動(dòng)機(jī)在1 600 r/min和2 000 r/min時(shí)，節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)NOx排放量的影響。

圖12 1 600 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)NOx排放的影響

圖13 2 000 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)NOx排放的影響

從圖12和圖13可以看出，節(jié)氣門(mén)關(guān)度相同時(shí)，NOx排放量隨著負(fù)荷的增加而增加。NOx的主要生成條件是“高溫富氧”，因?yàn)椴裼蜋C(jī)沒(méi)有節(jié)氣門(mén)，所以在大部分工況下柴油機(jī)都屬于富氧燃燒，在相同轉(zhuǎn)速下隨著噴油量的增加柴油機(jī)扭矩逐漸增大，缸內(nèi)燃燒更加充分，最高溫度增加，導(dǎo)致NOx大幅度增加。

從圖12和圖13還可以看出，加入電子節(jié)氣門(mén)后，NOx排放量隨著節(jié)氣門(mén)關(guān)度的增加先減少后增加。隨著節(jié)氣門(mén)關(guān)度的逐漸增大，雖然缸內(nèi)溫度因?yàn)檫M(jìn)氣流量的減少有所增加，但是進(jìn)氣流量減少的同時(shí)缸內(nèi)氧濃度也下降，綜合影響下NOx呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。發(fā)動(dòng)機(jī)在1 600 r/min時(shí)，節(jié)氣門(mén)關(guān)度由0%增加到40%，NOx排放量呈下降趨勢(shì)，繼續(xù)增大節(jié)氣門(mén)關(guān)度，因?yàn)楦變?nèi)燃燒溫度的上升及氧氣濃度的降低導(dǎo)致NOx排放上升；發(fā)動(dòng)機(jī)在2 000 r/min時(shí)，NOx排放量在節(jié)氣門(mén)關(guān)度0%～40%之間降低，繼續(xù)增大節(jié)氣門(mén)關(guān)度至70%，NOx排放上升。表8示出節(jié)氣門(mén)關(guān)度為40%時(shí)，各個(gè)工況下NOx排放量的降低幅度。

表8 節(jié)氣門(mén)關(guān)度40%時(shí)各工況NOx排放量降低幅度

圖14和圖15分別示出發(fā)動(dòng)機(jī)在1 600 r/min和2 000 r/min時(shí)，節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)煙度的影響。

圖14 1 600 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)煙度的影響

圖15 2 000 r/min時(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)度對(duì)煙度的影響

從圖14和圖15可以看出，節(jié)氣門(mén)關(guān)度相同時(shí)，負(fù)荷越大煙度越高。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，負(fù)荷越大，缸內(nèi)燃油量越多，局部過(guò)濃混合氣比例增加，導(dǎo)致煙度升高。從圖14和圖15也可以看出，轉(zhuǎn)速越高煙度越高。由前文可知，2 000 r/min，75%負(fù)荷下過(guò)量空氣系數(shù)遠(yuǎn)大于1 600 r/min，75%負(fù)荷下過(guò)量空氣系數(shù)，理論上煙度應(yīng)該降低。但是轉(zhuǎn)速越高循環(huán)燃燒時(shí)間相應(yīng)越少，大量燃燒過(guò)程中生成的炭煙沒(méi)有足夠的反應(yīng)時(shí)間而被排出氣缸，導(dǎo)致煙度增加。

從圖14和圖15還可以看出，煙度隨著節(jié)氣門(mén)關(guān)度的增加而增大。節(jié)氣門(mén)關(guān)度從0%增加到40%時(shí)，煙度增加較少。當(dāng)節(jié)氣門(mén)關(guān)度增加到40%，1 600 r/min時(shí)，25%負(fù)荷煙度增加了18.8%，50%負(fù)荷煙度增加了5.8%，75%負(fù)荷煙度增加了3.7%；2 000 r/min時(shí)，25%負(fù)荷煙度增加了15.3%，50%負(fù)荷煙度增加了5.5%，75%負(fù)荷煙度增加了5.8%。繼續(xù)增大節(jié)氣門(mén)關(guān)度，進(jìn)氣節(jié)流效果不斷加強(qiáng)，進(jìn)入缸內(nèi)的空氣減少，使得過(guò)濃混合氣量增加，從而加大炭煙的排放。表9示出節(jié)氣門(mén)關(guān)度為40%時(shí)，各個(gè)工況下煙度的增加幅度。

表9 節(jié)氣門(mén)關(guān)度40%時(shí)各工況煙度增加幅度

通過(guò)對(duì)節(jié)氣門(mén)進(jìn)氣節(jié)流效果的試驗(yàn)和分析，綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和排放性能，發(fā)現(xiàn)電子節(jié)氣門(mén)關(guān)度為40%時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在有效燃油消耗率降低、THC和NOx排放降低、CO和煙度輕微上升的基礎(chǔ)上最大程度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度。表10示出節(jié)氣門(mén)關(guān)度為40%時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)各工況下性能對(duì)比。

表10 節(jié)氣門(mén)關(guān)度40%時(shí)與原機(jī)性能對(duì)比

3 結(jié)論

a)節(jié)氣門(mén)進(jìn)氣節(jié)流顯著影響發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量和排氣溫度;發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)量空氣系數(shù)隨節(jié)氣門(mén)關(guān)度的增大而減少，70%關(guān)度時(shí)，各工況過(guò)量空氣系數(shù)均降低11%以上；發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度隨節(jié)氣門(mén)關(guān)度的增大而升高，40%關(guān)度時(shí)，各工況排氣溫度增加幅度可達(dá)2%，70%關(guān)度時(shí)，各工況排氣溫度增加幅度可達(dá)7%以上;

b)燃油消耗率隨節(jié)氣門(mén)關(guān)度的增加先減小后增大;節(jié)氣門(mén)關(guān)度在0%～40%時(shí)，略微減少進(jìn)氣量使缸內(nèi)燃燒效果更好，燃油消耗率有所下降;繼續(xù)增大節(jié)氣門(mén)關(guān)度，燃油消耗率上升;

c)CO排放和煙度在節(jié)氣門(mén)關(guān)度為0%～40%之間有小幅度的上升，各工況下CO排放量增加不超過(guò)3%;發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷下不宜采取進(jìn)氣節(jié)流措施，會(huì)造成煙度的大幅上升，增幅超過(guò)16%;中高負(fù)荷下進(jìn)氣節(jié)流對(duì)煙度的影響較小，40%節(jié)氣門(mén)關(guān)度時(shí)，增幅不超過(guò)6%；

d)THC和NOx排放在節(jié)氣門(mén)關(guān)度為0%～40%之間呈現(xiàn)下降趨勢(shì);節(jié)氣門(mén)關(guān)度為40%時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)各工況下THC排放均降低7%以上，NOx降低1%左右；

e)適度進(jìn)氣節(jié)流可以在降低燃油經(jīng)濟(jì)性和保證排放不惡化的情況下提高發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度;通過(guò)耦合燃油后噴策略等排氣熱管理技術(shù)，可以更快地達(dá)到DPF主動(dòng)再生所需溫度，保障DPF的捕集效率，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能，降低油耗、提高經(jīng)濟(jì)性。