本研究结合了大连柴油机厂CA4D32-12柴油机的开发项目进行排放研究。CA4D32-12柴油机是大连柴油机厂为满足3吨轻型货车而新研发的欧2产品。一、本文重点研究了柴油机参数对排放的影响。对增压器、中冷器、气道、燃烧室、供油系即:喷油器孔数、孔径、喷孔夹角、启喷压力、静态提前角、喷油泵以及机油消耗等参数对排放的影响,进行了详细深入地匹配研究。增压器对柴油机排放影响显著。涡轮增压技术是改善柴油机动力性、经济性和排放性的有效途径。为降低柴油机的排放,应提高涡轮增压器的效率、增大空气的供给量、用比较大的过量空气系数来组织燃烧,以降低碳烟排放,同时使最高燃烧温度不致于过高,以抑制NOX的排放量。通过四种增压器的匹配分析研究,GT22-02 增压器取得了较好的综合效果。中冷器的性能直接影响柴油机性能、排放指标。在保证冷却效率的条件下,低阻力的中冷器全面提高了柴油机性能、排放指标。气道。小型高速柴油机由于缸径较小,在高压喷射过程中大量燃油不可避免地直接喷到燃烧室壁,因此需要一定强度的涡流来组织燃烧。通过对三种涡流比气道的试验研究,优选涡流比为2.6的进气道。燃烧室是燃烧系统开发的主要内容,压缩比、燃烧室径深比是燃烧室的重要参数,是影响排放的重要参数。为了降低微粒的排放,降低烟度,燃烧室的设计通常要考滤到油束碰壁速度、贯穿度、涡流比及涡流存续期。改进后的燃烧室,有效地降低了烟度,取得了比较理想的排放指标。供油系是排放开发的心脏,起决定性的作用。试验对供油系进行了如下重点匹配研究:1)、喷油器喷孔数。孔数对排放有着重要的影响,将喷油器的孔数由4孔增加到6孔,可以降低碳烟的排放。过多的油孔则由于贯穿度不足和油束的干扰而影响效果[4]。燃烧室内的涡流越强,则喷孔数可少一些;反之则喷孔数要多一些。经过试验分析比较,选定了6孔喷油器为CA4D32-12首选方案。2)、喷油器孔径。在孔数为6孔的前提下,研究了喷油器孔径对排放的影响,孔径不同即有效喷射面积不同,对喷油压力和喷油持续期有着重要的影响。经过匹配比较,优选的孔径为(0.21mm。3)、喷油器喷孔夹角。喷油器喷孔夹角直接影响到油束与燃烧室相对位置,气缸内气流的运动分布非常复杂,活塞的往复运动,影响着油束的落点及喷雾在燃烧室中的分布,从而产生不同的燃烧效果,影响发动机的性能。通过试验匹配研究,优选的喷孔夹角为152度。4)、喷油器启喷压力。适当地提高启喷压力,能使初期喷入气缸的燃油在较高的压力下喷入,较快的将燃油喷入气缸,缩短燃油喷射持续期,形成晚开早关的局面。可以改善燃烧,降低碳烟排放量。基于可靠性要求,启喷压力不能太高,否则将影响到怠速的稳定<WP=56>性。选定的启喷压力为22MPa.5)、静态供油提前角是柴油机最重要的可调参数。一般来说,静态供油提前角增加,则滞燃期加长,在滞燃期内的喷油量占循环喷油量分量增加,相应地使预混合燃烧的燃油量占循环喷油量的分增加,而扩散燃烧的燃油量占循环喷油量减少,经济性更好。基础静态提前角为6(CA。6)、喷油泵。提高燃油喷射压力,有助于着火后喷入气缸的燃油和空气的混合,降低扩散燃烧阶段的碳烟形成。7) 机油耗对排放的影响直接体现在颗粒排放量上,通过工艺及结构上的改进,缸孔变形以及活塞型线及活塞环进一步进行了改进,使得机油燃油比达到了0.2%左右,满足了机油耗开发的目标要求,为达到理想的颗粒排放量提供了基础和保障。经过大量的匹配对比试验,定型的喷油器为6孔,直径为(0.21mm,喷孔夹角为152度,启喷压力为22MPa。静态供油前角为6(CA 。喷油泵为柱塞直径为10.5mm,凸轮升程为10mm.机油耗水平为:机油燃油比接近0.2%。CA4D32-12样机排放满足欧2排放法规,并为生产留有足够的裕度。二、无压力室及小压力室结构的喷油器,由于结构不同对排放及性能有一定的影响。通过两种结构的喷油器喷嘴内的三维CFD模拟流动计算,计算是以多相流稳态方式进行的。对计算结果分析了两种结构喷油器在流量系数和各孔流量均匀性上的差别。在结构尺寸和加工工艺相同的条件下,试制了两种结构喷油器的试验样件并对其进行了13工况排放试验研究。通过计算及试验研究,结论如下:1、小压力室结构喷油器流量系数要大于无压力室结构。2、喷孔流量的均匀性方面,小压力室结构喷油器好于无压力室结构。3、在HC排放上,无压力室喷油器有着明显的优势。4、在相同的试验条件下,13工况NOX排放量相对无压力室结构喷油器要高,燃油消耗率的优势明显。