轻型车用柴油机高压共轨电控燃油系统优化及排放控制简析

　　摘 要：空气质量问题是目前各大城市需要重点解决的环境问题之一，因为其对打造宜居城市环境有非常重要的意义。对现阶段的城市空气环境做分析研究可知汽车尾气的大量排放对空气质量造成了显著的影响，因此在实践中为了改善大气质量，控制排放等措施的采取非常关键。对汽车尾气排放问题做综合讨论可知，要有效的控制排放，需要对柴油机尾气排放当中的碳烟和氮氧化物进行控制，电控高压共轨燃油系统在具体利用中可以有效的改善燃油的喷雾特性以及燃烧进程，在柴油器尾气控制方面发挥着重要的作用，所以文章就相关的内容进行分析，旨在为实践提供帮助与指导。

　　关键词：柴油机 高压共轨电控燃油系统 优化 排放控制

　　柴油機在社会应用实践中有诸多优势，比如功率密度大、热效率较高、耐久可靠、经济性好等，这些优势使得柴油机在轿车、机车、船舶等领域得到了广泛的应用。对柴油机的现实应用做分析可知在重型货车中，柴油机占据着主导地位，且在轻型车领域，其应用范围也在不断的扩大[1]。我国柴油机市场发展迅速，目前已经具有了非常大的规模。总结当前柴油机的具体应用发现其存在着非常显著的环境问题，比如与汽油机相比，柴油机排放的氮氧化物和颗粒物比较高。基于统计数据进行对比，大气中存在的氮氧化物和颗粒物，柴油机车的排放占比为70%和90%，所以在实践中，为了充分的发挥柴油机的优势，且要实现柴油机污染物排放控制，需要对柴油机的具体应用做分析，并针对实践采用合理的控制手段。

　　1 柴油机污染物排放机理分析

　　要在车辆尾气排放实践中实现污染物的控制，首先需要明确污染物的生成机理。就柴油机污染物排放分析来看，主要的污染物有一氧化碳、氮氧化物、碳氢产物以及颗粒物。不同的污染物产生机理不同，以下是具体的分析。

　　1)一氧化碳的生成[2]。在柴油机的应用实践中产生的一氧化碳实际是柴油在燃烧的过程中所生成的中间产物。柴油机的燃烧方式为扩散，所以会存在部分燃油和空气混合不充分的情况，这种情况下会出现局部过量空气系数小于1，这些过浓的混合气体因为缺氧，所以只能部分氧化，由此产生了中间产物一氧化碳。2)碳氢产物。柴油机所排放的碳氢产物主要由燃烧过程产生。对比分析汽油机运行过程排放的碳氢会发现柴油机运行过程中所排放的碳氢具有两个显著的特点，分别是分子量大和沸点高。对柴油机碳氢的具体排放做分析，其生成与喷油器的结构有很大的关系，与工况也有显著的联系。3)氮氧化物的生成。对柴油机排出的氮氧化物做总结可知其主要有一氧化氮和二氧化氮两种，其中占绝大多数的是一氧化氮。分析一氧化氮的具体来源可知空气当中的氮气与含氮有机物是主要来源。基于目前的研究资料可知，一氧化氮的具体生成主要有4种，分别是热力一氧化氮、顺发一氧化氮、燃油一氧化氮和二氧化氮生成的一氧化氮。4)颗粒物的生成[3]。对柴油机的燃烧过程进行分析可知颗粒物的生成主要是因为在燃烧的过程中存在着燃油和空气混合不均、局部过浓且高温缺氧的情况。对颗粒物的具体构成进行分析可知其有不可溶性有机物与可溶性有机物。

　　2 高压共轨电控燃油系统优化和排放控制

　　柴油机在应用的过程中产生的尾气会造成比较严重的大气污染，所以出于环境保护的目的，国家规定了柴油机污染排放的具体标准。基于具体标准，国内相关机构积极的展开了污染控制技术的研究，其中应用价值显著的便是高压共轨燃油喷射技术[4]。为了充分的发挥该技术优势，同时解决技术应用过程中可能潜在的问题，基于试验分析的方式对高压共轨电控燃油系统进行建设与优化，同时基于该系统强调污染排放控制，这于实践工作开展帮助巨大。

　　2.1 高压共轨电控燃油系统优化

　　柴油机的主要性能参数如表1所示，在高压共轨燃油控制系统的优化实践中，为了获取更好的优化结果，采用模拟计算和试验分析的方式做综合讨论。就模拟计算工作的具体开展来看，其主要的工作为：基于FIRE软件进行柴油机燃烧室模型的建设，在建设的过程中对其进行动网格的划分，然后在对比实验图的基础上对模型的准确性做验证。在试验中柴油机缸内的燃烧过程由燃空当量比、缸内压力以及缸内温度场的具体变化所反映，基于具体的变化反映对孔直喷和喷油正时对缸内混合气的形成、燃烧过程以及对柴油机的排放影响做具体分析。

　　基于试验获取数据进行分析可知：喷孔直径喷对缸内温度和压力有显著的影响。图1是喷孔直径对缸内温度和压力的影响曲线图。基于变化曲线做分析可知喷孔直径越小的时候，缸内燃烧的压力和温度的峰值會越高。基于这种情况做原因分析可知，当喷油量保持固定的时候，喷油孔径越小，燃油喷雾会越细，此时所射出的油粒越小[5]。在试验中对喷油进行提前，发现喷油提前延长滞燃期后缸内的压力和温度会逐渐的增大，这样一来，压力的温度的峰值会提前出现。延迟喷油会降低缸内的温度，这对于氮氧化物的排放减少有积极的意义。基于上述的分析可知在总喷油量一定的情况下增大后喷油量，缸内的压力峰值会出现下降情况，缸内的温度值也会出现下降。但是最终的排温升高，主燃放热率峰值略微下降，然后燃放热率峰值也会下降。在增大主——后喷油间隔角的时候缸内的压力峰值会出现稍稍下降的局面，此时后燃阶段的温度会减小，所以后燃达到放热率峰值的时刻会推迟，其峰值会出现明显的下降情况。

　　2.2 排放控制

　　基于试验对喷油器的匹配试验和燃油喷射系统的部分参数进行优化，通过试验对比可知，燃油器喷孔直径、油嘴的伸出量、轨压、主喷正时、后喷量以及主-后喷间隔角等参数对试验柴油机的排放和燃油经济性有显著的影响，且试验结果为实践中的柴油机性能优化提供了多方面的参考内容。基于具体的试验结果来看，在喷孔的直径增大到特定值的时候柴油机的氮氧化物排放量会有显著的减少，但是其余的污染物，比如颗粒物、一氧化碳等会有显著的增加。基于此，为了让各种污染物的排放均达到理想的状态，需要对喷孔的直径做折中分析。对不同油嘴伸出量下柴油机外特性烟度和燃油消耗率做分析可知喷油嘴的伸出量为3.03mm时最为合适[6]。试验表明，轨压较大的时候能够降低烟度以及燃油消耗率，而且在主喷正时推迟的情况下，氮氧化物的排放会显著降低。需要注意的是在后喷油量明显增加的情况下氮氧化物的排放量有所降低，不过燃油的消耗率会显著的增大，此时的一氧化碳、碳氢和烟度排放会呈现先降低后上升的趋势。基于单次喷射对比结果可知，采用后喷射方式，氮氧化物和烟度的排放会明显降低，不过后喷射方式会导致燃油消耗增加。基于此，采用合理的后喷射参数实现柴油机燃油消耗率的折中优化。

　　3 结束语

　　综上所述，柴油机在应用的过程中会产生大量的污染物，这些污染物对空气质量的影响是显著的，所以基于污染控制目标对污染排放进行控制意义显著。通过模拟仿真和实验分析的方式对柴油机高压共轨电控燃油系统优化以及排放问题做具体分析，明确系统优化的方向和排放控制的具体措施，这于实践工作开展指导意义显著。

　　参考文献：

　　[1]程盈盈，涂承.水温对高压共轨柴油机起动控制策略[J].商情，2019，000(025)：189.

　　[2]张秀梅，振乾.柴油机电控高压共轨燃油系统概论[J].农业技术与装备，2020，No.364(04)：42-44.

　　[3]彭陈. 船舶电控柴油机燃油系统研究[J].广州航海学院学报，2019，027(001)：P.50-53.

　　[4]张伟，刘俞江，刘晓斌.电控柴油机高压共轨管研究现状分析[J].福建质量管理，2019，11(22).

　　[5]战兴锐，孙玲玲，韦克应，等.电控高压共轨系统的优化匹配和应用[J].内燃机与动力装置，2019，036(005)：61-67.

　　[6]马勇，解亮，南出勇.高轨压燃烧系统对车用柴油机性能及排放的影响研究[J].汽车技术.2020，000(001)：44-47.

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