0 引言

隨著環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放和油耗提出了越來(lái)越高的要求，如何在滿足排放的前提下降低油耗一直是發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域研究的主題

。目前國(guó)六柴油機(jī)采用的技術(shù)路線主要為高軌壓+EGR+DOC+DPF+SCR，其中EGR為廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，DOC為氧化型催化器，DPF為顆粒捕集器，SCR為選擇性催化還原。為提高后處理的可靠性，必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)原機(jī)進(jìn)行優(yōu)化匹配以降低原排

。提高共軌噴油器噴射壓力和流量是降低排放和油耗的有效措施，它們均可縮短噴油持續(xù)期和燃燒持續(xù)期，加快擴(kuò)散燃燒速度，使發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的最高燃燒壓力、最高燃燒溫度和放熱率都明顯增加

。高噴射壓力對(duì)改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗和排氣煙度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率是有效的，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)NOx排放的增加，需要用高EGR率降低NOx原排；大噴射流量可降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗，但排氣煙度會(huì)增加，需要用高軌壓來(lái)降低煙度

。

本文基于某重型13L發(fā)動(dòng)機(jī)，研究了共軌噴油器噴射壓力及流量?jī)蓚€(gè)關(guān)鍵因素對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油耗及煙度的影響規(guī)律，為發(fā)動(dòng)機(jī)匹配高噴射壓力及大流量噴油器提供了一定的技術(shù)指導(dǎo)。

1 理論研究

噴油器油嘴流量的理論計(jì)算公式如下：

其中，

為流量系數(shù)；

為節(jié)流孔徑；

為柴油密度；Δ

：為壓差，近似等于噴射壓力。

課后延伸環(huán)節(jié)則可以將在線學(xué)習(xí)平臺(tái)和微信群相結(jié)合，同時(shí)設(shè)計(jì)線上和線下作業(yè)。線上作業(yè)力圖引導(dǎo)學(xué)生的總結(jié)、反思和自我建構(gòu)，而線下作業(yè)盡量實(shí)物化或者增加趣味性。讓成人學(xué)生通過(guò)微信群分享線下作業(yè)的作品和成果，以展示自我和獲取關(guān)注，從而提升自我成就感。

盧一平說(shuō),只有一個(gè)辦法,折衷,也準(zhǔn)也不準(zhǔn)。你按他的膽碼買單選組選,就不準(zhǔn)。你按他的買單號(hào),就發(fā)現(xiàn)很準(zhǔn)了。

第二步需要不斷激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的意識(shí)，灌輸 學(xué)生努力拼搏的精神，人常說(shuō)“人窮志不窮”就是 這個(gè)道理。資助工作者對(duì)貧困學(xué)生進(jìn)行積極正確 的引導(dǎo)，幫助學(xué)生確立正確的價(jià)值觀。此外，通過(guò)一些鮮活的例子，幫助貧困學(xué)生樹立良好的學(xué)習(xí) 榜樣，讓學(xué)生以榜樣的事跡為榮，從而帶動(dòng)整個(gè)貧 困生行為的轉(zhuǎn)變。各班級(jí)的輔導(dǎo)員需要和貧困學(xué) 生打成一片，及時(shí)的了解學(xué)生的思想動(dòng)態(tài)和生活 情況，有針對(duì)性的為貧困學(xué)生創(chuàng)造一些鍛煉的機(jī) 會(huì)，讓貧困學(xué)生不斷的接受社會(huì)的正能量，增加自 己的自信心。

他們都是獲得非凡成就的杰出人物，成功的關(guān)鍵就是為自己偷來(lái)了寶貴的時(shí)間，而時(shí)間就是生命，時(shí)間充裕了，干事業(yè)的機(jī)會(huì)和空間也大大增加了，再加上合適的方法和正確的目標(biāo)，人生成功的大門自然也就不難推開了。

特定噴射壓力下噴油器流量與標(biāo)準(zhǔn)流量的關(guān)系如下：

提高噴射壓力，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷、噪聲、NOx會(huì)增加，為滿足排放法規(guī)要求，必須同步提高EGR率來(lái)降低NOx，隨著EGR率的提高，燃燒相位后移，缸內(nèi)燃燒速度變慢，油耗會(huì)增加。另外，高的EGR率也會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)泵氣損失增加，油耗進(jìn)一步惡化。因此，噴射壓力并非越高越好，需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化選擇最優(yōu)的噴射壓力。

圖1為不同噴射壓力下的噴霧形狀，可以看出，提高噴射壓力，可以提高油霧在缸內(nèi)的貫穿距，同時(shí)提升缸內(nèi)油氣混合過(guò)程。

2 試驗(yàn)裝置及方案

2.1 試驗(yàn)裝置

噴油器采用方案1，在工況點(diǎn)1，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1200 r/min，75%負(fù)荷，采集DOE數(shù)據(jù)，EGR率變化范圍為15%～19%，過(guò)量空氣系數(shù)變化范圍為1.44～1.61，從圖1可以總結(jié)出提高噴射壓力對(duì)油耗和煙度的影響：(1)提高噴射壓力，油耗率升高，最佳油耗點(diǎn)的噴射壓力在150MPa，相比250MPa油耗降低2g·(kW·h)

，這是由于提高噴射壓力，一方面可縮短噴油持續(xù)期、著火滯燃期和燃燒持續(xù)期，加速擴(kuò)散燃燒期內(nèi)的油氣混合，明顯加快擴(kuò)散燃燒速度，使發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的最高燃燒壓力、最高燃燒溫度和放熱率都明顯增加；另一方面噴射壓力提高，油束在缸內(nèi)的貫穿距離增加，導(dǎo)致傳熱損失增大，熱效率降低。綜合兩方面因素，在低速區(qū)提高噴射壓力，對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率，提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率是有效的。(2)提高噴射壓力，煙度降低明顯，在NOx排放為6.4 g·(kW·h)

時(shí)，250MPa相對(duì)150MPa煙度低0.13FSN，降低43%，隨著NOx排放增加，煙度降低幅度減少，這是由于提高噴射壓力，油束在缸內(nèi)的貫穿距離增加，燃油霧化良好，同時(shí)改善了缸內(nèi)油氣混合過(guò)程，有利于燃燒，因此煙度降低。

2.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)工況見表4，在每個(gè)工況點(diǎn)下選擇130MPa～180MPa、200MPa、220MPa、250MPa四個(gè)軌壓，每個(gè)軌壓下，對(duì)提前角、EGR開度、電控放氣閥開度三個(gè)變參采用空間填充法進(jìn)行DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)，NOx范圍控制在(2 ～ 12)g·(kW·h)

。試驗(yàn)完成后，采用外包絡(luò)線擬合的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 噴射壓力影響

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)為某6缸增壓中冷電控高壓共軌柴油機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)路線為高軌壓+EGR+DOC+DPF+SCR，在發(fā)動(dòng)機(jī)本體上布置冷卻EGR系統(tǒng)和電控放氣閥增壓器，增壓器出口連接DOC，之后連接DPF、SCR和ASC(氨逃逸催化器)。發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表1所示，為對(duì)比充分，設(shè)計(jì)4種方案的噴油器，孔數(shù)有8孔、10孔兩種，油嘴噴霧錐角有151.7°、149°兩種，油嘴流量有1000 ml/30s@10MPa、1100 ml/30s@10MPa、1250 ml/30s@10MPa三種，噴油器油嘴詳細(xì)參數(shù)如表2。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)見表3。

其中，

為標(biāo)準(zhǔn)噴油器流量(mL/30s @10MPa)；

為噴射壓力

MPa下的噴油器流量(mL/30s @xMPa)。

（2）較大面積蜂窩：先鑿去蜂窩處薄弱松散的混凝土和突出的顆粒，沖洗干凈。用比原混凝土強(qiáng)度等級(jí)高一級(jí)的干硬性砂漿填補(bǔ)，避免因砂漿收縮形成裂縫與原混凝土結(jié)合不緊密。表面用水泥漿（水泥漿內(nèi)摻加純白乳膠漆和少量白水泥）抹平，確保修補(bǔ)材料牢固粘結(jié)，無(wú)明顯痕跡與原混凝土色澤相近。

在工況點(diǎn)3，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1800 r/min，100%負(fù)荷，采集DOE數(shù)據(jù)，EGR率變化范圍為24%～26%，過(guò)量空氣系數(shù)變化范圍為1.36～1.38，從圖3可以看出：(1)在高速高負(fù)荷區(qū)，能實(shí)現(xiàn)高的EGR率，油耗隨著噴射壓力的升高而降低，250MPa比200MPa油耗降低1.7g·(kW·h)

；(2)煙度也是隨著噴射壓力的升高而降低，250MPa比200MPa降低0.5FSN。

在工況點(diǎn)2，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1500 r/min，100%負(fù)荷，采集DOE數(shù)據(jù)，EGR率變化范圍為23%～25%，過(guò)量空氣系數(shù)變化范圍為1.37～1.39，從圖2可以看出：(1)在較高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷區(qū)，固定截面增壓器能實(shí)現(xiàn)高的EGR率，最低油耗需求噴射壓力增加，噴射壓力在220MPa時(shí)油耗最低，相比185MPa油耗降低0.8g·(kW·h)

；(2)煙度也是隨著噴射壓力的升高而降低，250MPa比185MPa降低0.3FSN。

通過(guò)對(duì)上述公式分析，可以看出提高噴射壓力，可以提高實(shí)際工況點(diǎn)的噴油器流量，縮短噴油器持續(xù)期。同樣，提高標(biāo)準(zhǔn)噴油器流量，也可以提高實(shí)際工況點(diǎn)的噴油器流量，縮短噴油持續(xù)期。

3.2 噴射流量影響

噴油器采用方案2、方案3、方案4，三種方案噴油器油嘴參數(shù)只有流量不同，孔數(shù)和噴孔錐角一樣。在工況點(diǎn)1，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1200r/min，75%負(fù)荷，采集DOE數(shù)據(jù)，EGR率變化范圍為14.5%～19.2%，過(guò)量空氣系數(shù)變化范圍為1.47～1.67，從圖4可以總結(jié)出提高噴射流量對(duì)油耗和煙度的影響：(1)提高噴射流量，油耗率降低，最佳油耗點(diǎn)的油嘴流量為1250ml/30s，相比1000ml/30s油耗降低2g·(kW·h)

，這是由于噴油器油嘴流量增大，可縮短噴油持續(xù)期和燃燒持續(xù)期，加快擴(kuò)散燃燒速度，使發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的最高燃燒壓力、最高燃燒溫度和放熱率都明顯增加，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率提高；(2)油嘴流量增大，噴孔直徑變大，燃油霧化變差，導(dǎo)致煙度稍微增加，1250ml/30s流量比1000ml/30s增大0.01FSN。

在工況點(diǎn)2，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1500 r/min，100%負(fù)荷，采集DOE數(shù)據(jù)，EGR率變化范圍為22.5%～23.4%，過(guò)量空氣系數(shù)變化范圍為1.34～1.36，從圖5可以看出：(1)油耗率也是隨著噴射流量的增加而降低，1250ml/30s流量比1000ml/30s油耗降低2.8g·(kW·h)

；(2)煙度在NOx為4.5g·(kW·h)

時(shí)，基本相當(dāng)，由于受EGR率的影響，趨勢(shì)不明顯。

在工況點(diǎn)3，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1800 r/min，100%負(fù)荷，采集DOE數(shù)據(jù)，EGR率變化范圍為19.3%～25.4%，過(guò)量空氣系數(shù)變化范圍為1.25～1.31，從圖6可以看出：(1)在NOx為3g·(kW·h)

時(shí)，1250ml/30s流量的油耗率最低，在NOx為5g·(kW·h)

時(shí)，三種流量的油耗基本相當(dāng)；(2)油嘴流量大，煙度基本上變差，由于受EGR率的影響，趨勢(shì)變得復(fù)雜。

4 結(jié)論

隨噴射壓力的提升，一方面噴油持續(xù)期變短，燃油霧化好，有利于油耗降低，另一方面?zhèn)鳠釗p失和油泵功耗增加，會(huì)導(dǎo)致油耗增加，因此就特定工況點(diǎn)而言噴射壓力對(duì)油耗的貢獻(xiàn)存在理論拐點(diǎn)，即存在最優(yōu)的噴射壓力，超過(guò)此最優(yōu)噴射壓力，油耗會(huì)有一定程度的劣化。每個(gè)工況點(diǎn)的最優(yōu)噴射壓力，隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況點(diǎn)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的提高而提高。就煙度而言，每個(gè)工況點(diǎn)下，隨噴射壓力的提升，煙度都存在降低的趨勢(shì)。隨噴油器油嘴流量的提升，每個(gè)工況點(diǎn)下，均有油耗降低、煙度裂化的趨勢(shì)。

綜合而言，(1)超高噴射壓力在高速高負(fù)荷區(qū)域具有一定的油耗優(yōu)勢(shì)，但其它區(qū)域未有油耗優(yōu)勢(shì)；(2)提高噴射壓力，煙度可明顯降低；(3)在高速高負(fù)荷區(qū)，提高噴射壓力，可得到油耗和煙度的雙重好處；(4)對(duì)低速低負(fù)荷區(qū)，采用超高噴射壓力不會(huì)帶來(lái)油耗的優(yōu)勢(shì)，采用大流量噴油器會(huì)有一定效果，但會(huì)帶來(lái)一定的煙度裂化；(5)噴射壓力及流量的綜合應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)降低油耗和煙度雙重目標(biāo)的關(guān)鍵。

[1]張光攀，陸海峰，李超，等. 進(jìn)氣VVT對(duì)低壓EGR汽油機(jī)油耗影響研究[J]. 內(nèi)燃機(jī)工程. 2017,38(5):102-107.

[2]侯玉晶. 高壓噴射對(duì)輕型柴油機(jī)噴霧、燃燒及排放的影響[D]. 長(zhǎng)春: 吉林大學(xué). 2016.

[3]呂志華，張英，張朝陽(yáng)，等. 軌壓和EGR率對(duì)柴油機(jī)性能的影響[J]. 內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置. 2018,35 (3):45- 48.

[4]周龍保. 內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 2018.

[5]HELMUT T, ALOIS D, THOMAS S, et.al. A study on operation fluid consumption for heavy duty diesel engine application using both, EGR and SCR [J]. SAE Technical Paper,2013.

[6]ZHAO Jinghua, HONG Wei, XIE Fangxi, et al. Study about effects of EGR and injection parameters on the combustion and emissions of high-pressure common-rail diesel engine [c]. 2010 2nd International Conference on Industrial Mechatronics and Automation, 2010:290-294.

[7]ANDREAS P, MAURICE S. A new approach to boost pressure and EGR rate control development for HD truck engines with VGT[C]. SAE Paper, 2002.