YC6112Z_LQ柴油机排放控制技术与参数优化试验研究
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摘要
课题的提出
随着全球经济、技术的发展，社会的不断进步，汽车需求量和保有量逐年增加，因而产生了两个突出的问题：一是增大了石油资源消耗量,缩短了能源枯竭的时间，二是汽车尾气排放出的污染物增多，给人类和生物带来危害。目前，这两大问题在世界范围内得到广泛的关注和重视。车用发动机的节能与排放技术是内燃机研究的重要课题。
YC6112柴油机是广西玉柴机器股份有限公司生产的主导产品，在国内重型车和大型客车市场上占有很高比率。为了适应越来越严格的汽车排放法规的要求，开展YC6112柴油机排放控制技术研究，对提高该产品的技术水平，增强市场竞争力具有重要的意义。
二、课题的基本思路
本课题在不改变整机其它性能参数和主要结构的前提下，对YC6112柴油机喷油泵、喷油嘴、供油提前角、不同增压器、不同燃烧室结构进行了优化试验研究，获得了最佳匹配方案，使得YC6112柴油机排放性能得到了明显的改善。
三、主要研究内容
不同燃烧室结构影响柴油机排放的对比试验，确定较优的燃烧室结构；
不同型号的增压器影响柴油机排放的对比试验，确定较优的增压器型号；
中冷器的选取；
不同供油提前角影响柴油机排放的对比试验，确定较优的供油提前角；
不同喷油器影响柴油机排放的对比试验，确定最优的喷油器结构参数；
实现以上控制措施的最佳匹配。
四、试验方案
表２-4试验方案表
方案
增压器
喷油泵
油嘴
启喷压力
凸出高度
供油提前角
燃油
缸套珩磨工艺
冷却
进气因素
1
TBP4
0.99
2
WHIE
1.02
3
重庆P3000
P528
1.03
4
重庆P3000
P6246
0.97
5
BoschP3000
P6246
1.05
6
26MPa
1.02
7
28MPa
0.99
8
3.9mm
1.03
9
4.5mm
0.98
10
4.9mm
1.01
11
3℃A
1.03
12
5℃A
0.99
13
7℃A
1.04
14
0#
1.02
15
标准油
1.03
16
茂名油
1.01
17
原工艺
0.97
18
改进工艺
0.99
19
主轴承座上喷嘴
1.02
20
主油道引出喷嘴
1.04
五、试验结果分析
1、燃烧室结构形状对排放的影响
三种燃烧室的主要差别在于：
1) 压缩比分别为Ⅰ：16.5、Ⅱ：17.0、Ⅲ：17.5；
2) 喉口直径与气缸直径之比不同，分别为Ⅰ：56.2/110、Ⅱ：53/110、Ⅲ：55/110；
3）燃烧室内中间凸起的锥角不同，分别为20o、30o、20o；
通过试验，采用方案Ⅱ燃烧室的燃油消耗率和排放指标较其它两方案好。
2、活塞冷却效果的影响
在试验研究中，作者改进了机油喷嘴的结构，提高了对活塞的冷却效果，显著降低了NOx排放。原设计是通过主轴承座上的机油喷嘴来保证对活塞底部进行冷却及对缸套润滑，但当活塞上行到气缸上部时，喷嘴喷出的机油未能冷却到活塞。为使活塞得到更大程度的冷却，改进后的机油喷嘴从主油道引出，喷射方向由斜向喷射改为垂直对着活塞底部喷射，保证了活塞在整个行程中都能得到冷却。
3、增压对NOx/PT的影响
本试验选用两种增压器，即上海联信TBP4增压器和无锡WHIE增压器。从两种增压器与YC6112ZQ型柴油机匹配的特性曲线图可知，YC6112ZQ的外特性空气流量曲线基本上落在无锡WHIE增压器的高效率区，而且远离喘振区，配合较好，而配上海联信TBP4增压器时，增压器效率则低些。试验结果表明，配无锡WHIE增压器时的NOX比排放量低于配上海联信TBP4增压器时的NOX比排放量。而对比这两种增压器对烟度、燃油经济性影响，差别并不明显。采用无锡WHIE增压器后，NOX比排放量下降20%，PT下降53%。
4、中冷对NOx /PT的影响
YC6112ZQ柴油机采用增压中冷后，NOx和PT排放量均有较大幅度的下降。从燃烧分析可知，中冷后，燃烧持续角加大，最大压升比降低，排温下降，燃油消耗降低，柴油机工作柔和。试验表明，进气温度下降10℃，NOx比排放量可下降约4%。
5、燃油喷射系统参数变化对NOx/PT的影响
1）供油提前角的影响
在YC6112ZLQ上，试验了３℃A，５℃A，7℃A三种供油提前角对排放及油耗的影响。结果表明，随供油提前角的减小，气缸最大爆发压力降低，NOx排放量下降，碳烟、油耗上升。供油提前角从7℃Ａ降到５℃Ａ，扭矩点ＮOx浓度下降7％，比油耗上升约３%，标定工况点ＮOx浓度下降８%，比油耗上升４％；提前角从５℃Ａ降到３℃Ａ，扭矩点ＮOx浓度下降６％，比油耗上升３％，标定工况点ＮOx浓度下降７％，比油耗上升２.３％。
2）油嘴孔径、数目的影?
1. The Origin of Subject
With the development of the world economy and technology and the advancement of society, the demand and possession of automobile have increased year by year, as a result produced two outstanding problems: the first is the wastage of petroleum resources have increased, shortened the dried up time of energy sources; the second is the emission of automobile have increased, which disserve human being and nature. At present, these two problems have been broadly noticed and regarded in the whole world. Economizing sources and emission technology of engine used for car is important origin in internal-combustion engine disquisition study.
YC6112 diesel engine is primary product of Yuchai Machinery Co.,Ltd, which possess high rate in domestic Heavy duty vehicle and passenger-carrying market. For adopting stricter and stricter automobile emission regulation, it has important meaning of advancing technical level and building up market compete ability of the product. To unfold technology disquisition of YC6112 diesel engine
2. Basal Way of Subject
The subject progress optimize test disquisition for injection pump, nozzle, fuel feed timing advance angle, differ supercharger and differ combustion chamber configuration of YC6112 diesel engine without change other capability parameter and primary configuration. We acquire the best matching project which clearly improve emission of YC6112 diesel engine.
3. Primary disquisition matter
Compare test of different combustion chamber impacting emission of diesel, select the better combustion chamber configuration;
Compare test of different type supercharger impacting emission of diesel, select the better type supercharger;
Selection of intercooler;
Compare test of different fuel feed timing advance angle impacting emission of diesel, select the better petrol feed timing advance;
Compare test of different oil atomizer impacting emission of diesel, select the best parameter of oil atomizer;
The best matching which can realize the above control measure.
4. Test project
see table1
5. Analyze of the Result of Test
1. Influence of emission by differ combustion chamber
the primary contrast of three kinds of combustion chamber are:
The compression ratio are：Ⅰ：16.5；Ⅱ：17.0；Ⅲ：17.5
The ratio of throat diameter and cylinder diameter is different, such as: Ⅰ：56.2/110、Ⅱ：53/110、Ⅲ：55/110；
The middle raise taper angle in combustion chamber is different, such as: 20o、30o、20o；
By test, The rate of fuel consumption and emission index of project Ⅱ is better than others.
2. Influence of piston’s cool effect
In the test disquisition, the author improved the configuration of oil nozzle, advanced the cool effect for piston, decreased emission of NOx. evidently In the former design, the cool of the piston bottom and the lubricate of cylinder sleeve are assured by the oil injector on the main shaft bearing, but when piston moved up to the top of cylinder, oil which nozzle ejected didn’t refrigerate the piston. For better refrigerating the piston, the improved oil nozzle eject from main oil gallery. Belch direction change from tilted to perpendicularly eject piston bottom. Assuring refrigerate the piston in all process.
3. Influence of NOx/PT by supercharger
The test selected two kinds of supercharger. They are Shanghai Lianxin TBP4 supercharger and Wuxi WHIE supercharger. From the characteristic graph which is two kind of supercharger tone YC6112Q diesel we can know that full load characteristic air flux curve of YC6112Q diesel basically drop into the high efficiency area of Wuxi WHIE supercharger, and that apart from surge area, and well matched. When the diesel tone Shanghai Lianxin TBP4 supercharger, the efficiency is lower. The test results indicate that the NOx ratio emission of Wuxi WHIE supercharger is less than Shanghai Lianxin supercharger. Comparing with these two superchargers, the difference of the smoke intensity and fuel economy are not obvious. While using Wuxi WHIE, ratio emission of NOx fall 20% and
随着全球经济、技术的发展，社会的不断进步，汽车需求量和保有量逐年增加，因而产生了两个突出的问题：一是增大了石油资源消耗量,缩短了能源枯竭的时间，二是汽车尾气排放出的污染物增多，给人类和生物带来危害。目前，这两大问题在世界范围内得到广泛的关注和重视。车用发动机的节能与排放技术是内燃机研究的重要课题。
YC6112柴油机是广西玉柴机器股份有限公司生产的主导产品，在国内重型车和大型客车市场上占有很高比率。为了适应越来越严格的汽车排放法规的要求，开展YC6112柴油机排放控制技术研究，对提高该产品的技术水平，增强市场竞争力具有重要的意义。
二、课题的基本思路
本课题在不改变整机其它性能参数和主要结构的前提下，对YC6112柴油机喷油泵、喷油嘴、供油提前角、不同增压器、不同燃烧室结构进行了优化试验研究，获得了最佳匹配方案，使得YC6112柴油机排放性能得到了明显的改善。
三、主要研究内容
不同燃烧室结构影响柴油机排放的对比试验，确定较优的燃烧室结构；
不同型号的增压器影响柴油机排放的对比试验，确定较优的增压器型号；
中冷器的选取；
不同供油提前角影响柴油机排放的对比试验，确定较优的供油提前角；
不同喷油器影响柴油机排放的对比试验，确定最优的喷油器结构参数；
实现以上控制措施的最佳匹配。
四、试验方案
表２-4试验方案表
方案
增压器
喷油泵
油嘴
启喷压力
凸出高度
供油提前角
燃油
缸套珩磨工艺
冷却
进气因素
1
TBP4
0.99
2
WHIE
1.02
3
重庆P3000
P528
1.03
4
重庆P3000
P6246
0.97
5
BoschP3000
P6246
1.05
6
26MPa
1.02
7
28MPa
0.99
8
3.9mm
1.03
9
4.5mm
0.98
10
4.9mm
1.01
11
3℃A
1.03
12
5℃A
0.99
13
7℃A
1.04
14
0#
1.02
15
标准油
1.03
16
茂名油
1.01
17
原工艺
0.97
18
改进工艺
0.99
19
主轴承座上喷嘴
1.02
20
主油道引出喷嘴
1.04
五、试验结果分析
1、燃烧室结构形状对排放的影响
三种燃烧室的主要差别在于：
1) 压缩比分别为Ⅰ：16.5、Ⅱ：17.0、Ⅲ：17.5；
2) 喉口直径与气缸直径之比不同，分别为Ⅰ：56.2/110、Ⅱ：53/110、Ⅲ：55/110；
3）燃烧室内中间凸起的锥角不同，分别为20o、30o、20o；
通过试验，采用方案Ⅱ燃烧室的燃油消耗率和排放指标较其它两方案好。
2、活塞冷却效果的影响
在试验研究中，作者改进了机油喷嘴的结构，提高了对活塞的冷却效果，显著降低了NOx排放。原设计是通过主轴承座上的机油喷嘴来保证对活塞底部进行冷却及对缸套润滑，但当活塞上行到气缸上部时，喷嘴喷出的机油未能冷却到活塞。为使活塞得到更大程度的冷却，改进后的机油喷嘴从主油道引出，喷射方向由斜向喷射改为垂直对着活塞底部喷射，保证了活塞在整个行程中都能得到冷却。
3、增压对NOx/PT的影响
本试验选用两种增压器，即上海联信TBP4增压器和无锡WHIE增压器。从两种增压器与YC6112ZQ型柴油机匹配的特性曲线图可知，YC6112ZQ的外特性空气流量曲线基本上落在无锡WHIE增压器的高效率区，而且远离喘振区，配合较好，而配上海联信TBP4增压器时，增压器效率则低些。试验结果表明，配无锡WHIE增压器时的NOX比排放量低于配上海联信TBP4增压器时的NOX比排放量。而对比这两种增压器对烟度、燃油经济性影响，差别并不明显。采用无锡WHIE增压器后，NOX比排放量下降20%，PT下降53%。
4、中冷对NOx /PT的影响
YC6112ZQ柴油机采用增压中冷后，NOx和PT排放量均有较大幅度的下降。从燃烧分析可知，中冷后，燃烧持续角加大，最大压升比降低，排温下降，燃油消耗降低，柴油机工作柔和。试验表明，进气温度下降10℃，NOx比排放量可下降约4%。
5、燃油喷射系统参数变化对NOx/PT的影响
1）供油提前角的影响
在YC6112ZLQ上，试验了３℃A，５℃A，7℃A三种供油提前角对排放及油耗的影响。结果表明，随供油提前角的减小，气缸最大爆发压力降低，NOx排放量下降，碳烟、油耗上升。供油提前角从7℃Ａ降到５℃Ａ，扭矩点ＮOx浓度下降7％，比油耗上升约３%，标定工况点ＮOx浓度下降８%，比油耗上升４％；提前角从５℃Ａ降到３℃Ａ，扭矩点ＮOx浓度下降６％，比油耗上升３％，标定工况点ＮOx浓度下降７％，比油耗上升２.３％。
2）油嘴孔径、数目的影?
1. The Origin of Subject
With the development of the world economy and technology and the advancement of society, the demand and possession of automobile have increased year by year, as a result produced two outstanding problems: the first is the wastage of petroleum resources have increased, shortened the dried up time of energy sources; the second is the emission of automobile have increased, which disserve human being and nature. At present, these two problems have been broadly noticed and regarded in the whole world. Economizing sources and emission technology of engine used for car is important origin in internal-combustion engine disquisition study.
YC6112 diesel engine is primary product of Yuchai Machinery Co.,Ltd, which possess high rate in domestic Heavy duty vehicle and passenger-carrying market. For adopting stricter and stricter automobile emission regulation, it has important meaning of advancing technical level and building up market compete ability of the product. To unfold technology disquisition of YC6112 diesel engine
2. Basal Way of Subject
The subject progress optimize test disquisition for injection pump, nozzle, fuel feed timing advance angle, differ supercharger and differ combustion chamber configuration of YC6112 diesel engine without change other capability parameter and primary configuration. We acquire the best matching project which clearly improve emission of YC6112 diesel engine.
3. Primary disquisition matter
Compare test of different combustion chamber impacting emission of diesel, select the better combustion chamber configuration;
Compare test of different type supercharger impacting emission of diesel, select the better type supercharger;
Selection of intercooler;
Compare test of different fuel feed timing advance angle impacting emission of diesel, select the better petrol feed timing advance;
Compare test of different oil atomizer impacting emission of diesel, select the best parameter of oil atomizer;
The best matching which can realize the above control measure.
4. Test project
see table1
5. Analyze of the Result of Test
1. Influence of emission by differ combustion chamber
the primary contrast of three kinds of combustion chamber are:
The compression ratio are：Ⅰ：16.5；Ⅱ：17.0；Ⅲ：17.5
The ratio of throat diameter and cylinder diameter is different, such as: Ⅰ：56.2/110、Ⅱ：53/110、Ⅲ：55/110；
The middle raise taper angle in combustion chamber is different, such as: 20o、30o、20o；
By test, The rate of fuel consumption and emission index of project Ⅱ is better than others.
2. Influence of piston’s cool effect
In the test disquisition, the author improved the configuration of oil nozzle, advanced the cool effect for piston, decreased emission of NOx. evidently In the former design, the cool of the piston bottom and the lubricate of cylinder sleeve are assured by the oil injector on the main shaft bearing, but when piston moved up to the top of cylinder, oil which nozzle ejected didn’t refrigerate the piston. For better refrigerating the piston, the improved oil nozzle eject from main oil gallery. Belch direction change from tilted to perpendicularly eject piston bottom. Assuring refrigerate the piston in all process.
3. Influence of NOx/PT by supercharger
The test selected two kinds of supercharger. They are Shanghai Lianxin TBP4 supercharger and Wuxi WHIE supercharger. From the characteristic graph which is two kind of supercharger tone YC6112Q diesel we can know that full load characteristic air flux curve of YC6112Q diesel basically drop into the high efficiency area of Wuxi WHIE supercharger, and that apart from surge area, and well matched. When the diesel tone Shanghai Lianxin TBP4 supercharger, the efficiency is lower. The test results indicate that the NOx ratio emission of Wuxi WHIE supercharger is less than Shanghai Lianxin supercharger. Comparing with these two superchargers, the difference of the smoke intensity and fuel economy are not obvious. While using Wuxi WHIE, ratio emission of NOx fall 20% and
引文
[1] 周龙保．内燃机学．北京．机械工业出版社，1994年第一版
[2] 李勤．现代内燃机排气污染物的测量与控制．机械工业出版社，1998.121.
[3] 梁桂森，顾宏中，邬静川．直喷式柴油机排放控制策略．车用发动机，1996.5
[4] 冯国胜，吴文江，赵金生等．汽车发动机排放污染分析及对策．车用发动机．1997.4
[5] 李兴虎编著．汽车排气污染与控制．北京．机械工业出版社，1999年第一版
[6] 李东江，练红根，宋国洪等．影响柴油机排放的基本因素．小型内燃机，1997.1
[7] Walsh MP．柴油机排放控制的全球趋势---1997年最新评述．国外内燃机，1998.5。2
[8] 秦文新，程熙，叶蔼云．汽车排气净化与噪声控制．人民交通出版社，1999年第1版
[9] 徐凯等．发动机排气污染物控制技术及发展趋势．车用发动机，1998.12。
[10] GB17691-1999，压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法．国家质量技术监督局，1999.3
[11] 许拔民．国外汽车排放技术发展．国外汽车工业技术发展概况，1999.12
[12] Herzog P L 等．降低直喷式柴油机NOx的对策．国外内燃机，1994.4
[13] 顾宏中．柴油机工作过程．北京．国防工业出版社，1987.12第一版
[14] 沈捷，胡平，李金印．YC6108ZQ型车用柴油机的开发．汽车技术，2000第10期
[15] 段树林，吕林，吴锦翔等，2100型柴油机采用四角形缩口ω燃烧室燃烧系统的研究，农业机械学报，1999（7）
[16] 段树林，李品芳，21356型柴油机采用紊流型燃烧室的研究1998（4）
[17] 宫长明，谭满志，低排放的直喷式柴油机燃烧室形状的研究，农业机械学报，1999（1）
[18] 李继军，武得钰，周龙保等，点燃式发动机碗形燃烧室得试验研究，西安交通大学
学报，1997（6）
[19] 黄刚，李得桃，夏兴兰等，改善涡流室柴油机燃烧室结构降低排放研究，燃烧科学与技术，2000（1）
[20] 楼狄明，张宁宁，王礼丽等，喷油器的改进对球形燃烧室柴油机排放的影响，车用发动机，2002（12）
[21] 段树林，陈刚，辛颖等，燃烧室形状对柴油机燃烧及排放影响的试验研究，2002（8）
[22] 李言明，程铁仕，直喷柴油机燃烧室匹配性能研究，山东内燃机，2001（2）
[23] 张兆合，刘忠长，闫淑芳等，用喷气式可变涡流进气系统改善柴油机的排放性能，内燃机学报，1999（4）
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[26] 吴建，杜发荣，钱程，燃烧室结构对柴油机经济性和排放的影响，1994（6）
[27] 段树林，吕林，肖进，燃烧室形状对105型柴油机缸内气体流动和排放特性的影响，农业机械学报，2000（7）
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[32] 周玉明，包玉清．探讨车用内燃机等增压技术（一）．内燃机，20003
[33] 周玉明，包玉清．探讨车用内燃机等增压技术（二）．内燃机，2000.3
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