柴油机低温运行稳定性的喷射压力和喷油量耦合方法

技术领域

本发明属于柴油内燃机技术领域，具体涉及一种提高柴油机低温运行稳定性的喷射压力和喷油量控制方法。

背景技术

柴油机因其热效率高、动力输出能力强、可靠性好等优点，广泛应用于日常生活和军用装备的动力源。但其在极寒环境(大气温度低于-20℃)下运行时，易受制于不稳定着火和较大循环变动，同时有害排放增加。特别是由于低温下喷雾蒸发缓慢，油束撞壁后受到冷却作用，极大地增加了失火、间歇性着火、不完全燃烧等各种不稳定着火的概率。

通常认为，压缩上止点温度800K以上的高温工况下，喷射压力越高，如200MPa以上的超高压喷射，超雾化效果越好，从而有助于稳定着火和热效率提升。但实验结果表明，极寒环境下高喷射压力并不利于稳定着火，甚至极大地增加了失火概率。同时，喷射压力与喷油量存在强耦合效应，如高喷射压力常规喷油量下存在冷热火焰难于顺利转捩的现象。可见，极寒环境下需要确定适宜的喷射压力，同时配合调整喷油量来确保快速稳定着火，并获得较高的燃烧效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种柴油机低温运行稳定性的喷射压力和喷油量耦合方法，能够保证柴油机在大气温度低于-20℃的情况下快速稳定着火，且具有良好的燃烧效率。

柴油机低温运行稳定性的喷射压力和喷油量耦合方法，当大气温度低于-20℃时，随着压缩终了温度降低，采用降低向柴油机燃烧室供油时的喷射压力的同时增大喷油浓度的方法来确保柴油机着火和运行稳定。

进一步地，所述压缩终了温度为850K时，对应的喷射压力为80MPa，喷油量为10-20mg。

进一步地，所述压缩终了为800K时，对应的喷射压力为40MPa，喷油量为20-30mg。

进一步地，所述压缩终了温度低于800K时，对应的喷射压力小于40MPa，喷油量大于30mg。

进一步地，所述耦合方法适用于喷孔孔径为0.2mm以上、缸径为90mm以上、压缩比为13-18的重型柴油机。

有益效果：

1、本发明的耦合控制方法随着压缩终了温度降低，采用降低向柴油机燃烧室供油时的喷射压力的同时增大喷油浓度的方法来确保柴油机着火稳定，尽管喷油量对滞燃期的影响很小，但低温环境小喷油量工况下冷火焰阶段的混合气浓度降低，无法顺利向热火焰转捩，进而滞燃期大幅延长甚至只有微弱的冷火焰短暂持续后失火。因此，需要适度加大喷油量来确保冷热火焰的正常转捩，进而确保了柴油机着火稳定且燃烧效率高。

2、本发明的耦合控制方法在压缩终了温度为850K时，对应的喷射压力为80MPa，喷油量为10-20mg；温度在850K时，适度提高喷射压力到80MPa时可以有效缩短滞燃期，喷油量为10-20mg时即使油量较小着火也能触发，即有助于拓宽低温着火界限，上述两种条件结合后有助于柴油机快速着火且提高着火稳定性。

3、本发明的耦合控制方法在压缩终了温度为800K时，对应的喷射压力为40MPa，喷油量为20-30mg；此外，压缩终了温度低于800K时，对应的喷射压力小于40MPa，喷油量大于30mg；压缩终了温度越低，低压加浓喷射策略的必要性越强，能够有效拓展低温着火界限。

4、本发明的耦合方法适用于喷孔孔径为0.2mm以上、缸径为90mm以上、压缩比为13-18的重型柴油机；符合上述条件参数的柴油机结合低压加浓喷射策略共同作用后能够拓展着火界限和提高燃烧效率。

附图说明

图1为850K温度环境下喷射压力对火焰发展形态影响的示意图；

图2为800K温度环境下喷射压力对火焰发展形态影响的示意图；

图3为低温环境下喷油量对滞燃期影响的曲线图；

图4为喷射压力和喷油量联合效应下火焰的区域分布图；

图5为喷射压力和喷油量联合效应下火焰的图像；

图6为不同喷射压力、喷油量下着火区域分布图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种柴油机低温运行稳定性的喷射压力和喷油量耦合方法，当大气温度低于-20℃时，随着压缩终了温度降低，采用降低向柴油机燃烧室供油时的喷射压力的同时增大喷油浓度的方法来确保柴油机着火和运行稳定。下面以喷孔孔径为0.2mm以上、缸径为90mm以上、压缩比为13-18的重型柴油机为例，对本发明的耦合方法进行详细说明。

当压缩终了温度为850K时，对应的喷射压力为80MPa，喷油量为10-20mg。

当压缩终了为800K时，对应的喷射压力为40MPa，喷油量为20-30mg。

当压缩终了温度低于800K时，对应的喷射压力小于40MPa，喷油量大于30mg。

如附图1所示，柴油机在较高环境温度如850K时，适度提高喷射压力，如80MPa时，通过图中的火焰发展形态能够看出，通过提高燃油的喷射压力可以有效缩短滞燃期，如附图2所示，随着环境温度降低如800K时，通过图中的火焰发展形态能够看出，喷射压力应降低至40MPa才能确保稳定着火。

图3是低温环境下喷油量对滞燃期影响的曲线图，尽管较大喷油量范围时着火滞燃期几乎相同，但是小喷油喷射时冷热火焰转捩时长大幅增长，总体着火严重滞后且波动性极大，因此，需要适度加浓喷射来保证着火的稳定性。

如附图4和5所示，喷射压力和喷油量联合效应下实验面工况中存在两条着火界限，一条为黄焰区域和蓝焰区域之间的界限，一条为蓝焰区域和失火区域之间的界限。黄焰区域中能形成大团稳定的白黄色火焰；蓝焰区域中仅能形成小面积的微弱蓝色火焰；而失火区域中难以观测到火焰。随着喷射压力提高，在高(如50mg)、低(如20mg)喷油量下，分别为黄色火焰向蓝色火焰和蓝色火焰向失火转变。随着喷油量减小，在低(如40MPa)、高(如100MPa)喷射压力下，分别为黄色火焰向蓝色火焰和蓝色火焰向失火转变。

如附图6所示，不同着火区域转换边界取决于喷射压力和喷油量的耦合效应。喷射压力为40-60MPa时，喷油量大于黄色线指示油量时能形成黄色火焰、着火稳定，此时工况点位于第Ⅲ区域；喷油量大于蓝色线而低于黄色线指示油量时仅能形成微弱的蓝色火焰、着火不稳定，此时工况点位于第Ⅱ区域。

喷射压力40MPa时稳定着火所需要的最小喷油量为25mg，60MPa时增加到35mg。但更高喷射压力80-100MPa时，即使喷油量继续增大(如50mg)也无法形成黄色火焰而仅有蓝色火焰。喷射压力40-100MPa下，喷油量小于蓝色线指示油量时不能形成火焰，即失火，此时工况点位于第Ⅰ区域。随着喷射压力提高，临界着火所需要的最小喷油量近似线性增长。低喷射压力下即使油量较小着火也能触发，即有助于拓宽低温着火界限。喷油量10mg时40MPa喷射压力下着火不稳定，而喷油量35mg时即使喷射压力提高到60MPa也可以稳定着火，即大喷油量下可以适度提高喷射压力来优化着火和燃烧。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。