第4期（总第231期） 2017年8月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
重型单缸柴油机燃烧过程强化研究
蔡忠周，李耀宗，李云广，张晓琴，黄云亮，李玉峰
（中国北方发动机研究所（天津），天津300400）
No 4(Serial No 231)
Aug2017
摘要：在1台排量为28L的单缸柴油机上，通过燃烧过程不断强化，将输出功率从73kW提高到150kW。
研究分为两个阶段：第一阶段通过提高进气压力、降低进气阻力、优化配气相位、优化喷油系统参数，将输出功率从 73kW提高到92kW；第二阶段采用了电控单体泵供油系统，并优化喷孔参数、进一步提高进气压力、降低进气温度、提高发动机转速，将输出功率提高到150kW。放热率分析结采表明：对于高强化燃烧过程，虽然预混和扩散燃烧阶段的放热速率大幅度增加，但其放热量占总放热量的比率下降，后燃阶段的放热比率显著增加。固此加强扩散燃烧阶段的放热速率仍然是高强化燃烧过程面临的主要问题。
关键词：柴油机；燃烧过程；优化设计
DOI:10 3969/j issn 1001-2222 2017 04 016
中图分类号：TK4112：
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2017)04-0078-06
近年来，车用柴油机的强化程度越来越高，采用更高压力的喷油系统和增压系统来优化燃烧过程，是提高功率密度的主要途径。大众2010年开发的 4缸2.0L商用车TDI柴油机1,采用二级涡轮增压和180MPa共轨燃油喷射系统，在最高燃烧压力 18MPa和4000r/min转速下，实现了升功率 66kW/L：随后又于2015年进行了包括增压和喷油在内的燃烧技术优化,开发了升功率为88kW/L的强化机型3」。宝马BMW740D6缸3.0L柴油机，采用二级涡轮增压，200MPa喷油压力，在转速 4500r/min时升功率达到75kW/L3]。MTU公司开发的890系列柴油机（单缸排量1L），平均有效压力达26MPa，在转速4250r/min时升功率达到了92kW/L4。法国IFP公司在1台单缸排量为05L的单缸柴油机上，运用250MPa的喷油压力，在最高燃烧压力20MPa和转速4000r/min 下，实现了升功率90kW/LL5-6]。FEV在单缸排量为O4L的柴油机上开发了高效燃烧系统（HECS），在转速4800r/min时，实现了升功率105kW/L。
在当前材料和结构所允许的最高燃烧压力 18～20MPa条件下柴油机强化所能达到的升功率与排量有密切的关系，上述单缸排量为05L左右柴油机升功率能强化到80110kW，而单制量20L以上的柴油机强化所能达到的升功率很难
收稿日期：2017-03-10；修回日期：2017-07-25 基金项目：国家自然科学基金（51476151）
突破60kW/L。为了研究高强化柴油机的燃烧过程，满足未来重型车辆的装备需求，在1台排量为 28工的单缸柴油机上，通过燃烧过程强化，将功率输出从目前的73kW提高到150kW,升功率达到 53kW/L，成为我国同等排量下升功率最高的燃烧系统，满足专用特种柴油机在不同时期对燃烧过程的需求。本研究详细地论述了燃烧过程强化的技术措施和放热率分析。
发动机参数和技术路线
研究用发动机为1台单缸4冲程水冷直喷柴油机基本参数见表1。进气道为双螺旋进气道，在量大气升程为13mm时涡流比为22：高压油录为 zW机械泵，喷油速率为10mm°/（°）,最大喷油压力为75MPa：喷油器喷孔直径0.5mm，喷孔数 5个，喷油持续期为31°曲轴转角；燃烧室形状为浅
表1发动机基本参数
排量/L
标定转速/r·min-1 功率/kw
最高燃烧压力/MPa
燃油消耗率/g·（kw·h）-1
进气压力/MPa 排气温度/℃
作者简介：蔡忠周（1967—），男，研究员，主要研究方向内燃机燃烧过程研究;zhongzhou0213@sinacom，
28 2 200 73 13 230 90 ≤650