进气温度对高压共轨柴油机性能的影响研究
进气温度对高压共轨柴油机性能的影响研究[20191208101757]
摘要
世界人口的增长和经济的不断发展同时也带来了全球性的环境危机, 保护环境、合理利用有限的地球资源已经成为经济发展中必须解决的问题。鉴于此, 在动力机械中, 柴油机特别是直喷式柴油机由于其良好的燃油经济性和较低的二氧化碳排放量而得到了越来越广泛的应用。柴油机的有害排放物包括HC、CO、NOx和颗粒等, 其中NOx和颗粒排放量较高。柴油机的有害排放物与柴油机经济性之间存在着复杂甚至是相互矛盾的关系
本文首先对国内外增压中冷技术进行分析并比较，研究增压中冷技术的最新进展、进气温度对性能的影响和进气温度对排放的影响。然后了解高压共轨燃油喷射系统的构造及工作原理，主要由高压油泵、共轨燃油管、电控喷油器以及各种传感器等组成，并研究了高压共轨燃油喷射系统的控制策略以及在节能减排方面的优势。最后，通过柴油机台架试验研究进气温度对共轨柴油机经济性、动力性和排放的影响，通过对数据的分析得出结论：当发动机转速为1800r/min时，不同扭矩下，进气温度降低5℃，CH、NO、CO2的排放量均有所下降，O2的排放量和发动机功率上升，而油耗率下降。
关键字:进气温度动力性经济性排放
目录
1 绪论 1
1.1选题背景与意义 1
1.2本课题的国内外研究现状 1
1.2.1 增压中冷技术的最新进展 2
1.2.2 进气温度对性能的影响 4
1.2.3 进气温度对排放的影响 5
1.3本文的主要研究工作 5
2 高压共轨燃油喷射系统的构造和工作原理? 6
2.1共轨燃油喷射系统的结构组成 6
2.1.2 共轨燃油管? 7
2.1.3 电控喷油器 7
2.1.5 控制策略 8
2.2 共轨燃油喷射系统的工作原理 9
2.2.1 工作原理 9
2.2.2 节能减排优势 10
2.3 本章小结 10
3 进气温度对共轨柴油机性能影响的试验研究 12
3.1 试验台架介绍 12
3.1.1 试验用机 12
3.1.2 测试系统 13
3.1.3 冷却系统 17
3.1.4 进气系统 19
3.2 进气温度的控制方法 19
3.3 试验方案 21
3.4 试验结果与分析 21
3.5 本章小结 24
4 全文总结与展望 26
4.1 全文总结 26
4.2 工作展望 26
参考文献 27
致谢 29
1 绪论
1.1选题背景与意义
随着世界人口的不断增长加上经济的快速发展，全球性的环境危机越来越明显。保护环境、合理利用有限的地球资源，这已经成为我们济发展中首要解决的问题。所以, 在动力机械中, 柴油机，尤其是直喷式柴油机，因为它有良好的燃油经济性以及较低的二氧化碳排放量，所以它的应用越来越广泛。柴油机的有害排放物主要包括HC、CO、NOx和颗粒等, 其中NOx和颗粒排放量比较高。柴油机的有害排放物与柴油机经济性之间存在着复杂甚至是相互矛盾的关系。
国外发达国家及主要发展中国家都对柴油机的主要有害物排放量进行了严格的限制。以美国联邦政府标准为例, 重型汽车柴油机颗粒排放标准以及NO排放标准都有所减低。随着国内经济的高速发展, 机动车数量将急剧上升, 其中柴油机车所占比例将大幅度上升, 限制柴油机颗粒排放量势在必行。
1.2本课题的国内外研究现状
柴油机的一些主要有害排放物，它们都是在燃烧过程中产生的，因为燃烧过程正是缸内处于高温高压的时候，这时候化学反应剧烈。柴油机排放主要是NOx排放以及颗粒的排放， 影响柴油机NOx排放量的根本因素是燃烧室局部的火焰温度、氧气的浓度以及火焰高温的持续时间。柴油机颗粒排放主要分为二个部分， 即来自燃油的部分和来自润滑油的部分，其中碳颗粒排放占的比例相对较大。研究结果显示，碳烟主要是柴油机在高温高压燃烧条件下，局部高温、缺氧、裂解并脱氢而形成的、以碳为主要的成分的固态微小颗粒，这鞋都是可燃的，所以大部分将在燃烧过程中被烧掉，最后只有小部分排出机外[1]。
进气温度对柴油机排放量的影响主要是以下二个方面。首先，进气温度增加、燃烧室平均温度水平提高、平均温度峰值增加、结果造成NOx生成密度增加，碳颗粒也随之增加。其次，进气温度增加、进气量略有减少、局部燃烧空气量减少、NOx生成密度略有下降、碳颗粒随之增加。此外，进气温度的不同还造导致对燃油的蒸发、雾化、混合气生成等的影响，从而使燃烧情况发生了变化。进气温度对柴油机排放等性能的影响，几十年来已经有许多专业人士进行了研究。目前在国外，增压柴油机几乎都有相应的增压中冷机型，因为增压中冷与增压不中冷和非增压相比，不仅能提高单缸功率，降低油耗，还大大改善了排放，减轻了对环境的污染。这也是为了适应不断强化的排放标准、提高产品竞争力的要求。相比之下，在我国，非增压机型依然处于主导地位，增压机型相对较少，增压中冷机型就更加少见了。由于种种原因，增压技术在国内发展较为缓慢，随着国内对环境保护要求以及对柴油机动力性和经济性要求的不断提高，增压中冷机型一定会得到进一步的发展。
1.2.1 增压中冷技术的最新进展
废气涡轮增压技术自从上世纪五十年代起在柴油机上得到广泛应用，四十多年来取得了迅速发展。在此期间，活塞平均速度增加了约三分之一，而柴油机平均有效压力却增加了差不多三倍。
事实表明,提高平均有效压力对提高内燃机比功率大有帮助，而提高平均有效压力的具体措施就是提高增压压力。图1-1显示了几十年来大功率中速柴油机所达到的压比和最高爆发压力。
图1-1 大功率中速柴油机所达到的压比和最高爆发压力
随着内燃机向高增压度的不断发展，其热负荷问题也变得越发突出，如果不采取措施，柴油机就会经常发生气缸盖“鼻梁骨”断裂、活塞环烧结卡死、燃烧室镶块烧裂、活塞烧裂等现象，至于涡轮转子，也经常因为热负荷过大而损坏，如密封环烧结、叶片变形等等。由此可见，单级增压如果想达到高的增压压力,解决热符合是一个非常关键的问题。
增压中冷是一种比较好的解决措施。据计算，压缩空气Tk降低1℃，最高燃烧温度和排气温度可降低2-3℃，这样可以有效地缓解热负荷。因此，增压中冷几乎是必不可少的一项技术。表1-1反映了中冷对柴油机性能的影响。
表1-1 中冷对增压柴油机性能的影响
发动机转速（r/min） 平均有效压力（MPa） 压比 中冷器出口温度（℃） 进气密度比 空气流量㎡/min 耗油率g/(kw*h) 有无中冷
1500 1.270 1.98 125 1.5:1 9.45 200.1 无中冷
2300 1.133 2.75 175 1.85:1 17.05 210.2 无中冷
1500 1.270 1.68 70 1.48:1 9.29 206.8 中冷
2300 1.133 2,21 70 1.96:1 17.9 199.3 中冷
可以看出，在相同平均有效压力情况下:
因为中冷，降低进气温度55℃-105℃，这样就可以使柴油机排气温度大大降低，从而缓解了热负荷；在保持大致相同空气密度的情况下，这样气缸进气压力就可以大大降低，从而能够缓解机械负菏。此外，增压中冷还可以使得进气密度进一步提高，在不增加热负荷的情况下，可以提高功率15%-20%，还能降低NOx的排放量，从而改善环境。
应该指出的是，无论中冷措施是多么的有效，单级增压所能达到的最高压比仍然是非常有限的，因为其压比极限还受到其很多因素的限制，例如废气涡轮增压器所能达到的最高效率、所能承受的最大机械负菏以及与内燃机匹配运转条件等。从涡轮增压器的角度来看，现在的单级增压的极限压比只能达到4.5左右。当然也有人认为还存在有潜力，而这只能对高压比和高效率的单级涡轮增压器的研制发挥作用了。
为了进一步提高增压压力，目前普遍采用的是二级增压技术，即将两个增压器用一定方式串联起来，如图2-2所示。经过两次压缩、两次中冷,最终获得的压比就可以超过单级增压的最高压比极限。对于二级增压系统来说，中冷更加必不可少，它不但非常有效地降低了发动机和增压器的热负荷，而且使整个压缩的过程基本接近等温压缩，如前所述，使压气机耗功减少，提高了涡轮增压器的效率。在达到同样增压压力的情况下，二级增压比单级增压显示出更多的优越性。
图1-2 二级增压系统流程
1.2.2 进气温度对性能的影响
进气温度降低，无论在什么工况下，NOx排放量都将下降，只是下降的程度不同。对某台高速车用及研究的结果显示，进气温度从60℃下降到30℃时，标定工况油耗率就会下降1%，NOx排放下降24%，烟度则基本没有变化；最大扭矩工况油耗率下降3%，烟度则下降13%，NOx的排放下降6%。
进气温度降低的同时，单缸功率增加，这样就会使油耗率下降。但是，降低进气温度必须要求有一个高效的中冷器，温度降低越多，对中冷器的投入就会越大，如要求空-空中冷器增加换热表面积等，而且进气温度的降低还会受到冷却介质温度的限制。另一方面，如果太多的降低进气温度，就会使得燃油雾化不好，导致燃油热效率降低，相反会使油耗率上升，同时就会使增压柴油机低负荷和冷启动的性能变差。
1.2.3 进气温度对排放的影响
(1) 相同的燃油消耗量条件下，随着进气温度的降低，进气密度增大，柴油机的循环进气量也就增多，空燃比也就升高。
(2) 随着进气温度降低，使空燃比升高，改善了柴油机烟度排放性能。在大负荷、低转速的工况下，改善排气烟度最为明显。
(3) 随着进气温度降低，最高燃烧温度就会降低，从而NOx的排放性能得到改善。
(4)进气温度在一定的研究变化范围内，对柴油机的经济性能影响其实并不大。但是，在低转速、大负荷的工况下, 随着进气温度的增加，燃油消耗量就会升高。
1.3本文的主要研究工作
(1)了解国内外研究现状并进行比较，研究增压中冷技术的最新进展，进气温度对性能和排放的影响。
(2)了解高压共轨燃油喷射系统的构造及工作原理，主要由高压油泵、共轨燃油管、电控喷油器以及各种传感器等组成，并研究了高压共轨燃油喷射系统的控制策略以及在节能减排方面的优势。
(3)进气温度对共轨柴油机性能影响的试验研究。1介绍试验台架，包括：试验用机、测试系统、冷却系统和进气系统。2进气温度的控制方法。3试验方案。4试验结果与分析，包括：对动力性的影响、对经济性的影响和对排放的影响。
2 高压共轨燃油喷射系统的构造和工作原理?
2.1共轨燃油喷射系统的结构组成
共轨燃油喷射系统主要由高压油泵、共轨燃油管、电控喷油器以及各种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵，然后高压油泵将燃油加压送入高压油轨，高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节，高压油轨内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，由电控单元从预设的map 图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入气缸。
2.1.1 高压油泵
高压油泵的供油量的设计准则是必须保证在任何情况下的柴油机的喷油量与控制油量之和的需求以及起动和加速时的油量变化的需求。由于共轨系统中喷油压力的产生于燃油喷射过程无关，且喷油正时也不由高压油泵的凸轮来保证，因此高压油泵的压油凸轮可以按照峰值扭矩最低、接触应力最小和最耐磨的设计原则来设计凸轮。
Bosch公司采用由柴油机驱动的三缸径向柱塞泵来产生高达135Mpa的压力。图2-1为EDC-12高压油泵，该高压油泵在每个压油单元中采用了多个压油凸轮，使其峰值扭矩降低为传统高压油泵的1/9，负荷也比较均匀，降低了运行噪声。该系统中高压共轨腔中的压力的控制是通过对共轨腔中燃油的放泄来实现的，为了减小功率损耗，在喷油量较小的情况下，将关闭三缸径向柱塞泵中的一个压油单元使供油量减少。?
图2-1 EDC-12高压油泵
2.1.2 共轨燃油管?
共轨燃油管如图2-2所示，将供油泵提供的高压燃油分配到各喷油器中，起蓄压器的作用，ECD-U2系统的共轨管如图2-3所示。它的容积应削减高压油泵的供油压力波动和每个喷油器由喷油过程引起的压力震荡，使高压油轨中的压力波动控制在5Mpa之下。但其容积又不能太大，以保证共轨有足够的压力响应速度以快速跟踪柴油机工况的变化。ECD-U2系统的高压泵的最大循环供油量为600mm3，共轨燃油管容积为94000mm3。
图2-2 共轨燃油管
图2-3 ECD-U2共轨管
2.1.3 电控喷油器
电控喷油器是共轨式燃油系统中最关键和最复杂的部件喷油器根据ECU传送的电子控制信号，将共轨内的高压燃油以最佳的喷油定时、喷油量、喷油率和喷雾状态喷入发动机燃烧室中。喷油器的外观和结构示意如图2-4所示，其主要零件是喷油嘴、控制喷油率的量孔、油压活塞和三通电磁阀。系统的喷油过程控制是通过三通阀TWV对喷油器控制腔中油压的控制来实现的。
图2-4 电控燃油喷射器
2.1.4 传感器
在共轨喷射系统中，除了测定发动机实际运行状态的传感器（如空气流量传感器、增压压力传感器、水温传感器、燃油温度传感器、油门开度传感器等）外，还须安装压力传感器来准确测量共轨管内的压力。一般要求共轨压力传感器的测量范围是20-180MPa，测量精度要求达到士2%-3%，而且还应在各种运行工况下都能有很高的可靠性。
2.1.5 控制策略
（1）采用电控高压共轨柴油机能够在很大程度上降低排放，提高动力性和经济性，能够满足日益苛刻的排放法规的需求。而燃油系统喷射控制是解决排放问题最关键的技术之一。
（2）喷射协调的目的是改善燃烧，进而降低燃烧噪声和排放，并满足负荷要求。喷油量的确定以理想工作循环为目标，结合采用合适的主预喷配合方式，并按照优先级的方法排列组合。最终达到精致燃烧以满足各工况的需求。
（3）利用ETAS公司的ASCET软件开发工具，采用模块化设计方法分别从扭矩/油量换算及油量调节、喷射协调、燃油喷射控制各模块展开，完成了主喷和预喷的程序设计。ASCET软件进行仿真试验，燃油喷射系统满足“主喷、预喷”的设计要求[4]。
2.2 共轨燃油喷射系统的工作原理
2.2.1 工作原理
高压共轨技术是指在高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，即高压油泵把高压燃油输送到共轨管，通过对共轨管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关。该技术可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因而也就减少了传统柴油机的缺陷。
摘要
世界人口的增长和经济的不断发展同时也带来了全球性的环境危机, 保护环境、合理利用有限的地球资源已经成为经济发展中必须解决的问题。鉴于此, 在动力机械中, 柴油机特别是直喷式柴油机由于其良好的燃油经济性和较低的二氧化碳排放量而得到了越来越广泛的应用。柴油机的有害排放物包括HC、CO、NOx和颗粒等, 其中NOx和颗粒排放量较高。柴油机的有害排放物与柴油机经济性之间存在着复杂甚至是相互矛盾的关系
本文首先对国内外增压中冷技术进行分析并比较，研究增压中冷技术的最新进展、进气温度对性能的影响和进气温度对排放的影响。然后了解高压共轨燃油喷射系统的构造及工作原理，主要由高压油泵、共轨燃油管、电控喷油器以及各种传感器等组成，并研究了高压共轨燃油喷射系统的控制策略以及在节能减排方面的优势。最后，通过柴油机台架试验研究进气温度对共轨柴油机经济性、动力性和排放的影响，通过对数据的分析得出结论：当发动机转速为1800r/min时，不同扭矩下，进气温度降低5℃，CH、NO、CO2的排放量均有所下降，O2的排放量和发动机功率上升，而油耗率下降。
关键字:进气温度动力性经济性排放
目录
1 绪论 1
1.1选题背景与意义 1
1.2本课题的国内外研究现状 1
1.2.1 增压中冷技术的最新进展 2
1.2.2 进气温度对性能的影响 4
1.2.3 进气温度对排放的影响 5
1.3本文的主要研究工作 5
2 高压共轨燃油喷射系统的构造和工作原理? 6
2.1共轨燃油喷射系统的结构组成 6
2.1.2 共轨燃油管? 7
2.1.3 电控喷油器 7
2.1.5 控制策略 8
2.2 共轨燃油喷射系统的工作原理 9
2.2.1 工作原理 9
2.2.2 节能减排优势 10
2.3 本章小结 10
3 进气温度对共轨柴油机性能影响的试验研究 12
3.1 试验台架介绍 12
3.1.1 试验用机 12
3.1.2 测试系统 13
3.1.3 冷却系统 17
3.1.4 进气系统 19
3.2 进气温度的控制方法 19
3.3 试验方案 21
3.4 试验结果与分析 21
3.5 本章小结 24
4 全文总结与展望 26
4.1 全文总结 26
4.2 工作展望 26
参考文献 27
致谢 29
1 绪论
1.1选题背景与意义
随着世界人口的不断增长加上经济的快速发展，全球性的环境危机越来越明显。保护环境、合理利用有限的地球资源，这已经成为我们济发展中首要解决的问题。所以, 在动力机械中, 柴油机，尤其是直喷式柴油机，因为它有良好的燃油经济性以及较低的二氧化碳排放量，所以它的应用越来越广泛。柴油机的有害排放物主要包括HC、CO、NOx和颗粒等, 其中NOx和颗粒排放量比较高。柴油机的有害排放物与柴油机经济性之间存在着复杂甚至是相互矛盾的关系。
国外发达国家及主要发展中国家都对柴油机的主要有害物排放量进行了严格的限制。以美国联邦政府标准为例, 重型汽车柴油机颗粒排放标准以及NO排放标准都有所减低。随着国内经济的高速发展, 机动车数量将急剧上升, 其中柴油机车所占比例将大幅度上升, 限制柴油机颗粒排放量势在必行。
1.2本课题的国内外研究现状
柴油机的一些主要有害排放物，它们都是在燃烧过程中产生的，因为燃烧过程正是缸内处于高温高压的时候，这时候化学反应剧烈。柴油机排放主要是NOx排放以及颗粒的排放， 影响柴油机NOx排放量的根本因素是燃烧室局部的火焰温度、氧气的浓度以及火焰高温的持续时间。柴油机颗粒排放主要分为二个部分， 即来自燃油的部分和来自润滑油的部分，其中碳颗粒排放占的比例相对较大。研究结果显示，碳烟主要是柴油机在高温高压燃烧条件下，局部高温、缺氧、裂解并脱氢而形成的、以碳为主要的成分的固态微小颗粒，这鞋都是可燃的，所以大部分将在燃烧过程中被烧掉，最后只有小部分排出机外[1]。
进气温度对柴油机排放量的影响主要是以下二个方面。首先，进气温度增加、燃烧室平均温度水平提高、平均温度峰值增加、结果造成NOx生成密度增加，碳颗粒也随之增加。其次，进气温度增加、进气量略有减少、局部燃烧空气量减少、NOx生成密度略有下降、碳颗粒随之增加。此外，进气温度的不同还造导致对燃油的蒸发、雾化、混合气生成等的影响，从而使燃烧情况发生了变化。进气温度对柴油机排放等性能的影响，几十年来已经有许多专业人士进行了研究。目前在国外，增压柴油机几乎都有相应的增压中冷机型，因为增压中冷与增压不中冷和非增压相比，不仅能提高单缸功率，降低油耗，还大大改善了排放，减轻了对环境的污染。这也是为了适应不断强化的排放标准、提高产品竞争力的要求。相比之下，在我国，非增压机型依然处于主导地位，增压机型相对较少，增压中冷机型就更加少见了。由于种种原因，增压技术在国内发展较为缓慢，随着国内对环境保护要求以及对柴油机动力性和经济性要求的不断提高，增压中冷机型一定会得到进一步的发展。
1.2.1 增压中冷技术的最新进展
废气涡轮增压技术自从上世纪五十年代起在柴油机上得到广泛应用，四十多年来取得了迅速发展。在此期间，活塞平均速度增加了约三分之一，而柴油机平均有效压力却增加了差不多三倍。
事实表明,提高平均有效压力对提高内燃机比功率大有帮助，而提高平均有效压力的具体措施就是提高增压压力。图1-1显示了几十年来大功率中速柴油机所达到的压比和最高爆发压力。
图1-1 大功率中速柴油机所达到的压比和最高爆发压力
随着内燃机向高增压度的不断发展，其热负荷问题也变得越发突出，如果不采取措施，柴油机就会经常发生气缸盖“鼻梁骨”断裂、活塞环烧结卡死、燃烧室镶块烧裂、活塞烧裂等现象，至于涡轮转子，也经常因为热负荷过大而损坏，如密封环烧结、叶片变形等等。由此可见，单级增压如果想达到高的增压压力,解决热符合是一个非常关键的问题。
增压中冷是一种比较好的解决措施。据计算，压缩空气Tk降低1℃，最高燃烧温度和排气温度可降低2-3℃，这样可以有效地缓解热负荷。因此，增压中冷几乎是必不可少的一项技术。表1-1反映了中冷对柴油机性能的影响。
表1-1 中冷对增压柴油机性能的影响
发动机转速（r/min） 平均有效压力（MPa） 压比 中冷器出口温度（℃） 进气密度比 空气流量㎡/min 耗油率g/(kw*h) 有无中冷
1500 1.270 1.98 125 1.5:1 9.45 200.1 无中冷
2300 1.133 2.75 175 1.85:1 17.05 210.2 无中冷
1500 1.270 1.68 70 1.48:1 9.29 206.8 中冷
2300 1.133 2,21 70 1.96:1 17.9 199.3 中冷
可以看出，在相同平均有效压力情况下:
因为中冷，降低进气温度55℃-105℃，这样就可以使柴油机排气温度大大降低，从而缓解了热负荷；在保持大致相同空气密度的情况下，这样气缸进气压力就可以大大降低，从而能够缓解机械负菏。此外，增压中冷还可以使得进气密度进一步提高，在不增加热负荷的情况下，可以提高功率15%-20%，还能降低NOx的排放量，从而改善环境。
应该指出的是，无论中冷措施是多么的有效，单级增压所能达到的最高压比仍然是非常有限的，因为其压比极限还受到其很多因素的限制，例如废气涡轮增压器所能达到的最高效率、所能承受的最大机械负菏以及与内燃机匹配运转条件等。从涡轮增压器的角度来看，现在的单级增压的极限压比只能达到4.5左右。当然也有人认为还存在有潜力，而这只能对高压比和高效率的单级涡轮增压器的研制发挥作用了。
为了进一步提高增压压力，目前普遍采用的是二级增压技术，即将两个增压器用一定方式串联起来，如图2-2所示。经过两次压缩、两次中冷,最终获得的压比就可以超过单级增压的最高压比极限。对于二级增压系统来说，中冷更加必不可少，它不但非常有效地降低了发动机和增压器的热负荷，而且使整个压缩的过程基本接近等温压缩，如前所述，使压气机耗功减少，提高了涡轮增压器的效率。在达到同样增压压力的情况下，二级增压比单级增压显示出更多的优越性。
图1-2 二级增压系统流程
1.2.2 进气温度对性能的影响
进气温度降低，无论在什么工况下，NOx排放量都将下降，只是下降的程度不同。对某台高速车用及研究的结果显示，进气温度从60℃下降到30℃时，标定工况油耗率就会下降1%，NOx排放下降24%，烟度则基本没有变化；最大扭矩工况油耗率下降3%，烟度则下降13%，NOx的排放下降6%。
进气温度降低的同时，单缸功率增加，这样就会使油耗率下降。但是，降低进气温度必须要求有一个高效的中冷器，温度降低越多，对中冷器的投入就会越大，如要求空-空中冷器增加换热表面积等，而且进气温度的降低还会受到冷却介质温度的限制。另一方面，如果太多的降低进气温度，就会使得燃油雾化不好，导致燃油热效率降低，相反会使油耗率上升，同时就会使增压柴油机低负荷和冷启动的性能变差。
1.2.3 进气温度对排放的影响
(1) 相同的燃油消耗量条件下，随着进气温度的降低，进气密度增大，柴油机的循环进气量也就增多，空燃比也就升高。
(2) 随着进气温度降低，使空燃比升高，改善了柴油机烟度排放性能。在大负荷、低转速的工况下，改善排气烟度最为明显。
(3) 随着进气温度降低，最高燃烧温度就会降低，从而NOx的排放性能得到改善。
(4)进气温度在一定的研究变化范围内，对柴油机的经济性能影响其实并不大。但是，在低转速、大负荷的工况下, 随着进气温度的增加，燃油消耗量就会升高。
1.3本文的主要研究工作
(1)了解国内外研究现状并进行比较，研究增压中冷技术的最新进展，进气温度对性能和排放的影响。
(2)了解高压共轨燃油喷射系统的构造及工作原理，主要由高压油泵、共轨燃油管、电控喷油器以及各种传感器等组成，并研究了高压共轨燃油喷射系统的控制策略以及在节能减排方面的优势。
(3)进气温度对共轨柴油机性能影响的试验研究。1介绍试验台架，包括：试验用机、测试系统、冷却系统和进气系统。2进气温度的控制方法。3试验方案。4试验结果与分析，包括：对动力性的影响、对经济性的影响和对排放的影响。
2 高压共轨燃油喷射系统的构造和工作原理?
2.1共轨燃油喷射系统的结构组成
共轨燃油喷射系统主要由高压油泵、共轨燃油管、电控喷油器以及各种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵，然后高压油泵将燃油加压送入高压油轨，高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节，高压油轨内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，由电控单元从预设的map 图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入气缸。
2.1.1 高压油泵
高压油泵的供油量的设计准则是必须保证在任何情况下的柴油机的喷油量与控制油量之和的需求以及起动和加速时的油量变化的需求。由于共轨系统中喷油压力的产生于燃油喷射过程无关，且喷油正时也不由高压油泵的凸轮来保证，因此高压油泵的压油凸轮可以按照峰值扭矩最低、接触应力最小和最耐磨的设计原则来设计凸轮。
Bosch公司采用由柴油机驱动的三缸径向柱塞泵来产生高达135Mpa的压力。图2-1为EDC-12高压油泵，该高压油泵在每个压油单元中采用了多个压油凸轮，使其峰值扭矩降低为传统高压油泵的1/9，负荷也比较均匀，降低了运行噪声。该系统中高压共轨腔中的压力的控制是通过对共轨腔中燃油的放泄来实现的，为了减小功率损耗，在喷油量较小的情况下，将关闭三缸径向柱塞泵中的一个压油单元使供油量减少。?
图2-1 EDC-12高压油泵
2.1.2 共轨燃油管?
共轨燃油管如图2-2所示，将供油泵提供的高压燃油分配到各喷油器中，起蓄压器的作用，ECD-U2系统的共轨管如图2-3所示。它的容积应削减高压油泵的供油压力波动和每个喷油器由喷油过程引起的压力震荡，使高压油轨中的压力波动控制在5Mpa之下。但其容积又不能太大，以保证共轨有足够的压力响应速度以快速跟踪柴油机工况的变化。ECD-U2系统的高压泵的最大循环供油量为600mm3，共轨燃油管容积为94000mm3。
图2-2 共轨燃油管
图2-3 ECD-U2共轨管
2.1.3 电控喷油器
电控喷油器是共轨式燃油系统中最关键和最复杂的部件喷油器根据ECU传送的电子控制信号，将共轨内的高压燃油以最佳的喷油定时、喷油量、喷油率和喷雾状态喷入发动机燃烧室中。喷油器的外观和结构示意如图2-4所示，其主要零件是喷油嘴、控制喷油率的量孔、油压活塞和三通电磁阀。系统的喷油过程控制是通过三通阀TWV对喷油器控制腔中油压的控制来实现的。
图2-4 电控燃油喷射器
2.1.4 传感器
在共轨喷射系统中，除了测定发动机实际运行状态的传感器（如空气流量传感器、增压压力传感器、水温传感器、燃油温度传感器、油门开度传感器等）外，还须安装压力传感器来准确测量共轨管内的压力。一般要求共轨压力传感器的测量范围是20-180MPa，测量精度要求达到士2%-3%，而且还应在各种运行工况下都能有很高的可靠性。
2.1.5 控制策略
（1）采用电控高压共轨柴油机能够在很大程度上降低排放，提高动力性和经济性，能够满足日益苛刻的排放法规的需求。而燃油系统喷射控制是解决排放问题最关键的技术之一。
（2）喷射协调的目的是改善燃烧，进而降低燃烧噪声和排放，并满足负荷要求。喷油量的确定以理想工作循环为目标，结合采用合适的主预喷配合方式，并按照优先级的方法排列组合。最终达到精致燃烧以满足各工况的需求。
（3）利用ETAS公司的ASCET软件开发工具，采用模块化设计方法分别从扭矩/油量换算及油量调节、喷射协调、燃油喷射控制各模块展开，完成了主喷和预喷的程序设计。ASCET软件进行仿真试验，燃油喷射系统满足“主喷、预喷”的设计要求[4]。
2.2 共轨燃油喷射系统的工作原理
2.2.1 工作原理
高压共轨技术是指在高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，即高压油泵把高压燃油输送到共轨管，通过对共轨管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关。该技术可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因而也就减少了传统柴油机的缺陷。
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