环境保护部颁布《关于实施国家第三阶段非道路移动机械用柴油机排气污染物排放标准的公告》，该公告明确了实施非道路柴油机第三阶段标准的步骤及措施。众多非道路用柴油机生产企业面临着柴油机排放升级的挑战，山东省是我国内燃机工业大省，其内燃机工业产值约占全国内燃机工业总产值的四分之一。在潍坊市，民营企业的产量约占总产量的一半。非道路发动机由于价格远低于车用发动机，排放标准缺失等原因，整机产品水平不高。针对山东省非道路用柴油机的国Ⅲ技术路线进行探索，协助企业完成Ⅲ阶段排放升级任务，有重要的社会意义和实用价值。
1、提出了一种基于仿真技术的发动机燃烧仿真分析方法。采用先进的燃烧动力学仿真分析软件，优化了柴油机各关键零部件的方案，选型得出了符合要求的零部件方案。指导了方案优化的方向，节省了方案优化的时间。在满足排放法规要求的情况下，提升了柴油机的燃油经济性。
2、从发动机本体结构和燃烧过程两方面综合考虑，提出了降低发动机噪声可以采取的措施。对比了柴油机改进前后噪声的数值变化，验证了所采取的措施的有效性。
技术优势：一、关键技术指标
改进后的柴油机排放结果如下，HC是0.9 g/(kW.h)，NOx是3.3 g/(kW.h)，CO是3.0g/(kW.h)，PM是0.17 g/(kW.h)。改进前的柴油机排放结果如下HC是1.8 g/(kW.h)，NOx是9.2 g/(kW.h)，CO是7.4g/(kW.h)， 气态排放污染物排放有了明显下降。HC下降约50%， NOx下降约64%，CO下降约59%。排放水平有了明显的提升。
柴油机改进后的噪声功率级为109.8[dB(A)]， 111.5[dB(A)]，噪声功率级下降约2%。
柴油机改进后加权燃油消耗率为258.3 g/(kW.h) ，改进前为为264.5 g/(kW.h)，加权加权燃油消耗率下降约2%。
二、技术优势和特点
(1)缩口径深比对缩口型燃烧室内的气流运动及其涡流强度保持性有一定影响。在压缩比不变的条件下，扩大径深比对缸内平均压力几乎没有影响，但径深比对排放有一定影响，随着径深比增加NOx排放量整体呈现先降低后升高的趋势，而Soot排放量呈现先升高后下降趋势，相对于原机径深比为2.86较佳，此时NOx和Soot排放量均有所降低。
(2)对于缩口型燃烧室，选择合适的喷孔直径对控制柴油机性能和排放特性至关重要。通过采用缩口型燃烧室，可以有效组织燃烧室内气流运动，推迟喷油提前角，同时选取合适的喷射夹角，可在动力性经济性基本保持不变(或变化较小)的条件下，有效地降低NOx和烟度排放。
(3)通过组织一定强度缸内涡流运动可以促使燃油与空气更好地混合，改善混合气形成与燃烧的不均匀性，涡流比对发动机动力性几乎没有影响(或影响较小)，但对排放有较大影响，且随着涡流比逐渐增大，NOx生成量先降低后升高，当涡流比为1.5时，NOx排放量最低。Soot生成量呈先升高后降低趋势，当涡流比为2.7时，Soot排放量最高。当涡流比为1.5时相对于原机二者均降低，因此对于此种燃烧室涡流比为1.5为最佳。
通过分析电控共轨柴油机高压油束的变化，设计了与之相适应的缩口ω形燃烧室，并通过减小压缩比、进气涡流比，结合工程设计需要，给出了缩口燃烧室匹配设计流程。通过缩口燃烧室参数指标分析和燃烧流场计算，获得了较合理的缩口燃烧室基本参数．对于4102高压共轨柴油机，通过燃烧室计算及配机实验，选用6喷孔，孔径0.15mm喷嘴，喷射夹角为155°，进气涡流比为1.5，径深比为2.86的缩口哑铃型燃烧室是较佳方案，并在4102柴油机上得到了验证。
通过对原机声强测试分析，该型柴油机的机体处、油底壳处、发电机处和共轨管处测量的声压级较大，进而导致向外辐射的噪声过大。为了降低柴油机辐射噪声，对上述相关结构进行了优化设计。通过增加加强筋、改变结构形式和改进安装方式等手段，来提高各处的刚度，降低了结构的振动，进而降低了整机噪声。
应用领域：一、主要面向的行业产业
开发研制的4102型自吸柴油机已在潍坊市场完成了产品配套和市场投放。主要应用在农业机械设备领域，如拖拉机，收割机械等。
二、还可应用领域的前景
（1）无人农机是现代农业的发展核心智慧装备支撑，基地以“绿色环保、高效集成”为目标，围绕耕、种、收、管四大机械化作业环节进行智能农机配套。电控ECU可实时将柴油机数据通讯至配套机械的总控制器，通过无线通讯，进而可远程监控车辆状态，实现无人驾驶。
（2）研发的柴油机，还可作为发电设备和泵用机组的动力源。发展中国家较低的人均电力使用率及发达国家电网的不稳定性； IT与电信部门对备用电源的需求；，增加的建筑活动对发电机组的需求；
山东交通学院
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