高性能低排放小型非道路柴油机的开发

高性能低排放小型非道路柴油机的开发尹必峰１，黄晨春１，刘胜吉１，何建光２，孙建中２，程用科２
２．常柴股份有限公司，常州２１３００２
１．江苏大学汽车与交通工程学院，镇江２１２０１３；
摘要：以某小型非道路单缸直喷式柴油机为研究对象，综合运用ＣＡＥ与ＣＦＤ优化设计技术，从燃烧系统多参数优化匹配与机械系统改进设计２个方面入手，进行高性能低排放小型非道路柴油机开发。

利用Ｈｙｄｉｓｍ与Ｆｉｒｅ等多维模拟软件，对燃油供给系统参数、燃烧室与进气涡流参数进行虚拟协同优化，分析三者对燃烧过程与排放性能的影响，并确定了优化方案；同时利用有限元分析软件，对机体、缸盖及活塞等机械系统进行改进设计，提高整机的刚度强度及可靠性，有效降低机油耗。

试验结果表明：最终优化方案与原机相比，燃油经济性与排放性能得到有效改善，ＣＯ、ＨＣ＋ＮＯｘ、ＰＭ排放分别减少了４９％、５８％、７４％，燃油耗降低了６．９％，机油耗降低了５９％，可满足ＥＰＡ非道路柴油机第Ⅳ阶段法规限值，为高性能小型非道路柴油机开发提供了参考。

柴油机；机械装置；设计；燃烧系统；排放
１０．３９６９／ｊ．　ｉｓｓｎ．　１００２－６８１９．２０１２．０５．００６
ＴＫ４２Ａ１００２－６８１９（２０１２）－０５－００３２－０７
２０１１－０６－０８２０１２－０２－１３
“８６３”重点项目（２００９ＡＡ０４５１０２）
作者简介：尹必峰（１９７５－），男，副教授，研究方向为发动机燃烧过程与
排放控制。

镇江　江苏大学汽车与交通工程学院，２１２０１３。

Ｅｍａｉｌ：　ｙｂｆ＠ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
，见图４。

可以看出万方数据
万方数据
万方数据
状，利用ＣＡＥ及
进行了优化改进万方数据
＠＠［１］ 邵仁恩．中国小型柴油机工业发展与改革初报［Ｊ］．内燃机 与配件，２０１０（５）：　４５－４７．
＠＠［２］ 刘胜吉，何政，尹必峰，等．单缸柴油机的排放要求和产 品发展［Ｊ］．农机化研究，２００９（６）：　２０６－２１０．
Ｌｉｕ　Ｓｈｅｎｇｊｉ，　Ｈｅ　Ｚｈｅｎｇ，　Ｙｉｎ　Ｂｉｆｅｎｇ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｐｒｏｄｕｃｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００９（６）：　２０６－　２１０．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）＠＠［３］ 刘胜吉，尹必峰，王建，等．满足单缸柴油机国－Ⅱ排放的技 术难题与对策［Ｊ］．小型内燃机与摩托车，２００９（４）：　８５－８８．Ｌｉｕ　Ｓｈｅｎｇｊｉ，　Ｙｉｎ　Ｂｉｆｅｎｇ，　Ｗａｎｇ　Ｊｉａｎ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＣＤ　ｅｎｇｉｎｅ　ｍｅｅｔｉｎｇ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｐｈａｓｅ　Ⅱ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｍｉｔ　ａｎｄ　ｃｏｕｎｔｅｒｍ　ｅａｓｕｒｅ［Ｊ］．　Ｓｍａｌｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅ　ａｎｄ　Ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ，　２００９（４）：　８５－８８．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）
＠＠［４］ 熊锋．非道路用直喷柴油机排放物控制研究［Ｄ］．武汉理 工大学，２００９．
＠＠［５］ 张维海，李艳红，谢兴旺．非道路多缸小缸径柴油机排放 控制措施［Ｊ］．内燃机与动力装置，２００９（３）：　４５－４７．Ｚｈａｎｇ　Ｗｅｉｈａｉ，　Ｌｉ　Ｙａｎｈｏｎｇ，　Ｘｉｅ　Ｘｉｎｗａｎｇ．　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｏｆｆ－ｒｏａｄ　ｍｕｌｔｉ－ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｓｍａｌｌ　ｂｏｒｅ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．　Ｉ．Ｃ．Ｅ　＆　Ｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ，　２００９（３）：　４５－４７．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）
＠＠［６］ 周龙保，高宗英．内燃机学（第二版）［Ｍ］．北京：机械工 业出版社，２００５．＠＠［７］ＧＢ　２０８９１－２００７．非道路移动机械用柴油机排气污染物排 放限值及测量方法（中国Ⅰ，Ⅱ阶段）．中国国家环境保护 总局，２００７．
＠＠［８］ 徐振伟，尹必峰，刘胜吉，等．单缸柴油机喷油系统的模 拟计算与试验研究［Ｊ］．机械设计与制造，２０１０（８）：　３２－３４．Ｘｕ　Ｚｈｅｎｗｅｉ，　Ｙｉｎ　Ｂｉｆｅｎｇ，　Ｌｉｕ　Ｓｈｅｎｇｊｉ．　Ｓｉｍｕｌａｔｅ　ａｎｄ　ｔｅｓｔ　ｆｕｅｌ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ－ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，　２０１０（８）：　３２－３４．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）
＠＠［９］ 刘胜吉，王建，于子冬，等．小缸径涡流室柴油机用喷油 嘴的研究［Ｊ］．农业工程学报，２００３（３）：　１２４－１２７．Ｌｉｕ　Ｓｈｅｎｇｊｉ，　Ｗａｎｇ　Ｊｉａｎ，　Ｙｕ　Ｚｉｄｏｎｇ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｆｕｅｌ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｎｏｚｚｌｅ　ｕｓｅｄ　ｏｎ　ｓｍａｌｌ　ｂｏｒｅ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ　ｗｉｔｈ　ｓｗｉｒｌ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｃｈａｍｂｅｒ　［Ｊ］．　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　２００３（３）：　１２４－１２７．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）
＠＠［１０］王忠，黄兆春，王林，等．降低柴油机排放的多因素匹配 试验研究［Ｊ］．农业工程学报，２００７（６）： １２０－１２４．Ｗａｎｇ　Ｚｈｏｎｇ，　Ｈｕａｎｇ　Ｚｈａｏｃｈｕｎ，　Ｗａｎｇ　Ｌｉｎ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｍｕｌｔｉ－ｆａｃｔｏｒ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　［Ｊ］．Ｔｒａｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　２００７（６）：　１２０－１２４．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）
＠＠［１１］林学东，王海军，万晓东，等．重型直喷柴油机缩口燃烧 室结构特点与评价［Ｊ］．农业机械学报，２００７（３）： ５６－６１．Ｌｉｎ　Ｘｕｅｄｏｎｇ，　Ｗａｎｇ　Ｈａｉｊｔｍ，　Ｗａｎ　Ｘｉａｏｄｏｎｇ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｒｅｅｎｔｒａｎｔ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｃｈａｍｂｅｒ　ｏｎ　ｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙ　ＤＩ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．　Ｔｒａｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，　２００７（３）：　５６－６１．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）
＠＠［１２］Ｈｅｕｖｅｌ　Ｂ，Ｗｉｌｌｅｍｓ　Ｗ，Ｋｒａｍｅｒ　Ｆ，等．Ｆｏｒｄ和ＰＳＡ公司轻型 商用车新型柴油机燃烧系统的开发［Ｊ］．国外内燃机， ２００７（６）： １７－２２．
＠＠［１３］　Ｋｉｍ　Ｊ　Ｎ，　Ｋｉｍ　Ｈ　Ｙ，　Ｙｏｏｎ　Ｓ　Ｓ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｉｎｔａｋｅ　ｖａｌｖｅ ｓｗｉｒｌ　ｏｎ　ｆｕｅｌ－ｇａｓ　ｍｉｘｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｃａｉ ｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ　９，　Ｎｏ．６，　２００８：　６４９－６５７．
＠＠［１４］赵鹏，李国岫，虞育松，等．直喷式柴油机进气涡流比与 喷油系统参数优化匹配的多维仿真研究［Ｊ］．内燃机工程，２０１０，　３１（２）：　３１－３６．
Ｚｈａｏ　Ｐｅｎｇ，　Ｌｉ　Ｇｕｏｘｉｕ，　Ｙｕ　Ｙｕｓｏｎｇ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｍｕｌｔｉ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｍａｔｃｈｉｎｇ　ｏｆ　ｉｎｔａｋｅ　ｓｗｉｒｌ　ｒａｔｉｏ　ａｎｄ　ｆｕｅｌ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎ　ａ　ＤＩ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　２０１０，３１　（２）：　３１　－　３６．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）＠＠［１５］牛有城，李国岫，赵鹏．基于正交设计法的直喷式柴油机 燃烧系统参数优化匹配研究［Ｊ］．工程热物理学报， ２００９（４）： ７０７－７１０．
Ｎｉｕ　Ｙｏｕｃｈｅｎｇ，　Ｌｉ　Ｇｕｏｘｉｕ，　Ｚｈａｏ　Ｐｅｎｇ．　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｆｏｒ　Ｄ．Ｉ．Ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｄｅｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃｓ，　２００９（４）：　７０７－７１０．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）
万方数据
＠＠［１６］刘胜吉，尹必峰，刘俊．小型直喷柴油机喷雾油线在燃烧 室内分布的研究［Ｊ］．内燃机学报，２００３（１）： ２１－２４．Ｌｉｕ　Ｓｈｅｎｇｊｉ，　Ｙｉｎ　Ｂｉｆｅｎｇ，　Ｌｉｕ　Ｊｕｎ．　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｐｒａｙ＇ｓ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｃｈａｍｂｅｒ　ｏｆ　ｓｍａｌｌ　Ｄ．Ｉ．　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｃｓｉｃｅ，　２００３（１）：　２１－　２４．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）＠＠［１７］杨海涛，夏兴兰，王胜利，等．非道路柴油机进气及喷油 系统的虚拟优化匹配［Ｊ］．现代车用动力，２０１１（１）：　１０－１５．Ｙａｎｇ　Ｈａｉｔａｏ，　Ｘｉａ　Ｘｉｎｇｌａｎ，　Ｗａｎｇ　Ｓｈｅｎｇｌｉ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｖｉｒｔｕａｌ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｍａｔｃｈｉｎｇ　ｏｆ　ｉｎｔａｋｅ　ａｎｄ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｎｏｎ－ｒｏａｄ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．　Ｍｏｄｅｍ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｐｏｗｅｒ，　２０１１（１）：　１０－　１５．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｍａｌｌ　ｏｆｆ－ｒｏａｄ　ｄｉｅｓｅｌ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ ｌｏｗ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ
Ｙｉｎ　ＢｉｆｅｎｇＨｕａｎｇ　ＣｈｅｎｃｈｕｎＬｉｕ　ＳｈｅｎｇｊｉＨｅ　ＪｉａｎｇｕａｎｇＳｕｎ　ＪｉａｎｚｈｏｎｇＣｈｅｎｇ　Ｙｏｎｇｋｅ万方数据
高性能低排放小型非道路柴油机的开发
作者：尹必峰， 黄晨春， 刘胜吉， 何建光， 孙建中， 程用科， Yin Bifeng， Huang Chenchun， Liu Shengji， He Jianguang， Sun Jianzhong， Cheng Yongke
作者单位：尹必峰,黄晨春,刘胜吉,Yin Bifeng,Huang Chenchun,Liu Shengji(江苏大学汽车与交通工程学院,镇江,212013)， 何建光,孙建中,程用科,He Jianguang,Sun Jianzhong,Cheng Yongke(常柴股份有限公
司,常州,213002)
刊名：
农业工程学报
英文刊名：Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
年，卷(期)：2012,28(5)
本文链接：/Periodical_nygcxb201205006.aspx。