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单缸风冷柴油机在我国的产量和使用量都很大,目前正在实施的非道路国三排放标准对小功率柴油机的要求已相当严格,非道路国四排放标准即将于2020年实施,因此开展单缸风冷柴油机的低排放技术研究有重要的学术意义和工程应用价值。本文对小功率柴油机降低排放的主要技术路线进行了分析,以195FD风冷柴油机为研究对象,综合考虑柴油机成本、结构等因素,开展用电控单体泵燃油系统的柴油机低排放研究。根据电控单体泵的工作特性,设计了带有匀速段的195FD柴油机供油凸轮型线,在不同的供油提前角工作时,柴油机的工作区域内的各工况有较高的供油速率。燃烧系统设计是通过增加喷油嘴的喷孔数、优化喷油嘴流量,适当增大燃烧室口径、合理设计燃烧空间并适当增大压缩比,减小进气涡流和进排气阻力,并进行协同匹配试验来优化柴油机燃烧系统参数,以提高柴油机性能和降低排放。通过分析电控单体泵燃油系统喷油过程,得出喷油过程的供油延迟和喷油延迟特性,在此基础上设定了电控单体泵循环供油量和供油提前角参数的MAP,进行了供油提前角和喷油泵供油凸轮工作段的匹配与标定试验。通过实测油管压力和气缸压力变化分析了柴油机低排放的燃烧过程变化规律,得出为降低中小负荷的HC和CO排放,供油提前角随负荷减小应适度增大,10%负荷较全负荷供油提前角需提前5°CA,为控制NO_X的增加,全负荷速度特性上1600 r/min到标定转速供油提前角需前移9°CA,以保证喷油提前角略有增大,以此来控制柴油机在不同转速工况燃烧始点和燃烧过程的变化,从而优化NO_X、HC、CO和烟度的排放。对柴油机工作区域内按此变化规律进行细化标定,确定了不同转速和负荷工况下供油提前角的最优MAP,标定后的整机按八工况排放试验循环进行排放试验,CO、HC+NO_X和PM初次排放结果分别为3.87、5.92和0.31 g/(kW·h),195FD柴油机已在企业进行劣化试验并已通过国家环保部门的型式核准,是目前国内用电控单体泵燃油系统唯一通过国三排放核准的单缸风冷柴油机。按照非道路柴油机国四排放标准确定了195FD柴油机的排放控制区,对整机以及控制区内工况点进行排放测量,结果表明柴油机整机和控制区内各工况的实测排放值均能够满足非道路国四排放标准要求的限值。研究得出了用电控单体泵燃油系统的单缸风冷柴油机低排放燃烧的技术措施和排放优化的技术方案,对国内小功率柴油机的低排放技术发展有指导作用。