在柴油机上应用进气富氧技术不但可以显著降低碳烟的排放,而且还能够提高燃烧热效率、增加发动机功率密度。为此,国内外研究人员对柴油机富氧燃烧技术和理论进行了积极的探索。本文采取台架试验与模拟计算相结合的研究方法对进气富氧技术与增压技术的联合应用开展研究,探索进气富氧对增压柴油机燃烧与排放的影响规律,对进气富氧技术的发展与完善具有重要意义。在增压中冷柴油机上应用自行设计的氧气供给系统,进行进气中氧气体积百分数分别为21%、22%、23%、24%的富氧燃烧试验。研究发现:在氧气体积百分数21%~24%的范围内,随着进气氧浓度的增加,柴油机的比油耗略有下降,最大输出功率增加,碳烟排放大幅减少,但NOx排放显著增加。而采用减小供油提前角的措施可以实现在有效减少碳烟排放的同时抑制NOx增长的效果。通过测量缸内压力、高压油管压力以及其它运行参数,获取滞燃期、压力升高率、燃烧放热规律等燃烧过程信息,分析探讨了进气富氧对燃烧过程的影响。研究表明:在氧气体积百分数21%~24%的范围内,随着进气氧浓度的增加,柴油机的着火滞燃期明显缩短,着火始点和放热始点前移,缸内最高燃烧压力增大,最大压力升高率和预混放热峰值有先增加后减小的趋势,预混燃烧期缩短,扩散燃烧期放热峰值增大。这是因为进气中氧浓度的增加有助于加快燃油分子的先期氧化反应,加快着火前的化学准备过程,进而缩短滞燃期。而着火的化学准备、预混燃烧速率、滞燃期内喷油量这三方面的因素共同影响着最大压力升高率和预混放热峰值。基于KIVA-3V软件,对增压柴油机进气富氧燃烧的工作过程进行了模拟计算,获得了缸内压力、缸内气体平均温度、瞬时放热率等燃烧过程参数,进一步从理论上探讨了进气富氧对燃烧过程的影响,并对碳烟、NOx、CO的生成历程进行了分析。结果表明,在氧气体积百分数21%~24%的范围内,随着进气氧浓度的增加,最高燃烧压力和最高燃烧温度不断增大,预混燃烧放热峰值变化不明显,扩散燃烧放热峰值增大,碳烟和CO的排放量有所降低,但NOx排放量显著增加。另外,随着进气氧浓度的增大,燃烧过程中CO生成峰值反而增大,但最终排放量减小。NOx生成量在着火后20°CA内达到最大值,之后一直保持不变。