柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

1、柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)秦海華1、概述（1）柴油機(jī)的燃燒過(guò)程第階段-滯燃期：指柴油開(kāi)始噴入氣缸到著火開(kāi)始的這一段時(shí)間。第階段-速燃期：指從著火開(kāi)始到出現(xiàn)最高壓力的這一段時(shí)間。第階段-緩燃期：指從最高壓力點(diǎn)開(kāi)始到出現(xiàn)最高溫度時(shí)的這一段時(shí)間。第階段-后燃期：指從緩燃期終點(diǎn)到燃燒基本燒完的這一段時(shí)間。（2）柴油機(jī)的主要排放污染物：微粒、HC、CO、NOX（3）柴油機(jī)的主要機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)降低柴油機(jī)NOX和微粒排放的相關(guān)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)措施技術(shù)措施實(shí)施方法主要控制對(duì)象燃燒室設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化、新型燃燒方式微粒、NOX噴油規(guī)律改進(jìn)預(yù)噴射、多段噴射N(xiāo)OX進(jìn)排氣系統(tǒng)可變進(jìn)氣渦流、多氣門(mén)微粒增壓技術(shù)增壓、增

2、壓中冷、可變幾何參數(shù)增壓 微粒廢氣再循環(huán)EGR、中冷EGRNOX高壓噴射電控高壓油泵、共軌系統(tǒng)、泵噴嘴微粒均質(zhì)壓燃技術(shù)HCCI微粒、NOX 2、低排放燃燒系統(tǒng)（1）非直噴式燃燒系統(tǒng)渦流式燃燒室：由于渦流式燃燒室的燃燒過(guò)程采用濃、稀兩段混合燃燒方式，前段的濃混合氣抑制了NOX的生成和燃燒溫度，而后段的稀混合氣和二次渦流又加速了燃燒，促使炭煙的快速氧化，因而NOX和微粒排放量都比較低。預(yù)燃室式燃燒室（2） 直噴式燃燒系統(tǒng)淺盆形燃燒室：淺盆型燃燒室內(nèi)的油氣混合屬于空間混合方式，在燃燒過(guò)程的滯燃期內(nèi)，形成較多的可燃混合氣，因而燃燒初期壓力升高率和最高燃燒溫度均較高，工作粗暴，然撒后溫度高，NOX和排氣

3、煙度高。深坑形燃燒室：a.形燃燒室 b.擠流口形燃燒室：擠流口形燃燒室的燃燒過(guò)程較柔和，擠流口抑制了較濃的混合氣過(guò)早地流出燃燒室凹坑，使初期燃燒減慢，壓力升高率較低，因此NOX排放較形燃燒室低。球形燃燒室：球形燃燒室與淺盆形和深坑形燃燒系統(tǒng)的空間混合方式不同，是以油膜蒸發(fā)混合方式為主。3、低排放柴油噴射系統(tǒng)低排放燃燒系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：各種工況下都應(yīng)有較高的噴油壓力，以得到足夠高的燃油流出的初速度，使燃油粒度細(xì)化以提高霧化質(zhì)量并加快燃燒速度，從而改善排放性能。優(yōu)化噴油規(guī)律，實(shí)現(xiàn)每循環(huán)多次噴射。沒(méi)循環(huán)的噴油量能適應(yīng)各種工況的實(shí)際需要。各種不同工況有合理的噴油正時(shí)，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性

4、能綜合最優(yōu)。（1） 噴油壓力 噴油壓力越大，則噴有能量越高、噴霧越細(xì)、混合氣形成和燃燒越完全，因而柴油機(jī)的排放性能和動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能得以改善。高的噴油壓力可明顯改善燃油和空氣的混合，從而降低煙度和顆粒的排放，同時(shí)又可以大大縮短著火延遲期，使柴油機(jī)工作柔和。一般情況下，高壓噴射會(huì)使NOX增加，但如果合理利用高壓噴射時(shí)額、燃燒持續(xù)期短的特點(diǎn)，同時(shí)并用推遲噴油時(shí)刻或廢氣再循環(huán)等方法，可使微粒和NOX同時(shí)降低。（2） 噴油規(guī)律 滯燃期內(nèi)的初期噴油量控制了初期放熱規(guī)律，從而影響最高燃燒壓力和最大壓力升高率。 為提高循環(huán)放熱率，應(yīng)盡量減小噴油持續(xù)角，并使放熱中心接近上止點(diǎn)。在噴油后期，噴油率應(yīng)快速下降以

5、避免燃燒拖延，造成煙度及油耗量的加大。噴油后期也不應(yīng)該出現(xiàn)二次噴射及滴油等不正常情況合理的噴油規(guī)律：初期緩慢，中期急速，后期快斷（3） 噴油時(shí)刻 噴油提前角過(guò)大，則燃料在柴油機(jī)的壓縮行程中燃燒的數(shù)量就多，不僅增加壓縮負(fù)功，使燃油消耗率上升，功率下降，而且因滯燃期較長(zhǎng)，壓力升高率和最高燃燒溫度、壓力升高，使柴油機(jī)工作粗暴、NOX排放量增加；噴油提前角過(guò)小，則燃料不能在上止點(diǎn)附近迅速燃燒，導(dǎo)致后燃增加，雖然最高燃燒溫度和壓力降低，但燃油消耗率和排氣溫度增高，發(fā)動(dòng)機(jī)容易過(guò)熱。4、電控柴油噴射系統(tǒng)（1）位置控制系統(tǒng)（2）時(shí)間控制系統(tǒng)（3）電控高壓共軌系統(tǒng)5、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（1）系統(tǒng)構(gòu)成增壓中冷柴油機(jī)中

6、根據(jù)EGR外部回路的不同，EGR系統(tǒng)可分為低壓回路連接法和高壓回路連接法。柴油機(jī)EGR和汽油機(jī)EGR的比較：a. 各工況要求的最大EGR率不同。b. EGR率不同。一般汽油機(jī)的EGR率最大不超過(guò)20%，而直噴式柴油機(jī)的EGR率允許超過(guò)40%，非直噴柴油機(jī)允許超過(guò)25%。c. 柴油機(jī)進(jìn)氣管與排氣管之間的壓差較小，尤其在渦輪增壓柴油機(jī)中，大、中負(fù)荷工況范圍壓縮機(jī)出口的增壓壓力往往大于渦輪機(jī)出口的排氣壓力，EGR難以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，使EGR的應(yīng)用工況范圍及EGR的循環(huán)流量均受到限制。（2）廢氣再循環(huán)對(duì)柴油機(jī)性能的影響EGR系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響實(shí)質(zhì)上就是通過(guò)對(duì)混合氣成分的改變來(lái)影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排

7、放性能的。 6、增壓技術(shù)（1）工作原理離心式壓氣機(jī)：由進(jìn)氣道、工作輪（含導(dǎo)風(fēng)輪）、擴(kuò)壓器和出氣蝸殼等等部分組成。徑流式渦輪機(jī)：由進(jìn)氣蝸殼、噴嘴環(huán)、工作輪等組成。（2） 增壓對(duì)柴油機(jī)凈化與性能的影響增壓對(duì)CO排放的影響：采用渦輪增壓后過(guò)量空氣系數(shù)還要增大，燃料的霧化和混合進(jìn)一步得到改善，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)溫度能保證燃料更充分燃燒，CO排放可進(jìn)一步降低。增壓對(duì)HC排放的影響：增壓后進(jìn)氣密度增加、過(guò)量空氣系數(shù)大，可以提高燃油霧化質(zhì)量，減少沉積于燃燒室壁面上的燃油，使HC減少。增壓對(duì)NOX排放的影響：柴油機(jī)單純?cè)鰤汉罂赡軙?huì)因過(guò)量空氣系數(shù)增大和燃燒溫度升高而導(dǎo)致NOX增加。采用進(jìn)氣中冷技術(shù)可以降低增壓柴油機(jī)進(jìn)氣

8、溫度，燃燒溫度可以得到有效抑制，有利于少NOX的生成。增壓對(duì)微粒排放的影響：增壓柴油機(jī)，特別是采用高增壓比和中冷技術(shù)后，可顯著增大進(jìn)氣密度，增加缸內(nèi)可用的空氣量。如同時(shí)采用高壓燃油噴射、電控共軌噴射、低排放燃燒系統(tǒng)和中心噴嘴四氣門(mén)技術(shù)等，改善燃燒過(guò)程，則可有效地控制微粒排放。 增壓對(duì)CO2排放及燃油經(jīng)濟(jì)性的影響：增壓柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性改善得益于廢棄能量的利用和燃燒效率的提高，增壓柴油機(jī)的平均有效壓力增加，使得機(jī)械摩擦損失相對(duì)較少，且沒(méi)有換氣損失，因而機(jī)械效率提高，增壓柴油機(jī)比質(zhì)量低。 7、柴油機(jī)的均質(zhì)壓燃技術(shù)柴油的HCCI燃燒特點(diǎn)：進(jìn)氣溫度應(yīng)在一定范圍內(nèi)，不可過(guò)高或過(guò)低，過(guò)高的進(jìn)氣溫度會(huì)使柴油

9、過(guò)早自燃，而太低則會(huì)影響混合氣的形成。壓縮比變化范圍大。由于柴油的自燃性較好，因此一旦充分混合，基本不存在失火和部分燃燒形象，因而運(yùn)行范圍主要受爆震強(qiáng)度限制。根據(jù)混合氣形成方式，柴油機(jī)HCCI燃燒技術(shù)可分為：缸外預(yù)混HCCI、缸內(nèi)早噴HCCI、缸內(nèi)晚噴HCCI（1） 燃燒特性在柴油機(jī)HCCI燃燒模式下，由于燃油進(jìn)入汽缸時(shí)刻遠(yuǎn)遠(yuǎn)遭遇常規(guī)工況，HCCI燃燒表現(xiàn)出獨(dú)特的二段放熱特性，第一階段放熱和主放熱階段（2） 均質(zhì)壓燃柴油機(jī)的排放特性均質(zhì)壓燃對(duì)NOX排放的影響：HCCI技術(shù)由于燃燒反應(yīng)在較大的空燃比或大量廢氣稀釋的條件下進(jìn)行， 不受燃油和氧氣混合速率的限制，反應(yīng)區(qū)的溫度比傳統(tǒng)柴油機(jī)低，也沒(méi)有局部高溫反應(yīng)區(qū)，因而NOX排放比常規(guī)柴油機(jī)下降了90%-98%。均質(zhì)壓燃對(duì)微粒排放的影響：HCCI模式燃燒以預(yù)混燃燒為主，大大消除了混合不均勻的區(qū)域，減少燃燒不完全的現(xiàn)象，與傳統(tǒng)柴油機(jī)相比，可大幅降低PM排放。均質(zhì)壓燃對(duì)HC和CO排放的影響：由于實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒方式而采用了較稀的混合氣和較強(qiáng)的EGR造成缸內(nèi)低溫，靠近缸壁處的燃油無(wú)法燃燒，缸內(nèi)的CO無(wú)法被