CH5柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化

1、發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染及控制主講人主講人 龔金科等龔金科等2022年3月3日概述：主要內(nèi)容 介紹了車用柴油機(jī)的低排放燃燒、低排放燃油噴射、多氣門、增壓、廢氣再循環(huán)以及電控燃油噴射等柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)。第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化課程內(nèi)容課程內(nèi)容5.1 概述5.2 低排放燃燒系統(tǒng)5.3 低排放柴油噴射系統(tǒng)5.4 多氣門技術(shù)5.5 增壓技術(shù)5.6 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)5.7 電控柴油機(jī)噴射系統(tǒng) 第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化柴油機(jī)的燃燒過程第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 1342第階段滯燃期 柴油開始噴入氣缸到著火開始的這一段時(shí)期。第階段速燃期 從著火開始到出現(xiàn)最高壓力的這一段時(shí)期。第階段后燃期 從緩燃期終

2、點(diǎn)到燃油基本燒完的這一段時(shí)期。第階段緩燃期 從最高壓力點(diǎn)到出現(xiàn)最高溫度時(shí)的這一段時(shí)期。柴油機(jī)的主要排放污染物 控制柴油機(jī)排放物的重點(diǎn)在于降低柴油機(jī)的NOX和微粒（包括碳煙）的排放。第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化有害成分汽油機(jī)柴油機(jī)微粒 （g/m3）0.0050.150.30CO （%）0.160.050.50HC（ ppm）20002001000NOX（ ppm）200040007002000 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較柴油機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 近年來，一些低排放、高燃油經(jīng)濟(jì)性的柴油機(jī)不用任何后處理裝置即可以達(dá)到相關(guān)的排放法規(guī)要求，顯示出柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)的巨大潛

3、力。 降低車用柴油機(jī)排放的技術(shù)措施 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較 技術(shù)對(duì)策實(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NOX、微粒噴油規(guī)律改進(jìn)預(yù)噴射、多段噴射NOX進(jìn)排氣系統(tǒng)可變進(jìn)氣渦流、多氣門微粒增壓技術(shù)增壓、增壓中冷、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 降低車用柴油機(jī)排放的技術(shù)措施 每一種技術(shù)措施在降低某種排氣成分時(shí)，往往效果有限，因而實(shí)際中常常是幾種措施同時(shí)并用。第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化低排放燃燒系統(tǒng)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較 這兩類燃燒系統(tǒng)在燃燒組織、混合氣形成和適應(yīng)性方面都各有特點(diǎn)，因而在有害排放物

4、的生成量方面也有所不同。燃燒室的幾何形狀對(duì)柴油機(jī)的性能和排放具有重要的影響。 直噴式柴油機(jī)非直噴式燃燒系統(tǒng)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較 非直噴式燃燒室往往有主、副燃燒室二部分，燃油首先噴入副燃燒室內(nèi)進(jìn)行混合燃燒，然后沖入主燃燒室進(jìn)行二次混合燃燒。渦流式室燃燒室第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較 右圖為渦流室式燃燒室的結(jié)構(gòu)圖。作為副燃燒室的渦流室設(shè)置在氣缸蓋上，主燃燒室由活塞頂與氣缸蓋之間的空間構(gòu)成。主、副燃燒室之間有一通道。預(yù)燃室式燃燒室第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較 燃燒室由預(yù)燃室和活塞上方的主燃燒室所組成，兩者之間由一個(gè)（圖（a）或數(shù)個(gè)（圖（b

5、）孔道相連。 （a）預(yù)燃室傾斜偏置,單孔道 （b）預(yù)燃室中央正置,多孔道（c）預(yù)燃室側(cè)面正置,單孔道直噴式燃燒系統(tǒng)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化淺盆形燃燒室第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化新型航空用噴射型燃燒室 淺盆形燃燒室在活塞頂部設(shè)有開口大、深度淺的燃燒室凹坑。 淺盆形燃燒室的空氣利用率低，必須在過量空氣系數(shù)大于1.6以上才能保證完全燃燒。深坑形燃燒室第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 形燃燒室 形燃燒室在活塞頂部設(shè)有比較深的凹坑，其底部呈形，目的是為了幫助形成渦流以及排除氣流運(yùn)動(dòng)很弱的中心區(qū)域的空氣。 擠流口形燃燒室 擠流口形燃燒室采用了縮口形的燃燒室凹坑。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

6、形燃燒室第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 球形燃燒室空間混合方式以油膜蒸發(fā)混合方式為主。 隨著燃燒的進(jìn)行，熱量輻射在油膜上，使油膜加速蒸發(fā)，燃燒也隨之加速。匹配良好的球形燃燒室工作柔和，NOX和炭煙排放都較低，動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性也較好。 球形燃燒室低排放柴油噴射系統(tǒng)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 低排放燃燒系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下要求： 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。每循環(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)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能綜合最優(yōu)。1342噴

7、油壓力第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 噴油壓力愈大，則噴油能量愈高、噴霧愈細(xì)、混合氣形成和燃燒愈完全，因而柴油機(jī)的排放性能和動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性都得以改善。噴油壓力第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化高壓噴射降低炭煙的效果噴油規(guī)律第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化結(jié)論：（1）滯燃期內(nèi)的初期噴油量控制了初期放熱率，從而影響最高燃燒壓力和最大壓力升高率。（2）為了提高循環(huán)熱效率，應(yīng)盡量減小噴油持續(xù)角，并使放熱中心接近上止點(diǎn)。 （3）在噴油后期，噴油率應(yīng)快速下降以避免燃燒拖延，造成煙度及耗油量的加大。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。噴油規(guī)律第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 理想的噴油規(guī)律 為了降低柴油機(jī)的排放，實(shí)現(xiàn)理想的燃燒過程，必

8、須有合理的噴油規(guī)律?！俺跗诰徛?，中期急速，后期快斷”是一種理想的噴油規(guī)律。噴油時(shí)刻對(duì)柴油機(jī)性能的影響第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化結(jié)論：柴油機(jī)對(duì)應(yīng)每一工況都有一個(gè)最佳噴油提前角噴油定時(shí)對(duì)柴油機(jī)污染物排放的影響第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 噴油定時(shí)對(duì)柴油機(jī)的HC排放的影響與燃燒室形狀、噴油器結(jié)構(gòu)參數(shù)及運(yùn)轉(zhuǎn)工況等有關(guān)。噴油提前使滯燃期延長(zhǎng)，導(dǎo)致NOX的增加。 推遲噴油減少了NOX排放量。但噴油延遲必將使功率下降，燃油經(jīng)濟(jì)性變壞，并產(chǎn)生后燃現(xiàn)象，同時(shí)排溫增高，煙度增加。多氣門技術(shù)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 簾區(qū)越大說明氣門開啟的空間越大，進(jìn)氣量也就越大。但并不是氣門越多“簾區(qū)”值就越大。多氣門技術(shù)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈

9、化 采用多氣門的優(yōu)點(diǎn) 擴(kuò)大進(jìn)排氣門的總流通截面積，增大柴油機(jī)的進(jìn) 、排氣量，降低泵氣損失，使柴油機(jī)的燃燒更徹底； 改善了噴油器的冷卻和活塞的熱應(yīng)力，解決了由于二氣門柴油機(jī)噴油嘴斜置造成的各噴油孔流動(dòng)條件不同的問題 可實(shí)現(xiàn)關(guān)閉部分通道，形成與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的進(jìn)氣滾流強(qiáng)度，拓寬柴油機(jī)的高效工作轉(zhuǎn)速范圍 氣門增多，則氣門變小變輕，從而允許氣門以更快的速度開啟和關(guān)閉，增大了氣門開啟的時(shí)間斷面值增壓技術(shù)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 所謂增壓，就是利用增壓器將空氣或可燃混合氣進(jìn)行壓縮，再送入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的過程。增壓技術(shù)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 幾種增壓方式的工作示意圖如下圖所示（a）機(jī)械增壓；（b）渦輪增壓；（c

10、）氣波增壓；（d）復(fù)合增壓 E發(fā)動(dòng)機(jī)； C壓氣機(jī)； T渦輪機(jī)廢氣渦輪增壓器第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 廢氣渦輪增壓器的工作原理 徑流式廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)圖離心式氣壓機(jī)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 離心式壓氣機(jī)簡(jiǎn)圖 1-進(jìn)氣道 2-工作輪 3-擴(kuò)壓器 4-蝸殼離心式壓氣機(jī)工作原理離心式壓氣機(jī)工作原理渦輪增壓技術(shù)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 渦輪增壓系統(tǒng) （a)定壓系統(tǒng)； （b)脈沖系統(tǒng)增壓對(duì)排放的影響第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化增壓對(duì)排放的影響第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化廢氣再循環(huán)系統(tǒng)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化a)用排氣脈沖閥的EGR系統(tǒng) b)

11、用進(jìn)氣節(jié)流閥的EGR系統(tǒng)c)用文丘里管的EGR系統(tǒng) d)用EGR泵的EGR系統(tǒng)1-電控器；2-中冷器；3-柴油機(jī)； 4-渦輪增壓器；5-EGR閥；6-排氣脈沖閥；7-進(jìn)氣節(jié)流閥；8-文丘里管；9-文丘里管旁通閥；10-EGR冷卻器；11-EGR泵柴油機(jī)EGR的控制方法第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化柴油機(jī)EGR與汽油機(jī)EGR的比較第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化EGR率對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化電控柴油噴射系統(tǒng)三菱ECI- MULTI電控電控多點(diǎn)噴射系統(tǒng)噴射系統(tǒng)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化位置控制系統(tǒng)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化位置控制系統(tǒng)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化位置控制系統(tǒng)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化時(shí)間控制系統(tǒng)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化時(shí)間控制系統(tǒng)第5章 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化1-高壓油泵 2-濾清器 3-燃油箱 4-共軌壓力傳感器 5-限流器 6-共軌管 7-限壓閥 8-電控噴油器 9-進(jìn)氣質(zhì)量流量計(jì) 10-冷卻液溫度傳器 11-空氣