第五章壓燃式內(nèi)燃機低排放設計課件

第五章壓燃式內(nèi)燃機低排放設計低排放燃燒室設計低排放燃油噴射系統(tǒng)氣流組織和多氣門技術排氣再循環(huán)增壓與排放南昌大學機電學院第五章壓燃式內(nèi)燃機低排放設計低排放燃燒室設計南昌大學機電學1第五章壓燃式內(nèi)燃機低排放設計柴油機設計的低排放考慮柴油機的CO和HC排放量較汽油機少得多，但NOx與汽油機在同一數(shù)量級，而微粒和碳煙的排放要比汽油機大幾十倍甚至更多。因此，設計低排放柴油機，重點是控制NOx與微粒，其次是HC。降低微粒和碳煙排放（柴油機排氣冒黑煙問題至今還沒有完全解決）與改善柴油機燃燒過程是一致的，不過NOx排放往往與之矛盾（仍是現(xiàn)在面臨的技術難題）?，F(xiàn)今面臨的技術挑戰(zhàn)南昌大學機電學院第五章壓燃式內(nèi)燃機低排放設計柴油機設計的低排放考慮柴油機的2低排放的空燃比考慮第五章壓燃式內(nèi)燃機低排放設計柴油機造成污染物排放的根本原因在于油氣混合不好（盡管柴油機平均a一般都在1.3以上）?；旌喜缓脤е戮植咳毖?，使碳煙大量生成。同時存在很多a

=1.0-1.2的高NOx生成區(qū)。所以低排放柴油機的設計要圍繞改善油氣混合這一中心任務，防止局部a

＝1.0-1.2（這有利于NOx生成）和低于0.6（這有利于碳煙生成）。低排放設計要點的討論方面從進氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和燃燒室等方面討論南昌大學機電學院低排放的空燃比考慮第五章壓燃式內(nèi)燃機低排放設計柴油機造成污3§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式柴油機燃燒室，是進氣系統(tǒng)進入的空氣與噴油系統(tǒng)噴入的燃油混合后進行燃燒的地方，所以燃燒室?guī)缀涡螤詈统叽鐚Σ裼蜋C的性能和排放具有重要影響。柴油機(按燃燒室設計形式分)非直噴式柴油機直噴式柴油機南昌大學機電學院§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式柴油機燃燒室，4非直噴式燃燒系統(tǒng)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)進行混合燃燒，然后沖入主燃燒室進行二次混合燃燒。非直噴式燃燒室(按燃燒室構造分)渦流室式燃燒室預燃室式燃燒室§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式南昌大學機電學院非直噴式燃燒系統(tǒng)非直噴式燃燒室往往有主、副燃燒室二部分，燃油5§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式渦流式室燃燒室:作為副燃燒室的渦流室設置在氣缸蓋上，主燃燒室由活塞頂與氣缸蓋之間的空間構成。主、副燃燒室之間有一通道柴油機在壓縮過程中，氣缸內(nèi)的空氣受活塞擠壓，經(jīng)連接通道導流并進入渦流室，形成強烈的有組織的壓縮渦流（一次渦流）。渦流室式燃燒室的燃燒過程采用濃、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，促使碳煙的快速氧化，因而NOx和微粒排放都比較低，即使大負荷時煙度一般也是BSU<3。非直噴式燃燒系統(tǒng)南昌大學機電學院§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式渦流式室燃燒室:6§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式預燃室式燃燒室：燃燒室由位于氣缸蓋內(nèi)的預燃室和活塞上方的主燃燒室所組成，兩者之間由一個（圖（a））或數(shù)個（圖（b））孔道相連。

（a）預燃室傾斜偏置,單孔道（b）預燃室中央正置,多孔道（c）預燃室側面正置,單孔道預燃室式燃燒室的工作原理與渦流室式燃燒室相似，都是采用濃、稀兩段混合燃燒。由于預燃式燃燒室的通孔方向不與預燃室相切，所以在壓縮行程期間預燃室內(nèi)形成的是無組織的紊流運動，這是與渦流室的主要區(qū)別。非直噴式燃燒系統(tǒng)南昌大學機電學院§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式預燃室式燃燒室：7直噴式燃燒系統(tǒng)直噴式燃燒系統(tǒng)的燃燒室相對集中，只在活塞頂上設置一個單獨的凹坑，燃油直接噴入其內(nèi)，凹坑與氣缸蓋和活塞頂間的容積共同組成燃燒室。常見的有代表性的結構如圖所示，分別為淺盆形（a）、深坑形（b、c）和球形（d）。§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式南昌大學機電學院直噴式燃燒系統(tǒng)直噴式燃燒系統(tǒng)的燃燒室相對集中，只在活塞頂上設8直噴式燃燒系統(tǒng)§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式淺盆形燃燒室混合氣形成特點整個燃燒室是由氣缸蓋底平面、活塞頂面及氣缸壁所形成的統(tǒng)一容積，燃油直接噴入氣缸，混合氣形成是空間混合。1）混合氣形成主要靠燃油的噴散霧化，對噴霧質量要求高。為此采用多孔噴嘴，孔數(shù)較多，為6~12個；噴孔直徑很小，在0.2~0.4mm之間；針閥開啟壓力較高，為20~40MPa，最高噴油壓力甚至高達100MPa以上。淺盆形燃燒室：在活塞頂部設有開口大、深度淺的燃燒室凹坑。南昌大學機電學院直噴式燃燒系統(tǒng)§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式淺92）要求油束與燃燒室形狀相配合，燃料要盡可能地分布到整個燃燒室空間。四沖程柴油機一般是在活塞頂上做成淺的形狀或淺盆形與油束配合，并避免油束直接接觸氣缸壁，因為氣缸壁溫度較低，燃油噴到氣缸壁上不但不能迅速蒸發(fā)燃燒，而且燃油可能沿缸壁流入曲軸箱，稀釋潤滑油并使它變質。3)燃澆室中一般不組織空氣渦流運動，依靠油束的擴展促使燃油與空氣混合如圖5-56所示。淺盆形燃燒室混合氣形成特點4）燃燒室基本上是一個空間，形狀簡單，結構緊湊，相對散熱面積小。傳熱損失?。挥钟捎谌紵抑胁唤M織氣流運動，無節(jié)流損失，因此淺盆形燃燒室的最大優(yōu)點是經(jīng)濟性好，容易起動。南昌大學機電學院2）要求油束與燃燒室形狀相配合，燃料要盡可能地分布到整個燃燒10§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式5）由于是均勻的空間混合，在滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣較多，因此燃燒室內(nèi)燃燒初期壓力升高率和最高燃燒壓力均較高，工作粗暴；而且燃燒直接在活塞頂上進行，使運動零件直接承受較大的機械負荷，燃燒溫度高，NOx和排氣煙度高。淺盆形燃燒室混合氣形成特點（缺點）6)對轉速和燃料較敏感，因為噴霧質量隨轉速而變，轉速降低，燃油霧化質量變差，而燃料品質改變也會影響混合氣形成和燃燒，如燃油粘度大，則燃料霧化不好，使滯燃期增加dp/dφ增大。南昌大學機電學院§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式5）由于是均勻的11淺盆形燃燒室主要應用在大型柴油機7)過量空氣系數(shù)較大，一般1.6~2.2。這是因為混合氣形成主要靠噴霧質量，為了保證燃燒，需要用較大的過量空氣系數(shù)；此外，大型發(fā)動機一般都采用增壓，缸徑大加之增壓使每循環(huán)供油量較大，而相對散熱面積Fk/Vk又較小，因此燃燒室熱負荷較高。為了減輕熱負荷，也需要過量空氣系數(shù)用得較大一些。由上可見，大型柴油機應用淺盆形燃燒室，燃燒本身的問題不大，并且隨著缸徑的增大和增壓比的提高，煙度、dp/dφ、pz/pme和NOx均相對減小，優(yōu)點能充分發(fā)揮出來，而缺點并不突出，因而對這類柴油機主要解決熱負荷、機械負荷、燃油系統(tǒng)及高增壓問題。一、燃燒方式淺盆形燃燒室混合氣形成特點（缺點）南昌大學機電學院淺盆形燃燒室主要應用在大型柴油機7)過量空氣系數(shù)較大，一般12直噴式燃燒系統(tǒng)淺盆形燃燒室雖然有經(jīng)濟性好、易于起動的優(yōu)點，但在小型高速柴油機上應用就會碰到許多問題。1）轉速高(有的高達4000r／min)，混合氣形成和燃燒的時間極短，每循環(huán)供油量又很小，單靠霧化混合，則必須將噴孔直徑做得很小，噴油壓力很高，使燃油系統(tǒng)制造困難。2）由于轉速高，為了獲得較好的性能指標，就要求在較小的過量空氣系數(shù)時有較好的燃燒過程。顯然淺盆形燃燒室達不到這一要求，于是出現(xiàn)了有渦流的深坑形燃燒室。深坑形燃燒室：如圖所示，將活塞頂上的凹坑加深，凹坑口徑縮小，這樣燃燒室基本上分成兩個空間：活塞中的燃燒室容積及活塞頂上的余隙容積，采用4~6孔的多孔噴油器，噴孔的直徑較大(0.35mm左右)。南昌大學機電學院直噴式燃燒系統(tǒng)淺盆形燃燒室雖然有經(jīng)濟性好、易于起動的優(yōu)點，但13

混合氣形成一方面利用一定的噴霧質量，一方面組織進氣渦流及形成擠流促進混合氣形成和燃燒。深坑形燃燒室對燃油系統(tǒng)的要求較低。由于利用進氣渦流加強混合氣的形成，使空氣利用率大大提高，一般過量空氣系數(shù)為1.3－1.5，并保持燃油消耗率低和起動容易的優(yōu)點，所以在小型高速柴油機上獲得廣泛應用。直噴式燃燒系統(tǒng)§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式深坑形燃燒室：南昌大學機電學院混合氣形成一方面利用一定的噴霧質量，一方面組織進氣渦流及形成14

ω形燃燒室ω形燃燒室在活塞頂部設有比較深的凹坑，其底部呈ω形，目的是為了幫助形成渦流以及排除氣流運動很弱的中心區(qū)域的空氣。燃燒室內(nèi)的空氣運動以進氣渦流為主，擠流為輔。

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。其燃燒過程較柔和，擠流口抑制了較濃的混合氣過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ω形燃燒室低。深坑燃燒室ω形燃燒室擠流口形燃燒室直噴式燃燒系統(tǒng)渦流擠流南昌大學機電學院ω形燃燒室15直噴式燃燒系統(tǒng)§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式球形燃燒室：球形油膜燃燒室是在活塞上，形狀為球形，如圖5-68所示。球形燃燒室是屬于深坑形燃燒室的一種，但其混合氣主要是油膜蒸發(fā)混合形成。南昌大學機電學院直噴式燃燒系統(tǒng)§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式球16將燃油順氣流方向沿燃燒室壁面噴射，在強烈的進氣渦流作用下，將燃油攤布在燃燒室壁上，形成一層很薄的油膜。燃燒室壁溫控制在200~350℃，使噴到壁面上的燃料在比較低的溫度下蒸發(fā)，以控制燃料的裂解反應。蒸發(fā)的油氣與空氣混合形成均勻混合氣，從油束中分散出來的一小部分燃料是極細的油霧，在熾熱的空氣中首先完成著火準備，形成火核，然后靠此火核點燃從壁面已蒸發(fā)形成的可燃混合氣。隨著燃燒進行，大量熱量輻射在油膜上，使油膜加速蒸發(fā)，不斷提供新鮮混合氣，保證迅速地燃燒?；旌蠚獾男纬汕蛐稳紵遥耗喜髮W機電學院將燃油順氣流方向沿燃燒室壁面噴射，在強烈的進氣渦流作用下，將17球形燃燒室采用油膜蒸發(fā)混合最顯著的效果是：發(fā)動機工作柔和，燃燒噪聲小，NOx和碳煙排放都較低，動力性和燃油經(jīng)濟性也較好。此外，球形油膜燃燒室便于使用輕質燃料，從柴油機到汽油機都能平穩(wěn)運轉。優(yōu)點1)冷起動比較困難，這是因為空間霧化燃料少，起動時燃燒室壁溫低，壁面蒸發(fā)混合少，對起動不利。2)對負荷突變反應慢，主要是空氣渦流跟不上。3)低負荷時冒藍煙，HC大量增加。4)高、低速性能差別大。5)對增壓適應性差，因每循環(huán)供油量增大將使油膜變厚，影響混合氣形成的速率。6)在大缸徑上應用困難。因為當缸徑增大時，每循環(huán)供油量增多，而燃燒室的相對表面積減小，使油膜變厚，影響混合氣形成速率。目前球形燃燒室應用的缸徑在75~130mm范圍內(nèi)，主要應用在小型高速柴油機上。缺點南昌大學機電學院球形燃燒室采用油膜蒸發(fā)混合最顯著的效果是：發(fā)動機工作18§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式從應用的角度考察：過去：重型車用柴油機和其他大型柴油機大多采用直接噴射燃燒方式的原因：這種燃燒方式的流動損失和散熱損失較小，燃油消耗率相對較低。轎車和輕型車用柴油機大量采用非直接噴射燃燒方式的原因：直噴式柴油機對高轉速適應性較差，對燃油噴射系統(tǒng)要求較高，對燃油要求較嚴?，F(xiàn)在：1）現(xiàn)代直噴式柴油機已經(jīng)完全滿足輕、轎車的配套需要：由于多氣門技術和高效增壓系統(tǒng)的應用，噴油系統(tǒng)的小型化、高壓化和高速化，使直噴柴油機的高速適應性大為改善。2）進一步降低燃油消耗的壓力（21世紀全世界已樹立起每100km耗油3L的轎車油耗目標)：對使用直噴式柴油機提出了迫切的要求。非直噴式柴油機的發(fā)展：20世紀90年代最后推出少數(shù)幾款最新非直噴式輕、轎車柴油機樣品，再也沒有非直噴式新樣機問世。南昌大學機電學院§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式從應用的角度考察19燃燒室的比較直接噴射式非直接噴射式淺盆形深坑形球形油膜渦流室預燃室燃燒室形狀簡單一般一般復雜復雜混合氣形成方式空間霧化空間霧化為主油膜蒸發(fā)空間霧化為主空間霧化空氣運動無渦流或弱進氣渦流進氣渦流較強進氣渦流最強壓縮渦流燃燒渦流燃料霧化高較高一般較低低針閥開啟壓力/MPa20~4018~2518~1910~158~13熱損失與流動損失小較小較小大最大§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式南昌大學機電學院燃燒室的比較直接噴射式非直接噴射式淺盆形深坑形球形油膜渦流室20§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式現(xiàn)代車用增壓柴油機不同燃燒方式的污染物排放量負荷特性的比較：非直噴機碳煙排放>輕型高速直噴機>重型車用直噴機。原因：副燃燒室內(nèi)混合氣很濃，易在燃燒前期生成碳煙，主燃燒室中溫度較低，已生成的碳煙后期氧化較差。直噴機的HC排放量大于非直噴機。直噴機與非直噴機微粒排放量相差不大（微粒包括碳煙和SOF）直噴機NOx排放量大于非直噴機原因：非直噴機的初期燃燒發(fā)生在混合氣極濃的副燃燒室里，由于缺氧，NOx生成少，而主燃燒室中的燃燒在較低溫度下進行(已開始膨脹)，NOx也不易生成。南昌大學機電學院§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式現(xiàn)代車用增壓柴油21§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式南昌大學機電學院§5.1低排放燃燒室設計一、燃燒方式南昌大學機電學院22§5.1低排放燃燒室設計二、非直噴式柴油機燃燒室低排放設計要點非直噴式柴油機排氣污染物主要在副燃燒室內(nèi)生成，所以改善其排放的重點也在副燃燒室。副燃燒室相對容積，碳煙生成（混合氣相對變?。?，但NOx（氧增多）。渦流室的相對容積在50％左右得出最佳的碳煙與NOx折衷。預燃室容積，流動損失，預燃室中燃氣的能量，影響燃氣與主燃燒室中空氣的混合，一般預燃室的相對容積在25％~30％之間。渦流室中的氣體流動應盡可能加強，所以應避免流動死區(qū)，起動電熱塞對氣流的干擾應盡量小。噴油器安裝孔部位的流動死區(qū)從占渦流室容積的10％5％，可使冒煙界限的平均有效壓力

10％；用順氣流安裝電熱塞代替垂直氣流安裝，可使冒煙界限平均有效壓力

5％。減小電熱塞加熱頭的直徑(從6mm到3.5mm)，可使燃油消耗率5~10g/(kW·h)，全負荷煙度0.5~1BSU。南昌大學機電學院§5.1低排放燃燒室設計二、非直噴式柴油機燃燒室低排23§5.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放設計壓燃式發(fā)動機良好的性能和排放指標取決于燃燒過程的完善程度，這受許多因素的綜合影響，其中空氣運動、燃油噴射和燃燒室結構是最重要的影響因素。它們相互影響，相互制約，任何一個因素如不與其他因素合適地匹配，都會造成燃燒過程惡化。由于直噴式柴油機具有經(jīng)濟性好的明顯特點，柴油機的燃燒室已向直噴化方向發(fā)展。在直噴式燃燒系統(tǒng)中，空氣運動、燃油噴射及燃燒室結構這三者之間的合理匹配，被認為是該燃燒系統(tǒng)的三大要素。南昌大學機電學院§5.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放24§5.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放設計其燃燒室設計要點如下：①燃燒室有效容積比②柴油機壓縮比③燃燒室口徑比④燃燒室形狀所以燃燒室的設計對室中的氣體流動、燃油與空氣的混合及混合氣的燃燒有很大影響。南昌大學機電學院§5.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放25§5.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放設計1、燃燒室有效容積比燃燒室容積與壓縮室總容積（燃燒室容積+余隙容積）之比稱為燃燒室有效容積比。燃燒室容積：是直噴式發(fā)動機的混合氣形成和燃燒主要進行的場所；余隙容積（包括活塞頂間隙容積、氣門凹坑、第一道活塞環(huán)上的狹縫容積等）：其中的氣體不能有效利用，往往錯過有效燃燒期。不同結構柴油機的燃燒室有效容積比的變化范圍如圖5-2所示，圖中表明一般有效容積比＝0.7-0.8。因為氣門頭部的凹坑導致燃燒室有效容積比下降，導致四氣門柴油機的燃燒室不如二氣門柴油機緊湊。南昌大學機電學院§5.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放26盡量提高有效容積比，可以提高柴油機的冒煙界限，降低柴油機的碳煙和微粒排放?，F(xiàn)已證明，長行程、低轉速、高增壓度（為了彌補長行程柴油機動力性的不足）的柴油機，綜合性能比短行程、高轉速的柴油機好。盡可能縮小活塞頂面到氣缸蓋底面之間的氣缸余隙（提高柴油機機體、活塞連桿和曲軸等主要零件相關尺寸的加工精度，減小氣缸蓋襯墊壓緊厚度的公差）§5.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放設計1、燃燒室有效容積比南昌大學機電學院盡量提高有效容積比，可以提高柴油機的冒煙界限，降低柴油機的碳27三、直噴式柴油機燃燒室低排放設計2、柴油機壓縮比傳統(tǒng)的觀點是根據(jù)冷起動條件選擇壓縮比，壓縮比過低，冷起動困難；壓縮比過高導致機械負荷過高，機械效率下降。低排放柴油機適當提高壓縮比可降低HC和CO排放，而最高燃燒壓力由于推遲噴油定時而得到控制。所以現(xiàn)代柴油機提高壓縮比并結合推遲噴油（減小NOx排放）有利于柴油機性能與排放之間較好的折衷。燃燒室容積：是直噴式發(fā)動機的混合氣形成和燃燒主要進行的場所。柴油機直噴式燃燒室的容積主要決定于壓縮比，其次是燃燒室的有效容積比，即南昌大學機電學院三、直噴式柴油機燃燒室低排放設計2、柴油機壓縮比傳統(tǒng)的觀點是28§5.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放設計3、燃燒室口徑比小口徑比的深燃燒室優(yōu)點：可在室中產(chǎn)生較強的渦流（圖示），因而可采用孔數(shù)較少、孔徑較大的噴嘴而獲得滿意的性能和排放。缺點：1）渦流造成能量損失，降低柴油機充量系數(shù)2）中高速時渦流足夠，低轉速時往往顯得渦流不足；3）燃燒室口徑小增加噴霧碰壁量，造成HC排放增加?，F(xiàn)在的趨勢：除了缸徑很小的柴油機用較小口徑比的燃燒室外，盡量用口徑比較大的淺平燃燒室(dc/D＝0.5-0.8）配合小孔徑的多孔噴嘴（縮短噴霧的貫穿距離，減小霧粒平均直徑，改善油霧宏觀分布的均勻性），實施高壓噴射。由于不需要強烈的空氣渦流輔助混合，燃燒過程對轉速敏感性較低。定義：如圖中所示，燃燒室口徑比是指燃燒室直徑dc與深度hc或缸徑D的比值，即dc/hc、dc/D，它是柴油機直接噴射式燃燒室的重要結構參數(shù)。南昌大學機電學院§5.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放29§5.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放設計4、燃燒室形狀現(xiàn)在應用最廣的仍是直邊不縮口形燃燒室（墨西哥人帽形燃燒室，如下圖示）原因：它的形狀與多孔噴嘴的噴霧形狀配合良好，能適度增強進氣渦流，產(chǎn)生適度的擠壓渦流和燃燒湍流，合理利用空氣，得出良好的綜合性能。啞鈴形的縮口燃燒室（如下圖示）：燃燒室的縮口(dc1<dc)可加強口部的氣體湍流，促進擴散混合和燃燒。圖5-4所示的啞鈴形燃燒室，其底部中央的凸起，比圖5-3所示的形燃燒室大很多。原因：可以提高空氣利用率，因為燃燒室底部中央氣流運動較弱，燃料噴注油霧不易到達，空氣利用相對較差。南昌大學機電學院§5.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放30用帶圓角的方形或五瓣梅花形(分別配4孔和5孔噴嘴)燃燒室代替圓形燃燒室。出現(xiàn)的起因：在自然吸氣柴油機加強燃燒室中的微觀湍流，加速油氣混合燃燒，減少碳煙生成。逐漸淘汰的原因：1）增壓的采用和增壓度的提高，燃燒空燃比提高，多角形燃燒室優(yōu)點逐漸淡化；2）隨著噴油嘴噴孔數(shù)的增加，多角形燃燒室角數(shù)也相應增多，與回轉體沒有多大差別?？s口燃燒室在燃燒上止點后的膨脹行程中仍能保持較強的渦流(圖5-5)，這對加強柴油機燃燒過程后期的擴散燃燒十分有利。這樣為減少燃燒過程中NOx的生成而推遲噴油時，不致造成燃燒品質的嚴重惡化，從而改善NOx與微粒排放之間的折衷關系。圖5-6表示有關的一項試驗結果?！?.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放設計4、燃燒室形狀曾經(jīng)采用的非回轉體形狀的燃燒室：南昌大學機電學院用帶圓角的方形或五瓣梅花形(分別配4孔和5孔噴嘴)燃燒室代縮31在大型柴油機中，一般不組織空氣渦流運動，而是依靠高壓噴射、多孔噴嘴等燃油系統(tǒng)參數(shù)就能達到較好的性能。在中、小型高速柴油機中，一般都要組織進氣渦流，以促進混合氣的形成和燃燒過程的進行。對于一定缸徑和轉速的發(fā)動機，到底選用多大強度的進氣渦流，要根據(jù)燃油系統(tǒng)參數(shù)和燃燒室結構參數(shù)來確定，過強或過弱的進氣渦流都會造成燃燒惡化以及有害廢氣排放量增加，因此存在一個最佳渦流比。這個最佳渦流比主要是通過試驗來確定的?！?.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放設計南昌大學機電學院在大型柴油機中，一般不組織空氣渦流運動，而是依靠高壓噴射、多32圖5-64是穩(wěn)流試驗所得的平均渦流強度對性能的影響。圖中1%、2%的損失是因渦流不足或渦流過強而使燃油消耗率增高的百分數(shù)。南昌大學機電學院圖5-64是穩(wěn)流試驗所得的平均渦流強度對性能的影響。圖中1%33如果渦流過弱，混合氣形成和燃燒不好，性能下降；如果渦流過強，一方面增加熱損失，另一方面使相鄰油束之間發(fā)生干擾，即從渦流上游方向吹來的燃燒產(chǎn)物會妨礙位于下游的油束充分燃燒，也要使性能下降，因此對于每一工況有一最佳渦流強度。最佳渦流強度隨發(fā)動機轉速升高而降低。對于車用發(fā)動機，轉速變化范圍較大，渦流強度的選擇也要顧及部分工況的性能。根據(jù)經(jīng)驗，對于鑄造的進氣道，最佳拆衷的平均渦流比在2.5~3.5之間。南昌大學機電學院如果渦流過弱，混合氣形成和燃燒不好，性能下降；最佳渦流強度隨34

最佳渦流比隨發(fā)動機的轉速而變化，在低速時(尤其是大轉矩時)應為高渦流比，使油耗和煙度同時降低；在高速時應為低渦流比，使油耗和NOx同時降低。對于普通進氣道，進氣渦流的強度隨發(fā)動機轉速的增加而增加，渦流比基本保持不變，無法滿足這個要求。近年來一些公司利用電子控制技術研制成可變渦流進氣系統(tǒng)，確保在主要的發(fā)動機運行工況下都能獲得最佳渦流比，并使渦流強度變化時氣道的流量系數(shù)保持較高水平?！?.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放設計南昌大學機電學院最佳渦流比隨發(fā)動機的轉速而變化，在低速時(尤其是大轉矩35

進氣渦流強度的增加會造成進氣充量系數(shù)的減小和進氣道復雜化，影響發(fā)動機的性能。近年來，壓燃式發(fā)動機空氣運動研究的一個重點是適當降低進氣渦流強度而增加湍流強度，它可在不增加總的氣流運動能量的前提下有效地促進混合氣的形成和燃燒，改善發(fā)動機的性能。提高湍流強度主要是依靠特殊的燃燒室形狀、渦流運動和燃油噴注的綜合調(diào)整來獲得?！?.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放設計南昌大學機電學院進氣渦流強度的增加會造成進氣充量系數(shù)的減小和進氣道復雜36進氣渦流強度的增加會造成進氣充量系數(shù)的減小和進氣道復雜化，影響發(fā)動機的性能。近年來，壓燃式發(fā)動機空氣運動研究的一個重點是適當降低進氣渦流強度而增加湍流強度，它可在不增加總的氣流運動能量的前提下有效地促進混合氣的形成和燃燒，改善發(fā)動機的性能。提高湍流強度主要是依靠特殊的燃燒室形狀、渦流運動和燃油噴注的綜合調(diào)整來獲得?！?.1低排放燃燒室設計三、直噴式柴油機燃燒室低排放設計南昌大學機電學院進氣渦流強度的增加會造成進氣充量系數(shù)的減小和進氣道復雜37§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)減少燃料燃燒過程碳煙的生成，降低微粒排放，必須改善燃料噴霧在燃燒室中分布的宏觀均勻性和微觀均勻性。宏觀均勻性保證燃燒室各個角落的空氣都能得到充分利用。微觀均勻性保證燃油粒子足夠細且大小均勻，使其能及時蒸發(fā)并與空氣均勻混合。在足夠均勻的混合氣形成條件下，保證足夠的空燃比，就不會出現(xiàn)導致碳煙生成的極濃混合氣(a

＜0.6)，也可避開導致NOx大量生成的近化學計量比稀混合氣(a=1.0-1.2)。均勻混合氣的快速燃燒可以提高對EGR的耐受力，可以推遲燃燒而不惡化性能，為進一步降低NOx排放提供很大的潛力。燃油噴射系統(tǒng)的改進對降低壓燃式內(nèi)燃機的排放所起的關鍵作用：低排放燃油噴射系統(tǒng)應達到的要求：1)每循環(huán)噴油量要適應柴油機不同工況低排放運行的需要。特別如起動工況，要供給足夠的循環(huán)供油量保證柴油機起動可靠，又不供給過多以限制起動時的HC排放。2)優(yōu)化全工況的噴油定時，實現(xiàn)柴油機的性能與排放的最佳折衷。3)優(yōu)化噴油規(guī)律(噴油速率隨時間或曲軸轉角的變化)，包括實現(xiàn)每循環(huán)多次噴射的可能性。噴油規(guī)律影響放熱規(guī)律，放熱規(guī)律影響動力性、經(jīng)濟性和排放。

[噴油規(guī)律決定于放熱規(guī)律(理想的放熱規(guī)律曲線應為先緩后急)。理想的噴油規(guī)率先緩后急。壓力升高率較小，柔和；燃燒不拖后]4)燃油噴霧宏觀形狀與燃燒室形狀及燃燒室內(nèi)氣流運動相匹配，保證燃燒室內(nèi)空氣的充分利用。5)燃油噴霧油粒粒度均勻且足夠細，以保證燃油及時蒸發(fā)，并與空氣均勻混合。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)減少燃料燃燒過程碳煙的生成38§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)一、提高噴油壓力改善燃油噴霧細度的方法：柴油機燃油噴射系統(tǒng)噴入燃燒室的燃油噴霧細度取決于很多因素：噴油壓力(噴孔前后的壓力差);噴油器噴嘴部分的結構和幾何特性;燃油的粘度和表面張力等物性參數(shù)；燃油噴入空間的空氣密度等。燃油噴霧特性的表示方法：用不同直徑的油滴數(shù)目占總油滴數(shù)的分數(shù)表示。圖5-7表示噴霧特性的一些實測結果。圖中顯示，當被噴射的燃油物性不變時，噴射背壓越大，噴霧越細；噴孔直徑越小，噴霧也越細。在實際柴油機的條件下，改善噴霧細度的最有效手段是提高噴油壓力（燃油物性、噴射背壓和噴孔直徑等參數(shù)很難隨意改變。當噴油壓力提高時，不僅油滴直徑的分布范圍向小直徑方向移動，而且平均直徑也變小了。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)一、提高噴油壓力改善燃油噴39§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)一、提高噴油壓力噴油泵的幾何供油速率、噴油器的噴孔總面積以及噴油系統(tǒng)的結構剛度和泄漏情況等一系列因素實際噴射壓力的決定因素：嘴端峰值壓力：噴油系統(tǒng)中有較長的高壓油管時，系統(tǒng)中的壓力波動對噴射壓力產(chǎn)生很大影響，導致實際噴油壓力峰值產(chǎn)生在噴嘴端。所以工程實踐常以嘴端峰值壓力作為噴油系統(tǒng)工作能力的指標噴油系統(tǒng)工作能力的指標：表征噴油霧化能力的指標：噴油系統(tǒng)的峰值噴油壓力取決于一系列復雜的因素，同時對噴油全過程也不能作出明確的表征。所以用平均有效噴油壓力(MeanEffectiveInjectionPressure、縮寫MEIP)表征噴油霧化能力：南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)一、提高噴油壓力噴油泵的幾40平均有效噴油壓力實際上表示使一定噴油量在一定時間通過一定噴孔面積所需壓力降。圖5-9表示目前常用的直列泵和分配泵系統(tǒng)的這種關系。噴油系統(tǒng)越好，產(chǎn)生的平均有效噴油壓力越高?！?.2低排放燃油噴射系統(tǒng)一、提高噴油壓力圖5-8表示現(xiàn)在常用的柴油機噴油系統(tǒng)以及今后要求的噴油壓力特性。南昌大學機電學院平均有效噴油壓力實際上表示使一定噴油量在一定時間通過一定噴孔41§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)一、提高噴油壓力常用的柴油機噴油系統(tǒng)：目前廣泛應用的噴油泵-油管-噴油嘴系統(tǒng)（P-L-N系統(tǒng)），由于細長的高壓油管和其他死區(qū)容積的固有物理特性的制約，能達到的噴油壓力有限，最高噴油壓力<100MPa。柱塞式噴油泵和噴油嘴做成一體的泵噴嘴，取消了高壓油管，最高噴油壓力達180MPa優(yōu)點1：取消了高壓油管，有害高壓油腔較小，沒有壓力波動造成不正常的二次噴射現(xiàn)象。優(yōu)點2：噴油持續(xù)期縮短，使怠速和小負荷時噴油量的穩(wěn)定性改善。缺點1：泵噴嘴安裝在氣缸蓋上，由凸輪軸直接驅動。由于泵噴嘴的尺寸比一般噴油器大，給氣門布置帶來一定困難。缺點2：泵噴嘴高壓噴油時使氣缸蓋受附加載荷，所以應該確保氣缸蓋強度和剛度。缺點3：泵噴嘴驅動凸輪到曲軸距離較遠，傳動系統(tǒng)負荷較大。電控泵噴嘴優(yōu)點：根據(jù)事先標定的脈譜控制電磁閥，可優(yōu)化循環(huán)噴油量和噴油定時。通過電磁閥流道的細節(jié)設計，還可對噴油規(guī)律進行一定控制。缺點：對電磁閥要求很高，它所承受的壓力比汽油噴射的電磁閥高300~500倍，開閉速度高10~20倍。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)一、提高噴油壓力常用的柴油42§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)一、提高噴油壓力常用的柴油機噴油系統(tǒng)：使用短油管的單體泵是直列柱塞泵與泵噴嘴之間的良好折衷。優(yōu)點1：每個氣缸配一個柱塞式噴油泵，由公共的凸輪軸驅動。噴油泵距氣缸蓋很近．高壓油管長度(包括噴油器中高壓油路在內(nèi))只有250mm左右。優(yōu)點2：油泵凸輪軸接近曲軸，傳動系統(tǒng)比較簡單，強度與剛度易于保證。這種系統(tǒng)的噴油壓力可達到130-170MPa。缺點：圖5-11所示的單體泵還是機械控制，控制精度較低，調(diào)整不便。電控單體泵已投入使用，控制更加靈活。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)一、提高噴油壓力常用的柴油43§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)一、提高噴油壓力常用的柴油機噴油系統(tǒng)：傳統(tǒng)的直列泵、分配泵、單體泵、泵噴嘴共同的缺點是噴油壓力隨轉速和循環(huán)噴油量的降低而降低。這對轉速范圍很大、對低速和部分負荷性能要求很高的車用柴油機來說，是一個很大的遺憾。歷經(jīng)幾十年的探索，最近才開發(fā)成功的電控共軌噴油系統(tǒng)(Common-RailInjectionSystem，縮寫CRIS)，終于在這方面取得了突破性進展。如圖表示電控共軌噴油系統(tǒng)工作原理。燃油共軌l5實質上就是一個儲存高壓燃油的耐壓管道，高壓燃油由曲軸驅動的獨立高壓油泵11供給。當油壓傳感器2感知共軌15中油壓已達到預定數(shù)值時，電控器1操縱油泵控制閥7使油泵11空轉。電控器1根據(jù)傳感器12-14以及其他傳感器的信號來控制噴油器10的電磁閥3，使噴嘴6定時定量噴油。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)一、提高噴油壓力常用的柴油44§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)一、提高噴油壓力常用的柴油機噴油系統(tǒng)：共軌噴油系統(tǒng)的優(yōu)點1：是其噴油壓力可以自由控制．因而在柴油機低轉速運行時可保證必要的噴油壓力(見圖5-8中的4)。共軌噴油系統(tǒng)的優(yōu)點2：共軌系統(tǒng)高壓噴油泵任務單一，結構簡單，驅動方式和安裝位置比較自由。燃油共軌結構緊湊，由燃油軌到噴油器的高壓油管很短。當裝備傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的柴油機改造為共軌噴油柴油機時，機體和氣缸蓋等主要件不需作很大改動。共軌噴油系統(tǒng)的缺點：目前共軌系統(tǒng)令人擔心的一個問題是：萬一噴油嘴密封不嚴，高壓燃油可能持續(xù)流入氣缸，造成安全隱患。因此，必須提高噴油嘴工作可靠性，并通過自動診斷系統(tǒng)嚴密監(jiān)控。共軌噴油系統(tǒng)是柴油機供油系統(tǒng)方面劃時代的技術突破、在滿足未來對車用柴油機性能和排放的要求方面有巨大的潛力。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)一、提高噴油壓力常用的柴油45§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)二、優(yōu)化噴油規(guī)律對直接噴射式柴油機來說，噴油規(guī)律對燃燒過程的進展(最終表現(xiàn)為放熱規(guī)律)有重大的影響。實現(xiàn)低排放柴油機的理想噴油規(guī)律“靴形噴射”實現(xiàn)低排放的優(yōu)化放熱率目的理想的噴油規(guī)律應如圖5-13所示，即初期緩慢、中期急速、后期快斷南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)二、優(yōu)化噴油規(guī)律對直接噴46§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)二、優(yōu)化噴油規(guī)律“靴形噴射”的特征參數(shù)：初期噴油速率和時間長短；中期噴油速率的變化率(斜率)和最高噴油速率；后期斷油速率等。對特征參數(shù)的要求：初期噴油速率不要過高，以抑制在滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣量，降低初期燃燒速率，以達到降低最高燃燒溫度和壓力升高率、抑制NOx的生成及降低燃燒噪聲的目的。在噴油中期應急速噴油，即盡快達到較大的最高噴油速率，以加速擴散燃燒，防止生成大量碳煙微粒和熱效率的惡化。在噴油后期要迅速結束噴射，以避免低的噴油壓力和噴油速率使燃油霧化變差，導致燃燒不完全，使HC和微粒(尤其SOF)排放增加。在極端的情況下，初期低速噴射與后期高速噴射分開，構成由預噴射和主噴射組成的二次噴射模式，使噴油規(guī)律的控制更為靈活。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)二、優(yōu)化噴油規(guī)律“靴形噴射47§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)二、優(yōu)化噴油規(guī)律噴油規(guī)律的決定因素（凸輪驅動的機械式噴油泵）：主要決定于油泵凸輪外形產(chǎn)生的供油規(guī)律，兩者的差別來源于高壓燃油系統(tǒng)中的壓力波動過程。切線凸輪工藝簡單，應用很廣。雖然它的供油規(guī)律也是越來越快，但實際噴油規(guī)律由于受壓力波的干擾，不適應低排放的要求。凹弧凸輪與切線凸輪相比，供油規(guī)律突出初期供油速率低、中期供油速率高的特點，更符合低排放噴油規(guī)律的要求。試驗結果表明(圖5-14b），凹弧凸輪能在NOx與PT排放折衷關系給出較好的結果。兩種典型油泵凸輪的比較：圖5-14a表示兩種油泵凸輪產(chǎn)生的供油規(guī)律。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)二、優(yōu)化噴油規(guī)律噴油規(guī)律的48§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)二、優(yōu)化噴油規(guī)律通過雙彈簧噴油器（針閥二級升起噴油器)實現(xiàn)的先緩后急的噴油規(guī)律：其典型結構如圖5-15所示。在油壓上升過程中，首先克服較軟的一級彈簧3的壓力，使噴油器針閥升起預升程H1＝0.03-0.06mm。這時由于噴嘴流通截面很小，燃油噴射只能以較小的速率進行。當油壓繼續(xù)上升到能克服較硬的二級彈簧6的壓力時，針閥又升起一段主升程H2＝0.2mm，開始速率較高的主噴射。雙彈簧噴油器與常規(guī)噴油泵相配，可得出接近靴形噴射的噴油規(guī)律，有利于降低燃燒噪聲和NOx誹放，已獲得廣泛應用。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)二、優(yōu)化噴油規(guī)律通過雙彈簧49§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)二、優(yōu)化噴油規(guī)律利用機械噴油系統(tǒng)優(yōu)化噴油規(guī)律要獲得與主噴射分開的預噴射是很困難的。只有用電磁閥控制噴油的電控噴油系統(tǒng)，才能實現(xiàn)靈活的噴油規(guī)律控制。如電控共軌噴油系統(tǒng)，只要適當設計噴油器中的電磁閥及燃油流路，完全可以實現(xiàn)噴油規(guī)律的控制和優(yōu)化，可以在轎車柴油機的高轉速下實現(xiàn)精確的預噴射。利用機械噴油系統(tǒng)優(yōu)化噴油規(guī)律的缺陷及解決辦法：有一少量的預先噴射的好處：會使得在著火滯燃期內(nèi)只能形成有限的可燃混合氣量，這部分混合氣只有較弱的初期燃燒放熱，并使隨后的主噴射燃油的著火滯燃期縮短，避免了一般直噴式柴油機燃燒初期急劇的壓力，溫度升高，因而可明顯降低NOx排放。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)二、優(yōu)化噴油規(guī)律利用機械噴50§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)三、低排放噴油器尺寸越來越小，為氣缸蓋的優(yōu)化布置提供了更大的余地。過去常用25mm和21mm的S型噴油器；現(xiàn)在常用17mm的P型噴油器，最小的是9mm的鉛筆型噴油器。高性能低排放的高速柴油機所用的噴油器尺寸的變化：噴油器傾斜角對微粒排放的影響（每缸兩氣門的直噴式柴油機）為了保證噴油器各孔噴出的油霧在燃燒室中均勻分布，獲得相同的混合氣形成條件，希望噴油器的偏心量和傾斜角盡可能小。圖5-16表示噴油器傾斜角對微粒排放的影響?？梢?，噴油器傾斜角從10°變到0°(垂直布置)使PT排放降低5％NOx排放也下降。原因：每束油霧獲得了相同的與空氣混合條件：燃料濃度場比較均勻，減少PT生成；燃燒溫度場比較均勻，減少NOx生成。所以噴油器外形尺寸越小，噴油器的偏心量和傾斜角可以越小，越有利于降低排放。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)三、低排放噴油器尺寸越來越51§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)三、低排放噴油器壓力室容積對柴油機的HC排放的影響標準結構(圖5-17a)的壓力室容積為0.6-1.0mm3，噴油孔總容積＝0.3mm3。小壓力室噴嘴(圖5-17b)的壓力室容積可減小到0.2-0.3mm3(噴油孔容積不變)。無壓力室噴嘴(又稱為VCO噴嘴)的壓力室容積可縮小到極限0.05-0.10mm3，所以這個極小容積中的燃油在針閥關閉后被封閉，不能夠流入燃燒室。為了制造工藝上的方便，直噴式柴油機所用的閉式多孔噴油嘴中針閥尖端與針閥體之間一般有一小空間，稱為壓力室(圖5-l7a)。噴嘴壓力室容積(包括各油孔的容積)中殘存的燃油，在燃燒后期受熱膨脹后有可能滴漏入燃燒室中，此時油滴霧化很差，不能完全燃燒，成為未燃的HC排放物，也構成微粒的SOF。為了減小柴油機的HC排放，應盡可能減小這一壓力室容積。無壓力室噴嘴存在的問題：1）噴油孔中燃油的滴漏問題；2）工藝復雜；3）針閥升程很小時噴孔節(jié)流嚴重，使從噴孔噴出的油射程（流速）不均，影響混合氣形成。目前一般認為應用小壓力室噴嘴是較好的選擇。試驗表明，用小壓力室噴嘴代替標準壓力室噴嘴時，HC排放可下降一半左右。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)三、低排放噴油器壓力室容積52§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)四、噴油定時和循環(huán)噴油量的控制噴油時刻對柴油機性能的影響噴油定時是間接地通過滯燃期來影響發(fā)動機性能的。噴油提前角噴油提前角過大

燃料在柴油機的壓縮行程中燃燒的數(shù)量多，增加壓縮負功，使燃油消耗率上升、功率下降。滯燃期較長，壓力升高率和最高燃燒溫度、壓力迅速升高，使得柴油機工作粗暴、NOX排放量增加噴油提前角過小燃料不能在上止點附近迅速燃燒，導致后燃增加，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)動機容易過熱結論：柴油機對應每一工況都有一個最佳噴油提前角南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)四、噴油定時和循環(huán)噴油量的53噴油定時對柴油機污染物排放的影響噴油定時對柴油機的HC排放的影響比較復雜。與燃燒室形狀、噴油器結構參數(shù)及運轉工況等有關。噴油提前或過遲，都會引起HC排放增加。對NOx，噴油提前，使滯燃期延長，導致NOx的增加。推遲噴油，使燃燒室中最高溫度降低，從而減少NOx排放量。但噴油延遲必將使功率下降，燃油經(jīng)濟性變壞，并產(chǎn)生后燃現(xiàn)象，同時排溫增高，煙度增加。因此，噴油延遲必須適度。所以總有一個最佳噴油提前角，就是要在該提前角下柴油機功率大、燃油消耗率低、顆粒濃度也最低（考慮NOx排放的最優(yōu)折衷）。§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)四、噴油定時和循環(huán)噴油量的控制南昌大學機電學院噴油定時對柴油機污染物排放的影響噴油定時對柴油機的HC排54§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)四、噴油定時和循環(huán)噴油量的控制推遲噴油是降低柴油機NOx排放的最簡單易行的辦法，同時還必須考慮微粒排放和燃油消耗惡化的程度，采取最優(yōu)的折衷?？刂茋娪投〞r的目的1）直列式噴油泵常在驅動聯(lián)軸器中設置離心式定時調(diào)節(jié)器，使噴油定時隨轉速提高適當提前，而與負荷無關。2）分配式噴油泵，利用泵內(nèi)一個液壓活塞改變壓油柱塞與凸輪環(huán)的相對角位置，從而改變噴油定時，而液壓壓力即為輸油泵壓力，其高低與轉速有順變關系。這樣保證分配式噴油泵的噴油定時隨轉速升高而提前。傳統(tǒng)的機械式噴油泵噴油定時的控制傳統(tǒng)的機械式噴油泵噴油定時控制的弊端控制傳統(tǒng)的機械式噴油泵噴油定時的可能性，受到很大限制，往往結構復雜，效果有限，顯得事倍功半。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)四、噴油定時和循環(huán)噴油量的55§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)四、噴油定時和循環(huán)噴油量的控制滑套式可變預行程泵是早期的一個成功實例，其工作原理如圖5-18所示?；?通過電控執(zhí)行器上下移動，改變噴油的預行程，從而改變噴油定時，但這時柱塞供油有效行程不變。柱塞1通過另一電控執(zhí)行器繞軸線轉動，改變柱塞有效行程。圖上表示的是循環(huán)噴油量相同而頂行程不同的兩種工作情況。電子控制的噴油定時1）與控制離心調(diào)節(jié)器相比，移動定時滑套2費力較小。實際結構中定時滑套移動3-4mm，對應以曲軸轉角計的噴油定時改變25度左右。2）當定時滑套上移、噴油推遲時，供油速率相應提高，有利于柴油機NOx與PT排放的降低。電子控制的噴油定時的優(yōu)越性南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)四、噴油定時和循環(huán)噴油量的56§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)四、噴油定時和循環(huán)噴油量的控制在電控的直列柱塞泵中，調(diào)節(jié)循環(huán)噴油量的齒條一般由線性電磁鐵控制(圖5-19)。在斷電狀況下，回位彈簧2把調(diào)節(jié)齒條1拉向停機位置，油泵停止供油。隨著電控系統(tǒng)輸出電流的增大，電磁鐵4的電磁力逐漸克服回位彈簧2的彈力，把調(diào)節(jié)齒條l拉到相應的位置。電流的大小，決定了調(diào)節(jié)齒條的位置和相應的循環(huán)噴油量。電控直列泵可以舍去原先復雜的機械調(diào)速器，可以得出各種隨心所欲的調(diào)速特性，特別在冷起動和突然加速的瞬態(tài)運行工況下，可以優(yōu)化油量控制，改善了柴油機的調(diào)速性能和燃油經(jīng)濟性，還能夠降低排放。電子控制的循環(huán)噴油量電子控制循環(huán)噴油量的優(yōu)越性在電控泵噴嘴和電控共軌噴油系統(tǒng)中，一般采用高速電磁閥對噴油定時和循環(huán)噴油量進行控制，使控制更加精確、靈活，功能更加完善。南昌大學機電學院§5.2低排放燃油噴射系統(tǒng)四、噴油定時和循環(huán)噴油量的57§5.3氣流組織和多氣門技術提高噴油壓力，降低進氣渦流強度，以減小進氣損失，配合多孔數(shù)、小孔徑噴油器來獲得良好的混合氣。適當?shù)母變?nèi)氣流運動有利于燃燒室中燃油噴霧與空氣的混合，使燃燒更迅速更完全。（當由于噴油系統(tǒng)的壓力不夠高而噴霧不夠細時，一般要求較強的渦流運動來支持油氣混合）。氣流組織的目的現(xiàn)代柴油機技術的發(fā)展趨勢目前小型高速直噴柴油機所需的進氣渦流比為1.5-2.0，而重型車用直噴式柴油機需要的進氣渦流比一般在1.0以下。原因：小缸徑柴油機燃燒室直徑很小，噴孔直徑再小，燃油仍不可避免地有相當大的一部分噴到燃燒室壁上，需要較強的氣流運動來強化室壁上燃油油膜的蒸發(fā)，加速可燃混合氣的形成。大缸徑柴油機形成油膜可能性較小，不需要強烈的氣流運動。南昌大學機電學院§5.3氣流組織和多氣門技術提高噴油壓力，降低進氣渦58§5.3氣流組織和多氣門技術強烈的進氣渦流一般由螺旋進氣道或切向進氣道產(chǎn)生，這樣增加了進氣阻力，泵氣損失增大，充量系數(shù)下降。在實踐中往住針對中等轉速匹配合適的渦流比，容忍在低轉速和高轉速下的某些損失。原因：對于小缸徑高速柴油機：工作轉速范圍很大，在進氣系統(tǒng)產(chǎn)生的渦流比基本恒定情況下，如果在高轉速下氣流速度正好的話，在低轉速下就顯得不足，導致燃燒惡化。如果在低轉速下氣流速度合適，則在高轉速下就會過強，同樣不利于燃燒，同時又造成進氣損失過大。獲得較強的渦流運動付出的代價南昌大學機電學院§5.3氣流組織和多氣門技術強烈的進氣渦流一般由螺旋59§5.3氣流組織和多氣門技術圖5-20試驗結果為車用柴油機在低、中、高三種轉速下的不同負荷下，進氣渦流比SR對柴油機微粒排放的質量濃度和NOx排放體積分數(shù)的影響。螺旋進氣道產(chǎn)生的進氣渦流比為2.3，且不隨轉速而變。（SR依靠向進氣道噴射壓縮空氣改變）圖5-20得到的結果：在不同的轉速下NOx排放均隨SR的加大而增加。在低轉速下，PT排放隨SR加大而下降；在高轉速下，PT隨SR加大而上升；可能的原因：渦流過強使PT中的SOF增加所致。采用的措施：在高轉速下適當降低SR(例如從2.3降到1.7-1.8)，可同時使PT和NOx排放下降；在低轉速下適當提高SR(例如從2.3升到3.5-4.0)，可使PT排放下降(特別是碳姻DS下降明顯)，NOx的上升可以用別的措施加以降低。進氣渦流比SR對微粒和NOx排放影響南昌大學機電學院§5.3氣流組織和多氣門技術圖5-20試驗結果為車60§5.3氣流組織和多氣門技術1）進氣渦流比SR依靠向進氣道噴射壓縮空氣加以改變，這種手段很難實用化。2）在螺旋進氣道中設置一個擋流片，依靠在不同程度擋住氣道中的一部分氣流來改變渦流比，但結構復雜，降低了充量系數(shù)。3）采用可變渦流進氣系統(tǒng)。如圖示，在螺旋進氣道1下面加工一個副進氣道2，此副氣道的進口裝一個由空氣缸5操縱的開關閥3。當柴油機的工況要求高渦流比時，電磁閥4開啟，空氣缸5操縱開關閥3關閉副進氣道2。這樣僅有螺旋進氣道1進氣，產(chǎn)生高渦流比。當柴油機工況要求低渦流比時，電磁閥4關閉，開關閥3在回位彈簧作用下開啟副進氣道2。于是，空氣經(jīng)主螺旋進氣道和副進氣道流入氣缸。兩股氣流相互干擾，渦流強度降低。缺點：這種變渦流結構只有兩級變化，而且結構復雜。改變二氣門柴油機的進氣渦流比的方法（進氣道形狀不變）南昌大學機電學院§5.3氣流組織和多氣門技術1）進氣渦流比SR依靠向61§5.3氣流組織和多氣門技術1）擴大進排氣門的總流通面積，從而降低進排氣流動阻力，提高充量系數(shù)。

2）噴油器可以布置在氣缸中靠近氣缸軸線的地方，平行于氣缸軸線，沒有傾斜角，為噴嘴油孔的均勻分布、改善燃燒室內(nèi)的空氣利用，提供了很大的潛力。采用這些措施對排放的好處：1）如圖2-26和圖5-22所示：在同樣的NOx排放條件下，四氣門柴油機的排氣煙度、微粒排放和HC排放都低于二氣門柴油機。2）四氣門柴油機噴油器的冷卻情況與二氣門機相比得到改善，燃燒室在活塞頭部中心布置消除了溫度場的不均勻，降低活塞的熱應力和熱變形。四氣門柴油機的優(yōu)點南昌大學機電學院§5.3氣流組織和多氣門技術1）擴大進排氣門的總流通62§5.3氣流組織和多氣門技術雙螺旋氣道(H十H)有較大的流量系數(shù)，但由于兩氣流之間的干擾，渦流比比較低。雙切向氣道(D十D)的流量系數(shù)和渦流比均可達到較高水平，但流場的細致測量表明，這時只是氣缸周邊區(qū)域氣流速度較快，而中心部分氣流速度低，這不利于燃油的完全燃燒，因為噴入高速區(qū)域的油霧和噴入低速區(qū)域的油霧與空氣混合的狀況不同。所以螺旋氣道與切問氣道的組合(H+D或D十H)是較好的選擇，應用比較廣泛。四氣門柴油機不同進氣道組合的渦流比四氣門柴油機，由于從進氣門進入氣缸的兩股獨立的氣流彼此會干擾，降低渦流強度，因此很難在大負荷下在氣缸中形成足夠的渦流。螺旋氣道與切向氣道的不同組合，具有不同的渦流一阻力性能。圖5-23為在穩(wěn)流氣道試驗臺上的對比結果。南昌大學機電學院§5.3氣流組織和多氣門技術雙螺旋氣道(H十H)有較63由圖可見，當一個進氣道關閉時，缸內(nèi)渦流強度幾乎翻一番，但此時流量系數(shù)也幾乎下降一半?？紤]到一般在低轉速時關閉一個進氣道，以加強渦流改善燃燒，此時進氣阻力不是大問題?！?.3氣流組織和多氣門技術通過關閉一個進氣道調(diào)節(jié)氣缸內(nèi)的渦流強度（4氣門結構）南昌大學機電學院由圖可見，當一個進氣道關閉時，缸內(nèi)渦流強度幾乎翻一番，但此時64在最新型的車用四氣門柴油機中，開始采用一個進氣道中的調(diào)節(jié)閥開度連續(xù)可調(diào)的結構。這樣就可通過電控系統(tǒng)使進氣渦流強度隨心所欲地隨工況變化。圖5-25表示，通過安裝在一個進氣道中的進氣道關閉閥的開度變化，可使燃燒室中的渦流比在2.7-5.8這樣很大范圍內(nèi)變化?！?.3氣流組織和多氣門技術采用進氣道調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進氣渦流強度（4氣門）圖5-26為實際采用的進氣道關閉閥的控制脈譜。南昌大學機電學院在最新型的車用四氣門柴油機中，開始采用一個進氣道中的調(diào)節(jié)閥開65§5.3氣流組織和多氣門技術圖5-27表示一臺典型的重型車用柴油機實現(xiàn)低排放和低油耗的技術措施。由此圖可以看出，燃燒室形狀由縮口深坑形變?yōu)槌跍\平形，噴孔數(shù)由5增加到7再到8，最高噴油壓力(噴嘴端)由135MPa提高到150MPa再到180MPa，進氣渦流相對下降50％，再到無渦流的排放與燃油消耗率的逐步改善情況。可見經(jīng)過燃燒系統(tǒng)的這些改進，燃油消耗率平均下降10％左右，排放水平由勉強滿足歐2標準到接近歐3標準，收效明顯。重型車用柴油機的發(fā)展趨勢：盡可能降低進氣渦流強度，直至完全消除有組織的進氣渦流（這時進氣阻力減小，充量系數(shù)提高，不存在渦流對轉速的敏感性問題）。與此同時，增加噴油嘴的噴孔數(shù)，增大燃燒室口徑(以減少油霧的著壁量)，并提高噴油壓力。南昌大學機電學院§5.3氣流組織和多氣門技術圖5-27表示一臺典型的66§5.4排氣再循環(huán)一、柴油機的最佳EGR脈譜1）柴油機燃燒過程的平均過量空氣系數(shù)雖然比較大，但因混合氣成分不均勻，局部燃燒溫度仍高，所以生成大量NOx，與汽油機不相上下。2）隨著柴油機負荷的降低，NOx的排放迅速減小。柴油機的NOx排放對于輕型車或轎車用柴油機來說，EGR常用于中小負荷工況(排放法規(guī)規(guī)定的測試工況也以中小負荷為主)。原因：這時柴油機平均空燃比很大，可以采用較大的EGR率，所以用EGR降低NOx排放的效果較顯著對于重型車用柴油機來說，平均使用負荷較高，而大負荷時空燃比較小，不可能采用較大的EGR率，所以用EGR降低NOx排放的效果較小。用EGR降低柴油機的NOx排放的分析南昌大學機電學院§5.4排氣再循環(huán)一、柴油機的最佳EGR脈譜1）柴67所以，對于重型車用柴油機來說，雖然全負荷不進行EGR以保持動力性和經(jīng)濟性，但在緊挨著全負荷的工況就應開始EGR，以盡可能在十三工況NOx排放方面取得明顯的效果。但在實際運行中，重型車用柴油機在全負荷運行的比例并沒有十三工況加權系數(shù)表示的那么大，所以EGR降NOx的實際效果還是很大的?！?.4排氣再循環(huán)一、柴油機的最佳EGR脈譜表5-1表示一臺滿足歐2排放法規(guī)的增壓中冷直噴式柴油機對應十三工況的NOx排放工況分擔率和加權分擔率。用EGR降低柴油機的NOx排放的分析可見，全負荷的兩工況6號(最大轉矩工況)和8號(最大功率工況)的加權NOx排放分別占70％和10％左右，其次，工況5號和4號分別占6％和4％。南昌大學機電學院所以，對于重型車用柴油機來說，雖然全負荷不進行EGR以保持動68§5.4排氣再循環(huán)一、柴油機的最佳EGR脈譜圖5-28表示車用柴油機的典型EGR率脈譜。對輕型車用柴油機來說，主要在低速低負荷領域進行EGR。對于重型車用柴油機，除全負荷的很小范圍外，幾乎在整個工況領域均進行EGR。柴油機排氣中氧含量遠遠高于汽油機，而CO2含量較低，所以柴油機允許也需要較大量的EGR來降低NOx的排放，最大EGR率可達0.4-0.5。大負荷下用EGR會降低柴油機本來就較低的平均空燃比，使微粒排放增加。在較高的轉速下用EGR也會造成類似的問題。所以最佳的EGR率脈譜，要全面考慮NOx和PT排放并通過標定實驗確定。最佳的EGR率脈譜南昌大學機電學院§5.4排氣再循環(huán)一、柴油機的最佳EGR脈譜圖5-269§5.4排氣再循環(huán)二、增壓柴油機EGR的實現(xiàn)自然吸氣柴油機所用的EGR系統(tǒng)1）自然吸氣柴油機所用的EGR系統(tǒng)與汽油機類似，由于進排氣之間有足夠的壓力差，EGR的控制比較容易。2）在EGR的回流氣中的微?？赡芤饸飧谆钊M和進氣門的磨損，其中的硫酸鹽可能引起腐蝕。為了緩解這個問題，首先要盡可能降低PT排放，同時選用優(yōu)質潤滑油和低硫柴油。如下圖示，在增壓柴油機中，再循環(huán)排氣—般流到增壓器4后的進氣管中，而在增壓中冷柴油機中，則流到中冷器2后，以免沾污增壓器葉輪和中冷器芯子。這時，為防止增壓壓力大于排氣壓力時再循環(huán)排氣的倒流，要在EGR閥5前加一個排氣脈沖閥6，以便利用排氣脈沖加大EGR量。用排氣脈沖閥的EGR系統(tǒng)（增壓中冷柴油機）南昌大學機電學院§5.4排氣再循環(huán)二、增壓柴油機EGR的實現(xiàn)自然吸氣70現(xiàn)代增壓柴油機中，由于渦輪增壓器效率的提高．增壓器后的進氣壓力(即增壓壓力)在很多工況下會高于增壓器前的排氣壓力，達成EGR的困難，至少不會獲得足夠高的EGR率。為此可采用下列措施：(1)用節(jié)流閥7對進氣進行節(jié)流(圖5-29b)，它可降低柴油機前的進氣壓力，可使EGR率大為提高；但會增加柴油機的泵氣損失，有損燃油經(jīng)濟性?！?.4排氣再循環(huán)二、增壓柴油機EGR的實現(xiàn)現(xiàn)代增壓柴油機EGR采用的措施南昌大學機電學院現(xiàn)代增壓柴油機中，由于渦輪增壓器效率的提高．增壓器后的進氣壓71§5.4排氣再循環(huán)二、增壓柴油機EGR的實現(xiàn)現(xiàn)代增壓柴油機EGR采用的措施(2)在進氣系統(tǒng)中裝一個文丘里管8(圖5-29c)，它可以提高EGR的有效壓差，從而擴大EGR率的可調(diào)范圍。由于文丘里管喉口的壓降在喉口下游可得到部分的恢復，壓力損失可以減小。調(diào)節(jié)文丘里管的旁通閥9可改變EGR的有效壓差。南昌大學機電學院§5.4排氣再循環(huán)二、增壓柴油機EGR的實現(xiàn)現(xiàn)代增壓72§5.4排氣再循環(huán)二、增壓柴油機EGR的實現(xiàn)現(xiàn)代增壓柴油機EGR采用的措施(3)用專門的EGR泵11(圖5-29d)，用泵強制進行EGR，具有最大的靈活性。但由于EGR泵的流量要求很大，機械驅動泵顯然過于龐大昂貴。如圖所示由渦輪增壓器驅動一個外加的小氣泵11可能是一個實用方案，但這需要渦輪增壓器專業(yè)廠的配合。南昌大學機電學院§5.4排氣再循環(huán)二、增壓柴油機EGR的實現(xiàn)現(xiàn)代增壓73§5.4排氣再循環(huán)二、增壓柴油機EGR的實現(xiàn)現(xiàn)代增壓柴油機EGR采用的措施(4)用可變噴嘴增壓器(Variable-NozzleTurbocharger，縮寫VNT)它可能為實現(xiàn)增壓柴油機的有效EGR開辟一個新途徑。用普通渦輪增壓器，實現(xiàn)足夠的EGR有一定難度。試驗結果說明(圖5-30)：用普通的渦輪增壓器，只能在部分負荷下獲得0.1左右的EGR率；用可變噴嘴渦輪增壓器時，柴油機大負荷時可以通過減小渦輪噴嘴流通面積來提高排氣壓力，進而增大大負荷領域的EGR率。南昌大學機電學院§5.4排氣再循環(huán)二、增壓柴油機EGR的實現(xiàn)現(xiàn)代增壓74§5.4排氣再循環(huán)三、冷EGR試驗證明，把再循環(huán)的排氣加以冷卻，即采用所謂冷EGR，可使進入缸內(nèi)的新鮮空氣的損失減少，從而避免了大負荷燃油經(jīng)濟性利排氣煙度的惡化(圖5-31)。冷EGR系統(tǒng)布置如圖5-29c和d所示。EGR氣冷卻器10可以用柴油機的冷卻水冷卻，但是冷卻溫度有限，最好是用空氣直接冷卻。現(xiàn)已成功投產(chǎn)的EGR冷卻器，可在不同工況下使EGR氣溫度下降50-150℃，使NOx下降10％左右。南昌大學機電學院§5.4排氣再循環(huán)三、冷EGR試驗證明，把再循環(huán)的75§5.4排氣再循環(huán)四、柴油機EGR的控制柴油機EGR控制比較復雜，尤其是增壓柴油機，一般都采用電子控制。電控器1(圖5-29)一般根據(jù)柴油機轉速、負荷、溫度等傳感器的輸入信號，按標定的EGR脈譜對EGR閥5、節(jié)流閥7、旁通閥9等執(zhí)行機構進行控制。EGR閥5可以是一個真空閥，電控器通過對一個獨立真空源產(chǎn)生的真空度加以調(diào)制來控制真空閥的開度。EGR閥也可以是—個電磁閥，可由電控器通過PWM信號直接控制。為提高控制的精確度，可以對各閥進行反饋控制。EGR率可以用熱線式質量流量計直接監(jiān)測。南昌大學機電學院§5.4排氣再循環(huán)四、柴油機EGR的控制柴油機EG76§5.5增壓與排放所謂增壓，就是利用增壓器將空氣或可燃混合氣進行壓縮，再送入發(fā)動機氣缸的過程。增壓的定義：增壓后，每循環(huán)進入氣缸的新鮮空氣或混合氣充量密度增大，使實際充氣量增加，從而達到提高發(fā)動機功率和改善經(jīng)濟性及排放性能的目的。增壓的目的：機械增壓增壓器的轉子，由發(fā)動機曲軸通過齒輪增速箱或其它傳動裝置來驅動，將氣體壓縮并送入發(fā)動機氣缸。增壓器可用離心式壓氣機、螺旋轉子式壓氣機或滑片轉子式壓氣機等。廢氣渦輪增壓利用發(fā)動機排出的具有一定能量的廢氣進入渦輪并膨脹作功，廢氣渦輪的全部功率用于驅動與渦輪機同軸旋轉的壓氣機，在壓氣機中將新鮮空氣壓縮后再送入氣缸。氣波增壓利用高壓廢氣流的脈沖氣波迫使空氣在互相不混合的情況下受到壓縮，從而提高進氣壓力，具有良好的瞬態(tài)響應性。復合增壓由上述各種方式組合而成，如機械增壓與渦輪增壓的結合等。增壓的方式（按空氣被壓縮的方式）：南昌大學機電學院§5.5增壓與排放所謂增壓，就是利用增壓器將空氣或可771）小型高速渦輪增壓器設計技術和大量生產(chǎn)制造工藝的成熟，渦輪增壓器的效率大大提高，工作可靠性顯著改善，成本也明顯下降。2）增壓柴油機的加速性得到明顯的改善。3）城市道路條件的改善，城間高等級公路特別是高速公路網(wǎng)的迅速發(fā)展，長途運輸用高功率、大噸位載貨車的需求短劇增長，推動了渦輪增壓重型車用柴油機的迅速普及。4）對于渦輪增壓在車用柴油機的應用，最大的推動力來自排放控制形勢的發(fā)展。試驗研究證明，對增壓柴油機來說，達到歐洲1排放標準比較容易。§5.5增壓與排放渦輪增壓在車用柴油機歷史上發(fā)展緩慢的原因（盡管渦輪增壓應用有半個世紀）1）小型渦輪增壓器制造技術不成熟，以至可靠性不符合汽車的要求，同時成本過高；2）增壓柴油機過渡工況性能不好，尤其是加速性較差（加速冒煙）。渦輪增壓在現(xiàn)代車用柴油機上獲得廣泛應用的推動力南昌大學機電學院1）小型高速渦輪增壓器設計技術和大量生產(chǎn)制造工藝的成熟，渦輪78§5.5增壓與排放增壓柴油機的主要特征是進氣量大、燃燒平均空燃比大，因此碳煙和微粒排放下降。但NOx排放會增加（因為增壓后進氣溫度提高，同時可燃混合氣中氧濃度增加）。增壓柴油機的NOx和微粒排放：采用增壓后空氣的中間冷卻器，降低柴油機的進氣溫度，不僅降低柴油機的熱負荷，又進一步提高空氣密度，從而可能進一步強化功率密度，同時降低最高燃燒溫度，減少NOx的生成。圖5-32表示中冷對減少NOx生成和排放的效果。因此現(xiàn)代車用柴油機越來越廣泛采用增壓中冷技術。增壓柴油機采用中冷降低NOx排放：為把增壓空氣冷卻到盡可能低的溫度，大多采用空-空中冷器，即把中冷器放在水散熱器之前，用溫度最低的空氣來冷卻增壓空氣。在這種情況下，增壓空氣溫度可從120-150℃降低到50-60℃。從而為柴油機性能和排放的改進開辟了廣闊的可能性。南昌大學機電學院§5.5增壓與排放增壓柴油機的主要特征是進氣量大、燃79§5.5增壓與排放現(xiàn)代輕型車，特別是轎車用柴油機工作轉速范圍很寬（1000-4500r/min）。在這種情況下，匹配渦輪增壓器比較困難。如果在額定(最高)轉速下增壓器與柴油機匹配良好，則在低速區(qū)域就會顯得增壓器轉速過低，增壓壓力不足。反之，如果在低轉速區(qū)域匹配良好，則在高速區(qū)域增壓器就會超速運轉，造成不安全，而且增壓壓力過高。轎車用柴油機與渦輪增壓器的匹配在增壓器上安裝一個由增壓壓力控制的排氣旁通閥的辦法(圖5-33)。當柴油機達到最大轉矩轉速或略高于此轉速的某一轉速時，壓氣機葉輪2出口的壓力作用于排氣旁通閥3的膜片上，克服回位彈簧的彈力，打開排氣旁通閥，使柴油機的旁通排氣4不經(jīng)過渦輪葉輪1直接進入總排氣出口5這樣使柴油機7的進氣壓力(即增壓壓力)在柴油機轉速進一步提高時大致保持不變，柴油機外特性轉矩曲線形狀得到改善。用排氣旁通閥的辦法進行匹配不利的影響：以損失部分排氣能量為代價，使柴油機的性能和排放略有惡化。南昌大學機電學院§5.5增壓與排放現(xiàn)代輕型車，特別是轎車用柴油機工作80§5.5增壓與排放圖5-34表示一種VNT增壓器的主要構造。噴嘴環(huán)葉片角度可通過渦輪殼外的控制鏈隨工況變動。在柴油機低速運轉時，讓噴嘴環(huán)出口截面積自動減小，使得排氣流出速度相應提高，增壓器轉速上升，壓氣機出口壓力增大，供氣量加大。在柴油機高速運轉時，讓噴嘴環(huán)出口截面積增大，增壓器不會超速，增壓不過量。采用可變噴嘴增壓器(VNT)解決渦輪增壓器與寬轉速范圍柴油機的匹配問題南昌大學機電學院§5.5增壓與排放圖5-34表示一種VNT增壓器的主81圖5-35示，普通的增壓器主要使柴油機的中高速轉距有比較明顯的提高；而帶排氣旁通閥增壓器，可以校正普通渦輪增壓柴油機的轉矩特性；可變噴嘴渦輪增壓器可以在整個轉速范圍內(nèi)使柴油機發(fā)出最大可能的轉矩。柴油機用不同類型渦輪增壓器時轉矩外特性的對比如表5-2所示，可見采用VNT增壓器后汽車的動力性有顯著改善。裝有VNT增壓器與帶排氣旁通閥的渦輪增壓器的柴油小轎車性能的對比§5.5增壓與排放南昌大學機電學院圖5-35示，普通的增壓器主要使柴油機的中高速轉距有比較明顯82圖5-36具體表示了VNT增壓器對柴油機轉矩和油耗率的影響?？梢奦NT增壓器擴大了低燃油耗區(qū)，增大了低速轉矩。圖5-37表示一臺轎車柴油機用帶排氣旁通閥的渦輪增壓器和VNT增壓器時，加速踏板突然踏到底后增壓壓力、柴油機轉速和汽車加速度變化歷程對比?？梢奦NT增壓器的加速性比旁通閥的大為改善。（在相同的條件下，轉矩和功率的提高，意味著污染物比排放量的降低。加速性的改善，意味著加速煙度等排放性能的改善）。可變噴嘴增壓器柴油機轉矩和油耗率的影響可變噴嘴增壓器的加速性§5.5增壓與排放南昌大學機電學院圖5-36具體表示了VNT增壓器對柴油機轉矩和油耗率的影響83演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！84第五章壓燃式內(nèi)燃機低排放設計低排放燃燒室設計低排放燃油噴射系統(tǒng)氣流組織和多氣門技術排氣再循環(huán)增壓與排放南昌大學機電學院第五章壓燃式內(nèi)燃機低排放設計低排放燃燒室設計南昌大學機電學85第五章壓燃式內(nèi)燃機低排放設計柴油機設計的低排放考慮柴油機的CO和HC排放量較汽油機少得多，但NOx與汽油機在同一數(shù)量級，而微粒和碳煙的排放要比汽油機大幾十倍甚至更多。因此，設計低排放柴油機，重點是控制NOx與微粒，其次是HC。降低微粒和碳煙排放（柴油機排氣冒黑煙問題至今還沒有完全解決）與改善柴油機燃燒過程是一致的，不過NOx排放往往與之矛盾（仍是現(xiàn)在面臨的技術難題）。現(xiàn)今面臨的技術挑戰(zhàn)南昌大學機電學院第五章壓燃式內(nèi)燃機低排放設計柴油機設計的低排放考慮柴油機的86低排放的空燃比考慮第五章壓燃式內(nèi)燃機低排放設計柴油機造成污染物排放的根本原因在于油氣混合不好（盡管柴油機平均a一般都在1.3以上）。混合不好導致局部缺氧，使碳煙大量生成。同時存在很多a

=1.0-1.2的高NOx生成區(qū)。所以低排放柴油機的設計要圍繞改善油氣混合這一中心任務，防止局部a

＝1.0-1.2（這有利于NOx生成）和低于0.6（這有利于碳煙生成）。低排放設計要點的討論方面從進氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和燃燒室等方面討論南