CH5柴油机机内净化

2020年5月24日,发动机排放污染及控制,主讲人龚金科等,概述：主要内容,介绍了车用柴油机的低排放燃烧、低排放燃油喷射、多气门、增压、废气再循环以及电控燃油喷射等柴油机机内净化技术。,第5章柴油机机内净化,课程内容,5.1概述5.2低排放燃烧系统5.3低排放柴油喷射系统5.4多气门技术5.5增压技术5.6废气再循环系统5.7电控柴油机喷射系统,第5章车用柴油机机内净化,第5章柴油机机内净化,5.1柴油机机内净化概述,柴油机的燃烧过程,第5章柴油机机内净化,第阶段滞燃期柴油开始喷入气缸到着火开始的这一段时期。,第阶段速燃期从着火开始到出现最高压力的这一段时期。,第阶段后燃期从缓燃期终点到燃油基本烧完的这一段时期。,第阶段缓燃期从最高压力点到出现最高温度时的这一段时期。,柴油机的主要排放污染物,控制柴油机排放物的重点在于降低柴油机的NOX和微粒（包括碳烟）的排放。,第5章柴油机机内净化,柴油机与汽油机排放比较,柴油机与汽油机排放比较,柴油机的机内净化技术,第5章柴油机机内净化,近年来，一些低排放、高燃油经济性的柴油机不用任何后处理装置即可以达到相关的排放法规要求，显示出柴油机机内净化技术的巨大潜力。,降低车用柴油机排放的技术措施,柴油机与汽油机排放比较,降低车用柴油机排放的技术措施,每一种技术措施在降低某种排气成分时，往往效果有限，因而实际中常常是几种措施同时并用。,第5章柴油机机内净化,5.2低排放燃烧系统,低排放燃烧系统,第5章柴油机机内净化,柴油机与汽油机排放比较,这两类燃烧系统在燃烧组织、混合气形成和适应性方面都各有特点，因而在有害排放物的生成量方面也有所不同。,燃烧室的几何形状对柴油机的性能和排放具有重要的影响。,直喷式柴油机,非直喷式燃烧系统,第5章柴油机机内净化,柴油机与汽油机排放比较,非直喷式燃烧室往往有主、副燃烧室二部分，燃油首先喷入副燃烧室内进行混合燃烧，然后冲入主燃烧室进行二次混合燃烧。,涡流式室燃烧室,第5章柴油机机内净化,柴油机与汽油机排放比较,右图为涡流室式燃烧室的结构图。作为副燃烧室的涡流室设置在气缸盖上，主燃烧室由活塞顶与气缸盖之间的空间构成。主、副燃烧室之间有一通道。,预燃室式燃烧室,第5章柴油机机内净化,柴油机与汽油机排放比较,燃烧室由预燃室和活塞上方的主燃烧室所组成，两者之间由一个（图（a）或数个（图（b）孔道相连。,（a）预燃室倾斜偏置,单孔道（b）预燃室中央正置,多孔道（c）预燃室侧面正置,单孔道,直喷式燃烧系统,第5章柴油机机内净化,直喷式燃烧系统的燃烧室只在活塞顶上设置一个单独的凹坑，燃油直接喷入其内。凹坑与气缸盖和活塞顶间的容积共同组成燃烧室。常见的有代表性的结构如图所示：（a）浅盆形、（b、c）深坑形、（d）球形,浅盆形燃烧室,第5章柴油机机内净化,新型航空用喷射型燃烧室,浅盆形燃烧室在活塞顶部设有开口大、深度浅的燃烧室凹坑。浅盆形燃烧室的空气利用率低，必须在过量空气系数大于1.6以上才能保证完全燃烧。,深坑形燃烧室,第5章柴油机机内净化,形燃烧室形燃烧室在活塞顶部设有比较深的凹坑，其底部呈形，目的是为了帮助形成涡流以及排除气流运动很弱的中心区域的空气。,挤流口形燃烧室挤流口形燃烧室采用了缩口形的燃烧室凹坑。初期燃烧减慢，压力升高率较低，因此NOX排放较形燃烧室低。,球形燃烧室,第5章柴油机机内净化,球形燃烧室空间混合方式以油膜蒸发混合方式为主。随着燃烧的进行，热量辐射在油膜上，使油膜加速蒸发，燃烧也随之加速。匹配良好的球形燃烧室工作柔和，NOX和炭烟排放都较低，动力性和燃油经济性也较好。,球形燃烧室,5.3低排放柴油喷射系统,低排放柴油喷射系统,第5章柴油机机内净化,低排放燃烧系统应该满足以下要求：,各种工况下都应有较高的喷油压力，以得到足够高的燃油流出的初速度，使燃油粒度细化以提高雾化质量并加快燃烧速度，从而改善排放性能。,优化喷油规律，实现每循环多次喷射。,每循环的喷油量能适应各种工况的实际需要,各种不同工况有合理的喷油正时，实现柴油机的动力性、经济性和排放性能综合最优。,喷油压力,第5章柴油机机内净化,喷油压力愈大，则喷油能量愈高、喷雾愈细、混合气形成和燃烧愈完全，因而柴油机的排放性能和动力性、经济性都得以改善。,喷油压力,第5章柴油机机内净化,高压喷射降低炭烟的效果,喷油规律,第5章柴油机机内净化,结论：,（1）滞燃期内的初期喷油量控制了初期放热率，从而影响最高燃烧压力和最大压力升高率。,（2）为了提高循环热效率，应尽量减小喷油持续角，并使放热中心接近上止点。,（3）在喷油后期，喷油率应快速下降以避免燃烧拖延，造成烟度及耗油量的加大。喷油后期也不应该出现二次喷射及滴油等不正常情况。,喷油规律,第5章柴油机机内净化,理想的喷油规律,为了降低柴油机的排放，实现理想的燃烧过程，必须有合理的喷油规律。“初期缓慢，中期急速，后期快断”是一种理想的喷油规律。,喷油时刻对柴油机性能的影响,第5章柴油机机内净化,喷油定时对柴油机污染物排放的影响,第5章柴油机机内净化,喷油提前使滞燃期延长，导致NOX的增加。,推迟喷油减少了NOX排放量。但喷油延迟必将使功率下降，燃油经济性变坏，并产生后燃现象，同时排温增高，烟度增加。,结论,喷油时机要合适,5.4多气门技术,多气门技术,第5章柴油机机内净化,帘区越大说明气门开启的空间越大，进气量也就越大。但并不是气门越多“帘区”值就越大。,多气门技术,第5章柴油机机内净化,采用多气门的优点,扩大进排气门的总流通截面积，增大柴油机的进、排气量，降低泵气损失，使柴油机的燃烧更彻底；,改善了喷油器的冷却和活塞的热应力，解决了由于二气门柴油机喷油嘴斜置造成的各喷油孔流动条件不同的问题,可实现关闭部分通道，形成与柴油机转速相适应的进气滚流强度，拓宽柴油机的高效工作转速范围,气门增多，则气门变小变轻，从而允许气门以更快的速度开启和关闭，增大了气门开启的时间断面值,5.5增压技术,增压技术,第5章柴油机机内净化,所谓增压，就是利用增压器将空气或可燃混合气进行压缩，再送入发动机气缸的过程。,增压技术,第5章柴油机机内净化,几种增压方式的工作示意图如下图所示,（a）机械增压；（b）涡轮增压；（c）气波增压；（d）复合增压E发动机；C压气机；T涡轮机,废气涡轮增压器,第5章柴油机机内净化,废气涡轮增压器的工作原理,径流式废气涡轮增压器结构图,离心式气压机,第5章柴油机机内净化,离心式压气机简图1-进气道2-工作轮3-扩压器4-蜗壳,离心式压气机工作原理,涡轮增压技术,第5章柴油机机内净化,涡轮增压系统,（a)定压系统；（b)脉冲系统,增压对排放的影响,第5章柴油机机内净化,增压对排放的影响,第5章柴油机机内净化,5.6废气再循环系统,废气再循环系统,第5章柴油机机内净化,第5章柴油机机内净化,柴油机废气再循环系统,柴油机废气再循环系统,第5章柴油机机内净化,a)用排气脉冲阀的EGR系统b)用进气节流阀的EGR系统c)用文丘里管的EGR系统d)用EGR泵的EGR系统1-电控器；2-中冷器；3-柴油机；4-涡轮增压器；5-EGR阀；6-排气脉冲阀；7-进气节流阀；8-文丘里管；9-文丘里管旁通阀；10-EGR冷却器；11-EGR泵,柴油机EGR的控制方法,第5章柴油机机内净化,柴油机EGR与汽油机EGR的比较,第5章柴油机机内净化,第5章柴油机机内净化,EGR率对柴油发动机性能的影响,5.7电控柴油喷射系统,第5章柴油机机内净化,电控柴油喷射系统,三菱ECI-MULTI电控多点喷射系统,第5章柴油机机内净化,位置控制系统,第5章柴油机机内净化,位置控制系统,第5章柴油机机内净化,位置控制系统,第5章柴油机机内净化,时间控制系统,第5章柴油机机内净化,时间控制系统,第5章柴油机机内净化,1-高压油泵2-滤清器3-燃油箱4-共轨压力传感器5-限流器6-共轨管7-限压阀8-电控喷油器9-进气质量流量计10-冷却液温度传器11-空气温度传感器1