第5章 柴油机机内净化技术课件

1、汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 1太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系5.1 概述概述5.2 低排放燃烧系统低排放燃烧系统5.3 低排放燃油喷射系统低排放燃油喷射系统5.4增压技术增压技术5.5废气再循环系统废气再循环系统 第第5章章 柴油机机内净化技术柴油机机内净化技术汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 2太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-21 5.1 柴油机机内净化概述柴油机机内净化概述汽车排放与控制技术汽车排放与

2、控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 3太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-215.1.1 柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程 由于柴油的蒸发差，柴油机靠喷油器将柴油在高压下喷由于柴油的蒸发差，柴油机靠喷油器将柴油在高压下喷入气缸，分散成数以百万计的细小油滴，这些油滴在气缸内入气缸，分散成数以百万计的细小油滴，这些油滴在气缸内高温、高压的热空气中，经加热、蒸发、扩散、混合和焰前高温、高压的热空气中，经加热、蒸发、扩散、混合和焰前反应等一系列物理、化学准备，最后着火。由于每次喷射要反应等一系列物理、化学准备，最后着火。由于每次喷射要持

3、续一定的时间，一般在缸内着火时喷射过程尚未结束，故持续一定的时间，一般在缸内着火时喷射过程尚未结束，故混合气形成过程和燃烧是重叠进行的，即：边喷油边燃烧。混合气形成过程和燃烧是重叠进行的，即：边喷油边燃烧。柴油机是靠调节循环喷油量的多少来调节负荷，而循环进气柴油机是靠调节循环喷油量的多少来调节负荷，而循环进气量基本不变。因此，每循环平均的混合气浓度随负荷变化而量基本不变。因此，每循环平均的混合气浓度随负荷变化而变化，这种负荷调节方式被称为变化，这种负荷调节方式被称为“质调节质调节”。这与汽油机的。这与汽油机的负荷调节方式大不相同。负荷调节方式大不相同。 柴油机的燃烧过程可划分为滞燃期、速燃期、

4、缓燃期和柴油机的燃烧过程可划分为滞燃期、速燃期、缓燃期和后燃期四个阶段。后燃期四个阶段。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 4太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系典型的示功图如图所示，曲线ABCDE表示气缸中进行正常燃烧的压力曲线，表示气缸内不进行燃烧时的纯压缩膨胀曲线，图中还画出了。根据燃烧过程进行的实际特征，一般把燃烧过程划分为四个阶段。 柴油开始喷入气缸到着火开始的这一段时期。 着火延迟期也称为滞燃期。 混合气准备的物理和化学过程。 温度或压力越高，着火延迟期越短。 燃烧室的形式和壁温 ，也影响着火延迟期长短

5、。 从着火开始到出现最高压力的这一段时期。 着火延迟期内准备好的混合气几乎同时开始燃烧。 应控制压力升高率，防止工作粗暴。 柴油机p/不大于0.4-0.5MPa/()的范围内。 缓燃期 从最高压力点到出现最高温度时的这一段时期。 燃烧的进行渐趋缓慢。 尽可能地加速混合气的形成，保证迅速而完全的燃烧。 IV 从缓燃期终点到燃油基本烧完的这一段时期。 尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃油量。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 5太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系 速燃期的特点：速燃期的特点： （1）压力升高率很高，接

6、近等容燃烧，工作粗暴。）压力升高率很高，接近等容燃烧，工作粗暴。 （2）达到最高压力（）达到最高压力（69MPa）。）。 （3）继续喷油。）继续喷油。 压力升高率过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪音大；同时压力升高率过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪音大；同时运动零件承受较大的冲击负荷，影响其工作可靠性和使用寿命；运动零件承受较大的冲击负荷，影响其工作可靠性和使用寿命； 压力升高率大，燃烧迅速，柴油机的经济性和动力性会较好。压力升高率大，燃烧迅速，柴油机的经济性和动力性会较好。 压力升高率应限制在一定的范围之内，柴油机的压力升高率压力升高率应限制在一定的范围之内，柴油机的压力升高率一般应不大于一般应不

7、大于0.40.5 MPa() )曲轴。与汽油机相比，柴油机曲轴。与汽油机相比，柴油机的的压力升高率较大。压力升高率较大。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 6太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系控制压力升高率的措施：控制压力升高率的措施： 减小在着火延迟期内准备好的可燃混合气的量减小在着火延迟期内准备好的可燃混合气的量 缩短着火延迟期的时间缩短着火延迟期的时间 减少着火延迟期内喷入燃油减少着火延迟期内喷入燃油 减少可能形成可燃混合气的燃油减少可能形成可燃混合气的燃油汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆

8、工程系太原理工大学车辆工程系 7太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系缓燃期的特点：缓燃期的特点： （1）喷油过程基本结束，燃烧速率下降）喷油过程基本结束，燃烧速率下降（氧气、柴油浓度减小，废气增多）。（氧气、柴油浓度减小，废气增多）。 （2）压力开始下降（气缸容积不断增）压力开始下降（气缸容积不断增大），温度达到最高。最高温度可达大），温度达到最高。最高温度可达2000K左右，一般在上止点后左右，一般在上止点后2035CA处出现。处出现。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 8太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理

9、工大学机械工程学院车辆工程系柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧过程第阶段滞燃期 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。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 9太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系5.1.2 影响柴油机燃烧过程的因素影响柴油机燃烧过程的因素 1. 运转因素对燃烧过程的影响运转因素对燃烧过程的影响 影响燃烧过程的运转因素有喷油提前角、转速和影响燃烧过程

10、的运转因素有喷油提前角、转速和负荷、冷却强度等。负荷、冷却强度等。（1）喷油提前角）喷油提前角（2）转速）转速 （3）负荷）负荷 （4）冷却强度的影响）冷却强度的影响 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 10太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2. 结构因素对燃烧过程的影响结构因素对燃烧过程的影响 在结构方面，影响燃烧过程的主要因素是在结构方面，影响燃烧过程的主要因素是压缩比、燃烧室形式、空气涡流运动、喷油压压缩比、燃烧室形式、空气涡流运动、喷油压力以及喷油规律等。力以及喷油规律等。（1）压缩比）压缩比 （2）喷油压

11、力）喷油压力 （3） 喷油规律喷油规律 （4）燃烧室形式）燃烧室形式 （5）空气涡流）空气涡流 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 11太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-215.1.3 柴油机的主要排放污染物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。有害成分有害成分汽油机汽油机柴油机柴油机微粒微粒 （g/m3）0.0050.150.30CO （%）0.160.050.50HC（ ppm）20002001000NOX（ ppm）70020002000

12、4000 柴油机与汽油机排放比较 柴油机与汽油机排放比较汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 12太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系 图图5-2为直喷式柴油机污染物生成机理示意图。为直喷式柴油机污染物生成机理示意图。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 13太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系 由于柴油机无法形成均质可燃混合气，总有由于柴油机无法形成均质可燃混合气，总有部分燃料不能完全燃烧，从而生成以碳为主体的部分燃料不能完全燃烧，从而生成以

13、碳为主体的微粒。同时，由于混合气不均匀，在燃烧过程中微粒。同时，由于混合气不均匀，在燃烧过程中局部温度很高，并有过量空气，导致氮氧化物（局部温度很高，并有过量空气，导致氮氧化物（NOx）的大量生成。相对于汽油机而言，柴油）的大量生成。相对于汽油机而言，柴油机由于过量空气系数比较大，一氧化碳（机由于过量空气系数比较大，一氧化碳（CO）和碳氢化合物（和碳氢化合物（HC）排放量要相对较低，但普）排放量要相对较低，但普通的燃油供给系统使柴油机的微粒排放量比汽油通的燃油供给系统使柴油机的微粒排放量比汽油机大几十倍甚至更多。机大几十倍甚至更多。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原

14、理工大学车辆工程系 14太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系5.1.4柴油机机内净化的主要技术措施柴油机机内净化的主要技术措施 近年来，一些低排放、高燃近年来，一些低排放、高燃油经济性的柴油机不用任何后处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规要求，显示出柴油机机内净化技术的巨大潜力。技术的巨大潜力。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 15太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系 降低车用柴油机排放的技术措施 柴油机

15、与汽油机排放比较 技术对策技术对策实施方法实施方法主要控制对象主要控制对象燃烧室设计燃烧室设计设计参数优化、新型燃设计参数优化、新型燃烧方式烧方式NOX、微粒、微粒喷油规律改进喷油规律改进预喷射、多段喷射预喷射、多段喷射NOX进排气系统进排气系统可变进气涡流、多气门可变进气涡流、多气门微粒微粒增压技术增压技术增压、增压中冷、可变增压、增压中冷、可变几何参数增压几何参数增压微粒微粒废气再循环废气再循环EGR、中冷、中冷EGRNOX高压喷射高压喷射电控高压油泵、共轨系电控高压油泵、共轨系统、泵喷嘴统、泵喷嘴微粒微粒 每一种技术措每一种技术措施在降低某种排气施在降低某种排气成分时，往往效果成分时，往

16、往效果有限，因而实际中有限，因而实际中常常是几种措施同常常是几种措施同时并用。时并用。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 16太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系5.2 低排放燃烧系统低排放燃烧系统燃烧室的几何形状对柴油机的性能和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。排放具有重要的影响。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 17太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系5.2.1 5.2.1 非直喷式燃烧系统非直喷式燃烧系统 非直喷式

17、燃烧室往往有主、副燃烧室二部分，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。入主燃烧室进行二次混合燃烧。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 18太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系涡流式室燃烧室涡流式室燃烧室 右图为涡流室式燃烧室右图为涡流室式燃烧室的结构图。作为副燃烧室的的结构图。作为副燃烧室的涡流室设置在气缸盖上，主涡流室设置在气缸盖上，主燃烧室由活塞顶与气缸盖之燃烧室由活塞顶与气缸盖之间的空间构成。主、副

18、燃烧间的空间构成。主、副燃烧室之间有一通道。室之间有一通道。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 19太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系预燃室式燃烧室预燃室式燃烧室 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（图（a a）或数个（图（）或数个（图（b b）孔道相连。）孔道相连。 （a）预燃室倾斜偏置）预燃室倾斜偏置,单孔道单孔道 （b）预燃室中央正置）预燃室中央正置,多孔道（多孔道（c）预燃室侧面正置）预燃室侧面正置,单孔道单孔道汽车排放与控制

19、技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 20太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系5.2.2 5.2.2 直喷式燃烧系统直喷式燃烧系统汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 21太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系浅盆形燃烧室浅盆形燃烧室 浅盆形燃烧室在活塞顶浅盆形燃烧室在活塞顶部设有开口大、深度浅的燃部设有开口大、深度浅的燃烧室凹坑。烧室凹坑。 浅盆形燃烧室浅盆形燃烧室的空气利用率低，必须在过的空气利用率低，必须在过量空气系数大于量空气系数大于1.6以上才以上才

20、能保证完全燃烧。能保证完全燃烧。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 22太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系深坑形燃烧室深坑形燃烧室 形燃烧室形燃烧室 形燃烧室在活塞顶部设形燃烧室在活塞顶部设有比较深的凹坑，其底部呈有比较深的凹坑，其底部呈形，目的是为了帮助形成涡流形，目的是为了帮助形成涡流以及排除气流运动很弱的中心以及排除气流运动很弱的中心区域的空气。区域的空气。 挤流口形燃烧室挤流口形燃烧室 挤流口形燃烧室采用了缩口形的燃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，压力升高率烧室凹坑。初期燃烧减慢，压力

21、升高率较低，因此较低，因此NOX排放较排放较形燃烧室低。形燃烧室低。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 23太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系球形燃烧室球形燃烧室 球形燃烧室空间混合方式以油膜蒸发混合方式为主。球形燃烧室空间混合方式以油膜蒸发混合方式为主。 随随着燃烧的进行，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。随之加速。匹配良好的球形燃烧室工作柔和，匹配良好的球形燃烧室工作柔和，NOX和炭烟排放都较和炭烟排放都较低，动力性和燃油经济性也较好。低，动

22、力性和燃油经济性也较好。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 24太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系不同燃烧室的比较与选用对于对于碳烟的排放量，的排放量，浅盆形燃烧室最低，燃烧室最低，深坑形燃烧室次之，而燃烧室次之，而分隔式分隔式燃烧室最高；分隔式燃烧燃烧室最高；分隔式燃烧室主要应控制碳烟的排放量，特别在较低负荷工室主要应控制碳烟的排放量，特别在较低负荷工况下。况下。深坑形燃烧室的燃烧室的HC的排放量最高，特别在较低负的排放量最高，特别在较低负荷工况下，其中的液态成分部分使其荷工况下，其中的液态成分部分使其微粒的排放

23、的排放量也较高；量也较高；直喷式燃烧室较分隔式燃烧室直喷式燃烧室较分隔式燃烧室NOx的排放量明显的排放量明显要高，特别在较高负荷工况下。要高，特别在较高负荷工况下。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 25太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-215.2.3 气流组织及多气门技术气流组织及多气门技术气流组织气流组织 适当的缸内气流运动有利于燃烧室中燃油喷雾与适当的缸内气流运动有利于燃烧室中燃油喷雾与空气的混合，使燃烧更迅速更完全。尤其当喷油系统空气的混合，使燃烧更迅速更完全。尤其当喷油系统的压力不够高使得

24、喷雾不够细时，要求较强的涡流运的压力不够高使得喷雾不够细时，要求较强的涡流运动来促进油气混合。强烈的进气涡流一般由螺旋进气动来促进油气混合。强烈的进气涡流一般由螺旋进气道或切向进气道产生，它们均以不同程度地增加进气道或切向进气道产生，它们均以不同程度地增加进气阻力为代价获得较强的涡流运动，结果是泵气损失增阻力为代价获得较强的涡流运动，结果是泵气损失增大，充量系数下降。另外，对于小缸径高速柴油机，大，充量系数下降。另外，对于小缸径高速柴油机，其工作转速范围很大，进气系统产生的涡流往往难以其工作转速范围很大，进气系统产生的涡流往往难以同时满足各种转速下的要求，涡流转速过高和过低同同时满足各种转速下

25、的要求，涡流转速过高和过低同样不利于燃烧。样不利于燃烧。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 26太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-21汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 27太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2. 多气门技术多气门技术Multiple valve汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 28太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系汽车排

26、放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 29太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系 采用多气门的优点扩大进排气门的总流通截面积，增大充气效率扩大进排气门的总流通截面积，增大充气效率解决了二气门柴油机喷油嘴斜置造成的各喷油孔流动条件不同解决了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涡流可实现关闭部分通道，形成与柴油机转速相适应的进气涡流强度，拓宽柴油机的高效工作转速范围强度，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气门

27、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和关闭，增大了气门开启的时间断面值汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 30太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-215.3 低排放柴油喷射系统低排放柴油喷射系统汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 31太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系电控转子泵电控转子泵电控单体泵电控单体泵电控泵喷嘴电控泵喷嘴电控泵高压共轨电控泵高压共轨汽车排放与控制技术汽车

28、排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 32太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-21低排放柴油喷射系统低排放柴油喷射系统 低排放燃油喷射系统应该满足以下要求：低排放燃油喷射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。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。优化喷油规律，实现每循环多次喷射。每循环的喷油量能

29、适应各种工况的实际需要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、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。经济性和排放性能综合最优。1342汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 33太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系5.3.15.3.1喷油压力喷油压力 喷油压力愈大，则喷油能量愈高、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，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、经因而柴油机的排放性能和动力性

30、、经济性都得以改善。济性都得以改善。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 34太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系高压喷射降低炭烟的效果 一般供油系统的燃油喷射压力，一般供油系统的燃油喷射压力，决定于喷油泵的几何供油速率、喷决定于喷油泵的几何供油速率、喷孔总面积以及喷油系统的结构刚度孔总面积以及喷油系统的结构刚度和泄漏情况等因素。所以工程实践和泄漏情况等因素。所以工程实践中常以嘴端峰值压力作为喷油系统中常以嘴端峰值压力作为喷油系统工作能力指标。工作能力指标。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原

31、理工大学车辆工程系 35太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系 对于目前仍广泛采用的喷油泵油管对于目前仍广泛采用的喷油泵油管喷油嘴（喷油嘴（P-L-N）系统，其喷油压力随转）系统，其喷油压力随转速升高而升高，随柴油机的负荷增大而增速升高而升高，随柴油机的负荷增大而增大。这种特性对于低转速、小负荷条件下大。这种特性对于低转速、小负荷条件下的柴油机燃油经济性和烟度不利。并且由的柴油机燃油经济性和烟度不利。并且由于高压腔容积等因素制约，喷油压力的提于高压腔容积等因素制约，喷油压力的提高受限，有时还会因为供油系统参数匹配高受限，有时还会因为供油系统参数匹配不当造成不正常喷

32、射现象。不当造成不正常喷射现象。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 36太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系 泵喷嘴将柱塞式喷油泵和喷油泵喷嘴将柱塞式喷油泵和喷油嘴做成一体，取消了高压油管，因嘴做成一体，取消了高压油管，因此可提供更高的喷油压力，由于有此可提供更高的喷油压力，由于有害高压油腔容积较小，所以即使最害高压油腔容积较小，所以即使最高喷油压力达高喷油压力达200MPa，易于控制，易于控制喷油规律，也不会由于压力波动造喷油规律，也不会由于压力波动造成不正常喷射现象。此外，喷油持成不正常喷射现象。此外，喷油持续期

33、缩短，使怠速和小负荷时喷油续期缩短，使怠速和小负荷时喷油特性的稳定性得到改善。特性的稳定性得到改善。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 37太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系泵喷嘴安装在气缸盖上，由凸轮轴直接驱动。但泵喷嘴安装在气缸盖上，由凸轮轴直接驱动。但由于泵喷嘴的尺寸比一般的喷油器大，布置时有由于泵喷嘴的尺寸比一般的喷油器大，布置时有一定的困难。泵喷嘴在高压喷油时使气缸盖受附一定的困难。泵喷嘴在高压喷油时使气缸盖受附加载荷，所以应该注意确保气缸盖的强度和刚度加载荷，所以应该注意确保气缸盖的强度和刚度。泵喷嘴系

34、统的驱动凸轮到曲轴的距离较远，传。泵喷嘴系统的驱动凸轮到曲轴的距离较远，传动系统负荷较大。这些都限制了泵喷嘴的广泛应动系统负荷较大。这些都限制了泵喷嘴的广泛应用，因此泵喷嘴多用于大、中型柴油机。用，因此泵喷嘴多用于大、中型柴油机。一般情况下，高压喷射会使一般情况下，高压喷射会使NOx增加，但如果合增加，但如果合理利用高压喷射时燃烧持续期短的特点，同时推理利用高压喷射时燃烧持续期短的特点，同时推迟喷油时刻或废气再循环，有可能使微粒迟喷油时刻或废气再循环，有可能使微粒PM和和NOx同时降低。同时降低。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 38太原理工大学

35、机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系5.3.2 5.3.2 喷油规律喷油规律喷油规律即单位时间内由喷油嘴进入汽缸内的燃油量，根喷油规律即单位时间内由喷油嘴进入汽缸内的燃油量，根据对柴油机工作过程的研究和分析，可得出以下结论：据对柴油机工作过程的研究和分析，可得出以下结论：（1）滞燃期内的初期喷油量控制了初期放热率，从）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。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）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。角，并使放热中心接近上止点。 （3）

36、在喷油后期，喷油率应快速下降以避免燃烧）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。该出现二次喷射及滴油等不正常情况。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 39太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系 理想的喷油规律理想的喷油规律 为了降低柴油机的为了降低柴油机的排放，实现理想的燃烧排放，实现理想的燃烧过程，必须有合理的喷过程，必须有合理的喷油规律。油规律。“初期缓慢，初期缓慢，中期急速，后期快断中期急速，后

37、期快断”是一种理想的喷油规律是一种理想的喷油规律汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 40太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系初期喷油速率不能太高初期喷油速率不能太高，是为了减少在滞燃期内，是为了减少在滞燃期内形成的可燃混合气量，降低初期燃烧速率，以降形成的可燃混合气量，降低初期燃烧速率，以降低最高燃烧温度和压力升高率，从而抑制低最高燃烧温度和压力升高率，从而抑制NOx生生成及降低燃烧噪声。成及降低燃烧噪声。喷油中期喷油中期采用高喷油压力和高喷油速率以加速扩采用高喷油压力和高喷油速率以加速扩散燃烧速度，防止生成大量微粒

38、和降低热效率。散燃烧速度，防止生成大量微粒和降低热效率。喷油后期喷油后期要迅速结束喷射，以避免在低的喷油压要迅速结束喷射，以避免在低的喷油压力和喷油速率下使燃油雾化变差，导致燃烧不完力和喷油速率下使燃油雾化变差，导致燃烧不完全而使全而使HC和微粒排放增加。和微粒排放增加。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 41太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系预喷射预喷射也是一种实现柴油机初期缓慢燃烧的喷油也是一种实现柴油机初期缓慢燃烧的喷油方法，见图左上角的几种喷油模式。方法，见图左上角的几种喷油模式。在主喷射前，有一少量的预

39、先喷射，会使得在着在主喷射前，有一少量的预先喷射，会使得在着火延迟期内只能形成有限的可燃混合气量，这部火延迟期内只能形成有限的可燃混合气量，这部分混合气只产生较弱的初期燃烧放热，并使随后分混合气只产生较弱的初期燃烧放热，并使随后的主喷射燃油的着火延迟期缩短，避免了一般直的主喷射燃油的着火延迟期缩短，避免了一般直喷式柴油机燃烧初期急剧的压力、温度升高，因喷式柴油机燃烧初期急剧的压力、温度升高，因而可明显降低而可明显降低NOx排放。排放。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 42太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系预喷射对

40、燃烧过程预喷射对燃烧过程缸内压力的影响如缸内压力的影响如图所示。图所示。此外，超过一次以此外，超过一次以上的多段预喷射有上的多段预喷射有助于改善柴油机起助于改善柴油机起动和怠速时的燃烧动和怠速时的燃烧稳定性，从而减少稳定性，从而减少这些工况下柴油机这些工况下柴油机HC的排放量。的排放量。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 43太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系435.3.3 5.3.3 喷油时刻喷油时刻结论：柴油机对应每一工况都有一个最佳喷油提前角结论：柴油机对应每一工况都有一个最佳喷油提前角喷油提前角过大喷油提前

41、角过大，则燃料在柴油机的压缩行程中，则燃料在柴油机的压缩行程中燃烧的数量就多，不仅增加压缩负功，使燃油消燃烧的数量就多，不仅增加压缩负功，使燃油消耗率上升、功率下降，而且因滞燃期较长，压力耗率上升、功率下降，而且因滞燃期较长，压力升高率和最高燃烧温度、压力迅速升高，使得柴升高率和最高燃烧温度、压力迅速升高，使得柴油机工作粗暴、油机工作粗暴、NOx排放量增加。排放量增加。喷油提前角过小喷油提前角过小，则燃料不能在上止点附近迅速，则燃料不能在上止点附近迅速燃烧，导致后燃增加，虽然最高燃烧温度和压力燃烧，导致后燃增加，虽然最高燃烧温度和压力降低，但燃油消耗率和排气温度增高。降低，但燃油消耗率和排气温

42、度增高。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 44太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系喷油定时的延迟是减少氮氧化物排放浓度最快捷有喷油定时的延迟是减少氮氧化物排放浓度最快捷有效的措施。但喷油延迟必将使燃烧过程推迟进行，效的措施。但喷油延迟必将使燃烧过程推迟进行，最高燃烧压力降低，功率下降，燃油经济性变坏，最高燃烧压力降低，功率下降，燃油经济性变坏，并产生后燃现象，同时使排温增高，烟度增加。并产生后燃现象，同时使排温增高，烟度增加。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 45太原

43、理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系喷油定时对柴油机的喷油定时对柴油机的HC排放的影响与燃烧室形排放的影响与燃烧室形状、喷油器结构参数及运转工况等有关。状、喷油器结构参数及运转工况等有关。喷油提前喷油提前，滞燃期增加，使较多的燃油蒸汽和，滞燃期增加，使较多的燃油蒸汽和小油粒被旋转气流带走，形成一个较宽的过稀小油粒被旋转气流带走，形成一个较宽的过稀不着火区，同时燃油与壁面的碰撞增加，这会不着火区，同时燃油与壁面的碰撞增加，这会使使HC排放增加。排放增加。喷油过迟喷油过迟，则使较多的燃油没有足够的反应时，则使较多的燃油没有足够的反应时间，间，HC排放量也要增加。排放量也

44、要增加。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 46太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系大负荷时影响颗粒排放浓度的主要是固相碳，喷油大负荷时影响颗粒排放浓度的主要是固相碳，喷油延迟，烟度会增加，即颗粒中固相碳的比例增加。延迟，烟度会增加，即颗粒中固相碳的比例增加。而在小负荷、怠速工况下推迟喷油，由于燃烧温度而在小负荷、怠速工况下推迟喷油，由于燃烧温度低，燃烧不完善，从而导致颗粒中可溶性物质比例低，燃烧不完善，从而导致颗粒中可溶性物质比例的增加。的增加。因此，将喷油延迟，颗粒的排放量在各种因此，将喷油延迟，颗粒的排放量在

45、各种工况下都会增加。工况下都会增加。但喷油过于提前，会使得燃油在但喷油过于提前，会使得燃油在较低温度下喷入而得不到完全燃烧，也会导致烟度较低温度下喷入而得不到完全燃烧，也会导致烟度及碳氢排放的增加，更重要的是还会导致氮氧化物及碳氢排放的增加，更重要的是还会导致氮氧化物的增加。的增加。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 47太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系5.3.4低排放喷油低排放喷油 双弹簧喷油器，其基本双弹簧喷油器，其基本结构如图结构如图5-16所示。在所示。在喷油器体内装有两个弹喷油器体内装有两个弹簧，一个弹

46、簧作用在喷簧，一个弹簧作用在喷油嘴针阀上，该弹簧的油嘴针阀上，该弹簧的预紧力决定了喷油器的预紧力决定了喷油器的开启压力。第二个弹簧开启压力。第二个弹簧支撑在限位套筒上，限支撑在限位套筒上，限位套筒决定了针阀的预位套筒决定了针阀的预行程（行程（h1）。）。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 48太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 49太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系 为了制造工艺上的方便，直喷式柴油机

47、所用的闭式多孔为了制造工艺上的方便，直喷式柴油机所用的闭式多孔喷油嘴中针阀尖端与针阀体之间一般有一小空间，成为压力喷油嘴中针阀尖端与针阀体之间一般有一小空间，成为压力室，如图室，如图5-18所示。试验表明，当用小压力室喷油嘴代替标所示。试验表明，当用小压力室喷油嘴代替标准压力室喷油嘴时，准压力室喷油嘴时，HC排放可下降一半左右。排放可下降一半左右。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 50太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-215.3.5 电控柴油机喷射系统电控柴油机喷射系统汽车排放与控制技术汽车排放

48、与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 51太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系传统的燃油喷射系统的基本原理传统的燃油喷射系统的基本原理喷油量喷油量喷油定时喷油定时喷油规律喷油规律柱塞螺旋槽、柱塞直径、行程柱塞螺旋槽、柱塞直径、行程机械式提前器（线性控制）机械式提前器（线性控制）油泵凸轮几何形线、柱塞直径、行程油泵凸轮几何形线、柱塞直径、行程发发动动机机缺点：缺点：1）靠油泵齿条拉杆控制油量，需要专门的拉锁机构控制；）靠油泵齿条拉杆控制油量，需要专门的拉锁机构控制；2）喷油定时不能全工况灵活控制；）喷油定时不能全工况灵活控制；3）喷油规律受凸轮形

49、线直接决定，不能灵活控制。）喷油规律受凸轮形线直接决定，不能灵活控制。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 52太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系柱塞偶件柱塞偶件驱动机构驱动机构出油阀偶件出油阀偶件油量调节油量调节机构机构汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 53太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系电控燃油喷射系统的基本原理电控燃油喷射系统的基本原理优点：优点：1）喷油量通过）喷油量通过ECU控制控制取消机械调速器；取消机械调速器；2）喷油定

50、时可全工况控制）喷油定时可全工况控制取消机型提前器；取消机型提前器；3）喷油规律实现间接）喷油规律实现间接或直接可控（共轨系统）；或直接可控（共轨系统）；4）实现怠速闭环控制；）实现怠速闭环控制；5）实现故障自诊断）实现故障自诊断利于维修。利于维修。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 54太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系电电控控燃燃油油喷喷射射系系统统第一代位置式第一代位置式第二代时间式第二代时间式第三代压力时间式第三代压力时间式电控直列泵电控直列泵电控分配泵电控分配泵电控直列泵电控直列泵电控分配泵电控分配泵电控

51、泵喷嘴电控泵喷嘴电控单体泵电控单体泵中压共轨中压共轨高压共轨高压共轨压电共轨压电共轨增压共轨增压共轨电控燃油喷射系统介绍汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 55太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系电电控控燃燃油油喷喷射射系系统统第一代位置式第一代位置式第二代时间式第二代时间式第三代压力时间式第三代压力时间式电控直列泵电控直列泵电控分配泵电控分配泵电控直列泵电控直列泵电控分配泵电控分配泵电控泵喷嘴电控泵喷嘴电控单体泵电控单体泵中压共轨中压共轨高压共轨高压共轨压电共轨压电共轨增压共轨增压共轨电控燃油喷射系统介绍汽车排放与

52、控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 56太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系位置控制系统位置控制系统线性电磁铁汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 57太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系位置控制系统位置控制系统汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 58太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系 相对其它电控燃油喷射系统，执行响应较慢、控制频相对其它电控燃油喷射系统，执行响应较慢、控

53、制频率率 较低、控制精度不稳定较低、控制精度不稳定不能改变传统喷射系统固有的喷射特性，虽能对喷油速不能改变传统喷射系统固有的喷射特性，虽能对喷油速 率起率起 到一定的调节作用，但使直列泵机构变得复杂到一定的调节作用，但使直列泵机构变得复杂几乎无须对柴油机本身结构进行改动，即可实现位置控几乎无须对柴油机本身结构进行改动，即可实现位置控制喷射，故生产继承性好，便于对现有机型进行升级改造制喷射，故生产继承性好，便于对现有机型进行升级改造汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 59太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-1

54、0-2159时间控制系统时间控制系统汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 60太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-2160汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 61太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-2161电控高压共轨系统电控高压共轨系统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12

55、-增压压力传感器 13-油门位置传感器14-曲轴位置传感器 15-柴油机转速传感器 16-电控单元汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 62太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 63太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-21电控高压共轨系统电控高压共轨系统汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 64太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学

56、院车辆工程系64电控高压共轨系统电控高压共轨系统CA4DC2 高压共轨系统-BOSCH现代CRDi高压共轨高压共轨柴油直喷发动机汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 65太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-2165电控高压共轨系统电控高压共轨系统汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 66太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-2166电控高压共轨系统电控高压共轨系统汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆

57、工程系太原理工大学车辆工程系 67太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系 BOSCH 喷油器工作原理喷油器工作原理喷嘴置位线圈衔铁球阀释放控制孔充油控制孔针阀杆喷嘴针阀压力环高压连接管回油喷嘴开启喷嘴关闭低压高压喷孔汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 68太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系多层压电晶体执行器的结构多层压电晶体执行器的结构拉力拉力非极化区非极化区-OZr+未极化的未极化的压电陶瓷压电陶瓷加上电压之后加上电压之后的压电晶体，的压电晶体，电压和电流电压和电流加电后的加电后的压

58、电晶体压电晶体 =喷油器打开喷油器打开-O-OZr+Ti+-OZr+-OTi+-+-OTi+-OZr+-OTi+-O-OZr+Ti+-OZr+-OTi+-I汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 69太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系电控高压共轨系统电控高压共轨系统汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 70太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系预喷射预喷射主喷射主喷射后喷射后喷射汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大

59、学车辆工程系 71太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-215. 4 增增 压压 技技 术术汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 72太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-2172 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。入发动机气缸的过程。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 73太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大

60、学机械工程学院车辆工程系2021-10-2173增压方式增压方式增压方式机械增压废气涡轮气波增压复合增压结构特征结构特征压气机能压气机能量源于发量源于发动机曲轴动机曲轴排气驱动排气驱动涡轮，带涡轮，带动压气机动压气机压缩进气压缩进气由曲轴驱由曲轴驱动的槽轮动的槽轮转子，排转子，排气压力波气压力波在其中对在其中对进气进行进气进行压缩压缩通过一个通过一个机械增压机械增压和涡轮增和涡轮增压相结合压相结合汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 74太原理工大学机械工程学院车辆工程系太原理工大学机械工程学院车辆工程系2021-10-2174 几种增压方式的工作示