第五章压燃式内燃机低排放设计

第五章压燃式内燃机低排放设计低排放熄灭室设计低排放燃油放射系统气流组织和多气门技术排气再循环增压与排放南昌大学机电学院第五章压燃式内燃机低排放设计柴油机设计的低排放思索柴油机的CO和HC排放量较汽油机少得多，但NOx与汽油机在同一数量级，而微粒和碳烟的排放要比汽油机大几十倍甚至更多。因此，设计低排放柴油机，重点是控制NOx与微粒，其次是HC。降低微粒和碳烟排放〔柴油机排气冒黑烟问题至今还没有完全处理〕与改善柴油机熄灭过程是一致的，不过NOx排放往往与之矛盾〔仍是如今面临的技术难题〕。现今面临的技术挑战南昌大学机电学院低排放的空燃比思索第五章压燃式内燃机低排放设计柴油机呵斥污染物排放的根本缘由在于油气混合不好〔虽然柴油机平均a普通都在1.3以上〕。混合不好导致部分缺氧，使碳烟大量生成。同时存在很多a=1.0-1.2的高NOx生成区。所以低排放柴油机的设计要围绕改善油气混合这一中心义务，防止部分a＝1.0-1.2〔这有利于NOx生成〕和低于0.6〔这有利于碳烟生成〕。低排放设计要点的讨论方面从进气系统、燃油系统和熄灭室等方面讨论南昌大学机电学院§5.1低排放熄灭室设计一、熄灭方式柴油机熄灭室，是进气系统进入的空气与喷油系统喷入的燃油混合后进展熄灭的地方，所以熄灭室几何外形和尺寸对柴油机的性能和排放具有重要影响。柴油机(按燃烧室设计形式分)非直喷式柴油机直喷式柴油机南昌大学机电学院非直喷式熄灭系统非直喷式熄灭室往往有主、副熄灭室二部分，燃油首先喷入副熄灭室内进展混合熄灭，然后冲入主熄灭室进展二次混合熄灭。非直喷式燃烧室(按燃烧室构造分)涡流室式燃烧室预燃室式燃烧室§5.1低排放熄灭室设计一、熄灭方式南昌大学机电学院§5.1低排放熄灭室设计一、熄灭方式涡流式室熄灭室:作为副熄灭室的涡流室设置在气缸盖上，主熄灭室由活塞顶与气缸盖之间的空间构成。主、副熄灭室之间有一通道柴油机在紧缩过程中，气缸内的空气受活塞挤压，经衔接通道导流并进入涡流室，构成剧烈的有组织的紧缩涡流〔一次涡流〕。涡流室式熄灭室的熄灭过程采用浓、稀两段混合熄灭方式，前段的浓混合气抑制了NOx的生成和熄灭温度，而后段的稀混合气和二次涡流又加速了熄灭，促使碳烟的快速氧化，因此NOx和微粒排放都比较低，即使大负荷时烟度普通也是BSU<3。非直喷式熄灭系统南昌大学机电学院§5.1低排放熄灭室设计一、熄灭方式预燃室式熄灭室：熄灭室由位于气缸盖内的预燃室和活塞上方的主熄灭室所组成，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,单孔道预燃室式熄灭室的任务原理与涡流室式熄灭室类似，都是采用浓、稀两段混合熄灭。由于预燃式熄灭室的通孔方向不与预燃室相切，所以在紧缩行程期间预燃室内构成的是无组织的紊流运动，这是与涡流室的主要区别。非直喷式熄灭系统南昌大学机电学院直喷式熄灭系统直喷式熄灭系统的熄灭室相对集中，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熄灭室。常见的有代表性的构造如下图，分别为浅盆形〔a〕、深坑形〔b、c〕和球形〔d〕。§5.1低排放熄灭室设计一、熄灭方式南昌大学机电学院直喷式熄灭系统§5.1低排放熄灭室设计一、熄灭方式浅盆形熄灭室混合气构成特点整个熄灭室是由气缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所构成的一致容积，燃油直接喷入气缸，混合气构成是空间混合。1〕混合气构成主要靠燃油的喷散雾化，对喷雾质量要求高。为此采用多孔喷嘴，孔数较多，为6~12个；喷孔直径很小，在0.2~0.4mm之间；针阀开启压力较高，为20~40MPa，最高喷油压力甚至高达100MPa以上。浅盆形熄灭室：在活塞顶部设有开口大、深度浅的熄灭室凹坑。南昌大学机电学院2〕要求油束与熄灭室外形相配合，燃料要尽能够地分布到整个熄灭室空间。四冲程柴油机普通是在活塞顶上做成浅的外形或浅盆形与油束配合，并防止油束直接接触气缸壁，由于气缸壁温度较低，燃油喷到气缸壁上不但不能迅速蒸发熄灭，而且燃油能够沿缸壁流入曲轴箱，稀释光滑油并使它蜕变。3)燃浇室中普通不组织空气涡流运动，依托油束的扩展促使燃油与空气混合如图5-56所示。浅盆形熄灭室混合气构成特点4〕熄灭室根本上是一个空间，外形简单，构造紧凑，相对散热面积小。传热损失小；又由于熄灭室中不组织气流运动，无节流损失，因此浅盆形熄灭室的最大优点是经济性好，容易起动。南昌大学机电学院§5.1低排放熄灭室设计一、熄灭方式5〕由于是均匀的空间混合，在滞燃期内构成的可燃混合气较多，因此熄灭室内熄灭初期压力升高率和最高熄灭压力均较高，任务粗暴；而且熄灭直接在活塞顶上进展，使运动零件直接接受较大的机械负荷，熄灭温度高，NOx和排气烟度高。浅盆形熄灭室混合气构成特点〔缺陷〕6)对转速和燃料较敏感，由于喷雾质量随转速而变，转速降低，燃油雾化质量变差，而燃料质量改动也会影响混合气构成和熄灭，如燃油粘度大，那么燃料雾化不好，使滞燃期添加dp/dφ增大。南昌大学机电学院浅盆形熄灭室主要运用在大型柴油机7)过量空气系数较大，普通1.6~2.2。这是由于混合气构成主要靠喷雾质量，为了保证燃烧，需求用较大的过量空气系数；此外，大型发动机普通都采用增压，缸径大加之增压使每循环供油量较大，而相对散热面积Fk/Vk又较小，因此熄灭室热负荷较高。为了减轻热负荷，也需求过量空气系数用得较大一些。由上可见，大型柴油机运用浅盆形熄灭室，熄灭本身的问题不大，并且随着缸径的增大和增压比的提高，烟度、dp/dφ、pz/pme和NOx均相对减小，优点能充分发扬出来，而缺陷并不突出，因此对这类柴油机主要处理热负荷、机械负荷、燃油系统及高增压问题。一、熄灭方式浅盆形熄灭室混合气构成特点〔缺陷〕南昌大学机电学院直喷式熄灭系统浅盆形熄灭室虽然有经济性好、易于起动的优点，但在小型高速柴油机上运用就会碰到许多问题。1〕转速高(有的高达4000r／min)，混合气构成和熄灭的时间极短，每循环供油量又很小，单靠雾化混合，那么必需将喷孔直径做得很小，喷油压力很高，使燃油系统制造困难。2〕由于转速高，为了获得较好的性能目的，就要求在较小的过量空气系数时有较好的熄灭过程。显然浅盆形熄灭室达不到这一要求，于是出现了有涡流的深坑形熄灭室。深坑形熄灭室：如下图，将活塞顶上的凹坑加深，凹坑口径减少，这样熄灭室根本上分成两个空间：活塞中的熄灭室容积及活塞顶上的余隙容积，采用4~6孔的多孔喷油器，喷孔的直径较大(0.35mm左右)。南昌大学机电学院

混合气构成一方面利用一定的喷雾质量，一方面组织进气涡流及构成挤流促进混合气构成和熄灭。深坑形熄灭室对燃油系统的要求较低。由于利用进气涡流加强混合气的构成，使空气利用率大大提高，普经过量空气系数为1.3－1.5，并坚持燃油耗费率低和起动容易的优点，所以在小型高速柴油机上获得广泛运用。直喷式熄灭系统§5.1低排放熄灭室设计一、熄灭方式深坑形熄灭室：南昌大学机电学院ω形熄灭室ω形熄灭室在活塞顶部设有比较深的凹坑，其底部呈ω形，目的是为了协助构成涡流以及排除气流运动很弱的中心区域的空气。熄灭室内的空气运动以进气涡流为主，挤流为辅。挤流口形熄灭室挤流口形熄灭室采用了缩口形的熄灭室凹坑。其熄灭过程较柔和，挤流口抑制了较浓的混合气过早地流出熄灭室凹坑，使初期熄灭减慢，压力升高率较低，因此NOX排放较ω形熄灭室低。深坑燃烧室ω形燃烧室挤流口形燃烧室直喷式熄灭系统涡流挤流南昌大学机电学院直喷式熄灭系统§5.1低排放熄灭室设计一、熄灭方式球形熄灭室：球形油膜熄灭室是在活塞上，外形为球形，如图5-68所示。球形熄灭室是属于深坑形熄灭室的一种，但其混合气主要是油膜蒸发混合构成。南昌大学机电学院将燃油顺气流方向沿熄灭室壁面放射，在剧烈的进气涡流作用下，将燃油摊布在熄灭室壁上，构成一层很薄的油膜。熄灭室壁温控制在200~350℃，使喷到壁面上的燃料在比较低的温度下蒸发，以控制燃料的裂解反响。蒸发的油气与空气混合构成均匀混合气，从油束中分散出来的一小部分燃料是极细的油雾，在炽热的空气中首先完成着火预备，构成火核，然后靠此火核点燃从壁面已蒸发构成的可燃混合气。随着熄灭进展，大量热量辐射在油膜上，使油膜加速蒸发，不断提供新颖混合气，保证迅速地熄灭。混合气的构成球形熄灭室：南昌大学机电学院球形熄灭室采用油膜蒸发混合最显著的效果是：发动机任务柔和，熄灭噪声小，NOx和碳烟排放都较低，动力性和燃油经济性也较好。此外，球形油膜熄灭室便于运用轻质燃料，从柴油机到汽油机都能平稳运转。优点1)冷起动比较困难，这是由于空间雾化燃料少，起动时熄灭室壁温低，壁面蒸发混合少，对起动不利。2)对负荷突变反响慢，主要是空气涡流跟不上。3)低负荷时冒蓝烟，HC大量添加。4)高、低速性能差别大。5)对增压顺应性差，因每循环供油量增大将使油膜变厚，影响混合气构成的速率。6)在大缸径上运用困难。由于当缸径增大时，每循环供油量增多，而熄灭室的相对外表积减小，使油膜变厚，影响混合气构成速率。目前球形熄灭室运用的缸径在75~130mm范围内，主要运用在小型高速柴油机上。缺陷南昌大学机电学院§5.1低排放熄灭室设计一、熄灭方式从运用的角度调查：过去：重型车用柴油机和其他大型柴油机大多采用直接放射熄灭方式的缘由：这种熄灭方式的流动损失和散热损失较小，燃油耗费率相对较低。轿车和轻型车用柴油机大量采用非直接放射熄灭方式的缘由：直喷式柴油机对高转速顺应性较差，对燃油放射系统要求较高，对燃油要求较严。如今：1〕现代直喷式柴油机曾经完全满足轻、轿车的配套需求：由于多气门技术和高效增压系统的运用，喷油系统的小型化、高压化和高速化，使直喷柴油机的高速顺应性大为改善。2〕进一步降低燃油耗费的压力〔21世纪全世界已树立起每100km耗油3L的轿车油耗目的)：对运用直喷式柴油机提出了迫切的要求。非直喷式柴油机的开展：20世纪90年代最后推出少数几款最新非直喷式轻、轿车柴油机样品，再也没有非直喷式新样机问世。南昌大学机电学院熄灭室的比较直接喷射式非直接喷射式浅盆形深坑形球形油膜涡流室预燃室燃烧室形状简单一般一般复杂复杂混合气形成方式空间雾化空间雾化为主油膜蒸发空间雾化为主空间雾化空气运动无涡流或弱进气涡流进气涡流较强进气涡流最强压缩涡流燃烧涡流燃料雾化高较高一般较低低针阀开启压力/MPa20~4018~2518~1910~158~13热损失与流动损失小较小较小大最大§5.1低排放熄灭室设计一、熄灭方式南昌大学机电学院§5.1低排放熄灭室设计一、熄灭方式现代车用增压柴油机不同熄灭方式的污染物排放量负荷特性的比较：非直喷机碳烟排放>轻型高速直喷机>重型车用直喷机。缘由：副熄灭室内混合气很浓，易在熄灭前期生成碳烟，主熄灭室中温度较低，已生成的碳烟后期氧化较差。直喷机的HC排放量大于非直喷机。直喷机与非直喷机微粒排放量相差不大〔微粒包括碳烟和SOF〕直喷机NOx排放量大于非直喷机缘由：非直喷机的初期熄灭发生在混合气极浓的副熄灭室里，由于缺氧，NOx生成少，而主熄灭室中的熄灭在较低温度下进展(已开场膨胀)，NOx也不易生成。南昌大学机电学院§5.1低排放熄灭室设计一、熄灭方式南昌大学机电学院§5.1低排放熄灭室设计二、非直喷式柴油机熄灭室低排放设计要点非直喷式柴油机排气污染物主要在副熄灭室内生成，所以改善其排放的重点也在副熄灭室。副熄灭室相对容积，碳烟生成〔混合气相对变稀〕，但NOx〔氧增多〕。涡流室的相对容积在50％左右得出最正确的碳烟与NOx折衷。预燃室容积，流动损失，预燃室中燃气的能量，影响燃气与主熄灭室中空气的混合，普通预燃室的相对容积在25％~30％之间。涡流室中的气体流动应尽能够加强，所以应防止流动死区，起动电热塞对气流的干扰应尽量小。喷油器安装孔部位的流动死区从占涡流室容积的10％5％，可使冒烟界限的平均有效压力10％；用顺气流安装电热塞替代垂直气流安装，可使冒烟界限平均有效压力5％。减小电热塞加热头的直径(从6mm到3.5mm)，可使燃油耗费率5~10g/(kW·h)，全负荷烟度0.5~1BSU。南昌大学机电学院§5.1低排放熄灭室设计三、直喷式柴油机熄灭室低排放设计压燃式发动机良好的性能和排放目的取决于熄灭过程的完善程度，这受许多要素的综合影响，其中空气运动、燃油放射和熄灭室构造是最重要的影响要素。它们相互影响，相互制约，任何一个要素如不与其他要素适宜地匹配，都会呵斥熄灭过程恶化。由于直喷式柴油机具有经济性好的明显特点，柴油机的熄灭室已向直喷化方向开展。在直喷式熄灭系统中，空气运动、燃油放射及熄灭室构造这三者之间的合理匹配，被以为是该熄灭系统的三大要素。南昌大学机电学院§5.1低排放熄灭室设计三、直喷式柴油机熄灭室低排放设计其熄灭室设计要点如下：①熄灭室有效容积比②柴油机紧缩比③熄灭室口径比④熄灭室外形所以熄灭室的设计对室中的气体流动、燃油与空气的混合及混合气的熄灭有很大影响。南昌大学机电学院§5.1低排放熄灭室设计三、直喷式柴油机熄灭室低排放设计1、熄灭室有效容积比熄灭室容积与紧缩室总容积〔熄灭室容积+余隙容积〕之比称为熄灭室有效容积比。熄灭室容积：是直喷式发动机的混合气构成和熄灭主要进展的场所；余隙容积〔包括活塞顶间隙容积、气门凹坑、第一道活塞环上的狭缝容积等〕：其中的气体不能有效利用，往往错过有效熄灭期。不同构造柴油机的熄灭室有效容积比的变化范围如图5-2所示，图中阐明普通有效容积比＝0.7-0.8。由于气门头部的凹坑导致熄灭室有效容积比下降，导致四气门柴油机的熄灭室不如二气门柴油机紧凑。南昌大学机电学院尽量提高有效容积比，可以提高柴油机的冒烟界限，降低柴油机的碳烟和微粒排放。现已证明，长行程、低转速、高增压度〔为了弥补长行程柴油机动力性的不足〕的柴油机，综合性能比短行程、高转速的柴油机好。尽能够减少活塞顶面到气缸盖底面之间的气缸余隙〔提高柴油机机体、活塞连杆和曲轴等主要零件相关尺寸的加工精度，减小气缸盖衬垫压紧厚度的公差〕§5.1低排放熄灭室设计三、直喷式柴油机熄灭室低排放设计1、熄灭室有效容积比南昌大学机电学院三、直喷式柴油机熄灭室低排放设计2、柴油机紧缩比传统的观念是根据冷起动条件选择紧缩比，紧缩比过低，冷起动困难；紧缩比过高导致机械负荷过高，机械效率下降。低排放柴油机适当提高紧缩比可降低HC和CO排放，而最高熄灭压力由于推迟喷油定时而得到控制。所以现代柴油机提高紧缩比并结合推迟喷油〔减小NOx排放〕有利于柴油机性能与排放之间较好的折衷。熄灭室容积：是直喷式发动机的混合气构成和熄灭主要进展的场所。柴油机直喷式熄灭室的容积主要决议于紧缩比，其次是熄灭室的有效容积比，即南昌大学机电学院§5.1低排放熄灭室设计三、直喷式柴油机熄灭室低排放设计3、熄灭室口径比小口径比的深熄灭室优点：可在室中产生较强的涡流〔图示〕，因此可采用孔数较少、孔径较大的喷嘴而获得称心的性能和排放。缺陷：1〕涡流呵斥能量损失，降低柴油机充量系数2〕中高速时涡流足够，低转速时往往显得涡流缺乏；3〕熄灭室口径小添加喷雾碰壁量，呵斥HC排放添加。如今的趋势：除了缸径很小的柴油机用较小口径比的熄灭室外，尽量用口径比较大的浅平熄灭室(dc/D＝0.5-0.8〕配合小孔径的多孔喷嘴〔缩短喷雾的贯穿间隔，减小雾粒平均直径，改善油雾宏观分布的均匀性〕，实施高压放射。由于不需求剧烈的空气涡流辅助混合，熄灭过程对转速敏感性较低。定义：如图中所示，熄灭室口径比是指熄灭室直径dc与深度hc或缸径D的比值，即dc/hc、dc/D，它是柴油机直接放射式熄灭室的重要构造参数。南昌大学机电学院§5.1低排放熄灭室设计三、直喷式柴油机熄灭室低排放设计4、熄灭室外形如今运用最广的仍是直边不缩口形熄灭室〔墨西哥人帽形熄灭室，如以下图示〕缘由：它的外形与多孔喷嘴的喷雾外形配合良好，能适度加强进气涡流，产生适度的挤压涡流和熄灭湍流，合理利用空气，得出良好的综合性能。哑铃形的缩口熄灭室〔如以下图示〕：熄灭室的缩口(dc1<dc)可加强口部的气体湍流，促进分散混合和熄灭。图5-4所示的哑铃形熄灭室，其底部中央的凸起，比图5-3所示的形熄灭室大很多。缘由：可以提高空气利用率，由于熄灭室底部中央气流运动较弱，燃料喷注油雾不易到达，空气利用相对较差。南昌大学机电学院用带圆角的方形或五瓣梅花形(分别配4孔和5孔喷嘴)熄灭室代替圆形熄灭室。出现的原因：在自然吸气柴油机加强熄灭室中的微观湍流，加速油气混合熄灭，减少碳烟生成。逐渐淘汰的缘由：1〕增压的采用和增压度的提高，熄灭空燃比提高，多角形熄灭室优点逐渐淡化；2〕随着喷油嘴喷孔数的添加，多角形熄灭室角数也相应增多，与回转体没有多大差别。缩口熄灭室在熄灭上止点后的膨胀行程中仍能坚持较强的涡流(图5-5)，这对加强柴油机熄灭过程后期的分散熄灭非常有利。这样为减少熄灭过程中NOx的生成而推迟喷油时，不致呵斥熄灭质量的严重恶化，从而改善NOx与微粒排放之间的折衷关系。图5-6表示有关的一项实验结果。§5.1低排放熄灭室设计三、直喷式柴油机熄灭室低排放设计4、熄灭室外形曾经采用的非回转体外形的熄灭室：南昌大学机电学院在大型柴油机中，普通不组织空气涡流运动，而是依托高压放射、多孔喷嘴等燃油系统参数就能到达较好的性能。在中、小型高速柴油机中，普通都要组织进气涡流，以促进混合气的构成和熄灭过程的进展。对于一定缸径和转速的发动机，究竟选用多大强度的进气涡流，要根据燃油系统参数和熄灭室构造参数来确定，过强或过弱的进气涡流都会呵斥熄灭恶化以及有害废气排放量添加，因此存在一个最正确涡流比。这个最正确涡流比主要是经过实验来确定的。§5.1低排放熄灭室设计三、直喷式柴油机熄灭室低排放设计南昌大学机电学院图5-64是稳流实验所得的平均涡流强度对性能的影响。图中1%、2%的损失是因涡流缺乏或涡流过强而使燃油耗费率增高的百分数。南昌大学机电学院假设涡流过弱，混合气构成和熄灭不好，性能下降；假设涡流过强，一方面添加热损失，另一方面使相邻油束之间发生干扰，即从涡流上游方向吹来的熄灭产物会妨碍位于下游的油束充分熄灭，也要使性能下降，因此对于每一工况有一最正确涡流强度。最正确涡流强度随发动机转速升高而降低。对于车用发动机，转速变化范围较大，涡流强度的选择也要顾及部分工况的性能。根据阅历，对于铸造的进气道，最正确拆衷的平均涡流比在2.5~3.5之间。南昌大学机电学院最正确涡流比随发动机的转速而变化，在低速时(尤其是大转矩时)应为高涡流比，使油耗和烟度同时降低；在高速时应为低涡流比，使油耗和NOx同时降低。对于普通进气道，进气涡流的强度随发动机转速的添加而添加，涡流比根本坚持不变，无法满足这个要求。近年来一些公司利用电子控制技术研制成可变涡流进气系统，确保在主要的发动机运转工况下都能获得最正确涡流比，并使涡流强度变化时气道的流量系数坚持较高程度。§5.1低排放熄灭室设计三、直喷式柴油机熄灭室低排放设计南昌大学机电学院进气涡流强度的添加会呵斥进气充量系数的减小和进气道复杂化，影响发动机的性能。近年来，压燃式发动机空气运动研讨的一个重点是适当降低进气涡流强度而添加湍流强度，它可在不添加总的气流运动能量的前提下有效地促进混合气的构成和熄灭，改善发动机的性能。提高湍流强度主要是依托特殊的熄灭室外形、涡流运动和燃油喷注的综合调整来获得。§5.1低排放熄灭室设计三、直喷式柴油机熄灭室低排放设计南昌大学机电学院进气涡流强度的添加会呵斥进气充量系数的减小和进气道复杂化，影响发动机的性能。近年来，压燃式发动机空气运动研讨的一个重点是适当降低进气涡流强度而添加湍流强度，它可在不添加总的气流运动能量的前提下有效地促进混合气的构成和熄灭，改善发动机的性能。提高湍流强度主要是依托特殊的熄灭室外形、涡流运动和燃油喷注的综合调整来获得。§5.1低排放熄灭室设计三、直喷式柴油机熄灭室低排放设计南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统减少燃料熄灭过程碳烟的生成，降低微粒排放，必需改善燃料喷雾在熄灭室中分布的宏观均匀性和微观均匀性。宏观均匀性保证熄灭室各个角落的空气都能得到充分利用。微观均匀性保证燃油粒子足够细且大小均匀，使其能及时蒸发并与空气均匀混合。在足够均匀的混合气构成条件下，保证足够的空燃比，就不会出现导致碳烟生成的极浓混合气(a＜0.6)，也可避开导致NOx大量生成的近化学计量比稀混合气(a=1.0-1.2)。均匀混合气的快速熄灭可以提高对EGR的耐受力，可以推迟熄灭而不恶化性能，为进一步降低NOx排放提供很大的潜力。燃油放射系统的改良对降低压燃式内燃机的排放所起的关键作用：低排放燃油放射系统应到达的要求：1)每循环喷油量要顺应柴油机不同工况低排放运转的需求。特别如起开工况，要供应足够的循环供油量保证柴油机起动可靠，又不供应过多以限制起动时的HC排放。2)优化全工况的喷油定时，实现柴油机的性能与排放的最正确折衷。3)优化喷油规律(喷油速率随时间或曲轴转角的变化)，包括实现每循环多次放射的能够性。喷油规律影响放热规律，放热规律影响动力性、经济性和排放。

[喷油规律决议于放热规律(理想的放热规律曲线应为先缓后急)。理想的喷油规率先缓后急。压力升高率较小，柔和；熄灭不拖后]4)燃油喷雾宏观外形与熄灭室外形及熄灭室内气流运动相匹配，保证熄灭室内空气的充分利用。5)燃油喷雾油粒粒度均匀且足够细，以保证燃油及时蒸发，并与空气均匀混合。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统一、提高喷油压力改善燃油喷雾细度的方法：柴油机燃油放射系统喷入熄灭室的燃油喷雾细度取决于很多要素：喷油压力(喷孔前后的压力差);喷油器喷嘴部分的构造和几何特性;燃油的粘度和外表张力等物性参数；燃油喷入空间的空气密度等。燃油喷雾特性的表示方法：用不同直径的油滴数目占总油滴数的分数表示。图5-7表示喷雾特性的一些实测结果。图中显示，当被放射的燃油物性不变时，放射背压越大，喷雾越细；喷孔直径越小，喷雾也越细。在实践柴油机的条件下，改善喷雾细度的最有效手段是提高喷油压力〔燃油物性、放射背压和喷孔直径等参数很难随意改动。当喷油压力提高时，不仅油滴直径的分布范围向小直径方向挪动，而且平均直径也变小了。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统一、提高喷油压力喷油泵的几何供油速率、喷油器的喷孔总面积以及喷油系统的构造刚度和走漏情况等一系列要素实践放射压力的决议要素：嘴端峰值压力：喷油系统中有较长的高压油管时，系统中的压力动摇对放射压力产生很大影响，导致实践喷油压力峰值产生在喷嘴端。所以工程实际常以嘴端峰值压力作为喷油系统任务才干的目的喷油系统任务才干的目的：表征喷油雾化才干的目的：喷油系统的峰值喷油压力取决于一系列复杂的要素，同时对喷油全过程也不能作出明确的表征。所以用平均有效喷油压力(MeanEffectiveInjectionPressure、缩写MEIP)表征喷油雾化才干：南昌大学机电学院平均有效喷油压力实践上表示使一定喷油量在一定时间经过一定喷孔面积所需压力降。图5-9表示目前常用的直列泵和分配泵系统的这种关系。喷油系统越好，产生的平均有效喷油压力越高。§5.2低排放燃油放射系统一、提高喷油压力图5-8表示如今常用的柴油机喷油系统以及今后要求的喷油压力特性。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统一、提高喷油压力常用的柴油机喷油系统：目前广泛运用的喷油泵-油管-喷油嘴系统〔P-L-N系统〕，由于细长的高压油管和其他死区容积的固有物理特性的制约，能到达的喷油压力有限，最高喷油压力<100MPa。柱塞式喷油泵和喷油嘴做成一体的泵喷嘴，取消了高压油管，最高喷油压力达180MPa优点1：取消了高压油管，有害高压油腔较小，没有压力动摇呵斥不正常的二次放射景象。优点2：喷油继续期缩短，使怠速和小负荷时喷油量的稳定性改善。缺陷1：泵喷嘴安装在气缸盖上，由凸轮轴直接驱动。由于泵喷嘴的尺寸比普通喷油器大，给气门布置带来一定困难。缺陷2：泵喷嘴高压喷油时使气缸盖受附加载荷，所以应该确保气缸盖强度和刚度。缺陷3：泵喷嘴驱动凸轮到曲轴间隔较远，传动系统负荷较大。电控泵喷嘴优点：根据事先标定的脉谱控制电磁阀，可优化循环喷油量和喷油定时。经过电磁阀流道的细节设计，还可对喷油规律进展一定控制。缺陷：对电磁阀要求很高，它所接受的压力比汽油放射的电磁阀高300~500倍，开闭速度高10~20倍。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统一、提高喷油压力常用的柴油机喷油系统：运用短油管的单体泵是直列柱塞泵与泵喷嘴之间的良好折衷。优点1：每个气缸配一个柱塞式喷油泵，由公共的凸轮轴驱动。喷油泵距气缸盖很近．高压油管长度(包括喷油器中高压油路在内)只需250mm左右。优点2：油泵凸轮轴接近曲轴，传动系统比较简单，强度与刚度易于保证。这种系统的喷油压力可到达130-170MPa。缺陷：图5-11所示的单体泵还是机械控制，控制精度较低，调整不便。电控单体泵已投入运用，控制更加灵敏。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统一、提高喷油压力常用的柴油机喷油系统：传统的直列泵、分配泵、单体泵、泵喷嘴共同的缺陷是喷油压力随转速和循环喷油量的降低而降低。这对转速范围很大、对低速和部分负荷性能要求很高的车用柴油机来说，是一个很大的遗憾。历经几十年的探求，最近才开发胜利的电控共轨喷油系统(Common-RailInjectionSystem，缩写CRIS)，终于在这方面获得了突破性进展。如图表示电控共轨喷油系统任务原理。燃油共轨l5本质上就是一个储存高压燃油的耐压管道，高压燃油由曲轴驱动的独立高压油泵11供应。当油压传感器2感知共轨15中油压已到达预定数值时，电控器1支配油泵控制阀7使油泵11空转。电控器1根据传感器12-14以及其他传感器的信号来控制喷油器10的电磁阀3，使喷嘴6定时定量喷油。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统一、提高喷油压力常用的柴油机喷油系统：共轨喷油系统的优点1：是其喷油压力可以自在控制．因此在柴油机低转速运转时可保证必要的喷油压力(见图5-8中的4)。共轨喷油系统的优点2：共轨系统高压喷油泵义务单一，构造简单，驱动方式和安装位置比较自在。燃油共轨构造紧凑，由燃油轨到喷油器的高压油管很短。当配备传统喷油系统的柴油机改造为共轨喷油柴油机时，机体和气缸盖等主要件不需作很大改动。共轨喷油系统的缺陷：目前共轨系统令人担忧的一个问题是：万一喷油嘴密封不严，高压燃油能够继续流入气缸，呵斥平安隐患。因此，必需提高喷油嘴任务可靠性，并经过自动诊断系统严密监控。共轨喷油系统是柴油机供油系统方面划时代的技术突破、在满足未来对车用柴油机性能和排放的要求方面有宏大的潜力。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统二、优化喷油规律对直接放射式柴油机来说，喷油规律对熄灭过程的进展(最终表现为放热规律)有艰苦的影响。实现低排放柴油机的理想喷油规律“靴形放射〞实现低排放的优化放热率目的理想的喷油规律应如图5-13所示，即初期缓慢、中期急速、后期快断南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统二、优化喷油规律“靴形放射〞的特征参数：初期喷油速率和时间长短；中期喷油速率的变化率(斜率)和最高喷油速率；后期断油速率等。对特征参数的要求：初期喷油速率不要过高，以抑制在滞燃期内构成的可燃混合气量，降低初期熄灭速率，以到达降低最高熄灭温度和压力升高率、抑制NOx的生成及降低熄灭噪声的目的。在喷油中期应急速喷油，即尽快到达较大的最高喷油速率，以加速分散熄灭，防止生成大量碳烟微粒和热效率的恶化。在喷油后期要迅速终了放射，以防止低的喷油压力和喷油速率使燃油雾化变差，导致熄灭不完全，使HC和微粒(尤其SOF)排放添加。在极端的情况下，初期低速放射与后期高速放射分开，构成由预放射和主放射组成的二次放射方式，使喷油规律的控制更为灵敏。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统二、优化喷油规律喷油规律的决议要素〔凸轮驱动的机械式喷油泵〕：主要决议于油泵凸轮外形产生的供油规律，两者的差别来源于高压燃油系统中的压力动摇过程。切线凸轮工艺简单，运用很广。虽然它的供油规律也是越来越快，但实践喷油规律由于受压力波的干扰，不顺应低排放的要求。凹弧凸轮与切线凸轮相比，供油规律突出初期供油速率低、中期供油速率高的特点，更符合低排放喷油规律的要求。实验结果阐明(图5-14b〕，凹弧凸轮能在NOx与PT排放折衷关系给出较好的结果。两种典型油泵凸轮的比较：图5-14a表示两种油泵凸轮产生的供油规律。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统二、优化喷油规律经过双弹簧喷油器〔针阀二级升起喷油器)实现的先缓后急的喷油规律：其典型构造如图5-15所示。在油压上升过程中，首先抑制较软的一级弹簧3的压力，使喷油器针阀升起预升程H1＝0.03-0.06mm。这时由于喷嘴流通截面很小，燃油放射只能以较小的速率进展。当油压继续上升到能抑制较硬的二级弹簧6的压力时，针阀又升起一段主升程H2＝0.2mm，开场速率较高的主放射。双弹簧喷油器与常规喷油泵相配，可得出接近靴形放射的喷油规律，有利于降低熄灭噪声和NOx诽放，已获得广泛运用。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统二、优化喷油规律利用机械喷油系统优化喷油规律要获得与主放射分开的预放射是很困难的。只需用电磁阀控制喷油的电控喷油系统，才干实现灵敏的喷油规律控制。如电控共轨喷油系统，只需适当设计喷油器中的电磁阀及燃油流路，完全可以实现喷油规律的控制和优化，可以在轿车柴油机的高转速下实现准确的预放射。利用机械喷油系统优化喷油规律的缺陷及处理方法：有一少量的预先放射的益处：会使得在着火滞燃期内只能构成有限的可燃混合气量，这部分混合气只需较弱的初期熄灭放热，并使随后的主放射燃油的着火滞燃期缩短，防止了普通直喷式柴油机熄灭初期急剧的压力，温度升高，因此可明显降低NOx排放。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统三、低排放喷油器尺寸越来越小，为气缸盖的优化布置提供了更大的余地。过去常用25mm和21mm的S型喷油器；如今常用17mm的P型喷油器，最小的是9mm的铅笔型喷油器。高性能低排放的高速柴油机所用的喷油器尺寸的变化：喷油器倾斜角对微粒排放的影响〔每缸两气门的直喷式柴油机〕为了保证喷油器各孔喷出的油雾在熄灭室中均匀分布，获得一样的混合气构成条件，希望喷油器的偏心量和倾斜角尽能够小。图5-16表示喷油器倾斜角对微粒排放的影响。可见，喷油器倾斜角从10°变到0°(垂直布置)使PT排放降低5％NOx排放也下降。缘由：每束油雾获得了一样的与空气混合条件：燃料浓度场比较均匀，减少PT生成；熄灭温度场比较均匀，减少NOx生成。所以喷油器外形尺寸越小，喷油器的偏心量和倾斜角可以越小，越有利于降低排放。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统三、低排放喷油器压力室容积对柴油机的HC排放的影响规范构造(图5-17a)的压力室容积为0.6-1.0mm3，喷油孔总容积＝0.3mm3。小压力室喷嘴(图5-17b)的压力室容积可减小到0.2-0.3mm3(喷油孔容积不变)。无压力室喷嘴(又称为VCO喷嘴)的压力室容积可减少到极限0.05-0.10mm3，所以这个极小容积中的燃油在针阀封锁后被封锁，不可以流入熄灭室。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普通有一小空间，称为压力室(图5-l7a)。喷嘴压力室容积(包括各油孔的容积)中残存的燃油，在熄灭后期受热膨胀后有能够滴漏入熄灭室中，此时油滴雾化很差，不能完全熄灭，成为未燃的HC排放物，也构成微粒的SOF。为了减小柴油机的HC排放，应尽能够减小这一压力室容积。无压力室喷嘴存在的问题：1〕喷油孔中燃油的滴漏问题；2〕工艺复杂；3〕针阀升程很小时喷孔节流严重，使从喷孔喷出的油射程〔流速〕不均，影响混合气构成。目前普通以为运用小压力室喷嘴是较好的选择。实验阐明，用小压力室喷嘴替代规范压力室喷嘴时，HC排放可下降一半左右。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统四、喷油定时和循环喷油量的控制喷油时辰对柴油机性能的影响喷油定时是间接地经过滞燃期来影响发动机性能的。喷油提前角喷油提前角过大

燃料在柴油机的压缩行程中燃烧的数量多，增加压缩负功，使燃油消耗率上升、功率下降。滞燃期较长，压力升高率和最高燃烧温度、压力迅速升高，使得柴油机工作粗暴、NOX排放量增加喷油提前角过小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降低，但燃油消耗率和排气温度增高，发动机容易过热结论：柴油机对应每一工况都有一个最正确喷油提早角南昌大学机电学院喷油定时对柴油机污染物排放的影响喷油定时对柴油机的HC排放的影响比较复杂。与熄灭室外形、喷油器构造参数及运转工况等有关。喷油提早或过迟，都会引起HC排放添加。对NOx，喷油提早，使滞燃期延伸，导致NOx的添加。推迟喷油，使熄灭室中最高温度降低，从而减少NOx排放量。但喷油延迟必将使功率下降，燃油经济性变坏，并产生后燃景象，同时排温增高，烟度添加。因此，喷油延迟必需适度。所以总有一个最正确喷油提早角，就是要在该提早角下柴油机功率大、燃油耗费率低、颗粒浓度也最低〔思索NOx排放的最优折衷〕。§5.2低排放燃油放射系统四、喷油定时和循环喷油量的控制南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统四、喷油定时和循环喷油量的控制推迟喷油是降低柴油机NOx排放的最简单易行的方法，同时还必需思索微粒排放和燃油耗费恶化的程度，采取最优的折衷。控制喷油定时的目的1〕直列式喷油泵常在驱动联轴器中设置离心式定时调理器，使喷油定时随转速提高适当提早，而与负荷无关。2〕分配式喷油泵，利用泵内一个液压活塞改动压油柱塞与凸轮环的相对角位置，从而改动喷油定时，而液压压力即为输油泵压力，其高低与转速有顺变关系。这样保证分配式喷油泵的喷油定时随转速升高而提早。传统的机械式喷油泵喷油定时的控制传统的机械式喷油泵喷油定时控制的弊端控制传统的机械式喷油泵喷油定时的能够性，遭到很大限制，往往构造复杂，效果有限，显得事倍功半。南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统四、喷油定时和循环喷油量的控制滑套式可变预行程泵是早期的一个胜利实例，其任务原理如图5-18所示。滑套2经过电控执行器上下挪动，改动喷油的预行程，从而改动喷油定时，但这时柱塞供油有效行程不变。柱塞1经过另一电控执行器绕轴线转动，改动柱塞有效行程。图上表示的是循环喷油量一样而顶行程不同的两种任务情况。电子控制的喷油定时1〕与控制离心调理器相比，挪动定时滑套2费力较小。实践构造中定时滑套挪动3-4mm，对应以曲轴转角计的喷油定时改动25度左右。2〕当定时滑套上移、喷油推迟时，供油速率相应提高，有利于柴油机NOx与PT排放的降低。电子控制的喷油定时的优越性南昌大学机电学院§5.2低排放燃油放射系统四、喷油定时和循环喷油量的控制在电控的直列柱塞泵中，调理循环喷油量的齿条普通由线性电磁铁控制(图5-19)。在断电情况下，回位弹簧2把调理齿条1拉向停机位置，油泵停顿供油。随着电控系统输出电流的增大，电磁铁4的电磁力逐渐抑制回位弹簧2的弹力，把调理齿条l拉到相应的位置。电流的大小，决议了调理齿条的位置和相应的循环喷油量。电控直列泵可以舍去原先复杂的机械调速器，可以得出各种随心所欲的调速特性，特别在冷起动和忽然加速的瞬态运转工况下，可以优化油量控制，改善了柴油机的调速性能和燃油经济性，还可以降低排放。电子控制的循环喷油量电子控制循环喷油量的优越性在电控泵喷嘴和电控共轨喷油系统中，普通采用高速电磁阀对喷油定时和循环喷油量进展控制，使控制更加准确、灵敏，功能更加完善。南昌大学机电学院§5.3气流组织和多气门技术提高喷油压力，降低进气涡流强度，以减小进气损失，配合多孔数、小孔径喷油器来获得良好的混合气。适当的缸内气流运动有利于熄灭室中燃油喷雾与空气的混合，使熄灭更迅速更完全。〔当由于喷油系统的压力不够高而喷雾不够细时，普通要求较强的涡流运动来支持油气混合〕。气流组织的目的现代柴油机技术的开展趋势目前小型高速直喷柴油机所需的进气涡流比为1.5-2.0，而重型车用直喷式柴油机需求的进气涡流比普通在1.0以下。缘由：小缸径柴油机熄灭室直径很小，喷孔直径再小，燃油仍不可防止地有相当大的一部分喷到熄灭室壁上，需求较强的气流运动来强化室壁上燃油油膜的蒸发，加速可燃混合气的构成。大缸径柴油机构成油膜能够性较小，不需求剧烈的气流运动。南昌大学机电学院§5.3气流组织和多气门技术剧烈的进气涡流普通由螺旋进气道或切向进气道产生，这样添加了进气阻力，泵气损失增大，充量系数下降。在实际中往住针对中等转速匹配适宜的涡流比，容忍在低转速和高转速下的某些损失。缘由：对于小缸径高速柴油机：任务转速范围很大，在进气系统产生的涡流比根本恒定情况下，假设在高转速下气流速度正好的话，在低转速下就显得缺乏，导致熄灭恶化。假设在低转速下气流速度适宜，那么在高转速下就会过强，同样不利于熄灭，同时又呵斥进气损失过大。获得较强的涡流运动付出的代价南昌大学机电学院§5.3气流组织和多气门技术图5-20实验结果为车用柴油机在低、中、高三种转速下的不同负荷下，进气涡流比SR对柴油机微粒排放的质量浓度和NOx排放体积分数的影响。螺旋进气道产生的进气涡流比为2.3，且不随转速而变。〔SR依托向进气道放射紧缩空气改动〕图5-20得到的结果：在不同的转速下NOx排放均随SR的加大而添加。在低转速下，PT排放随SR加大而下降；在高转速下，PT随SR加大而上升；能够的缘由：涡流过强使PT中的SOF添加所致。采用的措施：在高转速下适当降低SR(例如从2.3降到1.7-1.8)，可同时使PT和NOx排放下降；在低转速下适当提高SR(例如从2.3升到3.5-4.0)，可使PT排放下降(特别是碳姻DS下降明显)，NOx的上升可以用别的措施加以降低。进气涡流比SR对微粒和NOx排放影响南昌大学机电学院§5.3气流组织和多气门技术1〕进气涡流比SR依托向进气道放射紧缩空气加以改动，这种手段很难适用化。2〕在螺旋进气道中设置一个挡流片，依托在不同程度挡住气道中的一部分气流来改动涡流比，但构造复杂，降低了充量系数。3〕采用可变涡流进气系统。如图示，在螺旋进气道1下面加工一个副进气道2，此副气道的进口装一个由空气缸5支配的开关阀3。当柴油机的工况要求高涡流比时，电磁阀4开启，空气缸5支配开关阀3封锁副进气道2。这样仅有螺旋进气道1进气，产生高涡流比。当柴油机工况要求低涡流比时，电磁阀4封锁，开关阀3在回位弹簧作用下开启副进气道2。于是，空气经主螺旋进气道和副进气道流入气缸。两股气流相互关扰，涡流强度降低。缺陷：这种变涡流构造只需两级变化，而且构造复杂。改动二气门柴油机的进气涡流比的方法〔进气道外形不变〕南昌大学机电学院§5.3气流组织和多气门技术1〕扩展进排气门的总流通面积，从而降低进排气流动阻力，提高充量系数。

2〕喷油器可以布置在气缸中接近气缸轴线的地方，平行于气缸轴线，没有倾斜角，为喷嘴油孔的均匀分布、改善熄灭室内的空气利用，提供了很大的潜力。采用这些措施对排放的益处：1〕如图2-26和图5-22所示：在同样的NOx排放条件下，四气门柴油机的排气烟度、微粒排放和HC排放都低于二气门柴油机。2〕四气门柴油机喷油器的冷却情况与二气门机相比得到改善，熄灭室在活塞头部中心布置消除了温度场的不均匀，降低活塞的热应力和热变形。四气门柴油机的优点南昌大学机电学院§5.3气流组织和多气门技术双螺旋气道(H十H)有较大的流量系数，但由于两气流之间的干扰，涡流比比较低。双切向气道(D十D)的流量系数和涡流比均可到达较高程度，但流场的细致丈量阐明，这时只是气缸周边区域气流速度较快，而中心部分气流速度低，这不利于燃油的完全熄灭，由于喷入高速区域的油雾和喷入低速区域的油雾与空气混合的情况不同。所以螺旋气道与切问气道的组合(H+D或D十H)是较好的选择，运用比较广泛。四气门柴油机不同进气道组合的涡流比四气门柴油机，由于从进气门进入气缸的两股独立的气流彼此会干扰，降低涡流强度，因此很难在大负荷下在气缸中构成足够的涡流。螺旋气道与切向气道的不同组合，具有不同的涡流一阻力性能。图5-23为在稳流气道实验台上的对比结果。南昌大学机电学院由图可见，当一个进气道封锁时，缸内涡流强度几乎翻一番，但此时流量系数也几乎下降一半。思索到普通在低转速时封锁一个进气道，以加强涡流改善熄灭，此时进气阻力不是大问题。§5.3气流组织和多气门技术经过封锁一个进气道调理气缸内的涡流强度〔4气门构造〕南昌大学机电学院在最新型的车用四气门柴油机中，开场采用一个进气道中的调理阀开度延续可调的构造。这样就可经过电控系统使进气涡流强度随心所欲地随工况变化。图5-25表示，经过安装在一个进气道中的进气道封锁阀的开度变化，可使熄灭室中的涡流比在2.7-5.8这样很大范围内变化。§5.3气流组织和多气门技术采用进气道调理阀调理进气涡流强度〔4气门〕图5-26为实践采用的进气道封锁阀的控制脉谱。南昌大学机电学院§5.3气流组织和多气门技术图5-27表示一台典型的重型车用柴油机实现低排放和低油耗的技术措施。由此图可以看出，熄灭室外形由缩口深坑形变为敞口浅平形，喷孔数由5添加到7再到8，最高喷油压力(喷嘴端)由MPa提高到150MPa再到180MPa，进气涡流相对下降50％，再到无涡流的排放与燃油耗费率的逐渐改善情况。可见经过熄灭系统的这些改良，燃油耗费率平均下降10％左右，排放程度由勉强满足欧2规范到接近欧3规范，收效明显。重型车用柴油机的开展趋势：尽能够降低进气涡流强度，直至完全消除有组织的进气涡流〔这时进气阻力减小，充量系数提高，不存在涡流对转速的敏感性问题〕。与此同时，添加喷油嘴的喷孔数，增大熄灭室口径(以减少油雾的着壁量)，并提高喷油压力。南昌大学机电学院§5.4排气再循环一、柴油机的最正确EGR脉谱1〕柴油机熄灭过程的平均过量空气系数虽然比较大，但因混合气成分不均匀，部分熄灭温度仍高，所以生成大量NOx，与汽油机不相上下。2〕随着柴油机负荷的降低，NOx的排放迅速减小。柴油机的NOx排放对于轻型车或轿车用柴油机来说，EGR常用于中小负荷工况(排放法规规定的测试工况也以中小负荷为主)。缘由：这时柴油机平均空燃比很大，可以采用较大的EGR率，所以用EGR降低NOx排放的效果较显著对于重型车用柴油机来说，平均运用负荷较高，而大负荷时空燃比较小，不能够采用较大的EGR率，所以用EGR降低NOx排放的效果较小。用EGR降低柴油机的NOx排放的分析南昌大学机电学院所以，对于重型车用柴油机来说，虽然全负荷不进展EGR以坚持动力性和经济性，但在紧挨着全负荷的工况就应开场EGR，以尽能够在十三工况NOx排放方面获得明显的效果。但在实践运转中，重型车用柴油机在全负荷运转的比例并没有十三工况加权系数表示的那么大，所以EGR降NOx的实践效果还是很大的。§5.4排气再循环一、柴油机的最正确EGR脉谱表5-1表示一台满足欧2排放法规的增压中冷直喷式柴油机对应十三工况的NOx排放工况分担率和加权分担率。用EGR降低柴油机的NOx排放的分析可见，全负荷的两工况6号(最大转矩工况)和8号(最大功率工况)的加权NOx排放分别占70％和10％左右，其次，工况5号和4号分别占6％和4％。南昌大学机电学院§5.4排气再循环一、柴油机的最正确EGR脉谱图5-28表示车用柴油机的典型EGR率脉谱。对轻型车用柴油机来说，主要在低速低负荷领域进展EGR。对于重型车用柴油机，除全负荷的很小范围外，几乎在整个工况领域均进展EGR。柴油机排气中氧含量远远高于汽油机，而CO2含量较低，所以柴油机允许也需求较大量的EGR来降低NOx的排放，最大EGR率可达0.4-0.5。大负荷下用EGR会降低柴油机本来就较低的平均空燃比，使微粒排放添加。在较高的转速下用EGR也会呵斥类似的问题。所以最正确的EGR率脉谱，要全面思索NOx和PT排放并经过标定实验确定。最正确的EGR率脉谱南昌大学机电学院§5.4排气再循环二、增压柴油机EGR的实现自然吸气柴油机所用的EGR系统1〕自然吸气柴油机所用的EGR系统与汽油机类似，由于进排气之间有足够的压力差，EGR的控制比较容易。2〕在EGR的回流气中的微粒能够引起气缸活塞组和进气门的磨损，其中的硫酸盐能够引起腐蚀。为了缓解这个问题，首先要尽能够降低PT排放，同时选用优质光滑油和低硫柴油。如以下图示，在增压柴油机中，再循环排气—般流到增压器4后的进气管中，而在增压中冷柴油机中，那么流到中冷器2后，以免沾污增压器叶轮和中冷器芯子。这时，为防止增压压力大于排气压力时再循环排气的倒流，要在EGR阀5前加一个排气脉冲阀6，以便利用排气脉冲加大EGR量。用排气脉冲阀的EGR系统〔增压中冷柴油机〕南昌大学机电学院现代增压柴油机中，由于涡轮增压器效率的提高．增压器后的进气压力(即增压压力)在很多工况下会高于增压器前的排气压力，达成EGR的困难，至少不会获得足够高的EGR率。为此可采用以下措施：(1)用节流阀7对进气进展节流(图5-29b)，它可降低柴油机前的进气压力，可使EGR率大为提高；但会添加柴油机的泵气损失，有损燃油经济性。§5.4排气再循环二、增压柴油机EGR的实现现代增压柴油机EGR采用的措施南昌大学机电学院§5.4排气再循环二、增压柴油机EGR的实现现代增压柴油机EGR采用的措施(2)在进气系统中装一个文丘里管8(图5-29c)，它可以提高EGR的有效压差，从而扩展EGR率的可调范围。由于文丘里管喉口的压降在喉口下游可得到部分的恢复，压力损失可以减小。调理文丘里管的旁通阀9可改动EGR的有效压差。南昌大学机电学院§5.4排气再循环二、增压柴油机EGR的实现现代增压柴油机EGR采用的措施(3)用专门的EGR泵11(图5-29d)，用泵强迫进展EGR，具有最大的灵敏性。但由于EGR泵的流量要求很大，机械驱动泵显然过于庞大昂贵。如下图由涡轮增压器驱动一个外加的小气泵11能够是一个适用方案，但这需求涡轮增压器专业厂的配合。南昌大学机电学院§5.4排气再循环二、增压柴油机EGR的实现现代增压柴油机EGR采用的措施(4)用可变喷嘴增压器(Variable-NozzleTurbocharger，缩写VNT)它能够为实现增压柴油机的有效EGR开辟一个新途径。用普通涡轮增压器，实现足够的EGR有一定难度。实验结果阐明(图5-30)：用普通的涡轮增压器，只能在部分负荷下获得0.1左右的EGR率；用可变喷嘴涡轮增压器时，柴油机大负荷时可以经过减小涡轮喷嘴流通面积来提高排气压力，进而增大大负荷领域的EGR率。南昌大学机电学院§5.4排气再循环三、冷EGR实验证明，把再循环的排气加以冷却，即采用所谓冷EGR，可使进入缸内的新颖空气的损失减少，从而防止了大负荷燃油经济性利排气烟度的恶化(图5-31)。冷EGR系统布置如图5-29c和d所示。EGR气冷却器10可以用柴油机的冷却水冷却，但是冷却温度有限，最好是用空气直接冷却。现已胜利投产的EGR冷却器，可在不同工况下使EGR气温度下降50-150℃，使NOx下降10％左右。南昌大学机电学院§5.4排气再循环四、柴油机EGR的控制柴油机EGR控制比较复杂，尤其是增压柴油机，普通都采用电子控制。电控器1(图5-29)普通根据柴油机转速、负荷、温度等传感器的输入信号，按标定的EGR脉谱对EGR阀5、节流阀7、旁通阀9等执行机构进展控制。EGR阀5可以是一个真空阀，电控器经过对一个独立真空源产生的真空度加以调制来控制真空阀的开度。EGR阀也可以是—个电磁阀，可由电控器经过PWM信号直接控制。为提高控制的准确度，可以对各阀进展反响控制。EGR率