汽车发动机原理课件：排放法规与试验方法

一、各国排放法规简介排放法规的核心内容有两个，即试验方法和排放限值。由于大量汽车的有害排放物对大气环境已构成严重的污染与危害，从20世纪60年代开始，世界各国及地区相继以法律形式对汽车排出的有害成分予以强制性限制。其中，美国、日本及欧洲经济委员会(ECE)对汽车排放的限制尤为严格。目前，这些国家的法规中对排放测试的装置、分析仪器、取样方法等，大都取得了一致，所不同的是，车辆试验的规范(即行驶循环的工况曲线)及对有害排放物的最大容许限值不同。下面从排气污染物的测量方法、排放限值和取样方法、气体成分分析仪器等来加以说明。(一)排气污染物的测量方法排气污染物的测量方法有怠速法、工况法、烟度法和汽车曲轴箱污染物测量方法。１.怠速法怠速法是测量汽车在怠速工况下排气污染物的方法，一般仅测CO和HC，测量仪器采用便携式排放分析仪。２.工况法工况法是将汽车于常用工况和排放污染较重的工况组合在一起测量污染物排放，以期综合全面地评价车辆排放水平。又根据轻型车和重型车之分而具体试验方法不同。对于轻型车与重型车的定义各国不完全统一，但一般将总质量在400~3500(或4000)kg范围内，乘员在9

~12人以下的车辆作为轻型车，为了与农用车区别，还规定最高车速应达到50km/h以上；而总质量在3500(或4000)kg以上的作为重型车。轻型车的排放检测要求以整车在底盘测功机上进行(也有在发动机台架上进行的)，被检车辆按规定的测试循环运转，试验结果用单位行驶里程的排放质量(g/km)表示。重型车的排放检测只要求在发动机台架上进行，其结果用发动机的比排放量[g/(kw·h)]表示，因为能进行重型车试验的底盘测功机价格太昂贵。３.烟度法由于柴油机排出的炭烟微粒要比汽油机高出30~80倍，故一般仅对柴油机的排烟浓度进行监测。烟度法分为稳态和非稳态两种。稳态烟度测定除用以监测汽车柴油机烟尘对环境的污染外，还常常用来研究燃烧过程，按烟度标出额定功率或对产品进行调整验收以及燃油品质的比较等。根据这些用途所进行的稳态烟度测定，一般不单独进行，只是作为柴油机台架和道路试验的一个测量项目，而不是在单一的全负荷工况下进行。每一部分负荷下的排气烟度是以柴油机实际转速范围内的最大烟度值来表示的。稳态烟度通常在全负荷稳定运转时测量，亦称为柴油机全负荷烟度测定(稳态)。稳态烟度测量适用于在台架上进行，但较难在汽车、拖拉机上测定；对于那些高度强化和增压柴油机，由于在突然加速等过程中排烟浓度很高，稳态烟度测量就不能反映出柴油机的全部冒烟特性。因此，后来又发展了非稳态烟度测定。目前，非稳态烟度测定有自由加速法和控制加速法两种规范。４.汽车曲轴箱污染物测量方法世界各国对汽油车燃油蒸发污染物的测量方法有两种，即收集法和密闭室法。其测量单位均为g/测量循环。(二)排放限值和取样方法工况法检测的排放限值一般分为两类，即型式(类型)认证试验限值和产品(生产)一致性试验限值。型式(类型)认证试验是指对新设计车型的认证试验。产品(生产)一致性试验是指对批量生产车辆的试验，要求从成批生产的车辆中任意抽取一辆或若干辆进行试验。一般而言，型式(类型)认证试验限值严于产品(生产)一致性试验限值，但这两种排放限值今后有合二为一的趋势。在取样方法上，目前我国、美国、日本、欧盟等的轻型车试验法规中均规定采用CVS法取样。定容取样法经常用英文ConstantVolumeSamplinng的词头CVS表示，CVS法是一种稀释取样方法，该法有控制地用周围空气对汽车排气进行连续稀释，因而是一种接近于汽车排气向大气中扩散这一实际过程的取样方法，又称为变稀释度取样法。该法易于进行连续测量以及对有害成分质量排放率的自动实时计算。世界各国的排放法规中，对测试装置、取样方法和分析仪器的规定基本是一致的，但测试循环和排放限值的差别较大。美国采用FTP测试循环；日本采用10.15测试循环；欧洲则采用ECE15+

EUDC测试循环。例如，目前美国对于轿车及轻型车采用的试验规范是美国环保局EPALA-4CH冷热起动工况法，日本现行的排放法规是10工况热起动行驶循环法和11工况冷起动行驶循环法，欧洲经济委员会现行采用的是ECE

-15工况法。下面分别加以介绍。１.美国排放试验规范世界上最早的排放测试规范是由美国加利福尼亚州1966年制定的称之为加利福尼亚标准的测试规范。该规范已于20世纪70年代初被美国联邦试验规范FTP-72所代替，FTP-72是通过对美国洛杉矶市早上上班的公共汽车的运行工况实测得到的，试验平均车速为34km/h(其中最高车速为90km/h)，当量里程数为17.8km。1975年后已被改进为称之为FTP-75的测试规范。EPA城市(测功机上)行驶工况(也称LA-4工况)图如图9-28所示，FTP-72规范指按照EPA城市行驶工况(图9-28)连续运行1372s此工况常称为LA-4C工况，变速器置于最高挡，尾气排放物和环境空气分别取样到两组袋中的试验规范。FTP-75规范则按照EPA城市行驶工况(图9-28)，连续运行，此工况常称为LA-4CH冷、热起动工况。２.日本排放试验规范日本的试验循环有10·15模式循环、11模式循环和13模式循环三种。10·15模式循环试验用于模拟汽车在城市道路的平均行驶状况。11模式循环用于模拟汽车冷起动后由郊外向市中心前进的平均行驶模式。13模式循环用于重型汽油货车、柴油货车及液化石油气货车及巴士的排放值测量。(１)11工况循环(图9-29)。11工况冷起动试验:11况循环需运行4次，4个循环全部计量。冷起动后怠速26s，对3挡和4挡变速器使用指定的挡位，对特殊变速器使用的变速比需单独规定，如为自动变速器只能选择D挡。排放分析使用CVS系统。试验每循环里程为1.021km，每次试验循环次数为4，总里程为4.084km，总试验时间为505s，每循环持续时间为120s，平均车速为30.6km/h(不包括怠速时为39.1km/h)，最高车速为60km/h，怠速时间占21.7％。(２)10·15工况循环(图9-30)。该试验规范自1991年11月1日生效，对进口车自1993年4月1日生效。进行10·15热起动试验时，预处理以60km/h运行5min，接着进行怠速工况排放试验，然后再以60km/h运行15min并进行一个15工况循环。预处理后接着开始10·15工况试验，即10工况循环3次，加15工况1次，同时测量排放。每次试验循环次数为1，总试验时间为660s，总里程为4.16km，平均车速为22.7km/h(不包括怠速时33.1km/h)，最高车速70km/h，怠速时间占31.4％。３.欧洲排放试验规范欧洲经济委员会(ECE)/欧洲经济共同体(EEC)的行驶工况:1992年以前的ECE行驶工况包括15个试验阶段(怠速、加速、等速、减速)，其行驶工况图如图9-31中的第一部分ECE所示。试验时需运行4个循环，总试验时间为13min。每循环持续时间为195s，总里程为4.052km，每循环里程为1.013km，平均车速为18.7km/h(不包括怠速时为27.01km/h)最高车速为50kin/h，怠速时间占31％。EEC成员国1992年7月以后的行驶工况(适于总质量<2500kg小客车称之为新的EEC欧洲行驶工况，它包括两部分:第一部分为传统的ECE行驶工况(城市道路)；第二部分为附加的市区行驶工况(EUDC)，详见图9-31。总试验时间为1220s，试验里程为11.007km，平均速度为32.5km/h(不包括怠速时为42.6km/h)，最高车速为120km/h，怠速时间占26.2％。取样开始时刻为试验开始40s后。为了评定2.7t以上重型车用柴油机的排放水平，美国制定了13工况法，这原是一种稳态的台架试验规范，但实际上车用发动机在起动、瞬态等工况下的排放比稳态时严重，从1984年12月起，美国重型柴油机排放试验改用瞬态过渡试验规范。日本对车用柴油机原采用6工况法，目前也广泛使用美国的13工况法。欧洲1980年在ECE法规中提出了对重型柴油机车辆的排放限制，试验循环为13工况法，与美国的13工况法十分相近。由于各国试验法规不同，因而允许排放的限值及使用单位也不一样。各国排放法规虽历经多次修改，但总的趋势是排放限值日趋严格。在美国，联邦政府在不同年代的排放限值见表9-5，到2000年，HC的限值仅为原始限值的0.7％，CO为1.4％，NOx为5.8％，而且增加了对微粒及醛类的限制。美国加利福尼亚州的法规比联邦政府的更为严厉。在欧洲，欧洲经济委员会(ECE)于1974年开始实行汽车排放标准，1992年以后欧盟(EU)轻型汽车开始实行的四个标准分别称之为欧Ⅰ、欧Ⅱ、欧Ⅲ、欧Ⅳ标准，对于各种轻型乘用汽车统一于一个排放限值标准。具体来讲，从排放限值的变化上看(表9-6)，在1992年欧盟开始实施相对严格的排放法规ECER83-01(即欧Ⅰ标准)或MVEG-1(“机动车排放组织”英文字头的缩写:ＭotorVehicleEmissionGroup)，它是在ECER83-00的基础上对测试方法、CO和HC排放标准等方面进行了修订而来，见表9-6，其对柴油车排放的要求只是在汽油机排放的标准上加上对柴油车微粒(PM)排放量的限制。而MCEG-2(欧Ⅱ标准)，对柴油车HC＋NOx排放的限值降低为欧Ⅰ的71％~91％，PM排放的限值更是比欧Ⅰ降低了近一半。2000年实施的MVEG-3(欧Ⅲ标准)，对NOx，HC，CO及PM的限值分别降低为欧Ⅱ的71％、60％、53％和67％，其中PM的限值变化接近60％。而到2005年，MVEG-4(欧Ⅳ标准)规定各污染物要在欧Ⅲ限值的基础上再减少50％左右。回顾欧洲汽车排放法规的实施过程，可以认为执行欧Ⅲ标准的2000年是其排放法规进行第二次重大修订的一年，除了排放限值对比欧Ⅱ有所加严外，法规认定的形式认定试验程序也发生了明显变化。如在型式认证试验中，新增了Ⅵ型试验(确定冷起动后低环境温度-7℃下排气中CO和HC平均排放量)和车载诊断(OBD)试验。(三)气体成分分析仪器各国采用的分析仪器大致相同。测定CU及C浓度的标准方法是采用不分光红外线分析仪(NDIR)，测定HC含量的标准方法是氢火焰离子分析仪(FID)，测定NO的标准方法是比学发光分析仪(CLD)。１.不分光红外线吸收型分析仪(NDIR)红外线是波长为0.8~600μｍ(工业上多用2

~15μm)的电磁波。多数气体对一定波长的红外线具有吸收能力，其吸收能量与气体浓度有关，例如CO能吸收波长4.5~5μm的红外线。由此，NDIR的基本原理如图9-32所示。由光源发出两束能量相等的平行红外线，其波长为2

~7μm，进入左右两室，左室为基准室，充满不吸收红外线的标准气体如N，右室为分析室，测量开始前也充入与左室相同的气体，这样红外线穿过两室，射入检测电容器的能量相等。测量时将待测气体通过分析室，由于待测气体吸收红外线，使穿过有室的红外线能量减少，则检测器中金属薄膜右侧的压力减小，薄膜向右凸起，电容量减少，并且正比于待测气体的浓度；然后把电容量调制为超低频交流电压的信号，经放大、整流后在记录仪上显示。由于NDIR具有对吸收红外波长的选择性，从而不干扰组成浓度的变化，对待测组成浓度测量没有影响，不需要预先提纯，把被测气体与非被测气体分开，而且它还具有灵敏度高、测量精度高、能连续分析等优点，可测量浓度很大或微量(×10-6级)的气体。２.氢火焰离子型分析仪(FID)FID工作原理是利用有机HC在氢火焰的高温(约2000℃)中燃烧，一部分分子或原子就会离子化而生成自由离子；在外加电场作用下，离子向两极移动，形成离子电流，其电流大小与待测气体的流量和浓度成正比。据此原理制成的FID简图如图9-33所示。FID分析仪可测从几个到50000×10-6浓度的HC，而且线性好，不受其他气体干扰，反应速度高。３.化学发光型分析仪(CLD)化学发光法原理如下:当气样中的NO和O3(臭氧)反应生成NO2时，大约有10％的NO2处于激化状态(以NO∗2表示)。这些激态分子向基态过渡时，发射出波长0.59~2.5μm的光量子hv，其强度与NO量成正比。利用光电倍增管将这一光能转变为电信号输出，可推算出NO浓度。CLD工作示意图如图9-34所示。CLD灵敏度高，响应性好，其感度可为0.1×10-6。在10000×10-6范围内输出特性为线性关系，适用于连续分析。近年来，我国汽车保有量迅速增加，排气污染日益严重，国家对汽车排气污染控制的强制性标准的项目逐渐增多，对排放限值也渐趋严格。例如，国家在1993年颁布的8项排放标准中，对汽油车怠速污染物、柴油车自由加速烟度、汽车柴油机全负荷烟度等3项分别严格了限值并取代了1983年相应的标准；又对轻型汽车排气污染物、汽车曲轴箱污染物严格了限值并取代了1989年相应的标准；并且还增加了对车用汽油机排气污染物及汽油车燃油蒸发污染物的限制，制定了各自相应试验方法的国家标准。这些标准已于1994年5月1日起在全国强制性执行。1999年3月又颁布了«汽车污染物排放限值及测试方法»(GB14761-1999)，比1993年的汽车排放标准加严了80％。2001年4月国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局又发布了轻型汽车污染物排放限值国家标准。下面将以2000年后我国颁布轻型汽车污染物排放限值标准为重点，介绍我国汽车排放的有关法规。二、我国汽车的排放法规我国轻型汽车是指最大总质量不超过3.5t的M1类、M2类和N1类车辆。M1类车指至少有4个车轮，或有3个车轮且厂定最大总质量超过1t，除驾驶员座位外，乘客座位不超过8人的载客车辆。M2类车指至少有4个车轮，或有3个车轮且厂定最大总质量超过1t，且厂定最大总质量不超过5t的载客车辆。１.试验规范我国现在使用的规范是1989年颁布的轻型汽车排气污染物试验规范GB11642-1989，该规范基本上以ECE-15工况为框架，并结合我国国情作了若干具体规定。按规定，被试车应在20~30℃室温下停放6h以上，冷起动后，先使发动机保持怠速运转40s，然后按图9-35所示的15工况连续运转4个循环。每循环历时195s，用定容取样法取样。用NDIR分析仪测定CO，用FID或HFID(对压燃式发动机)检测器测定HC，用CLD测试仪或不分光紫外线共谐吸收型(NDUVR)分析仪测定NOx，测出的排放污染物的单位为g/试验，由于每次试验相当于汽车行驶的里程为4.05km，故对测出的结果除以4.05，即换算为g/km。该试验规范主要用于GB14761.1-1993中规定的污染物的测定。２.排气取样系统我国规定的排气取样系统是定容取样系统(CVS)。图9-36为定容取样系统的示意图，该系统是将车辆的排气用周围空气在受控制的条件下连续地稀释，探头S1采集环境空气，探头S2采集稀释排气的样气，定容取样系统能计量稀释排气的总容积，并能连续地按规定容积比例将样气收集在取样袋中待分析用。３.轻型车排放限值标准2001年4月16日发布的国家轻型汽车污染物排放限值标准，由Ⅰ、Ⅱ两部分组成，Ⅰ的代号为GB

18352.1-2001，名称为«轻型汽车污染物排放限值及测量方法(Ⅰ)»，实施日期为2000年1月1日；Ⅱ的代号为GB

18352.2-2001，名称为«轻型汽车污染物排放限值及测量方法(Ⅱ)»，实施日期为2004年7月1日。在以上标准发布的同时，废止了1999年相应的标准。GB18352-2001的特点是类型认证试验要求略有改动，增加了气体燃料汽车的污染物排放限值，规定了轻型汽车排放污染物的类型认证和生产一致性检查试验的排放限值及污染控制装置的耐久性要求。规定了轻型汽车冷起动后排气污染物排放、曲轴箱气体排放、装点燃式发动机车辆蒸发排放、污染控制装置耐久性试验的测试方法。适用于以点燃式发动机或压燃式发动机为动力，最大设计车速大于或等于50km/h的轻型汽车。该标准对适用范围的汽车应该进行的认证项目见表9-7，共包括5类型式认证试验。表中Ⅰ型试验用于检验冷起动后排气的平均排放量；Ⅲ型试验指检查曲轴箱的气体排放试验；Ⅳ型试验用于装点燃式发动机车辆蒸发排放物的测定；Ⅴ型试验指验证污染物控制装置耐久性用的时效试验；认证扩展指对同一型式车辆试验结果的可否扩展的认证。该标准还把轻型汽车分为两类，第一类车指设计乘员数不超过6人(包括驾驶员)，且最大总质量不大于2.5t的载客车辆；标准适用车辆中除第一类车以外的轻型汽车称为第二类车。基准质量(Rm)是指整车整备质量加100kg的质量。最大总质量(GVM)是指汽车制造厂规定的技术上允许的车辆最大质量。(１)类型认证试验排放限值。«轻型汽车污染物排放限值及测量方法(Ｉ)»的类型认证限值见表9-8，第一类车的类型认证限值的实施日期为2000年1月1日，第二类车的类型认证限值的实施日期为2001年1月1日。«轻型汽车污染物排放限值及测量方法(Ⅱ)»的类型认证限值见表9-9，第一类车的类型认证限值的实施日期为2004年7月1日，第二类车的类型认证限值的实施日期为2005年7月1日。(２)生产一致性检查试验及排放限值。生产一致性检查可对Ⅰ型试验、Ⅲ型试验、Ⅳ型试验的全部或部分内容进行检查。«轻型汽车污染物排放限值及测量方法(Ⅰ)»的生产一致性限值见表9-10，第一类车的生产一致性限值的实施日期为2000年7月1日，第二类车的生产一致性限值的实施日期为2001年10月1日。«轻型汽车污染物排放限值及测量方法(Ⅱ)»的生产一致性限值为类型认证限值(表9-9)乘以表9-11所示的劣化系数之值。第一类车的生产一致性限值的实施日期为2005年7月1日，第二类车的生产一致性限值的实施日期为2006年7月1日。(３)蒸发排放物限值≤2g/次试验。(４)污染控制装置的耐久性规定。对标准适用范围内的所有车辆，其污染控制装置的耐久性要求为80000km。４.重型商用车用发动机排放限值标准由于欧美日三大汽车排放体系中，欧洲法规在排放的松严程度、道路交通情况等方面相对较适用于我国的实际情况，故中国在充分吸收欧洲的经验后，全面等效采用欧盟(EU)指令、欧洲经济委员会(ECE)技术内容和部分采用欧共体(EEC)法规的基础上形成了中国汽车排放法规体系。为适应我国加入WTO后与国际接轨的需要，为我国国民经济的持续发展和改善环境，我国对制定、公布和实施车用柴油机的排放标准非常重视。国家技术监督局于1999年3月10日曾颁布GB17691-1999«压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法»排放标准(即国Ⅰ、国Ⅱ标准，相当于欧Ⅰ、欧Ⅱ)。随后于2001年4月16日国家环保总局、国家技术监督检验检疫总局重新发布了此标准，即GB17691-2001«车用压燃式发动机排气污染物的排放限值及测量方法»排放标准(表9-12、表9-13)，将实施国Ⅱ标准的时间提前16个月。2005年5月3日，国家环保总局、国家技术监督检验检疫总局联合发布GB17691-2005«车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段)»排放标准(表9-14、表9-15)，并于2008年7月1日正式实施国Ⅲ排放标准。ESC试验循环:在规定试验循环的每个工况中，从经过预热的发动机排气中直接取样，并连续测量。在每个工况运行中，测量每种气态污染物的浓度、发动机的排气流量和输出功率，并将测量值进行加权。ELR试验循环:在规定的负荷烟度试验中，采用不透光烟度计测量经过预热的发动机的排气烟度。试验包括三个不同恒定转速下，将发动机的负荷由10％突加到100％的试验循环。此外，还需运行任选的第四个加负荷过程，并将第四个加负荷过程的烟度测量值与上述三个加负荷过程的烟度测量值进行比较。ETC试验循环:在规定的瞬态试验循环期间，发动机的全部排气用经过调节的环境空气稀释，并从经过稀释的排气中取样测量排气污染物。使用测功机的发动机转矩和转速的反馈信号，积分计算循环时间内的发动机的输出功率。通过分析仪的积分方法测量整个循环中的NOx和HC浓度；CO、CO2和NMHC浓度，可以通过分析仪的积分方法或袋取样的方法测量；颗粒物通过用适当滤纸按比例收集样品。应测量整个循环过程的稀释排气流量，用于计算污染物的质量排放值。用质量排放值机发动机积分功率值计算出每种污染物的比排放量。１)发动机排放试验点的确定重型商用车用压燃式发动机的排放试验采用13工况法进行ESC试验和ELR试验，试验前需要确定A、B、C三个转速(图9-37)。发动机转速A、B和C应由制造厂按照下列规定确定:高转速nhi是最大净功率P(n)70％下的转速，功率线上此功率对应的发动机最高转速定义为nhi。低转速nlo是最大净功率P(n)50％下的转速，功率曲线上此功率对应的发动机最低转速义为nlo。发动机转速A、B和C应按下列公式计算:

A、B和C三个转速确定后，分别取各转速下的100％、75％、50％和25％负荷点，再加上怠速总共13个排放测试点。２)国Ⅲ阶段以后采用的排放控制技术国Ⅰ、国Ⅱ排放阶段，发动机采用机械泵就可以达到排放标准。到国Ⅲ阶段后，由于排放法规日趋严格，采用以前的技术发动机将难以到达排放要求。为到达国Ⅲ排放标准，国内有两条技术路线:①机械泵+EGR技术；②电控高压共轨技术。而为达到国Ⅳ排放要求，则需要采用电控高压共轨+SCR；理论上采用机械泵+EGR+DPF可以达到国Ⅳ排放要求。(１)机械泵+EGR。机械泵+EGR技术在国Ⅲ阶段被称为非主流技术，其工作原理是在国Ⅱ机械泵的基础上，利用电磁铁控制机械泵的齿条、出油阀，做成简易电控喷油泵外加EGR废气再处理系统，减少废气排放。该技术油耗偏高、一致性差，无法适应更高的排放要求，其中最大的缺陷是无法兼顾燃油经济性和排放指标，即达到排放要求时燃油耗将高出15％。同时机械泵+

EGR技术对燃油的含硫量有很高的要求。颗粒捕集器(DPF)。柴油机颗粒捕集器借助惯性碰撞、截留、扩散和重力沉降等机理将PM从气流中分离出来。目前最常用的是壁流式蜂窝陶瓷捕集器，其原理为通过捕集器孔道前后交替封堵，使排气从壁面穿过而达到捕集颗粒的目的。壁流式蜂窝陶瓷捕集器的过滤效果可达到60％~90％，是降低柴油机PM排放最有效的方法。一般DPF只是一种降低排气颗粒的物理方法，随过滤下来颗粒的积存，过滤孔逐渐堵塞，使排气阻力增加，导致发动机动力性和经济性的恶化，因此必须及时除去DPF中的颗粒，这称为捕集器的再生。目前围绕DPF的主要研究方向是:捕集器的再生、过滤载体耐久性的提高和背压的降低、润滑油灰烬的处理。(２)电控高压共轨技术。由于柴油机的负荷和转速调节是在没有进气节流的情况下直接通过改变喷油量来达到的，因此喷油系统必须以35~200MPa的压力将燃油喷入柴油机汽缸内，并形成均匀的可燃混合气。其间喷油量的计量必须尽可能精确，对喷油过程中的喷油压力、喷油时刻和喷油次数的控制必须非常灵活，而且必须能够随运转工况而任意变化。因此，继续沿用机械调节式喷油系统或喷油压力较低而控制功能有限的电子控制式分配泵已无法满足这些要求，电控高压共轨喷油系统则是最佳选择。因此近几年来，电控高压共轨喷油系统在车用柴油机上得到迅速推广。①主要特点。电控高压共轨喷油系统(图9-38)与传统的凸轮驱动的机械调节式喷油系统相比，其与柴油机匹配的灵活性要大得多，主要表现在以下几个方面。ａ.宽广的应用领域(用于小型乘用车和轻型载重车，每缸功率可达30kW；用于重型载货汽车、内燃机车和船舶，每缸功率可达200kW左右)。ｂ.喷油压力可达160MPa，甚至更高。ｃ.喷油始点可变。ｄ.可实现预喷射、主喷射和后喷射。ｅ.喷油压力可随柴油机运转工况而变化。②功能。在共轨喷油系统中，喷油压力的建立与喷油量互不相关，喷油压力不取决于柴油机的转速和喷油量。在高压燃油存储器(即“共轨管”)中，始终充满着高压燃油。而喷油量、喷油正时和喷油压力由电控单元(ECU)根据其中存储的MAP(脉谱图)和传感器采集的柴油机运转工况信息算出，然后控制每缸喷油器的高速电磁阀开闭来实现。ECU借助于传感器得知驾驶员的要求(加速踏板位置)以及柴油机和车辆的实时工作状态。它处理由传感器产生并经数据导线输入的信号，对柴油机进行控制和调节。曲轴转速传感器测定柴油机的转速，凸轮轴相位传感器确定发火顺序和相位。加速踏板传感器是一种电位计，它通过电压信号告知ECU关于驾驶员对转矩的要求。空气质量流量计告知ECU柴油机实时的进气空气质量流量，以根据排放法规的要求来匹配相应的基本喷油量。在带有增压压力调节的增压柴油机上，增压压力传感器用以测定增压压力。在低温和柴油机处于冷态时，ECU可根据冷却液温度传感器和进气空气温度传感器的信号值确定合适的喷油始点、预喷射油量和其他参数的额定值。ａ.基本功能。其基本功能是在正确时刻以精确的数量和合适的压力控制燃油的喷射，从而保证柴油机的平稳运行，并获得低燃油消耗、废气排放和运转噪声。ｂ.附加功能。附加的控制和调节功能用于减少废气排放和燃油消耗，或提高安全性和舒适性。例如用来实现废气再循环(EGR)、增压压力调节、车速控制和电子防盗锁等。CAN总线系统可与车辆的其他电子系统(例如ABS系统、变速器电子控制系统)进行数据交换。诊断接口可在车辆检修时方便的与诊断仪器进行连接。③共轨喷油系统的喷油特性。对理想的喷油特性,除了普通喷油特性的要求之外，还有下列要求:ａ.对发动机的任何一个工况点，喷油压力和喷油量的确定都可以是互为独立的。ｂ.喷油开始初期(即在喷油开始到燃烧开始之间的点火延迟期内)的喷油量应尽可能小。共轨喷油系统采用模块式结构，喷油特性主要决定于下列组件:ａ.电磁阀控制的喷油器，用螺纹拧装在汽缸盖上。ｂ.压力存储器(共轨)。ｃ.高压泵。ｄ.ECU。ｅ.曲轴转速传感器。ｆ.凸轮轴相位传感器。喷油器通过高压油管与共轨相连，它主要由一个喷油嘴和一个电磁阀构成。ECU对电磁阀通电，喷油器开始喷油。在一定压力下，喷入的燃油量与电磁阀的接通时间成正比，而与发动机或泵的转速无关(时间控制的喷油方式)。喷油量可通过电磁阀控制的相应设计，并在ECU中采用高电压和大电流来控制，以提高电磁阀的响应特性。喷油正时是通过电控系统中的角度—时间系统来控制的。为此在曲轴上装有一个转速传感器，并且为了识别缸序或相位，在凸轮轴上也装有一个相位传感器。燃油喷射主要有以下几种:ａ.预喷射。预喷射可在上止点前90°内进行。如果预喷射的喷油始点早于上止点前40°曲轴转角，则燃油可能喷到活塞顶面和汽缸壁上使润滑油稀释到不允许的程度。预喷射时，少量燃油(1~4mm3)喷入汽缸，促使燃烧室产生“预调节”，从而改善燃烧效率。压缩压力由于预反应或局部燃烧而略有提高，因此缩短了主喷油量的着火延迟期，降低了燃烧压力上升幅度和燃烧压力峰值，燃烧较为柔和。这种效果减小了燃烧噪声和燃油耗，许多情况下还降低了排放。在无预喷射时的压力特性曲线(图9-39)中，在上止点前的范围内，压力上升尚较平缓，但随着燃烧的开始压力迅速上升，达到压力最大值时，形成一个较陡的尖峰。压力上升幅度的增加和尖峰导致柴油机的燃烧噪声明显提高。而在有预喷射的压力特性曲线(图9-40)中，在上止点前范围内，压力值略高，但燃烧压力的上升变缓。预喷射间接地通过缩短着火延迟期而有助于发动机转矩的增加。根据主喷射始点和预喷射与主喷射之间的时间间隔的不同，燃油耗降低或增加。ｂ.主喷射。主喷射提供了发动机输出功率所需的能量，从而基本上决定了发动机的转矩。在共轨喷油系统中，整个喷油过程的喷油压力近似恒定不变。ｃ.后喷射。后喷射对于那些催化NOx的催化器而言，后喷射的燃油充当还原剂，用于还原NOx。它在主喷射之后的做功行程或排气行程中进行，其范围一般在上止点后200°内。与预喷射和主喷射不同，后喷射的燃油在汽缸中不会燃烧，而是在废气中剩余热量的作用下蒸发，带入NOx催化器中作为NOx的还原剂，以降低废气中NOx的含量。(３)SCR技术。SCR即选择性催化还原反应，其反应原理是:尿素在高温下分解成NH3和H2O，在高于300℃的环境中(柴油机的排气温度一般在300~500℃，满足了NOx还原所需的温度条件)，