柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

1、精選文庫 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù) 秦海華 1、概述 (1) 柴油機(jī)的燃燒過程 第I階段-滯燃期：指柴油開始噴入氣缸到著火開始的這一段時(shí)間。 第n階段-速燃期：指從著火開始到出現(xiàn)最高壓力的這一段時(shí)間。 第m階段-緩燃期：指從最高壓力點(diǎn)開始到出現(xiàn)最高溫度時(shí)的這一段時(shí) 間。 第W階段-后燃期：指從緩燃期終點(diǎn)到燃燒基本燒完的這一段時(shí)間。 (2)柴油機(jī)的主要排放污染物：微粒、 HG CO NO (3)柴油機(jī)的主要機(jī)內(nèi)凈化技術(shù) 降低柴油機(jī)NOXW微粒排放的相關(guān)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)措施 技術(shù)措施 實(shí)施方法 主要控制對象 燃燒室設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化、新型燃燒方式 微粒、NO 噴油規(guī)律改進(jìn) 預(yù)噴射、多段噴射 NO 進(jìn)排氣系統(tǒng)

2、 可變進(jìn)氣渦流、多氣門 微粒 增壓技術(shù) 增壓、增壓中冷、可變幾何參數(shù)增壓 微粒 廢氣再循環(huán) EGR中冷EGR NO 高壓噴射 電控高壓油泵、共軌系統(tǒng)、泵噴嘴 微粒 均質(zhì)壓燃技術(shù) HCCI 微粒、NO 2 、低排放燃燒系統(tǒng) (1) 非直噴式燃燒系統(tǒng) 渦流式燃燒室：由于渦流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 NO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，促使炭煙的快速氧化，因而 NO和微粒排放量都比較低。 預(yù)燃室式燃燒室 (2) 直噴式燃燒系統(tǒng) 淺盆形燃燒室：淺盆型燃燒室內(nèi)的油氣混合屬于空間混合方式， 在燃燒過 程的滯燃期內(nèi)，形成較多的可燃混合氣

3、，因而燃燒初期壓力升高率和最高燃燒溫 度均較高，工作粗暴，然撒后溫度高，NO和排氣煙度高。 深坑形燃燒室：a. 3形燃燒室 b. 擠流口形燃燒室：擠流口形燃燒室的燃燒過程較柔和, 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NO排放較3形燃燒室低。 球形燃燒室：球形燃燒室與淺盆形和深坑形燃燒系統(tǒng)的空間混合方式不 同，是以油膜蒸發(fā)混合方式為主。 3、低排放柴油噴射系統(tǒng) 低排放燃燒系統(tǒng)應(yīng)滿足以下條件: 各種工況下都應(yīng)有較高的噴油壓力，以得到足夠高的燃油流出的初速度, 使燃油粒度細(xì)化以提高霧化質(zhì)量并加快燃燒速度，從而改善排放性能。 優(yōu)化噴油規(guī)律，實(shí)現(xiàn)每循環(huán)多次

4、噴射。 沒循環(huán)的噴油量能適應(yīng)各種工況的實(shí)際需要。 各種不同工況有合理的噴油正時(shí)， 實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能 綜合最優(yōu)。 (1)噴油壓力 噴油壓力越大，則噴有能量越高、噴霧越細(xì)、混合氣形成和燃燒越完全, 因而柴油機(jī)的排放性能和動力性能、經(jīng)濟(jì)性能得以改善。高的噴油壓力可明顯改 善燃油和空氣的混合，從而降低煙度和顆粒的排放，同時(shí)又可以大大縮短著火延 遲期，使柴油機(jī)工作柔和。一般情況下，高壓噴射會使 NO增加，但如果合理利 用高壓噴射時(shí)額、燃燒持續(xù)期短的特點(diǎn)，同時(shí)并用推遲噴油時(shí)刻或廢氣再循環(huán)等 方法，可使微粒和NO同時(shí)降低。 (2) 噴油規(guī)律 滯燃期內(nèi)的初期噴油量控制了初期放熱規(guī)律， 從而影

5、響最高燃燒壓力和最 大壓力升咼率。 為提高循環(huán)放熱率，應(yīng)盡量減小噴油持續(xù)角，并使放熱中心接近上止點(diǎn)。 在噴油后期，噴油率應(yīng)快速下降以避免燃燒拖延， 造成煙度及油耗量的加 大。噴油后期也不應(yīng)該出現(xiàn)二次噴射及滴油等不正常情況 合理的噴油規(guī)律：初期緩慢，中期急速，后期快斷 (3) 噴油時(shí)刻 噴油提前角過大，則燃料在柴油機(jī)的壓縮行程中燃燒的數(shù)量就多，不僅增 加壓縮負(fù)功，使燃油消耗率上升，功率下降，而且因滯燃期較長，壓力升高率和 最高燃燒溫度、壓力升高，使柴油機(jī)工作粗暴、NO排放量增加；噴油提前角過 小，則燃料不能在上止點(diǎn)附近迅速燃燒， 導(dǎo)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

6、增高，發(fā)動機(jī)容易過熱。 4、電控柴油噴射系統(tǒng) (1)位置控制系統(tǒng) (2)時(shí)間控制系統(tǒng) (3) 電控高壓共軌系統(tǒng) 5、廢氣再循環(huán)系統(tǒng) (1)系統(tǒng)構(gòu)成 增壓中冷柴油機(jī)中根據(jù) EGF外部回路的不同，EGF系統(tǒng)可分為低壓回路連 接法和咼壓回路連接法。 柴油機(jī)EGF和汽油機(jī)EGF的比較: a.各工況要求的最大EGR率不同。 b.EGR率不同。一般汽油機(jī)的EGF率最大不超過20%而直噴式柴油機(jī)的EGR 率允許超過40%非直噴柴油機(jī)允許超過25% C.柴油機(jī)進(jìn)氣管與排氣管之間的壓差較小，尤其在渦輪增壓柴油機(jī)中，大、 中負(fù)荷工況范圍壓縮機(jī)出口的增壓壓力往往大于渦輪機(jī)出口的排氣壓力，EGR隹 以自動實(shí)現(xiàn)，使EG

7、R勺應(yīng)用工況范圍及EGR勺循環(huán)流量均受到限制。 (2)廢氣再循環(huán)對柴油機(jī)性能的影響 EGR系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)性能的影響實(shí)質(zhì)上就是通過對混合氣成分的改變來影響 發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的。 6、增壓技術(shù) (1)工作原理 離心式壓氣機(jī)：由進(jìn)氣道、工作輪(含導(dǎo)風(fēng)輪)、擴(kuò)壓器和出氣蝸殼等等 部分組成。 徑流式渦輪機(jī)：由進(jìn)氣蝸殼、噴嘴環(huán)、工作輪等組成。 (2)增壓對柴油機(jī)凈化與性能的影響 增壓對CO排放的影響：采用渦輪增壓后過量空氣系數(shù)還要增大，燃料的 霧化和混合進(jìn)一步得到改善，發(fā)動機(jī)缸內(nèi)溫度能保證燃料更充分燃燒，CO排放 可進(jìn)一步降低。 增壓對HC排放的影響：增壓后進(jìn)氣密度增加、過量空氣系數(shù)大，可以提

8、 高燃油霧化質(zhì)量，減少沉積于燃燒室壁面上的燃油，使HC減少。 增壓對NO排放的影響：柴油機(jī)單純增壓后可能會因過量空氣系數(shù)增大和 燃燒溫度升高而導(dǎo)致NO增加。采用進(jìn)氣中冷技術(shù)可以降低增壓柴油機(jī)進(jìn)氣溫度, 燃燒溫度可以得到有效抑制，有利于少 NQ的生成。 增壓對微粒排放的影響：增壓柴油機(jī)，特別是采用高增壓比和中冷技術(shù) 后，可顯著增大進(jìn)氣密度，增加缸內(nèi)可用的空氣量。如同時(shí)采用高壓燃油噴射、 電控共軌噴射、低排放燃燒系統(tǒng)和中心噴嘴四氣門技術(shù)等， 改善燃燒過程，則可 有效地控制微粒排放。 增壓對CO排放及燃油經(jīng)濟(jì)性的影響：增壓柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性改善得益 于廢棄能量的利用和燃燒效率的提高， 增壓柴油機(jī)的平

9、均有效壓力增加，使得機(jī) 械摩擦損失相對較少，且沒有換氣損失，因而機(jī)械效率提高，增壓柴油機(jī)比質(zhì)量 低。 7、柴油機(jī)的均質(zhì)壓燃技術(shù) 柴油的HCC燃燒特點(diǎn): 進(jìn)氣溫度應(yīng)在一定范圍內(nèi)，不可過高或過低，過高的進(jìn)氣溫度會使柴油 過早自燃，而太低則會影響混合氣的形成。 壓縮比變化范圍大。 由于柴油的自燃性較好，因此一旦充分混合，基本不存在失火和部分燃 燒形象，因而運(yùn)行范圍主要受爆震強(qiáng)度限制。 根據(jù)混合氣形成方式，柴油機(jī)HCCI燃燒技術(shù)可分為：缸外預(yù)混HCC、缸內(nèi) 早噴HCC、缸內(nèi)晚噴HCCI (1)燃燒特性 在柴油機(jī)HCC燃燒模式下，由于燃油進(jìn)入汽缸時(shí)刻遠(yuǎn)遠(yuǎn)遭遇常規(guī)工況，HCCI 燃燒表現(xiàn)出獨(dú)特的二段放熱特性，第一階段放熱和主放熱階段 (2)均質(zhì)壓燃柴油機(jī)的排放特性 均質(zhì)壓燃對NO排放的影響：HCCI技術(shù)由于燃燒反應(yīng)在較大的空燃比或 大量廢氣稀釋的條件下進(jìn)行，不受燃油和氧氣混合速率的限制，反應(yīng)區(qū)的溫度 比傳統(tǒng)柴油機(jī)低，也沒有局部高溫反應(yīng)區(qū)，因而NOX排放比常規(guī)柴油機(jī)下降了 90%-98% 均質(zhì)壓燃對微粒排放的影響：HCCI模式燃燒以預(yù)混燃燒為主，大大消除 了混合不均勻的區(qū)域，減少燃燒不完全的現(xiàn)象，與傳統(tǒng)柴油機(jī)相比，可大幅降低 PM排放。 均質(zhì)壓燃對HC和CO排放的影響：由于實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒方式而采用了較稀 的混合氣和較強(qiáng)的EGR造成缸內(nèi)低溫，靠近缸壁處的燃油無法燃燒