1、柴油機機內凈化技術秦海華1、概述（1）柴油機的燃燒過程第階段-滯燃期：指柴油開始噴入氣缸到著火開始的這一段時間。第階段-速燃期：指從著火開始到出現最高壓力的這一段時間。第階段-緩燃期：指從最高壓力點開始到出現最高溫度時的這一段時間。第階段-后燃期：指從緩燃期終點到燃燒基本燒完的這一段時間。（2）柴油機的主要排放污染物：微粒、HC、CO、NOX（3）柴油機的主要機內凈化技術降低柴油機NOX和微粒排放的相關機內凈化技術措施技術措施實施方法主要控制對象燃燒室設計設計參數優化、新型燃燒方式微粒、NOX噴油規律改進預噴射、多段噴射NOX進排氣系統可變進氣渦流、多氣門微粒增壓技術增壓、增壓中冷、可變幾何參

2、數增壓 微粒廢氣再循環EGR、中冷EGRNOX高壓噴射電控高壓油泵、共軌系統、泵噴嘴微粒均質壓燃技術HCCI微粒、NOX 2、低排放燃燒系統（1）非直噴式燃燒系統渦流式燃燒室：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NOX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NOX和微粒排放量都比較低。預燃室式燃燒室（2） 直噴式燃燒系統淺盆形燃燒室：淺盆型燃燒室內的油氣混合屬于空間混合方式，在燃燒過程的滯燃期內，形成較多的可燃混合氣，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，NOX和排氣煙度高。深坑形燃燒

3、室：a.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NOX排放較形燃燒室低。球形燃燒室：球形燃燒室與淺盆形和深坑形燃燒系統的空間混合方式不同，是以油膜蒸發混合方式為主。3、低排放柴油噴射系統低排放燃燒系統應滿足以下條件：各種工況下都應有較高的噴油壓力，以得到足夠高的燃油流出的初速度，使燃油粒度細化以提高霧化質量并加快燃燒速度，從而改善排放性能。優化噴油規律，實現每循環多次噴射。沒循環的噴油量能適應各種工況的實際需要。各種不同工況有合理的噴油正時，實現柴油機動力性、經濟性和排放性能綜合最優。（1）

4、 噴油壓力 噴油壓力越大，則噴有能量越高、噴霧越細、混合氣形成和燃燒越完全，因而柴油機的排放性能和動力性能、經濟性能得以改善。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，同時又可以大大縮短著火延遲期，使柴油機工作柔和。一般情況下，高壓噴射會使NOX增加，但如果合理利用高壓噴射時額、燃燒持續期短的特點，同時并用推遲噴油時刻或廢氣再循環等方法，可使微粒和NOX同時降低。（2） 噴油規律 滯燃期內的初期噴油量控制了初期放熱規律，從而影響最高燃燒壓力和最大壓力升高率。 為提高循環放熱率，應盡量減小噴油持續角，并使放熱中心接近上止點。在噴油后期，噴油率應快速下降以避免燃燒拖延，造成

5、煙度及油耗量的加大。噴油后期也不應該出現二次噴射及滴油等不正常情況合理的噴油規律：初期緩慢，中期急速，后期快斷（3） 噴油時刻 噴油提前角過大，則燃料在柴油機的壓縮行程中燃燒的數量就多，不僅增加壓縮負功，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，使柴油機工作粗暴、NOX排放量增加；噴油提前角過小，則燃料不能在上止點附近迅速燃燒，導致后燃增加，雖然最高燃燒溫度和壓力降低，但燃油消耗率和排氣溫度增高，發動機容易過熱。4、電控柴油噴射系統（1）位置控制系統（2）時間控制系統（3）電控高壓共軌系統5、廢氣再循環系統（1）系統構成增壓中冷柴油機中根據EGR外部回路

6、的不同，EGR系統可分為低壓回路連接法和高壓回路連接法。柴油機EGR和汽油機EGR的比較：a. 各工況要求的最大EGR率不同。b. EGR率不同。一般汽油機的EGR率最大不超過20%，而直噴式柴油機的EGR率允許超過40%，非直噴柴油機允許超過25%。c. 柴油機進氣管與排氣管之間的壓差較小，尤其在渦輪增壓柴油機中，大、中負荷工況范圍壓縮機出口的增壓壓力往往大于渦輪機出口的排氣壓力，EGR難以自動實現，使EGR的應用工況范圍及EGR的循環流量均受到限制。（2）廢氣再循環對柴油機性能的影響EGR系統對發動機性能的影響實質上就是通過對混合氣成分的改變來影響發動機動力性、經濟性和排放性能的。 6、增

7、壓技術（1）工作原理離心式壓氣機：由進氣道、工作輪（含導風輪）、擴壓器和出氣蝸殼等等部分組成。徑流式渦輪機：由進氣蝸殼、噴嘴環、工作輪等組成。（2） 增壓對柴油機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還要增大，燃料的霧化和混合進一步得到改善，發動機缸內溫度能保證燃料更充分燃燒，CO排放可進一步降低。增壓對HC排放的影響：增壓后進氣密度增加、過量空氣系數大，可以提高燃油霧化質量，減少沉積于燃燒室壁面上的燃油，使HC減少。增壓對NOX排放的影響：柴油機單純增壓后可能會因過量空氣系數增大和燃燒溫度升高而導致NOX增加。采用進氣中冷技術可以降低增壓柴油機進氣溫度，燃燒溫度可以

8、得到有效抑制，有利于少NOX的生成。增壓對微粒排放的影響：增壓柴油機，特別是采用高增壓比和中冷技術后，可顯著增大進氣密度，增加缸內可用的空氣量。如同時采用高壓燃油噴射、電控共軌噴射、低排放燃燒系統和中心噴嘴四氣門技術等，改善燃燒過程，則可有效地控制微粒排放。 增壓對CO2排放及燃油經濟性的影響：增壓柴油機的燃油經濟性改善得益于廢棄能量的利用和燃燒效率的提高，增壓柴油機的平均有效壓力增加，使得機械摩擦損失相對較少，且沒有換氣損失，因而機械效率提高，增壓柴油機比質量低。 7、柴油機的均質壓燃技術柴油的HCCI燃燒特點：進氣溫度應在一定范圍內，不可過高或過低，過高的進氣溫度會使柴油過早自燃，而太低則

9、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，因而運行范圍主要受爆震強度限制。根據混合氣形成方式，柴油機HCCI燃燒技術可分為：缸外預混HCCI、缸內早噴HCCI、缸內晚噴HCCI（1） 燃燒特性在柴油機HCCI燃燒模式下，由于燃油進入汽缸時刻遠遠遭遇常規工況，HCCI燃燒表現出獨特的二段放熱特性，第一階段放熱和主放熱階段（2） 均質壓燃柴油機的排放特性均質壓燃對NOX排放的影響：HCCI技術由于燃燒反應在較大的空燃比或大量廢氣稀釋的條件下進行， 不受燃油和氧氣混合速率的限制，反應區的溫度比傳統柴油機低，也沒有局部高溫反應區，因而NOX排放比常規柴油機下降了90%-98%。均質壓燃對微粒排放的影響：HCCI模式燃燒以預混燃燒為主，大大消除了混合不均勻的區域，減少燃燒不完全的現象，與傳統柴油機相比，可大幅降低PM排放。均質壓燃對HC和CO排放的影響：由于實現HCCI燃燒方式而采用了較稀的混合氣和較強的EGR造成缸內低溫，靠近缸壁處的燃油無法燃