1、 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染及控制 復(fù)習(xí)提問：復(fù)習(xí)提問：汽油車主要排放污染物汽油車主要排放污染物汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化的主要措施汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化的主要措施 導(dǎo)入新課： 前面我們介紹了汽油機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)，那么柴油機(jī)在降低汽車的污染和排放方面，又采取了哪些措施呢？教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo)：掌握柴油機(jī)及內(nèi)凈化的主要措施掌握柴知識(shí)目標(biāo)：掌握柴油機(jī)及內(nèi)凈化的主要措施掌握柴油機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)及其不同形式對(duì)尾氣排放的影響了油機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)及其不同形式對(duì)尾氣排放的影響了解電控共軌柴油機(jī)的發(fā)展歷史，知道其組成和工作解電控共軌柴油機(jī)的發(fā)展歷史，知道其組成和工作原理原理 能力目標(biāo)：懂柴油機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)的主要原理能力目標(biāo)：懂柴油機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)的主要原理

2、 素質(zhì)目標(biāo)：能夠根據(jù)柴油機(jī)的尾氣排放成分，提出素質(zhì)目標(biāo)：能夠根據(jù)柴油機(jī)的尾氣排放成分，提出自己關(guān)于降低柴油機(jī)排放的新方法自己關(guān)于降低柴油機(jī)排放的新方法概述：主要內(nèi)容 介紹了車用柴油機(jī)的低排放燃燒、低排放燃油噴射、多氣門、增壓、廢氣再循環(huán)以及電控燃油噴射等柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)。第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化4.1 概述4.2 低排放燃燒系統(tǒng)4.3 低排放柴油噴射系統(tǒng)4.4 多氣門技術(shù)4.5 增壓技術(shù)4.6 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)4.7 電控柴油機(jī)噴射系統(tǒng)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 第4章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化柴油機(jī)的燃燒過程第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 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(shí)期。此階

3、段包括燃油的霧化、加熱、蒸發(fā)、擴(kuò)散與空氣混合等物理變化，以及重分子的裂化、燃油的低溫氧化等化學(xué)變化，到混合氣濃度和溫度比較合適、氧化充分的一處或幾處同時(shí)著火。 第階段速燃期 指從著火開始到出現(xiàn)最高壓力的這一段時(shí)期。此階段并沒有把滯燃期內(nèi)噴入的燃油全部燒光，主要取決于混合氣形成條件的情況，但至少會(huì)把相當(dāng)部分已噴入氣缸并混合好的油量燒掉，所以這一階段的燃燒又叫預(yù)混合燃燒。柴油機(jī)的燃燒過程第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化第階段緩燃期 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)期。緩燃期開始時(shí)，雖然氣缸內(nèi)已形成燃燒產(chǎn)物，但仍有大量混合氣正在燃燒。但由于是在氣缸容積加速增大的情況下進(jìn)行的，因此氣缸內(nèi)氣體壓力

4、迅速下降。第階段后燃期 指從緩燃期終點(diǎn)到燃油基本燒完的這一段時(shí)期。前一階段燃燒中，燃料由噴注中心向外擴(kuò)散的過程中受到已燃廢氣的包圍，使一部分燃料拖到后期燃燒，形成后燃期。柴油機(jī)的主要排放污染物 控制柴油機(jī)排放物的重點(diǎn)在于降低柴油機(jī)的NOX和微粒（包括碳煙）的排放。第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化柴油機(jī)主要污染物CONOXHC微粒有害成分汽油機(jī)柴油機(jī)微粒 （g/m3）0.0050.150.30CO （%）0.160.050.50HC（ ppm）20002001000NOX（ ppm）200040007002000 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較柴油機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù) 尋求一種兼顧排放、熱

5、效率等各種性能的理想放熱規(guī)律是柴油機(jī)排放控制的核心問題。近年來，研制出了一些低排放、高燃油經(jīng)濟(jì)性的柴油機(jī)，這些機(jī)型不用任何后處理裝置即可以達(dá)到相關(guān)的排放法規(guī)要求，顯示出柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)的巨大潛力。 第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 降低車用柴油機(jī)排放的技術(shù)措施第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較 技術(shù)對(duì)策實(shí)施方法主要控制對(duì)象燃燒室設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化、新型燃燒方式NOX、微粒噴油規(guī)律改進(jìn)預(yù)噴射、多段噴射NOX進(jìn)排氣系統(tǒng)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EGRNOX高壓噴射電控高壓油泵、共軌系統(tǒng)、泵噴嘴微粒 降低車用柴油機(jī)排放的技術(shù)措

6、施 每一種技術(shù)措施在降低某種排成分時(shí)，往往效果有限，因而實(shí)際中常常是幾種措施同時(shí)并用。低排放燃燒系統(tǒng)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較 柴油機(jī)燃燒室，是進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)入的空氣與噴油系統(tǒng)噴入的燃油進(jìn)行混合和燃燒的場所，所以，燃燒室的幾何形狀對(duì)柴油機(jī)的性能和排放具有重要的影響。 柴油機(jī)(按燃燒室設(shè)計(jì)形式分)非直噴式柴油機(jī)直噴式柴油機(jī)這兩類燃燒系統(tǒng)在燃燒組織、混合氣形成和適應(yīng)性方面都各有特點(diǎn)，因而在有害排放物的生成量方面也有所不同。非直噴式燃燒系統(tǒng)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較 非直噴式燃燒室往往有主、副燃燒室二部分，燃油首先噴入副燃燒室內(nèi)進(jìn)行混合燃燒，然后沖入主燃燒

7、室進(jìn)行二次混合燃燒。非直噴式燃燒室(按燃燒室構(gòu)造分)渦流室式燃燒室預(yù)燃室式燃燒室渦流式室燃燒室第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較 右圖為渦流室式燃燒室的結(jié)構(gòu)圖。作為副燃燒室的渦流室設(shè)置在氣缸蓋上，主燃燒室由活塞頂與氣缸蓋之間的空間構(gòu)成. 主、副燃燒室之間有一通道渦流式室燃燒室第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 柴油機(jī)在壓縮過程中，氣缸內(nèi)的空氣受活塞擠壓，經(jīng)連接通道導(dǎo)流并進(jìn)入渦流室，形成強(qiáng)烈的有組織的壓縮渦流（一次渦流）。渦流室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

8、微粒排放都比較低，即使大負(fù)荷時(shí)煙度一般也是BSU3。預(yù)燃室式燃燒室第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 柴油機(jī)與汽油機(jī)排放比較 預(yù)燃室式燃燒室的結(jié)構(gòu)如下圖所示。燃燒室由位于氣缸蓋內(nèi)的預(yù)燃室和活塞上方的主燃燒室所組成，兩者之間由一個(gè)（圖（a）或數(shù)個(gè)（圖（b）孔道相連。 （a）預(yù)燃室傾斜偏置,單孔道 （b）預(yù)燃室中央正置,多孔道（c）預(yù)燃室側(cè)面正置,單孔道預(yù)燃室式燃燒室第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 預(yù)燃室式燃燒室的工作原理與渦流室式燃燒室相似，都是采用濃、稀兩段混合燃燒。由于預(yù)燃式燃燒室的通孔方向不與預(yù)燃室相切，所以在壓縮行程期間預(yù)燃室內(nèi)形成的是無組織的紊流運(yùn)動(dòng)，這是與渦流室的主要區(qū)別。直噴式燃燒系統(tǒng)第5章

9、車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 直噴式燃燒系統(tǒng)的燃燒室相對(duì)集中，只在活塞頂上設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的凹坑，燃油直接噴入其內(nèi)，凹坑與氣缸蓋和活塞頂間的容積共同組成燃燒室。常見的有代表性的結(jié)構(gòu)如圖所示，分別為淺盆形（a）、深坑形（b、c）和球形（d）。淺盆形燃燒室第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 淺盆形燃燒室在活塞頂部設(shè)有開口大、深度淺的燃燒室凹坑。 燃燒室內(nèi)燃燒初期壓力升高率和最高燃燒壓力均較高，工作粗暴，燃燒溫度高，NOX和排氣煙度高，這種主要靠噴注的被動(dòng)混合方式，決定了淺盆形燃燒室的空氣利用率低，必須在過量空氣系數(shù)大于1.6以上才能保證完全燃燒。深坑形燃燒室第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 深坑形燃燒室采用燃油和空氣相互運(yùn)動(dòng)

10、的混合氣形成方式，以滿足車用高速柴油機(jī)混合氣形成和燃燒速度更高的要求。 形燃燒室 形燃燒室在活塞頂部設(shè)有比較深的凹坑，其底部呈形，目的是為了幫助形成渦流以及排除氣流運(yùn)動(dòng)很弱的中心區(qū)域的空氣。燃燒室內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)以進(jìn)氣渦流為主，擠流為輔。 擠流口形燃燒室 擠流口形燃燒室采用了縮口形的燃燒室凹坑。其燃燒過程較柔和，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。深坑燃燒室形燃燒室擠流口形燃燒室球形燃燒室第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 球形燃燒室空間混合方式以油膜蒸發(fā)混合方式為主。蒸發(fā)的油氣與空氣混合形成均勻混合氣。 隨著燃燒的進(jìn)行，熱量輻射在油膜

11、上，使油膜加速蒸發(fā)，燃燒也隨之加速。匹配良好的球形燃燒室工作柔和，NOX和炭煙排放都較低，動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性也較好。 球形燃燒室低排放柴油噴射系統(tǒng)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化（1）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。（2）優(yōu)化噴油規(guī)律，實(shí)現(xiàn)每循環(huán)多次噴射。（3）每循環(huán)的噴油量能適應(yīng)各種工況的實(shí)際需要。（4）各種不同工況有合理的噴油正時(shí)，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī) 的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能綜合最優(yōu)。 低排放燃燒系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下要求：噴油壓力第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 噴油過程中，噴油壓力是對(duì)柴油機(jī)性能影響極大的一個(gè)因素，

12、特別是直噴式柴油機(jī)。在直噴式柴油機(jī)中，無論其燃燒室中有無旋流，燃油的霧化、貫穿和混合氣形成的能量主要依靠噴油的能量。噴油壓力愈大，則噴油能量愈高、噴霧愈細(xì)、混合氣形成和燃燒愈完全，因而柴油機(jī)的排放性能和動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性都得以改善。高的噴射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)又可大大縮短著火延遲期，使柴油機(jī)工作柔和。噴油壓力第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 一般供油系統(tǒng)的燃油噴射壓力，決定于噴油泵的幾何供油速率、噴油器的噴孔總面積以及噴油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剛度和泄漏情況等一系列因素。所以工程實(shí)踐中常以嘴端峰值壓力作為噴油系統(tǒng)工作能力的指標(biāo)。高壓噴射降低炭煙的效果噴油規(guī)律第5章 車用柴油

13、機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 噴油規(guī)律是影響柴油機(jī)排放的主要因素，根據(jù)對(duì)柴油機(jī)的研究和分析，可得出以下結(jié)論：（1）滯燃期內(nèi)的初期噴油量控制了初期放熱率，從而影 響最高燃燒壓力和最大壓力升高率。這些都直接與柴油機(jī)噪聲、工作粗暴性和NOX排放等相關(guān)。 （2）為了提高循環(huán)熱效率，應(yīng)盡量減小噴油持續(xù)角，并使放熱中心接近上止點(diǎn)。 （3）在噴油后期，噴油率應(yīng)快速下降以避免燃燒拖延，造成煙度及耗油量的加大。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。噴油規(guī)律第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 為降低柴油機(jī)的排放必須有較理想的燃燒過程，而為了實(shí)現(xiàn)這種理想的燃燒過程，必須有合理的噴油規(guī)律?！俺跗诰徛?，中期急速，后期快斷”則是一種理想

14、的噴油規(guī)律。預(yù)噴射也是一種實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)初期緩慢燃燒的噴油方法，見右圖左上角的幾種模式。 理想的噴油規(guī)律噴油規(guī)律第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 有一少量的預(yù)先噴射，會(huì)使得在著火延遲期內(nèi)只能形成有限的可燃混合氣量，這部分混合氣只有較弱的初期燃燒放熱，并使隨后的主噴射燃油的著火延遲期縮短，避免了一般直噴式柴油機(jī)燃燒初期急劇的壓力、溫度升高，因而可明顯降低NOX排放。 要優(yōu)化噴油規(guī)律，靠常規(guī)的機(jī)械噴油系統(tǒng)是很難完成的。只有用電磁閥控制噴油的電控噴油系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)靈活的噴油規(guī)律控制。近幾年出現(xiàn)的電控共軌噴射系統(tǒng)，完全可以實(shí)現(xiàn)噴油規(guī)律的優(yōu)化控制。噴油時(shí)刻對(duì)柴油機(jī)性能的影響第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化噴油定時(shí)是間接

15、地通過滯燃期來影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的。噴油提前角噴油提前角過大 燃料在柴油機(jī)的壓縮行程中燃燒的數(shù)量多，增加壓縮負(fù)功，使燃油消耗率上升、功率下降。滯燃期較長，壓力升高率和最高燃燒溫度、壓力迅速升高，使得柴油機(jī)工作粗暴、NOX排放量增加噴油提前角過小燃料不能在上止點(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增高，發(fā)動(dòng)機(jī)容易過熱結(jié)論：柴油機(jī)對(duì)應(yīng)每一工況都有一個(gè)最佳噴油提前角噴油定時(shí)對(duì)柴油機(jī)污染物排放的影響第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 噴油定時(shí)對(duì)柴油機(jī)的HC排放的影響比較復(fù)雜。與燃燒室形狀、噴油器結(jié)構(gòu)參數(shù)及運(yùn)轉(zhuǎn)工況等有關(guān)。噴油提前或過遲，都會(huì)引起HC排放增加。 對(duì)NOX，噴

16、油提前，使滯燃期延長，導(dǎo)致NOX的增加。推遲噴油，使燃燒室中最高溫度降低，從而減少NOX排放量。但噴油延遲必將使功率下降，燃油經(jīng)濟(jì)性變壞，并產(chǎn)生后燃現(xiàn)象，同時(shí)排溫增高，煙度增加。因此，噴油延遲必須適度。所以總有一個(gè)最佳噴油提前角，就是要在該提前角下柴油機(jī)功率大、燃油消耗率低、顆粒濃度也最低。多氣門技術(shù)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 如果每個(gè)氣缸多于二個(gè)氣門，就稱為多氣門發(fā)動(dòng)機(jī)。高轉(zhuǎn)速的強(qiáng)化柴油機(jī)需要燃燒更多的燃料，相應(yīng)也需要更多的新鮮空氣，傳統(tǒng)的二氣門已經(jīng)很難在這么短的時(shí)間內(nèi)完成換氣工作。在一段時(shí)間內(nèi)氣門技術(shù)甚至成為阻礙發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)進(jìn)步的瓶頸。唯一的辦法只能是擴(kuò)大氣體出入的空間，為此，多氣門技術(shù)應(yīng)運(yùn)

17、而生。氣流組織第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化多氣門第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 氣門排列有兩種方式：一種是進(jìn)氣門和排氣門混合排；另一種是進(jìn)氣門和排氣門各自排成一列。多氣門技術(shù)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 采用多氣門的優(yōu)點(diǎn)（1）擴(kuò)大進(jìn)排氣門的總流通截面積，增大柴油機(jī)的進(jìn) 、排氣量，降低泵氣損失，使柴油機(jī)的燃燒更徹底； （2）噴油嘴可垂直布置在氣缸軸線附近，對(duì)油氣混合有利，不僅改善了噴油器的冷卻和活塞的熱應(yīng)力，而且解決了由于二氣門柴油機(jī)噴油嘴斜置造成的各噴油孔流動(dòng)條件不同的問題。 （3）可實(shí)現(xiàn)關(guān)閉部分通道，形成與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的進(jìn)氣滾流強(qiáng)度，拓寬柴油機(jī)的高效工作轉(zhuǎn)速范圍； （4）氣門增多，則氣門變小變輕

18、，從而允許氣門以更快的速度開啟和關(guān)閉，增大了氣門開啟的時(shí)間斷面值。增壓技術(shù)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 所謂增壓，就是利用增壓器將空氣或可燃混合氣進(jìn)行壓縮，再送入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的過程。增壓后，每循環(huán)進(jìn)入氣缸的新鮮空氣或混合氣充量密度增大，使實(shí)際充氣量增加，從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和改善經(jīng)濟(jì)性及排放性能的目的。 增壓器的轉(zhuǎn)子，由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過齒輪增速箱或其它傳動(dòng)裝置來驅(qū)動(dòng)，將氣體壓縮 并送入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸。增壓器可用離心式壓氣機(jī)、螺旋轉(zhuǎn)子式壓氣機(jī)或滑片轉(zhuǎn)子式壓氣機(jī)等。機(jī)械增壓 利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的具有一定能量的廢氣進(jìn)入渦輪并膨脹作功，廢氣渦輪的全部功率用于驅(qū)動(dòng)與渦輪機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)，在壓氣機(jī)中將新鮮空氣壓縮后

19、再送入氣缸。廢氣渦輪增壓 利用高壓廢氣流的脈沖氣波迫使空氣在互相不混合的情況下受到壓縮，從而提高進(jìn)氣壓力，具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)性。氣波增壓 由上述各種方式組合而成，如機(jī)械增壓與渦輪增壓的結(jié)合等。復(fù)合增壓增壓技術(shù)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 幾種增壓方式的工作示意圖如下圖所示（a）機(jī)械增壓；（b）渦輪增壓；（c）氣波增壓；（d）復(fù)合增壓 E發(fā)動(dòng)機(jī)； C壓氣機(jī)； T渦輪機(jī)廢氣渦輪增壓器第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 廢氣渦輪增壓器的工作原理 廢氣渦輪增壓器是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣作為動(dòng)力，推動(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)帶動(dòng)安裝在同一軸上的離心式壓氣機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣密度提高，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充量。根據(jù)廢氣在渦輪中流動(dòng)的方

20、向不同，廢氣渦輪增壓器可分為兩大類：徑流式渦輪增壓器和軸流式渦輪增壓器。 徑流式廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)圖離心式氣壓機(jī)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 離心式壓氣機(jī)主要由進(jìn)氣道、工作輪（含導(dǎo)風(fēng)輪）、擴(kuò)壓器和出氣蝸殼等部件組成，首先，新鮮充量沿截面收縮的軸向進(jìn)氣道進(jìn)入工作輪，氣流略有加速。然后氣流進(jìn)入工作輪上葉片組成的氣流通道。隨后，壓力提高了的氣體沿工作輪徑向流出，進(jìn)入擴(kuò)壓器和出氣蝸殼。新鮮充量在壓氣機(jī)中完成了一系列的功能轉(zhuǎn)換，并將渦輪機(jī)傳給壓氣機(jī)工作輪的機(jī)械能，盡可能多的轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)氣充量的壓力能。 離心式壓氣機(jī)簡圖 1-進(jìn)氣道 2-工作輪 3-擴(kuò)壓器 4-蝸殼徑流式渦輪機(jī)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 徑流式

21、渦輪機(jī)工作原理 排氣從工作輪轉(zhuǎn)子的外緣由進(jìn)氣蝸殼流入，作功后從渦輪中心軸向流出。發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣經(jīng)進(jìn)氣蝸殼后直接流入噴嘴環(huán)中，隨后氣體有序地流入工作輪。作用在工作輪葉片表面壓力的合力，產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩。廢氣在噴嘴中膨脹所獲得的動(dòng)能已大部分傳給了工作輪。廢氣流經(jīng)工作輪時(shí)大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功用來驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)。 徑流式渦輪的工作簡圖 1-進(jìn)氣蝸殼； 2-噴嘴環(huán)； 3-工作輪渦輪增壓技術(shù)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 渦輪增壓系統(tǒng) 在發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓系統(tǒng)中，按排氣能量利用的方式主要分為定壓渦輪增壓和脈沖渦輪增壓兩種基本形式，如圖所示。 （a)定壓系統(tǒng)； （b)脈沖系統(tǒng)增壓對(duì)排放的影響第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 采用渦輪

22、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(dòng)機(jī)的缸內(nèi)溫度能保證燃料更充分燃燒，CO排放可進(jìn)一步降低。對(duì)CO排放的影響 增壓后進(jìn)氣密度增加、過量空氣系數(shù)大，可以提高燃油霧化質(zhì)量，減少沉積于燃燒室壁面上的燃油，HC減少。對(duì)HC排放的影響 燃油經(jīng)濟(jì)性改善；因而機(jī)械效率提高；增壓柴油機(jī)的比質(zhì)量低，同樣功率的柴油機(jī)可以做得更小、更輕，整車質(zhì)量可以減小，也有利于燃油經(jīng)濟(jì)性的改善。對(duì)CO2排放及燃油經(jīng)濟(jì)性的影響增壓對(duì)排放的影響第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 降低NOX的措施是降低最高燃燒溫度和氧的濃度以及減少高溫持續(xù)的時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中，在柴油機(jī)增壓的同時(shí)，常采用減小壓縮比、推遲噴油定時(shí)和組織

23、廢氣再循環(huán)等措施來減小熱負(fù)荷、降低最高燃燒溫度。對(duì)NOX排放的影響 影響柴油機(jī)微粒物生成的原因較復(fù)雜，其主要因素是過量空氣系數(shù)、燃油霧化質(zhì)量等。一般柴油機(jī)中降低NOX的機(jī)內(nèi)凈化措施通常會(huì)導(dǎo)致顆粒排放物的增加。對(duì)顆粒排放物的影響廢氣再循環(huán)系統(tǒng)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)首先應(yīng)用于汽油機(jī)上，是一種降低汽油機(jī)NOX排放的有效措施。柴油機(jī)燃燒時(shí)溫度高、持續(xù)時(shí)間長、燃燒時(shí)的富氧狀態(tài)是生成NOX的三個(gè)要素。前二個(gè)要素隨轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增加而迅速增加，而富氧狀態(tài)則與空燃比直接相關(guān)。因此，必須采取有效措施降低燃燒峰值溫度、縮短高溫持續(xù)時(shí)間，同時(shí)采用適當(dāng)?shù)目杖急龋越档蚇OX排放。第5章 車

24、用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 在增壓柴油機(jī)中，再循環(huán)的廢氣一般直接引入增壓器后的進(jìn)氣管中。增壓中冷柴油機(jī)則根據(jù)EGR外部回路的不同，EGR系統(tǒng)可分為低壓回路連接法和高壓回路連接法兩種。柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 為了增大EGR實(shí)現(xiàn)的范圍，人們采取了各種辦法。如用節(jié)流閥對(duì)進(jìn)氣節(jié)流，使排氣壓力高于進(jìn)氣壓力，在進(jìn)氣系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)文丘里管以保證大負(fù)荷時(shí)所需要的壓力差，還有采用專門的EGR泵強(qiáng)制進(jìn)行，如圖所示。a)用排氣脈沖閥的EGR系統(tǒng) b)用進(jìn)氣節(jié)流閥的EGR系統(tǒng)c)用文丘里管的EGR系統(tǒng) d)用EGR泵的EGR系統(tǒng)1-電控器；2-中冷器；3-柴油機(jī)； 4-渦輪增壓器；5

25、-EGR閥；6-排氣脈沖閥；7-進(jìn)氣節(jié)流閥；8-文丘里管；9-文丘里管旁通閥；10-EGR冷卻器；11-EGR泵柴油機(jī)EGR的控制方法第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化柴油機(jī)EGR控制方法電控式開環(huán)控制閉環(huán)控制機(jī)械式柴油機(jī)EGR與汽油機(jī)EGR的比較第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 EGR系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響實(shí)質(zhì)上就是通過對(duì)混 合氣成分的改變來影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的。主要體現(xiàn)在空燃比的改變上，隨著EGR率的提高，空燃比逐漸降低。且隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況的不同，它對(duì)空燃比的影響也不同。EGR對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)面影響主要表現(xiàn)在大負(fù)荷工況，尤其使HC及微粒增加，燃油消耗量增大。盡管在柴油機(jī)

26、大負(fù)荷工況下采用EGR對(duì)其性能不利，但由于柴油機(jī)60%70%的NOX是在大、中負(fù)荷工況下產(chǎn)生的，只有EGR增加才能使NOX迅速減少。EGR率對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 對(duì)柴油機(jī)采用電控燃油噴射技術(shù)，能夠獲得更高的燃燒效率，同時(shí)降低燃燒峰值溫度，從而減少柴油機(jī)的各種有害排放。在傳統(tǒng)的柴油噴射系統(tǒng)基礎(chǔ)上，首先發(fā)展起來的電控噴射系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)，稱之為第一代電控噴射系統(tǒng)?；陔姶砰y的時(shí)間控制系統(tǒng)則稱為第二代電控噴射系統(tǒng)。第三代電控系統(tǒng)電控高壓共軌系統(tǒng)被世界發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)公認(rèn)為二十世紀(jì)三大突破之一，將成為二十一世紀(jì)柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的主流。電控柴油噴射系統(tǒng)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化

27、 第一代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)采用的是位置控制。它保留了傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，將原有的機(jī)械控制機(jī)構(gòu)用電控元件取代，在原機(jī)械控制循環(huán)噴油量和供油正時(shí)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了機(jī)構(gòu)功能，用線位移或角位移電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制油量調(diào)節(jié)桿的位移和提前器運(yùn)動(dòng)裝置的位移，實(shí)現(xiàn)循環(huán)噴油量和供油正時(shí)的電控，使控制精度和響應(yīng)速度較機(jī)械式控制高。位置控制系統(tǒng)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 根據(jù)量調(diào)節(jié)齒桿齒桿的實(shí)際位置和預(yù)定位置之間的偏差量，改變輸入螺線管的電流就能精確控制齒桿的位置。設(shè)置一個(gè)齒桿位置傳感器，向電控單元提供齒桿實(shí)際位置的反饋信息，以此進(jìn)行調(diào)節(jié)循環(huán)供油量的反饋控制.對(duì)循環(huán)供油量所采取的位置控制 用各種形式的電控液壓提前

28、器來替代傳統(tǒng)的機(jī)械或液壓式自動(dòng)提前器。對(duì)供油正時(shí)的位置控制 主要用于電控直列噴油泵上，通過改變柱塞預(yù)行程來實(shí)現(xiàn)對(duì)供油速率的控制。對(duì)供油速率的位置控制位置控制系統(tǒng)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 位置控制式電控燃油噴射系統(tǒng)的特點(diǎn)： （1）相對(duì)其它電控燃油噴射系統(tǒng)，執(zhí)行響應(yīng)較慢、控制頻率較 低、控制精度不穩(wěn)定。（2）不能改變傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)固有的噴射特性，雖能對(duì)噴油速率起到一定的調(diào)節(jié)作用，但使直列泵機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜。（3）幾乎無須對(duì)柴油機(jī)本身結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)位置控制噴射，故生產(chǎn)繼承性好，便于對(duì)現(xiàn)有機(jī)型進(jìn)行升級(jí)改造。位置控制式電控燃油噴射系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵是油量和定時(shí)機(jī)構(gòu)的位置伺服控制技術(shù)。位置控制系統(tǒng)第5章

29、車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 時(shí)間控制系統(tǒng)是第二代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)，它改變了傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，將原有的機(jī)械式噴油器改用高速強(qiáng)力電磁閥噴油器，以脈動(dòng)信號(hào)來控制電磁閥的吸合與斷開，以此來控制噴油器的開啟與關(guān)閉。泵油機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)相對(duì)分開，燃油的計(jì)量是由噴油器的開啟時(shí)間長短和噴油壓力的大小所確定，噴油正時(shí)由電磁閥的開啟時(shí)刻控制，從而實(shí)現(xiàn)噴油量、噴油正時(shí)的柔性控制和一體控制。時(shí)間控制系統(tǒng)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 常用的時(shí)間控制系統(tǒng)對(duì)循環(huán)供油量的控制原理：電控單元根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷傳感器的信號(hào)，按預(yù)存的負(fù)荷轉(zhuǎn)速循環(huán)供油量三維脈譜圖確定基本循環(huán)供油量，并根據(jù)冷卻液溫度等信息計(jì)算出經(jīng)過優(yōu)化的循環(huán)供油量，然后發(fā)出

30、指令，使裝在溢油通路內(nèi)的常閉式高速電磁溢流閥關(guān)閉或打開。從電磁溢流閥關(guān)閉后柱塞開始泵油到電磁溢流閥打開所持續(xù)的時(shí)間確定了循環(huán)供油量。時(shí)間控制系統(tǒng)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓共軌管，高壓共軌管中的壓力由電控單元根據(jù)共軌壓力傳感器信號(hào)以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓共軌管內(nèi)的燃油經(jīng)過高壓油管，根據(jù)柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元從預(yù)置的脈譜圖中確定合適的噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期，由電控噴油器將燃油噴入氣缸。1-高壓油泵 2-濾清器 3-燃油箱 4-共軌壓力傳感器 5-限流器 6-共軌管 7-限壓閥 8-電控噴油器 9-進(jìn)氣質(zhì)量流量計(jì) 10-冷卻液溫度傳器 11

31、-空氣溫度傳感器12-增壓壓力傳感器 13-油門位置傳感器14-曲軸位置傳感器 15-柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器 16-電控單元電控高壓共軌系統(tǒng)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 電控單元一般是由邏輯模塊和驅(qū)動(dòng)模塊兩個(gè)集成電路板組成。電控單元 高壓油泵由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和布置的不同，可分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵；根據(jù)噴油壓力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的依賴性，可分為全柔性噴油壓力控制系統(tǒng)和半柔性噴油壓力控制系統(tǒng)；根據(jù)噴油壓力控制原理，則可分為單閥控制式和雙閥控制式。高壓油泵 當(dāng)電磁閥的電磁線圈通電時(shí)，噴油嘴針閥在高壓燃油作用下升起，開始噴油；電磁線圈斷電時(shí)噴油結(jié)束，單向閥和節(jié)流孔也控制斷電時(shí)針閥下行的速度，以實(shí)現(xiàn)快速停止噴射。電控噴油器電控高壓共軌系統(tǒng)第5章 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 共軌管連接高壓油泵和噴油器。它將已經(jīng)相互獨(dú)立的高壓燃油的供給過程與燃油的噴