满足低排放法规的柴油机和汽油机技术对比

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1、满足低排放法规的柴油机和汽油机技术对比2014年7月13日•0Comments(作者：天天)随着排放法规的日益严格，从欧IV到欧V、欧VI，排放法规的限值不断减少，人们对汽油机和柴油机的尾气排放要求日益苛刻。在节能减排大环境下，就要求汽油机和柴油机为满足排放法规采取有效的不同技术来实现。燃烧过程是影响发动机动力性、经济性和排放特性的主要过程，它主要受燃料燃烧特性、供油方式、进气方式等因素的影响。所以燃烧系统应是缸内“油、气、室”的良好匹配。对汽油机来说，是火花塞点火、预混燃烧、变量调节。可燃混合气在机外部形成且较均匀，

2、因而空气利用率高，排放中无黑烟，火焰高速传播。但由于冷的预混合气受低温缸壁激冷作用和狭隙效应等，导致混合气不完全燃烧，排放中HC、CO含量较高，并有NOx生成。柴油机是压缩着火、预混合燃烧+扩散燃烧、变质调节。燃烧过程通常分成预混合燃烧和扩散燃烧两个阶段。预混合燃烧速度和火焰扩展速度主要取决于滞燃期内累积的可燃混合气的多少，并受控于燃烧化学反应速度。燃料喷入缸内以雾态与空气混合，混合气形成时间很短，是预混阶段；压燃着火后还有相当量的燃料继续喷入缸内，造成混合气形成与燃烧过程交错在一起的扩散燃烧油气混合不匀，局部浓度过稀

3、或过浓，空气利用率低。总的来说，柴油机是在稀混合气运转的，在大部分工况下其过量空气系数为1.5-3，故其CO排放要比汽油机低得多，而反应物在燃烧区停留的时间较短，不足以完全燃烧而生成CO，并在大负荷接近冒烟界限时，CO排放才急剧增加；由于停留时间较短，缝隙容积和激冷层对柴油机未燃HC排放量的影响相对汽油机来说小得多。但是柴油和空气在缸内混合不匀，局部浓度过稀或过浓，造成NOx和PM的量较多；柴油机的PM排放量一般要比汽油机的大几十倍。针对燃烧和排放的不同特点，需要采取不同的机内和机外净化技术。例如三效催化转化器在汽油机

4、上已经十分成熟，但无法直接应用于柴油机，其主要原因是柴油机排气中氧的含量很高，在氧化氛围中实现NOx的还原，对催化剂的还原选择性要求极高，且存在排气温度高和容易导致硫中毒等问题。一、柴油机：满足低排放法规的柴油机和汽油机技术对比(一)机内净化1.采用新的燃烧模式。HCCI燃烧方式是目前内燃机燃烧领域的研究热点，它是以预混合燃烧和低温反应为特征的燃烧方式。它使已混合均与的可燃混合气的多点同时达到自燃条件，使燃烧在多点同时发生，而且没有明显的火焰前锋，燃烧反应迅速，燃烧温度低且分布较均匀。因而，只生成极少的NOx和PM，在

5、低负荷时具有很高的热效率。但是，柴油机HCCI燃烧的HC和CO排放量偏高，有待进一步较低。第二，影响HCCI的因素较多，着火时刻和燃烧规律难以得到控制，只能间接控制着火时刻和燃烧过程。第三，运行工况范围有限，HCCI发动机在小负荷工况下由于是稀薄燃烧，容易失火(混合气过稀)；HCCI发动机燃烧非常迅速，在高负荷工况下，混合气过浓，易发生爆燃。因此目前发动机要采用双模式运行方案，即中低负荷时，采用HCCI方式；高负荷时，采用传统模式。此外，冷启动时着火困难，若无温度补偿，在冷启动阶段要实现HCCI燃烧非常困难。2.喷油规

6、律的优化，实现包括预喷和后喷的多次喷射。目前已经可以实现每循环喷五次，并根据不同的工况，采取灵活多变的控制策略。多次喷射可分为预喷(PI)、主喷(MI)和后喷(PoI)。预喷，即在主喷之前喷入少量的柴油到燃烧室(约1~2mg)，燃烧后可使主喷时的缸内温度升高，从而缩短主喷的点火延迟期和降低缸内压力上升速度，使燃烧更为高效而柔和，是降低燃烧噪音、HC和CO排放非常有效的途径。此外，预喷还有助于改善柴油机的冷起动性能，降低冷态工况下白烟的排放以及改善发动机低速扭矩等。主喷主要用于产生扭矩，其喷油量大小取决于发动机的性能要求

7、。后喷可分为早后喷和迟后喷。早后喷非常靠近主喷，可燃烧并能产生扭矩，主要用于燃掉燃烧室中残余的碳烟微粒，碳烟排放可因此进一步减少20%~70%。迟后喷则相对远离主喷，一般在上止点后200°曲轴转角范围内喷射，喷出的燃油不燃烧(即不产生扭矩)，但会被排气余热蒸发，主要用于为柴油机氧化催化器提供HC，被氧化后发生放热反应以增加排温，亦可用于后处理系统中的再生反应，如微粒捕集器(DPF)和NOx储存催化器(NSC)。满足低排放法规的柴油机和汽油机技术对比满足低排放法规的柴油机和汽油机技术对比3.改进喷油系统，采用高压共轨技术

8、。高压共轨喷油系统由于采用共轨方式供油，对供油与喷油的控制相互独立，喷油压力几乎不随发动机的转速发生变化，而能实现高压喷射，产生良好的雾化效果；高速电磁阀的频响高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并能方便的实现预喷射、后喷等的多次喷射，优化喷油规律，改善性能和降低废气排放量。目前，Bosch等公司共轨压力可以达到180