内燃机排放与控制 教学课件 作者 张翠平 第5章 柴油机机内净化技术.ppt

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1、5.1概述5.2低排放燃烧系统5.3低排放燃油喷射系统5.4增压技术5.5废气再循环系统第5章柴油机机内净化技术2021/9/75.1柴油机机内净化概述2021/9/75.1.1柴油机的燃烧过程由于柴油的蒸发差，柴油机靠喷油器将柴油在高压下喷入气缸，分散成数以百万计的细小油滴，这些油滴在气缸内高温、高压的热空气中，经加热、蒸发、扩散、混合和焰前反应等一系列物理、化学准备，最后着火。由于每次喷射要持续一定的时间，一般在缸内着火时喷射过程尚未结束，故混合气形成过程和燃烧是重叠进行的，即：边喷油边燃烧。柴油机是靠调节循环喷油量的多少来调节负荷

2、，而循环进气量基本不变。因此，每循环平均的混合气浓度随负荷变化而变化，这种负荷调节方式被称为“质调节”。这与汽油机的负荷调节方式大不相同。柴油机的燃烧过程可划分为滞燃期、速燃期、缓燃期和后燃期四个阶段。典型的示功图如图所示，曲线ABCDE表示气缸中进行正常燃烧的压力曲线，ABF表示气缸内不进行燃烧时的纯压缩膨胀曲线，图中还画出了喷油嘴针阀的升程曲线。根据燃烧过程进行的实际特征，一般把燃烧过程划分为四个阶段。着火延迟阶段急燃期缓燃期后燃期第I阶段为着火延迟阶段(AB段)。柴油开始喷入气缸到着火开始的这一段时期。着火延迟期也称为滞燃期。•混

3、合气准备的物理和化学过程。•温度或压力越高，着火延迟期越短。•燃烧室的形式和壁温，也影响着火延迟期长短。第Ⅱ阶段为速燃期(BC段)。从着火开始到出现最高压力的这一段时期。着火延迟期内准备好的混合气几乎同时开始燃烧。•应控制压力升高率，防止工作粗暴。•柴油机Δp/Δφ不大于0.4-0.5MPa/(°)的范围内。第Ⅲ阶段为缓燃期(CD段)。缓燃期从最高压力点到出现最高温度时的这一段时期。燃烧的进行渐趋缓慢。•尽可能地加速混合气的形成，保证迅速而完全的燃烧。第IV阶段为后燃期(CD段)。从缓燃期终点到燃油基本烧完的这一段时期。尽量缩短补燃期，

4、减少补燃期内燃烧的燃油量。速燃期的特点：（1）压力升高率很高，接近等容燃烧，工作粗暴。（2）达到最高压力（6~9MPa）。（3）继续喷油。压力升高率过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪音大；同时运动零件承受较大的冲击负荷，影响其工作可靠性和使用寿命；压力升高率大，燃烧迅速，柴油机的经济性和动力性会较好。压力升高率应限制在一定的范围之内，柴油机的压力升高率一般应不大于0.4~0.5MPa／(º)曲轴。与汽油机相比，柴油机的压力升高率较大。控制压力升高率的措施：减小在着火延迟期内准备好的可燃混合气的量①缩短着火延迟期的时间②减少着火延迟期内喷入燃

5、油③减少可能形成可燃混合气的燃油缓燃期的特点：（1）喷油过程基本结束，燃烧速率下降（氧气、柴油浓度减小，废气增多）。（2）压力开始下降（气缸容积不断增大），温度达到最高。最高温度可达2000K左右，一般在上止点后20~35ºCA处出现。柴油机的燃烧过程第Ⅰ阶段－滞燃期柴油开始喷入气缸到着火开始的这一段时期。第Ⅱ阶段－速燃期从着火开始到出现最高压力的这一段时期。第Ⅳ阶段－后燃期从缓燃期终点到燃油基本烧完的这一段时期。第Ⅲ阶段－缓燃期从最高压力点到出现最高温度时的这一段时期。5.1.2影响柴油机燃烧过程的因素1.运转因素对燃烧过程的影响

6、影响燃烧过程的运转因素有喷油提前角、转速和负荷、冷却强度等。（1）喷油提前角（2）转速（3）负荷（4）冷却强度的影响2.结构因素对燃烧过程的影响在结构方面，影响燃烧过程的主要因素是压缩比、燃烧室形式、空气涡流运动、喷油压力以及喷油规律等。（1）压缩比（2）喷油压力（3）喷油规律（4）燃烧室形式（5）空气涡流2021/9/75.1.3柴油机的主要排放污染物控制柴油机排放物的重点在于降低柴油机的NOX和微粒（包括碳烟）的排放。柴油机主要污染物CONOXHC微粒有害成分汽油机柴油机微粒（g/m3）0.0050.15～0.30CO（%）0.1～

7、60.05～0.50HC（ppm）2000200～1000NOX（ppm）700～20002000～4000柴油机与汽油机排放比较柴油机与汽油机排放比较图5-2为直喷式柴油机污染物生成机理示意图。由于柴油机无法形成均质可燃混合气，总有部分燃料不能完全燃烧，从而生成以碳为主体的微粒。同时，由于混合气不均匀，在燃烧过程中局部温度很高，并有过量空气，导致氮氧化物（NOx）的大量生成。相对于汽油机而言，柴油机由于过量空气系数比较大，一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）排放量要相对较低，但普通的燃油供给系统使柴油机的微粒排放量比汽油机大几十倍甚至

8、更多。5.1.4柴油机机内净化的主要技术措施近年来，一些低排放、高燃油经济性的柴油机不用任何后处理装置即可以达到相关的排放法规要求，显示出柴油机机内净化技术的巨大潜力。降低车用柴油机排放的技术措施柴油机与汽