第5章 柴油机机内净化技术

挤流口形燃烧室
挤流口形燃烧室采用了缩口形的燃烧 室凹坑。使初期燃烧减慢，压力升高 率较低，因此NOX排放较ω形燃烧室低。
第5章 柴油机机内净化技术
球形燃烧室
球形燃烧室空间混合方式以油膜蒸发混合方式为主。 随着 燃烧的进行，热量辐射在油膜上，使油膜加速蒸发，燃烧也随
之加速。匹配良好的球形燃烧室工作柔和，NOX和碳烟排放都
Homogeneous Charge Compression Ignition
柴油机均质压燃技术
与汽油均质压燃相比，柴油的HCCI燃烧具有以下特点：
进气温度应在一定范围内，不可过高或过低。 压缩比变化范围较大
基本不存在失火或部分燃烧现象，运行范围主要受 爆炸强度限制。
第5章 柴油机机内净化技术
柴油机均质压燃技术
（a）预燃室倾斜偏置,单孔道 （b）预燃室中央正置,多孔道（c）预燃室侧面正置,单孔道 第5章 柴油机机内净化技术
直喷式燃烧系统
直喷式燃烧系统的燃烧室只在活塞顶上设置一个单独的凹 坑，燃油直接喷入其内。凹坑与气缸盖和活塞顶间的容积共 同组成燃烧室。常见的有代表性的结构如图所示： （a）浅盆形、（b、c）深坑形、（d）球形
低排放燃烧系统
燃烧室的几何形状对柴油机的性能
和排放具有重要的影响。
直喷式柴油机
第5章 柴油机机内净化技术
柴油机与汽油机排放比较
非直喷式燃烧系统
非直喷式燃烧室往往有主、副燃烧室二部分，
燃油首先喷入副燃烧室内进行混合燃烧，然后冲
入主燃烧室进行二次混合燃烧。
第5章 柴油机机内净化技术
柴油机与汽油机排放比较
喷油时刻对柴油机性能的影响
结论：柴油机对应每一工况都有一个最佳喷油提前角
第5章 柴油机机内净化技术
喷油定时对柴油机污染物排放的影响
喷油定时对柴油机的HC排放的影响与燃烧 室形状、喷油器结构参数及运转工况等有关。
喷油提前使滞燃期延长，导致NOX的增加。
推迟喷油减少了NOX排放量。但喷油延迟 必将使功率下降，燃油经济性变坏，并产生 后燃现象，同时排温增高，烟度增加。
柴油发动机 – 发动
机怠速、中小负荷 时将一定量的废气 引入燃烧室参与燃 烧，全负荷时不起 作用。
第5章 柴油机机内净化技术
EGR率对柴油发动机性能的影响
第5章 柴油机机内净化技术
EGR率对柴油发动机性能的影响
第5章 柴油机机内净化
主要的EGR柴油发动机
重汽 WD615 系列EGR 柴油机
第5章 柴油机机内净化
第5章 柴油机机内净化技术
电控柴油喷射系统
电控柴油喷射系统
三菱ECI- MULTI电控多点喷射系统
第5章 柴油机机内净化技术
位置控制系统
第5章 柴油机机内净化技术
位置控制系统
第5章 柴油机机内净化技术
位置控制系统
第5章 柴油机机内净化技术
时间控制系统
第5章 柴油机机内净化技术
时间控制系统
第5章 柴油机机内净化技术
柴油机EGR与汽油机EGR的比较
第5章 柴油机机内净化技术
柴油机EGR与汽油机EGR的比较
汽油发动机 – 发动
机中小负荷时将一 定量的废气引入燃 烧室参与燃烧，怠 速、全负荷时不起 作用。
1、发动机控制单元
2、控制阀（电磁）
3、废气再循环阀（机械） 4、空气流量计 5、尾气净化装置
主要的EGR柴油发动机
美国康明 斯欧Ⅳ电 控EGR发 动机
第5章 柴油机机内净化
EGR发动机的关键部件——EGR阀
EGR平衡双阀
直流电机驱动的EGR阀
直流电机驱动的EGR阀
增压技术
所谓增压，就是利用增压器将空气或可燃混合气进行压缩，再送 入发动机气缸的过程。
第5章 柴油机机内净化技术
增压技术
柴油机废气再循环系统
EGR系 统分类
结构特点 主要优点
低压回 路链接 法
涡轮机出口和压 气机入口经外管 压力差控制易实 连接 现，但可靠性和 废气流经压气机 寿命受废气影响 和增压中冷器
高压回 Exhaust Gas Recirculation 路连接 法
涡轮机的入口和 压气机出口经外 管连接 废气不流经压气 机和增压中冷器
喷油规律改进 进排气系统
效果有限，因而
实际中常常是几 种措施同时并用。
增压技术
废气再循环 高压喷射 均质压燃
微粒
NOX 微粒 NOX、微粒
电控高压油泵、共 轨系统、泵喷嘴
HCCI
第5章 柴油机机内净化
柴油机与汽油机排放比较
这两类燃烧系统在燃烧组织、混合气形成和适应性方面都各有特点，因而在有害排放物的生成量方面也有所不同。
第5章 柴油机机内净化技术
浅盆形燃烧室
浅盆形燃烧室在活塞顶 部设有开口大、深度浅的燃
烧室凹坑。 浅盆形燃烧室
的空气利用率低，必须在过 量空气系数大于1.6以上才 能保证完全燃烧。
新型航空用喷射型燃烧室
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深坑形燃烧室
ω形燃烧室 ω形燃烧室在活塞顶部设有 比较深的凹坑，其底部呈ω形， 目的是为了帮助形成涡流以及 排除气流运动很弱的中心区域 的空气。
在大负荷工况时，燃烧反应速度过快，会引起爆震 燃烧。
第5章 柴油机机内净化技术
均质压燃柴油机的燃烧特性
该阶段放热与低温动力学反应 有关，此时是冷焰、蓝焰，是 主放热阶段的焰前反应。
第一阶段放热
主放热阶段
主放热阶段燃烧是多点同时进 行的，一旦开始着火，混合气 迅速燃烧并且没有可视火焰传 播。
涡流式室燃烧室
右图为涡流室式燃
烧室的结构图。作为
副燃烧室的涡流室设 置在气缸盖上，主燃 烧室由活塞顶与气缸 盖之间的空间构成。ຫໍສະໝຸດ Baidu
主、副燃烧室之间有
一通道。
第5章 柴油机机内净化技术
柴油机与汽油机排放比较
预燃室式燃烧室
燃烧室由预燃室和活塞上方的主燃烧室所组成，两者之间由一个
（图（a））或数个（图（b））孔道相连。
第5章 柴油机机内净化技术
电控高压共轨系统
1-高压油泵 2-滤清器
3-燃油箱 5-限流器 4-共轨压力传感器 6-共轨管 7-限压阀
8-电控喷油器 9-进气质量流量计
10-冷却液温度传器 11-空气温度传感器
12-增压压力传感器 13-油门位置传感器 14-曲轴位置传感器 15-柴油机转速传感器 16-电控单元
压气机和中冷器 受废气影响较小 ，但压力差的控 制相对困难
第5章 柴油机机内净化技术
柴油机废气再循环系统
为什么要采 用中冷器？
第5章 柴油机机内净化技术
柴油机废气再循环系统
a)用排气脉冲阀的EGR系统
b)用进气节流阀的EGR系统 c)用文丘里管的EGR系统 d)用EGR泵的EGR系统
1-控制器；2-中冷器；3-柴油机；
（3）在喷油后期，喷油率应快速下降以避免燃烧
拖延，造成烟度及耗油量的加大。喷油后期也不应 该出现二次喷射及滴油等不正常情况。
第5章 柴油机机内净化技术
喷油规律
为了降低柴油机的排放，
实现理想的燃烧过程，必须
有合理的喷油规律。“初期 缓慢，中期急速，后期快断” 是一种理想的喷油规律。
理想的喷油规律
第5章 柴油机机内净化技术
几种增压方式的工作示意图如下图所示
（a）机械增压； （b）涡轮增压； （c）气波增压； （d）复合增压 E－发动机； C－压气机； T－涡轮机
第5章 柴油机机内净化技术
废气涡轮增压器
废气涡轮增压器的工作原理
径流式废气涡轮增压器结构图
第5章 柴油机机内净化技术
废气涡轮增压器
第5章 柴油机机内净化技术
性能特点
定压下全周进气 ，气流引起的激 振较小，不易引 起叶片断裂 排气能量利用较 低 低速转矩特性和 加速性能较差
定压涡 轮增压 系统
脉冲涡 轮增压 系统
低增压时废气能 的利用率较高 背压相对较低， 扫气作用明显 动态响应好
（a)定压系统；
（b)脉冲系统
第5章 柴油机机内净化技术
增压对排放的影响
即在进气冲 程柴油被喷 入进气管
即在压缩冲程 早期，柴油被 喷入气缸
第5章 柴油机机内净化技术
即在压缩 上止点后 开始喷油
柴油机均质压燃技术
柴油机实现HCCI燃烧面临的问题：
柴油粘度大，挥发性差，形成预混均值混合气困难。 柴油作为高十六烷值燃料，容易发生低温自燃反 应，形成过分提前的燃烧相位和粗暴的着火过程。
较低，动力性和燃油经济性也较好。
球形燃烧室
第5章 柴油机机内净化技术
低排放柴油喷射系统
低排放燃烧系统应该满足以下要求：
1
各种工况下都应有较高的喷油压力，使燃油粒度细化。
2
优化喷油规律，实现每循环多次喷射。
每循环的喷油量能适应各种工况的实际需要。 各种不同工况有合理的喷油正时。
第5章 柴油机机内净化技术
4-涡轮增压器；5-EGR阀； 6-排气脉冲阀；7-进气节流阀； 8-文丘里管；9-文丘里管旁通阀；
第5章 柴油机机内净化 第5章 柴油机机内净化技术
10-EGR冷却器；11-EGR泵
柴油机EGR的控制方法
高 压 泵
旁 通 阀
喷油器
EGR阀
排气管
压气机
涡轮机 第5章 柴油机机内净化技术
柴油机EGR的控制方法
3
4
喷油压力
喷油压力愈大，喷油能量愈高、
喷雾愈细、混合气形成和燃烧愈
完全，柴油机的排放性能和动力 性、经济性都得以改善。
第5章 柴油机机内净化技术
喷油压力
高压喷射降低碳烟的效果
第5章 柴油机机内净化技术
喷油规律
结论：
（1）滞燃期内的初期喷油量控制了初期放热率，从 而影响最高燃烧压力和最大压力升高率。 （2）为了提高循环热效率，应尽量减小喷油持续 角，并使放热中心接近上止点。
废气涡轮增压器
第5章 柴油机机内净化技术
离心式气压机
离心式压气机工作原理
离心式压气机简图
1-进气道
3-扩压器
第5章 柴油机机内净化技术
2-工作轮
4-蜗壳
涡轮增压技术
涡轮增压系统
结构特点
排气集中排入一 个体积较大的排 气总管内，再将 排气引向涡轮整 个喷嘴环 排气总管内的压 力震荡较小，进 入涡轮前的压力 基本不变 多根排气歧管隔 开点火次序，相 邻气缸的排气 尺寸较大 排气管结构复杂
低排放柴油喷射系统
电控柴油机喷射系统 废气再循环系统 增压技术 柴油机均质压燃技术 多气门技术
第5章 柴油机机内净化技术
柴油机的燃烧过程
1
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。
2
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。
3
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。
第5章 柴油机机内净化技术
增压对排放的影响
第5章 柴油机机内净化技术
柴油机均质压燃技术
HCCI燃烧模式是指在进气过程中形成均质的混合气，当压 缩到上止点附近时均质混合气自燃着火的一种新型燃烧模 式。 HCCI燃烧过程本身特有的均质、低温特性，使其在同时大 幅度降低NOx和微粒排放方面具有巨大的潜力。
第5章 柴油机机内净化技术
电控高压共轨系统
第5章 柴油机机内净化技术
电控高压共轨系统
CA4DC2 高压共轨系统-BOSCH
现代CRDi高压共轨柴油直喷发动机
第5章 柴油机机内净化技术
电控高压共轨系统
第5章 柴油机机内净化技术
电控高压共轨系统
第5章 柴油机机内净化技术
废气再循环系统
第5章 柴油机机内净化技术
发动机排放污染及控制
主讲人 龚金科等
2016年3月19日
概述：主要内容 介绍了车用柴油机的低排
放燃烧、低排放燃油喷射、
电控燃油喷射、废气再循环、 增压、均质压燃以及多气门 等柴油机机内净化技术。
第5章 柴油机机内净化技术
第5章 柴油机机内净化技术
5.1 5.2 概述 低排放燃烧系统
5.3
5.4 5.5 5.6 5.7 5.8
第5章 柴油机机内净化技术
柴油机 0.15～0.30 0.05～0.50 200～1000 700～2000
柴油机的机内净化技术
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。
第5章 柴油机机内净化技术
柴油机与汽油机排放比较
4
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5章 柴油机机内净化技术
柴油机与汽油机排放比较
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。
柴油机与汽油机排放比较 有害成分 汽油机 微粒 （g/m3） CO （%） HC（ ppm） NOX（ ppm） 0.005 0.1～6 2000 2000～4000
降低车用柴油机排放的技术措施
降低车用柴油机排放的相关机内净化技术措施
技术对策 燃烧室设计 实施方法 设计参数优化、新 型燃烧方式 预喷射、多段喷射 可变进气涡流、多 气门 增压、增压中冷、 可变几何参数增压 EGR、中冷EGR 主要控制对象 NOX、微粒 NOX 微粒
每一种技术措 施在降低某种排 气成分时，往往