低速柴油机

• 缸径
气缸的直径(d)
柴油机的基本原理-指标
• 转矩=F×r
转矩其实质为力学中的力矩， 影响转矩的因素为燃料燃烧产生力 P的分力F和R，也就是行程 行程长的发动机扭矩较高 转矩在活塞的往返运动中实际 上是不断变化的，制造商列出的转 矩是发动机完整一个工作循环期间 的平均值
• 功率
精准控制燃油喷射-高压共轨
精准控制燃油喷射-单体泵
• 工作原理：由喷油泵和喷油嘴组成一个单元，直接或者间 接的通过发动机摇臂、凸轮轴对其燃油喷射时间进行控制 • 优点
单体泵的喷射压力更高，意味着他的喷射时间较短，有相对更 加充足的时间来进行混合，雾化，从而达到提升热效率的目的 单体泵系统可以在原有发动机的基础上进行改造，可进行单缸 控制，成本较低 油品适应性强
• 由上面的污染物产生原理得知柴油机的污染物大致可以分 为三类
一氧化碳、碳氢化合物、颗粒物属于一类，简单地说均是不完 全燃烧的产物 氮氧化物的产生原理与上述化合物正好相反，因为燃烧完全充 分燃烧室内部的温度必然较高、上升较快，所以想同时降低氮 氧化物和不完全产物是不可能的 二氧化硫的产生按照现在比较通俗的说法就是油品质量不达标 ，随着欧Ⅵ标准的实施（欧Ⅵ要求石化企业必须生产无硫柴油 ），二氧化硫的问题将迎刃而解
燃烧室优化-w型燃烧室
• 这是一种直喷式的燃烧室， 喷嘴将燃油喷射到w形状的燃 烧室中，在进气、压缩的过 程中会使空气形成涡流，加 快混合气的雾化，混合进程， 提高燃烧效率
柴油机的尾气排放
• 在柴油机作用过程中主要产生五大类污染物
一氧化碳 碳氢化合物 颗粒物 氮氧化物
二氧化硫
• 工作原理：将压力的产生、喷射与发动机的转速分开，电 脑通过对转速、废气污染物等信息进行处理、计算进而对 油嘴下达指令喷射指定的燃油量 • 优点
可以根据实际需要实现多次喷射 噪音控制优秀 控制性强、智能化程度较高
• 劣势
油耗较高，不利于排放控制 价格昂贵 对于企业的技术能力要求较高
附录
• 空燃比对废气排放的影响 25 • EGR率对污染物排放的影响 26
• 汽油机四气门与二气门对比 27
附录-空燃比对废气排放的影响
• 空燃比： 是混合气中空 气与燃料之间 的质量的比例
附录-EGR率对污染物排放的影响
• EGR率：进入进气管的废气质 量与进入气缸的总气体质量的比 值
附录-汽油机四气门与二气门对比
• 过量空气系数：燃烧1kg燃料 所实际供给的空气质量/ 完全燃烧1kg燃料所需的理论空 气质量
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• 产生碳氢化合物的主要原因有三个
柴油的挥发性较低，并且在燃烧开始前能够用于蒸发的时间也 短，所以在冷车起动及暖机期间会产生碳氢化合物 在冷启动后的暖机期间，喷入燃烧室内的燃油中冷凝在燃烧室 壁面上未能蒸发的燃油占总喷油量的比例要高于正常比例，而 这又会进一步降低燃油的蒸发速率，以至于有的燃油一直未被 点燃 在低温、低负荷下由于混合气太稀而不能被有效燃烧
低端柴油机
低端柴油机-导引
• 柴油机的基本原理及主要性能指标
• 提高柴油机性能的主要方式 • 柴油机的排放污染物
• 国Ⅳ技术路线
• 附录
柴油机的基本原理
• 柴油机的核心工作原理为四冲程结构分别为： • 进气行程
进气门开启，空气被吸入气缸
• 压缩行程
进气门关闭，活塞向上运动，此时最高温度可达到900℃，在该 行程快结束时将燃油喷射到缸体内
• 劣势
喷射次数比高压共轨偏少 发动机噪声的控制较差
精准控制燃油喷射-多孔喷射
• 这种喷射方式主要用于直喷式 发动机，孔数越多覆盖的燃烧室 区域越大，不完全燃烧的情况就 越少，未来的喷油嘴将朝着减少 喷孔直径，增加喷孔数量的方向 发展
燃烧室优化-涡流燃烧室
• 这种燃烧室的主要优势为在压 缩行程中进入燃烧室的空气带有 涡流运动，混和较好，但是其噪 声较大，另外在冷启动之后需要 对燃烧室迅速加热，防止碳氢化 合物的产生
国Ⅳ技术路线-控制措施
• 为了满足日益严格的尾气排放标准，柴油机尾气处理分为 两部分： • 机内净化 提高燃烧效率：如单体泵，高压共轨等 降低缸内温度：如EGR • 机外净化 DOC：主要负责CO和HC DPF：主要负责对于颗粒物的收集，转化 SCR：主要负责氮氧化物的转化 POC：主要负责颗粒的收集，转化
• 做功行程
易燃的燃油相继被喷入到高温的压缩气体中燃烧，推动活塞向 下运动
• 排气行程
排气门开启，活塞向上运动推动剩余的气体排出气缸
柴油机的基本原理-名词扫盲
d
• 上止点（TDC）
活塞处于最上端的位置为上止点
• 下止点（BDC）
活塞处于最下端的位置为下止点
• 压缩比
活塞在下止点时刻的汽缸容积除以在上止点 时刻的比值为压缩比 • 活塞行程 上止点到下止点位置的距离为活塞行程，简 称行程
柴油机的尾气排放-污染物生成原理
• 颗粒物：其产生原理与碳氢化合物基本一致，其主要成分 为碳，属于不完全燃烧的产物 • 氮氧化物：影响其产生的主要因素是燃烧时的最高温度， 温度越高，氮氧化物生成量越多和温度上升、下降的快慢， 温度变化的越快，氮氧化物越多 • 二氧化硫：燃料中硫含量过高
柴油机的排放污染物-总结
提高进气量-涡轮增压中冷
• 主要原理：将废气的动能转化为机械能进而压缩空气从而 达到增加进气量的目的 • 中冷的作用：因为涡轮的快速运转（柴油机可达到 20000(r/min))空气的温度有了较大提升进而空气密度减 小削弱了涡轮增压器的作用，加装中冷器可以将空气密度 降低弥补这种不足 • 迟滞现象：在发动机转速较低的情况下因为排气流速较低 ，涡轮转速也比较低进而造成进气量不但不会得到增加反 而会减少。
国Ⅳ技术路线-EGR
• EGR的中文名字叫废气再循环，主要是通过将一部分废气 重新引回进气歧管进而进入气缸参加化学反应，因为这种 方式使气缸内的氧含量相对较低，燃烧室内温度相对较低 进而达到控制氮氧化物的目的
废气道
EGR冷却
涡轮增压器Leabharlann Baidu
进气道
国Ⅳ技术路线
• 国Ⅳ标准将于2013年7月1日实施，现如今企业应对国Ⅳ主 要有三种技术路线 • SCR 这种方案对机内净化相对要求较高，需要不断的添加尿素， 优点是对于高硫燃油适应性较强 • EGR+DOC+DPF 这种方案是成本最高的一种，而且需要定期清洗，但是他对 于颗粒的过滤效果可以达到90%，也是效果最好的一种 • EGR+DOC+POC 相比于上一种方案，这种方案成本较低，免维护，但是颗粒 的过滤效果只有50-70%
功率其定义为做功的速率 功率是单位时间内每次做功的 不断累加
提高柴油机性能的主要方式
• 提高进气量
代表技术：增压中冷、四气门技术
• 精准控制燃油喷射
代表技术：高压共轨、多孔喷射、单体泵
• 燃烧室优化
代表技术：涡流燃烧室、w型燃烧室
提高进气量-四气门技术
• 每个汽缸盖拥有四个气门，大大提高了空气进出入汽缸的 效率。通过将每个汽缸的换气单元分为两个进气门和两个 排气门，四气门技术确保发动机能够吸入更多新鲜空气， 更快地排出废气，进而提高车辆的输出功率和扭矩。 • 配备直喷系统的柴油发动机也从四气门技术中受益，因为 在气缸盖周围配置四个气门使得燃油喷射嘴能够垂直定位 在中心，这样活塞碗也位于中央，确保燃烧室内的喷雾对 称，而这正是高效燃烧的重要前提 • 一般来讲为了提高进气量的缘故进气门要稍大于排气门， 甚至有五气门结构的发动机（三个进气门，两个排气门）
柴油机的尾气排放-污染物生成原理
• 一氧化碳：一般情况下即使在最大输出功率时柴油机燃烧 室內也拥有多达38%的过量空气，因此不应该形成一氧化 碳，但是实际结果并不是如此，究其原因可能是由于在燃 烧室内的局部地区在燃油停止喷射前，氧气已经被消耗完， 结果喷射到这些区域的燃油便不能完全燃烧
柴油机的尾气排放-污染物生成原理
精准控制燃油喷射-传统柴油机的喷射结构
• 传统的柴油机采用直列泵的喷射方式，这种泵结构简单， 他是由凸轮轴提供动力，而凸轮轴通过皮带与曲轴相连， 凸轮轴旋转一周，泵喷一次油，这种方式比较机械，无法 根据随时变化的缸内状况进行调整
燃料做功
曲轴旋转
皮带
凸轮轴旋转
喷油
直列泵作用示意图
精准控制燃油喷射-高压共轨