柴油機(jī)PM排放控制技術(shù)探討VIP

1、柴油機(jī)pm排放控制技術(shù)探討摘 要本文針對(duì)車用柴油機(jī)pm的組成及對(duì)人類生活的危害所面臨的若干問題，通過對(duì)柴油機(jī)污染物的生成機(jī)理、影響因素等方面的知識(shí)，進(jìn)一步地闡述對(duì)柴油機(jī)污染物的凈化措施等較高問題的本質(zhì)，優(yōu)化排放質(zhì)量，以便使車用柴油機(jī)符合環(huán)保要求，更進(jìn)一步的保護(hù)我們懶以生存的家園。本論文共分四章：第一章緒論部分簡(jiǎn)要概述了本課題的研究思路、現(xiàn)狀分析及凈化措施；第二章闡述了柴油機(jī)的有害排放物的生成機(jī)理及危害，提出了本論文主要研究工作和基本思路； 第三章講述了柴油機(jī)有害排放物的凈化措施等問題并進(jìn)行了討論；第四章 對(duì)本課題的研究結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)。關(guān)鍵詞：車用柴油機(jī)；有害排放物；凈化措施 abstractt

2、his paper and composition of the vehicle diesel engine to human pm the dangers of life facing some problems, through the creation of pollutants of diesel mechanism, influencing factors and other aspects, further describes the purification of diesel engine pollutants nature of problems measures to hi

3、gher quality, optimizing the emissions vehicle diesel engine, so as to meet environmental requirements, further protect us lazy to survive homes.this paper is divided into four chapters: the first chapter the introduction section of this topic briefly summarizes the current research approach, analys

4、is and purification measures; the second chapter expounds the harmful emissions from diesel generating mechanism and harm, proposed the this thesis mainly research work and basic ideas; the third chapter of a diesel engine harmful emissions purification measures and discussed issues; the fourth chap

5、ter of this topic research results are summarized.keywords: automotive diesel engine; harmful emissions; purification measures 目 錄1 緒論 11.1 車用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的生成機(jī)理及凈化措施研究的意義 61.2 國(guó)內(nèi)外對(duì)有害排放物的研究現(xiàn)狀分析 61.3 對(duì)有害排放物所采取的各項(xiàng)凈化措施 61.4 本課題的主要研究工作的基本思路 62車用柴油機(jī)的排放物 72.1 引言 72.2柴油機(jī)的排放物及危害 72.3柴油機(jī)排放物的生成機(jī)理 92.4影響柴油機(jī)排放物生成的主要因

6、素 123 排放物的控制措施 193.1減少柴油機(jī)排氣污染物的控制技術(shù)193.2 燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)193.2.1 直接噴射式燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)19 3.2.2 間接噴射式燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)203.3進(jìn)氣系統(tǒng)的改進(jìn)213.4燃料噴射系統(tǒng)的改進(jìn)223.4.1 高壓噴射系統(tǒng)223.4.2 改進(jìn)噴油器結(jié)構(gòu)243.4.3 電子控制噴射系統(tǒng)253.5 燃料的改良323.5.1 燃料的改質(zhì)323.5.2 燃油添加劑 333.6柴油機(jī)排氣污染物的機(jī)外凈化措施 333.6.1 催化凈化技術(shù)333.6.2 柴油機(jī)微粒物機(jī)外凈化方法344 結(jié)果分析與討論415 總結(jié)參考文獻(xiàn) 42致 謝 431 引言與汽油機(jī)相比，現(xiàn)代車用柴油

7、機(jī)具有動(dòng)力性較高和經(jīng)濟(jì)性較好兩大優(yōu)點(diǎn)，而且具有高效率、低油耗、壽命長(zhǎng)、使用可靠等特點(diǎn)。20世紀(jì)30年代，世界各國(guó)開始將柴油機(jī)用于重型車，90年代柴油機(jī)轎車有了很大發(fā)展。柴油車比汽油車省油三分之一，排放的污染物較少。目前，歐洲的轎車消費(fèi)市場(chǎng)上，柴油轎車占了40%。我國(guó)的柴油車發(fā)展較晚，但發(fā)展迅速。到2002年全國(guó)汽車產(chǎn)量為325萬輛，柴油車占99.8萬多輛，約占汽車總量的30%。增速如此之快，難免給環(huán)境造成較大的影響。隨著柴油汽車的社會(huì)擁有量的迅速增大，伴隨著工業(yè)文明的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的環(huán)境問題不斷增多。環(huán)境保護(hù)問題越來越引起人們的高度重視。柴油機(jī)工作時(shí)排放的產(chǎn)物可分為兩類，一類是可見產(chǎn)物，即顆粒

8、狀物，如炭粒、重碳?xì)浠衔铩⒘蛩猁}、油氣、水汽及灰分等，“墨斗魚”是人們對(duì)尾氣排放嚴(yán)重超標(biāo)的重型柴油車的形象稱呼。這類產(chǎn)物中，有些為致癌物質(zhì)，它們污染環(huán)境、阻礙視線。另一類是一般情況下肉眼看不見的物質(zhì)，如一氧化碳（co）、氮氧化合物（nox）和二氧化硫（so2）、碳?xì)浠衔铮╤c）等.co對(duì)人體有毒，而且在大氣中不易自凈;so2有難聞的刺鼻氣味：hc、no在一定的地理氣候條件下，經(jīng)太陽光的作用會(huì)形成毒性很強(qiáng)的光化學(xué)煙霧；nox和so2易溶于水形成酸雨。顯然，柴油機(jī)工作時(shí)排出的燃燒產(chǎn)物不僅會(huì)對(duì)人類的生存環(huán)境造成污染與破壞，而且由于柴油燃燒不完全，造成了能源的浪費(fèi)。炭煙越濃，排放的可燃物越多，對(duì)環(huán)

9、境的污染越嚴(yán)重，能源的浪費(fèi)就越大?？刂浦攸c(diǎn)是氮氧化物和顆粒污染物。近年的一項(xiàng)調(diào)查顯示，在全國(guó)機(jī)動(dòng)車的排放污染物分擔(dān)率中，柴油車占氮氧化物的43%，占顆粒懸浮物的83%。1.1 車用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的生成機(jī)理及凈化措施研究的意義近幾十年來，隨著工業(yè)的發(fā)展和能源消耗的日益增加，由于燃燒過程產(chǎn)生的有害物質(zhì)對(duì)大氣產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染。特別是石油燃料的大量消耗所引起的嚴(yán)重后果，在工業(yè)與交通集中的那些地區(qū)對(duì)環(huán)境的污染表現(xiàn)得最為突出，并引起人們的普遍關(guān)注。本課題對(duì)柴油機(jī)的有害排放物及其影響因素作了詳細(xì)研究，對(duì)于有害排放物的生成機(jī)理和有針對(duì)性地采取措施以改善柴油機(jī)的有害排放物具有較大的理論價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。1.2

10、國(guó)內(nèi)外對(duì)有害排放物的研究現(xiàn)狀分析汽車是當(dāng)今大氣污染的最大污染源已經(jīng)被許多國(guó)家調(diào)查所證實(shí)?，F(xiàn)在，世界上大約有兩億輛汽車，其中大部分在城市行駛，這些汽車每年排出兩億噸一氧化碳，四千萬噸碳?xì)浠衔铮瑑汕f噸一氧化氮等有害氣體。而且，隨著汽車數(shù)量的逐年增加，汽車排放到大氣中的有害物質(zhì)還會(huì)隨之而增加。因此一些發(fā)達(dá)國(guó)家都采取了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，以減少汽車有害物的排放，例如：美國(guó)、德國(guó)、日本、等一些發(fā)達(dá)國(guó)家。1.3 對(duì)有害排放物所采取的各項(xiàng)凈化措施車用柴油機(jī)的有害排放物所造成的危害，針對(duì)不同方面采取了不同的措施。本課題主要從燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)、噴射系統(tǒng)的改進(jìn)、點(diǎn)火系的改進(jìn)、進(jìn)氣系統(tǒng)的改進(jìn)等措施來凈化汽油機(jī)的尾氣排

11、放。1.4 本課題的主要研究工作的基本思路本課題研究的主要目的是充分利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，搜集多方資料，采用理論分析法對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正處理，用實(shí)驗(yàn)法得到較合理的有害物排放值，分析出車用柴油機(jī)有害排放物的生成機(jī)理及其生成的影響因素。以實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ)豐富車用柴油機(jī)有害物排放理論，為降低排放尋找有效的凈化措施，并為將來對(duì)柴油機(jī)燃燒過程和排放特性的進(jìn)一步研究提供一定的參考。2 車用柴油機(jī)的排放物2.1 引言與汽油機(jī)相比，現(xiàn)代車用柴油機(jī)具有動(dòng)力性較高和經(jīng)濟(jì)性較好兩大優(yōu)點(diǎn)，而且具有高效率、低油耗、壽命長(zhǎng)、使用可靠等特點(diǎn)。20世紀(jì)30年代，世界各國(guó)開始將柴油機(jī)用于重型車，90年代柴油機(jī)轎車有了很大發(fā)展。柴油車比

12、汽油車省油三分之一，排放的污染物較少。目前，歐洲的轎車消費(fèi)市場(chǎng)上，柴油轎車占了40%。我國(guó)的柴油車發(fā)展較晚，但發(fā)展迅速。到2002年全國(guó)汽車產(chǎn)量為325萬輛，柴油車占99.8萬多輛，約占汽車總量的30%。增速如此之快，難免給環(huán)境造成較大的影響。隨著柴油汽車的社會(huì)擁有量的迅速增大，伴隨著工業(yè)文明的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的環(huán)境問題不斷增多。環(huán)境保護(hù)問題越來越引起人們的高度重視。柴油機(jī)工作時(shí)排放的產(chǎn)物可分為兩類，一類是可見產(chǎn)物，即顆粒狀物，如炭粒、重碳?xì)浠衔?、硫酸鹽、油氣、水汽及灰分等，“墨斗魚”是人們對(duì)尾氣排放嚴(yán)重超標(biāo)的重型柴油車的形象稱呼。這類產(chǎn)物中，有些為致癌物質(zhì)，它們污染環(huán)境、阻礙視線。另一類是一

13、般情況下肉眼看不見的物質(zhì)，如一氧化碳（co）、氮氧化合物（nox）和二氧化硫（so2）、碳?xì)浠衔铮╤c）等.co對(duì)人體有毒，而且在大氣中不易自凈;so2有難聞的刺鼻氣味：hc、no在一定的地理氣候條件下，經(jīng)太陽光的作用會(huì)形成毒性很強(qiáng)的光化學(xué)煙霧；nox和so2易溶于水形成酸雨。顯然，柴油機(jī)工作時(shí)排出的燃燒產(chǎn)物不僅會(huì)對(duì)人類的生存環(huán)境造成污染與破壞，而且由于柴油燃燒不完全，造成了能源的浪費(fèi)。炭煙越濃，排放的可燃物越多，對(duì)環(huán)境的污染越嚴(yán)重，能源的浪費(fèi)就越大?？刂浦攸c(diǎn)是氮氧化物和顆粒污染物。近年的一項(xiàng)調(diào)查顯示，在全國(guó)機(jī)動(dòng)車的排放污染物分擔(dān)率中，柴油車占氮氧化物的43%，占顆粒懸浮物的83%。2.2

14、柴油機(jī)的排放物及危害柴油機(jī)排放的廢氣中，氮?dú)猓╪）占75.2%，二氧化碳（co2）占7.1%，氧氣及其他成分占16.88%，有害排放占0.82%。其中有害排放的主要成分包括：氮氧化合物占35.4%，一氧化碳占35.4%，硫化物及微粒主要是炭煙，還包括油霧、金屬顆粒等占20.66%。與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)排放的co和hc要少得多，nox與汽油機(jī)在同一數(shù)量級(jí)，而微粒及炭煙的排放要比汽油機(jī)多十幾倍甚至更多。因此柴油機(jī)的排放控制，重點(diǎn)是nox和微粒及炭煙，其次是hc。柴油機(jī)的燃燒過程比較復(fù)雜，影響因素較多，由于諸多原因的影響使柴油與空氣難以達(dá)到完全燃燒的程度，可能會(huì)造成局部或整個(gè)燃燒空間內(nèi)出現(xiàn)不完全燃燒

15、，所以產(chǎn)生出不完全燃燒產(chǎn)物和燃燒中間產(chǎn)物，這些燃燒產(chǎn)物大部分是有毒的，或者具有強(qiáng)烈的刺激性和致癌作用，造成了對(duì)大氣環(huán)境的污染和對(duì)人體的危害，必須加以控制。（1）一氧化碳，一氧化碳是柴油在空氣不足的情況下燃燒的中間產(chǎn)物，在柴油機(jī)排氣中一般含量較低，當(dāng)柴油機(jī)燃燒局部缺氧時(shí)容易產(chǎn)生。一氧化碳生成量的多少取決于空燃比，由于柴油機(jī)空燃比較大，因此一氧化碳排放量不大。一氧化碳濃度達(dá)到一定程度就能引起人體慢性中毒，導(dǎo)致人體組織缺氧，危害中樞神經(jīng)，引起頭痛、頭暈、四肢無力等中毒癥狀，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致生命危險(xiǎn)。（2）氮氧化物，氮氧化物是在柴油機(jī)燃燒高溫條件下產(chǎn)生的，其生成取決于燃燒過程中的溫度和反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短。在直

16、接噴射柴油機(jī)中，由于空燃比較大，氧氣較為豐富，燃燒溫度也高，使氮氧化物的生成量較大。在間接噴射柴油機(jī)中，燃燒首先在極缺氧的渦流室中進(jìn)行，燃燒溫度相對(duì)較低，當(dāng)火焰噴入主燃燒室時(shí)，使燃燒在有充足空氣中且燃燒溫度較低的情況下進(jìn)行，可避免氮氧化物的生成時(shí)機(jī)，所以氮氧化物排放量相對(duì)較低。氮氧化物中no、nox都具有毒性對(duì)人體和環(huán)境破壞較大。人吸入氮氧化物后出現(xiàn)眩暈、無力等，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)窒息。另外，還會(huì)與碳?xì)浠衔镆黄鹨鸸饣瘜W(xué)反應(yīng)，造成更嚴(yán)重的危害。（3）碳?xì)浠衔?，在柴油機(jī)排氣中碳?xì)浠衔锏纳傻闹饕緩綖槿剂喜煌耆紵⒖p隙效應(yīng)、曲軸箱漏氣等。柴油機(jī)雖然有較大的空燃比，由于霧化質(zhì)量很難達(dá)到使燃油與空氣

17、混合到理想的均勻程度，燃油在噴射時(shí)，難以避免地會(huì)噴到壁面上，而形成局部過濃混合氣，形成局部不完全燃燒。另外，噴射定時(shí)滯后與延遲、負(fù)荷與轉(zhuǎn)速的變化、低溫啟動(dòng)、怠速運(yùn)轉(zhuǎn)等情況下都會(huì)使未燃碳?xì)浠衔锏臐舛仍黾?。排氣中的碳?xì)浠衔锞哂休^大毒性，是一種很強(qiáng)的致癌物質(zhì)。另外碳?xì)浠衔锸且鸸饣瘜W(xué)反應(yīng)的起因物質(zhì)，生成的過氧化物對(duì)環(huán)境的危害很大。（4）顆粒物，柴油機(jī)的排放顆粒物主要是炭粒，其形成的過程也很復(fù)雜。影響炭粒形成的主要因素是高溫與貧氧，在過量空氣系數(shù)很低、油氣混合物不均勻而又處于高溫下的油滴將被裂解，從而產(chǎn)生大量的炭粒。在柴油機(jī)的燃燒過程中，炭粒的形成除過量空氣系數(shù)、混合氣均勻性和燃燒溫度外，還與燃

18、料的成分有較大的關(guān)系，如燃料的碳?xì)浔?、灰分等都影響炭粒的生成。炭粒易粘附重碳氧化物及硫酸鹽，形成的顆粒物懸浮于空氣中，在大氣中受陽光和其他物質(zhì)作用將發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害。2.3柴油機(jī)排放物的生成機(jī)理關(guān)于柴油機(jī)排放物生成機(jī)理說法很多，目前尚無定論。一般認(rèn)為，碳煙也是不完全燃燒產(chǎn)物，是烴燃燒在高溫缺氧的情況下裂解過程釋出并聚合而成的。由于柴油機(jī)是非均質(zhì)燃燒，燃燒室內(nèi)各區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)條件是不一致的，而且隨時(shí)間而變化的，所以碳煙很可能是由許多不同途徑生成的。實(shí)驗(yàn)觀察表明，在預(yù)混燃燒階段，火焰亮度不大，據(jù)認(rèn)為這時(shí)尚未產(chǎn)生大量的碳粒；進(jìn)入擴(kuò)散型燃燒，火焰亮度大增，而且在各種工況都如此，說明碳粒主

19、要在擴(kuò)散焰中產(chǎn)生。柴油機(jī)燃燒過程中產(chǎn)生碳粒是難以避免的，它是烴燃料燃燒過程的中間產(chǎn)物。brome及khan根據(jù)對(duì)火焰的研究資料，對(duì)碳煙顆粒的形成如圖21的定性描述，認(rèn)為烴燃料在過濃的高溫區(qū)中是通過深度裂解和脫氫過程，產(chǎn)生較小分子量的物質(zhì)，在后期出現(xiàn)聚合反應(yīng)。在燃燒室壁等非火焰區(qū)則通過聚合，產(chǎn)生較大分子量物質(zhì)。這兩個(gè)途徑（或相互交錯(cuò)）最終產(chǎn)生碳煙顆粒。b.b chakraborty和r.long根據(jù)他們的研究和他人的資料，提出了碳煙形成機(jī)理如圖22所示。他們認(rèn)為在反應(yīng)過程的后幾個(gè)階段生成了一種很不活潑的，難于氧化的具有多個(gè)團(tuán)的聚縮乙炔化合物，由于它有大量的三鍵，因此聚縮乙炔就易于聚合生成黑色的、

20、在所有溶劑中都不溶解的聚合物。高溫和氫的缺乏進(jìn)一步導(dǎo)致了聚合物的脫氫和環(huán)化，形成了幾乎僅由碳組成的具有多環(huán)結(jié)構(gòu)的不溶性的碳煙成分，這種碳絡(luò)化物構(gòu)成了具有六方晶格碳煙晶子。片晶呈平行布置但相互間有不規(guī)則的位移。聚縮乙炔不僅傾向于聚合，在提供相應(yīng)的氫時(shí)，可在較低的溫度下（小于1000）環(huán)化和氫化而形成多環(huán)芳香碳?xì)浠衔?，碳煙的這兩種成分的組合可通過碳絡(luò)合物吸收多環(huán)芳香碳氧化合物來進(jìn)行，也可能多環(huán)芳香碳氧化合物是作為類似于石墨中的雜質(zhì)那樣，填入碳煙片晶層空隙之中了。圖21 烴類燃料燃燒過程中生成碳煙顆粒的進(jìn)程圖22 碳煙形成機(jī)理按照上述的定性描述，柴油機(jī)燃燒過程中碳煙的生成可概括為三個(gè)階段。成核階段

21、燃料分子在高溫缺氧條件下裂解為較小的烷基并脫氫為乙炔，經(jīng)聚合為共軛多稀烴，最后環(huán)化為多環(huán)結(jié)構(gòu)的呈六角形基本單元的片晶，如圖23（a）所示。圖23 碳煙顆粒的結(jié)構(gòu)層次單粒階段初生石墨狀片晶的親和力很強(qiáng)，它們存在時(shí)間很短，很快就聚合成各種大小的近于球形的單粒，這些單粒含有10000到100000個(gè)碳原子，其直徑可能在200.6m，但絕大多數(shù)在0.010.1m之間，如圖23（b）所示。單粒的燃燒消失或附聚成更大絮團(tuán)球形的單粒在高溫下與含氧化合物接觸，可以發(fā)生下列反應(yīng)：c+co2=2co c+h2o=co+h2當(dāng)氣體溫度高，h2o和co2的濃度也高時(shí)，在有利于碳粒燃燒的條件下，單粒就會(huì)逐漸減小尺寸以至

22、完全消失。在不利的工況下，由于區(qū)域內(nèi)缺氧和co濃度過高，或溫度不足以使氧化反應(yīng)順利進(jìn)行，這時(shí)碳粒不能燃燒，反而互相團(tuán)聚，或從小的單粒變成大的單?；蛴蓡瘟８骄鄢筛蟮男鯃F(tuán)，其最大尺寸可達(dá)0.1m甚至1m，如圖23（c）所示。這些絮團(tuán)是由幾十個(gè)到幾百個(gè)球形單粒附聚起來的。從氣缸排出后，氣體溫度下降，球形單粒尺寸基本不變，而絮團(tuán)則繼續(xù)增大。當(dāng)溫度低于300以下時(shí)，絮團(tuán)增大特別明顯，這可能是由于某些氣相物質(zhì)開始凝結(jié)并為微粒所吸收。柴油機(jī)中燃料的高溫裂解反應(yīng)是不可避免的，特別在空間混合燃燒的柴油機(jī)中，由于高溫氣體包圍著液態(tài)的油滴，造成了有利于裂解反應(yīng)的條件，因此在燃燒初期產(chǎn)生了大量的碳粒，這一點(diǎn)已為燃燒

23、過程的高速攝影所證實(shí)。柴油機(jī)在正常燃燒時(shí)，在排氣門打開以前，燃燒過程初期所形成的大量碳?？梢曰緹?，所以排氣基本上是無煙的。只是在某些不利工況下，碳粒不能及時(shí)燃燒反而團(tuán)聚吸附，在氣缸中和排氣過程中形成更大的碳煙粒子或絮團(tuán)，使排氣冒黑煙。2.4 影響柴油機(jī)排放物生成的主要因素現(xiàn)將影響hc、co、nox的生成和消失的主要因素分述如下：過量空氣系數(shù)柴油機(jī)中的hc、co、nox的生成與過量空氣系數(shù)變化有關(guān)。當(dāng)燃燒室及供油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時(shí)，對(duì)于某一值，co排放濃度最低，偏離這一數(shù)值時(shí)，co的排放濃度均要增加，如圖24所示。圖24 過量空氣系數(shù)a對(duì)co濃度影響減小時(shí)co濃度增加的主要原因是：當(dāng)減小時(shí)

24、，循環(huán)噴油量增加，而氧濃度并沒有增加，造成燃燒室內(nèi)局部缺氧。另外，一般來講，隨著循環(huán)噴油量的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也升高，混合氣形成和燃燒的時(shí)間變短，混合氣品質(zhì)變差，混合氣不均勻的程度加劇。co與o2的反應(yīng)時(shí)間也隨之縮短，部分co來不及繼續(xù)氧化變成co2就排出機(jī)外，造成co排放濃度的增加。增加時(shí)co濃度增加的主要原因是：當(dāng)增加時(shí)，混合氣變稀，燃燒室內(nèi)溫度下降，造成局部地區(qū)溫度過低，混合氣超過稀燃極限，火焰在低溫區(qū)和稀混合區(qū)內(nèi)發(fā)生猝熄的現(xiàn)象增加，從而使co的排放濃度增加。圖25為某直噴式柴油機(jī)hc和nox濃度隨過量空氣系數(shù)的變化曲線（為了比較，圖中還給出了co的變化曲線）。從圖中可以看出，對(duì)于某一a

25、值，hc的排放濃度最低，偏離此值時(shí)，hc的排放濃度均要增加。圖25 直噴式柴油機(jī)對(duì)hc、nox的影響（4100型柴油機(jī)，2800r/min，供油提前角為25.5a）減小時(shí)hc濃度增加的主要原因是：當(dāng)減小時(shí)，混合氣變濃，超富限的混合氣增加，同時(shí)高溫裂解加劇，造成hc的排放濃度增加。增加時(shí)hc濃度增加的主要原因是：當(dāng)增加時(shí)，混合氣變稀，混合氣中超稀限的量增加，同時(shí)隨著增加燃燒室內(nèi)的溫度也降低。這些因素限制了hc的氧化，從而使hc排放濃度增加。過量空氣系數(shù)對(duì)直噴式和間噴式柴油機(jī)nox濃度的影響基本一致。隨著的增加，nox排放濃度明顯降低。在較小的區(qū)段，nox下降速度快；在較大的區(qū)段，nox下降速度較

26、慢。nox排放濃度下降的主要原因是：隨著增加，每循環(huán)噴油量減少，氣缸內(nèi)的放熱率和平均燃燒溫度降低，因而造成nox排放濃度降低。噴油定時(shí)噴油提前角加大，將影響噴注內(nèi)各區(qū)燃料的分布。由于此時(shí)氣缸內(nèi)壓力、溫度低，使著火延遲時(shí)間加長(zhǎng)，結(jié)果使稀熄火區(qū)加寬，并使噴到室壁的燃油量增加，噴油提前往往會(huì)引起不完全燃燒產(chǎn)物的增加。噴油定時(shí)對(duì)nox的影響如圖26所示。噴油時(shí)刻提前，由于燃油在較低的溫度和壓力下噴入氣缸，結(jié)果使著火延遲角加大，但是著火延遲角加大總是小于噴油提前角的加大，圖26 噴油定時(shí)對(duì)nox排放的影響因而著火時(shí)刻相對(duì)于上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角提前，這將使生nox成量增加，另一方面滯燃期延長(zhǎng)，導(dǎo)致更多的燃料在

27、稀火焰區(qū)蒸發(fā)混合，也使nox的生成量增加，在噴注的其它區(qū)域，由于所達(dá)到的高溫，也促進(jìn)了這些區(qū)域nox的生成。因此，噴油時(shí)刻對(duì)nox有重要影響。推遲噴油時(shí)刻對(duì)減少直噴式和分隔式柴油機(jī)的nox的排放都非常有效，這主要是由于燃燒室各部分所達(dá)到的最高溫度降低所致。推遲噴油對(duì)直噴式柴油機(jī)降低nox排放更為有效。由于直噴式柴油機(jī)的燃油消耗率本來就比分隔式更好，因此采用推遲噴油時(shí)刻的方法，柴油機(jī)的燃油消耗率也不至于太惡化。但推遲噴油會(huì)引起煙度增加和co、hc濃度的升高，對(duì)柴油機(jī)的功率，燃料消耗率和排氣溫度，也會(huì)帶來一些不利影響。有些柴油機(jī)在推遲噴油時(shí)刻的同時(shí)，還采用高噴射率的辦法來解決柴油機(jī)由于噴油時(shí)刻推遲

28、所造成的不利影響，結(jié)果不僅降低了nox排放，而且co和hc排放也有所改善。由于噴射率高，噴油延續(xù)時(shí)間短，有可能使柴油機(jī)在噴油提前角減少的情況下，噴油終點(diǎn)仍保持不變，這樣可以減少推遲噴油對(duì)放熱率的影響，從而使柴油機(jī)功率、油耗及煙度比單獨(dú)推遲噴油時(shí)的效果好。空氣渦流適當(dāng)增加燃燒室內(nèi)空氣渦流的強(qiáng)度，可改善燃油與空氣的混合，促進(jìn)混合氣的形成，提高混合氣的均勻性，減少異相燃燒。同時(shí)燃燒室內(nèi)局部區(qū)域混合氣過濃或過稀的現(xiàn)象減少。另外，渦流能加速燃燒，使氣缸內(nèi)最高燃燒壓力和溫度提高。這些有利于未燃烴的氧化。但空氣渦流過強(qiáng)，則相鄰兩噴注之間形成互相重疊和干擾，使混合氣過濃或過稀的現(xiàn)象更加嚴(yán)重，反而使hc排放增加

29、，如圖27所示。圖27 渦流強(qiáng)度對(duì)hc濃度和油耗率的影響(為試驗(yàn)臺(tái)上的渦流轉(zhuǎn)速，為谷值點(diǎn))渦輪增壓廢氣渦輪增壓是提高柴油機(jī)功率、降低油耗的一項(xiàng)主要措施。渦輪增壓對(duì)柴油機(jī)排放也有重要影響。在燃空比相同的情況下，渦輪增壓使柴油機(jī)的進(jìn)氣壓力和整個(gè)循環(huán)溫度比不增壓時(shí)高，這將有利于氧化反應(yīng)，減少未燃烴及co的生成，而且未燃烴在排氣管和渦輪中還可以繼續(xù)氧化，所以排氣中hc的降低了。由于增壓后加大了空燃比，則更有利于排氣中hc和co的降低。由于增壓后燃燒溫度高，空燃比大，所以導(dǎo)致較高的nox濃度。但如果將增壓后的空氣冷卻，降低進(jìn)氣溫度，可以使nox排放降低到非增壓時(shí)的水平，同時(shí)由于進(jìn)氣密度增加，中冷對(duì)柴油機(jī)

30、煙度和燃燒經(jīng)濟(jì)性也有好的影響。燃燒系統(tǒng)分隔式燃燒系統(tǒng)比直噴式燃燒系統(tǒng)的有害排放物低得多，如圖28所示。在分隔式燃燒系統(tǒng)中有害排放物是在兩個(gè)階段產(chǎn)生的：一是在輔助燃燒室（即渦流室或預(yù)燃室）中的燃燒，二是在燃?xì)鈴妮o助燃燒室流出之后在主燃燒室內(nèi)混合和燃燒。在部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)期間，隨著負(fù)荷增加輔助燃燒室中噴入的燃料增多，氧的濃度減少，未燃烴和co隨著負(fù)荷增加而增加。但在主燃室有強(qiáng)烈的燃燒渦流，加速了混合氣的形成和燃燒，同時(shí)氣缸內(nèi)溫度較高，加速了氧化速率，因而使hc及co排放量都較直噴式為低。圖28 世界各種型號(hào)柴油機(jī)排放物統(tǒng)計(jì)分隔式柴油機(jī)nox濃度也比直噴式低，因?yàn)闇u流室（或預(yù)燃室）中溫度雖高，但氧的濃度

31、很低，不利于nox生成。當(dāng)燃燒不完全的高溫氣夾帶著未燃燒的燃料一起噴入主燃燒室后，很快與空氣混和，這時(shí)氧雖有富余，但活塞已開始下降，燃?xì)鉁囟冉档?，而且氣體在高溫下停留的時(shí)間較短，也不利于nox生成。圖29 圖211給出了渦流式柴油機(jī)、直噴式柴油機(jī)及汽油機(jī)的排放特性對(duì)比。圖29 汽油機(jī)和柴油機(jī)co的排放對(duì)比圖210汽油機(jī)和柴油機(jī)hc的排放對(duì)比圖211 汽油機(jī)和柴油機(jī)的排放對(duì)比3排放物的凈化措施3.1減少柴油機(jī)排氣污染物的控制技術(shù)柴油機(jī)排氣中的有害排放物主要是nox和微粒，co和hc的排出量較少，對(duì)大氣污染不產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而且比較容易通過燃燒系統(tǒng)匹配加以解決。由于柴油機(jī)排放的nox和微粒顆粒的生成

32、條件有相反的傾向，例如為減少nox排放要降低燃燒溫度，但燃燒溫度的降低會(huì)使油耗增加，功率輸出降低，更會(huì)造成微粒排放量增加。因此柴油機(jī)在微粒控制技術(shù)的開發(fā)上必須兼顧對(duì)nox生成量的影響。同樣在研究減少nox排放率的控制技術(shù)之同時(shí)也必須兼顧微粒排放量、燃油消耗率及輸出功率等問題，如此發(fā)展的控制技術(shù)才有實(shí)用價(jià)值。以下內(nèi)容將介紹減少柴油機(jī)排氣污染物所采取的一些方法。3.2 燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)3.2.1 直接噴射式燃燒系統(tǒng)的改迸柴油機(jī)的燃燒室型式、形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)柴油機(jī)的燃燒和污染物的生成具有重要的影響，現(xiàn)代柴油機(jī)必須在節(jié)油、低污染、高輸出功率方面進(jìn)行綜合的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在燃燒室的改進(jìn)上，其基本原則是使燃燒室與

33、進(jìn)氣渦流、噴油合理匹配，以減少污染物的生成。圖31所示為英國(guó)泊金斯于70年代中期研制的擠流口型燃燒室，口徑比為0.385，其收口程度特別明顯?？s口的作用是能在壓縮過程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的擠壓渦流。在燃燒室中進(jìn)氣渦流和擠壓渦流復(fù)合運(yùn)動(dòng)，再以合理的燃油噴注方向相匹配，使混合氣形成更加完善。該燃燒系統(tǒng)能夠在較低的過量空氣系數(shù)下實(shí)現(xiàn)完全燃燒，并可以減少噴油提前角，降低放熱率峰值，使最高燃燒壓力和最高燃燒溫度下降，從而大大減少了nox的生成量，同時(shí)排煙和油耗也有所降低。 圖31擠流口型燃燒 圖32五十鈴汽車 圖33四角形 室縮口燃燒室 公司的四角形燃燒室 圖32為日本五十鈴汽車公司1972年在6bb1柴油機(jī)上采

34、用的四角型燃燒室。這種燃燒室底部與一般w形燃燒室相同，而上部呈正方形，其四角制成圓弧。四角型的四邊和四角都對(duì)渦流運(yùn)動(dòng)起著阻滯作用。當(dāng)燃燒室內(nèi)氣體渦流運(yùn)動(dòng)隨轉(zhuǎn)速升高而加強(qiáng)時(shí)，這些邊和角就能遏制它不致過強(qiáng)。同時(shí)，由于燃燒室上方下圓特殊結(jié)構(gòu)造成上下層氣流運(yùn)動(dòng)的速度差，可以形成較強(qiáng)的紊流，因而能改善混合氣形成和加速火焰?zhèn)鞑?，使柴油機(jī)碳煙生成量減少，燃油經(jīng)濟(jì)性也得到改善。1981年五十鈴再進(jìn)一步將四角型燃燒室的開口部改為縮口型，如圖33所示。利用燃燒室形狀的突變來增加擠流強(qiáng)度和在燃燒室中產(chǎn)生更多的渦流，因此大大改善了混合氣的形成，提高了燃燒速度，為推遲噴油減少nox排放創(chuàng)造了有利條件，對(duì)降低hc、nox

35、及碳煙排放有顯著效果。3.2.2 間接噴射式燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)間接噴射式燃燒室與直接噴射式柴油機(jī)相比，因二次燃燒的結(jié)果，nox和碳煙排放量均較直噴式低。但因燃燒室散熱面積大，以及附室噴孔的節(jié)流損失，所以熱效率低，燃料消耗率高。以前大多數(shù)使用間接噴射式燃燒系統(tǒng)，所以目前相當(dāng)比例的轎車和輕型貨車使用渦流室燃燒系統(tǒng)。圖34為日產(chǎn)汽車公司開發(fā)的一種設(shè)有副噴口的渦流室燃燒室的構(gòu)造。在壓縮過程中，由副噴口噴入渦流室的高速空氣噴流能造成紊流，有助于燃料的分散，縮短著火延遲期。同時(shí)，有一部分燃油能經(jīng)副噴口進(jìn)入主燃燒室，可以抑制渦流室內(nèi)混合氣過濃，故對(duì)減少碳煙生成以及nox和hc排放量均有良好效果。圖34 設(shè)有副噴

36、口的渦流室式燃燒室3.3進(jìn)氣系統(tǒng)的改進(jìn)高速直噴式柴油機(jī)除了采用超高噴射壓力以外（噴油壓力在120150mpa以上），大都需要組織進(jìn)氣渦流來改善混合氣形成和促進(jìn)燃燒過程的進(jìn)行。渦流比的大小對(duì)柴油機(jī)性能和排放有很大影響。因此，必須按照實(shí)際情況選擇最佳渦流強(qiáng)度與燃燒室及燃燒系統(tǒng)相匹配。以往設(shè)計(jì)的螺旋進(jìn)氣道其渦流強(qiáng)度只能在發(fā)動(dòng)機(jī)的某個(gè)工況運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)，在大部分工況都不能處在最佳匹配點(diǎn)狀態(tài)。為了更有效控制氣缸中的渦流強(qiáng)度，1985年五十鈴汽車公司研制了可變渦流比控制系統(tǒng)，如圖35所示。該機(jī)構(gòu)的工作原理是：在氣缸蓋進(jìn)氣道中設(shè)置了一個(gè)副進(jìn)氣道，副進(jìn)氣道入口有一個(gè)閥門，該閥門的開啟由氣動(dòng)活塞控制。電子控制裝

37、置根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷（齒桿位置）、水溫傳感器發(fā)出的信號(hào)控制電磁閥電路的接通和關(guān)斷，即可控制壓縮空氣。氣動(dòng)活塞受壓縮空氣作用決定副進(jìn)氣道口閥的開閉，以控制渦流的強(qiáng)弱。采用這種裝置后，發(fā)動(dòng)機(jī)性能有所改善，也可減少排氣污染。圖35可變渦流比控制機(jī)構(gòu)3.4燃料噴射系統(tǒng)的改進(jìn)在改善柴油機(jī)的性能和降低ho、nox及碳煙方面，燃油噴射裝置具有重要作用。采用高壓噴射、預(yù)噴射、電子控制噴油系統(tǒng)等燃料噴射裝置已取得相當(dāng)滿意的效果。3.4.1 高壓噴射系統(tǒng)直噴式柴油機(jī)的燃油是依靠本身所具有的動(dòng)量，在高速流動(dòng)的過程中油束分裂成微小的油滴并卷入新鮮空氣以形成良好的混合氣。高壓噴射能使燃油得到大的能量，使霧粒細(xì)小，噴霧

38、蒸發(fā)速度及混合氣形成速度加快，燃油噴射時(shí)期縮短，故能提高燃燒性能，縮短燃燒時(shí)間，使nox和碳煙微粒排放量減少，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率增加，油耗降低。圖36示出了噴射壓力、噴孔數(shù)和氣門結(jié)構(gòu)對(duì)柴油機(jī)nox和微粒排放的影響。圖36 噴油系統(tǒng)改進(jìn)對(duì)柴油機(jī)排放的影響目前開發(fā)的100mpa以上的高壓噴射裝置有直列式噴射泵、凸輪驅(qū)動(dòng)單體泵和蓄壓式（含油壓驅(qū)動(dòng)式）單體泵三大類。各種不同類型存在的問題列表 表31 各種高壓噴射裝置及其存在的問題盡管高壓噴射目前仍存在上述問題，但可以肯定高壓噴射將是柴油機(jī)的重要發(fā)展方向。3.4.2 改進(jìn)噴油器結(jié)構(gòu)圖37所示為日本本田汽車公司采用的一種預(yù)噴射式噴油器結(jié)構(gòu)。噴油器中裝有兩對(duì)

39、彈簧和推桿以取代一般噴油器的單一彈簧和推桿。當(dāng)油壓超高第一彈簧力時(shí)，噴油嘴針閥上升，預(yù)先噴入極少量的燃油到氣缸中，油壓超過第一和第二彈簧力之和時(shí)，針閥上升之全行程，再將主噴油量噴入氣缸。主噴射時(shí)燃燒室中已有燃燒火焰，因此主噴射階段噴霧燃燒迅速，對(duì)于減少起動(dòng)時(shí)的白煙、全負(fù)荷時(shí)碳煙及nox排放具有相當(dāng)好的效果。由于燃油分成兩段噴射，可以降低最高燃燒壓力，因此可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音。減少噴油器壓力室容積可以減少hc排放。在噴射結(jié)束時(shí)，壓力室的燃油在高溫作用下受熱膨脹進(jìn)入氣缸，其情況與噴注尾部相似。這些燃油在排氣門開啟前無法燃燒，結(jié)果造成排氣中hc過高，因此現(xiàn)在的噴油器都力求減少壓力室容積以減少hc排放

40、，如圖38所示。對(duì)噴油器來說，可采用無壓力室或減少壓力室容積到最小程度，但壓力室容積的減少受噴油器壽命的限制。由于高壓油管物理特性的限制，傳統(tǒng)的泵一管一嘴系統(tǒng)很難產(chǎn)生較高的噴射壓力，因此可采用泵噴嘴。泵噴嘴就是將油泵和油嘴做成一體的燃油噴射系統(tǒng)。由于取消了高壓油管，燃油的噴射壓力可以達(dá)到1800bar左右，并且縮短了燃油噴射的時(shí)間，對(duì)改善柴油機(jī)的排放具有良好的潛力。采用泵噴嘴的柴油機(jī)，由于在氣缸蓋上產(chǎn)生很大的壓力，對(duì)氣缸套和氣缸蓋的剛度要求較高。另外，高壓油泵的凸輪和曲軸相距較遠(yuǎn)，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度要求也較高。這兩項(xiàng)要求限制了泵噴嘴系統(tǒng)燃油噴射壓力的進(jìn)一步提高。 圖37 預(yù)噴射式噴油器 圖38

41、減小噴油器壓力室的容積3.4.3 電子控制噴射系統(tǒng)為提高柴油機(jī)的輸出功率，節(jié)省燃油消耗，降低排氣污染和提高加速性能，現(xiàn)代高性能柴油機(jī)的噴射系統(tǒng)已改用電子控制。電子控制與機(jī)械控制相比其突出的優(yōu)點(diǎn)是控制的精確性和相應(yīng)的快速性。它可以在任何工況下選擇最佳噴油量和最佳噴油時(shí)刻，從而改善了柴油機(jī)的性能。國(guó)外研究表明，用電子控制調(diào)速器和噴油定時(shí)，可以使全負(fù)荷扭矩增加10%，燃油消耗率降低5%左右，排氣煙度下降50%，其它排氣污染物也有所降低。柴油機(jī)電子控制技術(shù)與汽油機(jī)電控技術(shù)有相似之處，都是由傳感器、電控單元和執(zhí)行器三大部分組成，在傳感器中，大多數(shù)傳感器，如轉(zhuǎn)速、壓力、溫度傳感器、油門踏板傳感器都是一樣的

42、。電控單元在硬件方面相似，在整車管理系統(tǒng)的軟件方面也很相似，電控單元都朝著集成化、智能化、綜合控制化方向發(fā)展。國(guó)外汽油機(jī)電控技術(shù)已經(jīng)成熟，商品化程度很高，因此大部分傳感器和電控單元已不是難點(diǎn)，但是柴油機(jī)的燃油噴射具有高壓、高頻、脈動(dòng)等特點(diǎn)，其噴射壓力為汽油噴射的幾百倍，甚至上千倍，要求有很好的可靠性和耐久性，而且柴油噴射對(duì)噴射正時(shí)的精度要求很高，相對(duì)于上死點(diǎn)的角度位置要求很準(zhǔn)確，這就導(dǎo)致了柴油噴射的執(zhí)行器要復(fù)雜得多。從控制對(duì)象來看，機(jī)械控制是用機(jī)械調(diào)速器控制噴油量，機(jī)械式提前器控制噴射正時(shí)，電子控制不僅控制噴油量、噴油正時(shí)，而且控制噴射速率、噴射壓力，所感應(yīng)的工況由單一的轉(zhuǎn)速工況發(fā)展到感應(yīng)整個(gè)

43、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況和環(huán)境條件，這勢(shì)必帶來控制的復(fù)雜性。因此柴油機(jī)電控技術(shù)的關(guān)鍵是執(zhí)行器，即電控柴油噴射機(jī)構(gòu)。各個(gè)國(guó)家都在致力于開發(fā)研制各種類型的電控柴油噴射機(jī)構(gòu)，以尋求最佳方案。電控柴油噴射系統(tǒng)有兩大類，一類是位置控制，一類是時(shí)間控制。從發(fā)展的順序上講，首先發(fā)展的是位置控制系統(tǒng)。因此，人們稱它為第一代柴油機(jī)電控系統(tǒng)，而把時(shí)間控制系統(tǒng)稱為第二代。位置控制的特點(diǎn)是不僅保留了傳統(tǒng)的泵一管一嘴系統(tǒng)，而且還保留了噴油泵中的齒條、滑套、柱塞上控制斜槽等控制油量的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，只是對(duì)齒條和滑套的運(yùn)動(dòng)位置予以電子控制。時(shí)間控制是用高速電磁閥直接控制高壓燃油。一般情況下電磁閥關(guān)閉即開始噴油，電磁閥打開噴油結(jié)束。噴油時(shí)刻

44、取決于電磁閥關(guān)閉的時(shí)刻，噴油量取決于電磁閥關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間。而傳統(tǒng)的油泵上的齒條、滑套、柱塞上的斜槽、提前器等均可予以取消。時(shí)間控制的自由度更大。（1）在分配式噴油泵上實(shí)施位置控制的電控噴油系統(tǒng)圖39為豐田汽車公司在皇冠牌轎車上使用的2lte電控柴油噴射系統(tǒng)，它是在ve分配泵上進(jìn)行電控的系統(tǒng)。噴油量控制由ve泵滑套位置改變泄放孔開放時(shí)間早晚而定，滑套的移動(dòng)由電磁閥的鐵芯經(jīng)一根杠桿來操縱。電磁閥鐵芯的位置，由油門踏板位置傳感器及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的基本信號(hào)，加上冷卻水溫度傳感器及進(jìn)氣溫度的修正信號(hào)經(jīng)過計(jì)算機(jī)計(jì)算后決定。滑套上裝有滑套位置傳感器，以進(jìn)行回位控制。正時(shí)控制用一個(gè)電磁閥控制ve泵上原有的高

45、壓室和低壓室的壓差，使活塞運(yùn)動(dòng)，改變凸輪的相位，控制噴油正時(shí)，也有一個(gè)提前器位置信號(hào)傳感器作反饋信號(hào)，該系統(tǒng)用在豐田2l型4缸非直噴式柴油機(jī)上，該發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率為70.5kw，標(biāo)定轉(zhuǎn)速為4000r/min，并且已商品化多年。圖39 皇冠牌轎車上使用的2lte電控噴油系統(tǒng)德國(guó)boack公司的ecd系統(tǒng)和日本zexel公司的covec系統(tǒng)也是在ve分配泵實(shí)行電控，只是采用電磁閥直接操縱分配泵上的滑套，實(shí)現(xiàn)油量控制。其正時(shí)控制與上述2lte電控柴油機(jī)噴射系統(tǒng)相近似。日本的covec系統(tǒng)最早用于五十鈴4fb1的非直噴式柴油機(jī)上。boack公司的電控分配泵已用在奔馳e290直噴式增壓柴油機(jī)上，該機(jī)2.

46、9l、5缸、氣門，標(biāo)定功率95kw，標(biāo)定轉(zhuǎn)速4000r/min，轎車用，全面達(dá)到1996年歐洲排放法規(guī)要求。（2）在直列式噴油泵上實(shí)施位置控制的電控噴油系統(tǒng)圖310、圖311是德國(guó)boack公司在直列泵上采用的電控系統(tǒng)。re25電子調(diào)速器是通過液壓伺服活塞推動(dòng)齒桿運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)油量控制。液壓伺服活塞由電磁閥控制，它的工作介質(zhì)為柴油，通過一個(gè)電動(dòng)輸油泵同時(shí)給噴油泵和re25的液壓伺服系統(tǒng)供油。re24電子調(diào)速器則是通過線性電磁鐵推動(dòng)齒桿運(yùn)動(dòng)，與re25相比，它的推力較小，但響應(yīng)速度較快。（3）采用時(shí)間控制的電控噴油系統(tǒng)目前以時(shí)間控制的電控噴油系統(tǒng)有多種形式，如美國(guó)底特律柴油公司的ddec電控泵噴嘴系

47、統(tǒng)（圖312），德國(guó)boack公司eup13電控單體泵系統(tǒng)（圖313），日本電裝公司的ecdu2系統(tǒng)，美國(guó)bkm公司的sevrojet系統(tǒng)，美國(guó)caterpillar公司的heui系統(tǒng)的蓄壓式電控噴油系統(tǒng)。 圖310 re25型電子調(diào)速器結(jié)構(gòu) 圖311 re24型電子調(diào)速器結(jié)構(gòu)servojet系統(tǒng)是一種共軌蓄壓式電控噴油系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)如圖314所示。系統(tǒng)中輸油泵為一個(gè)低壓的電動(dòng)葉片泵。共軌壓力軸向柱塞泵是一個(gè)有5個(gè)或個(gè)柱塞的kv型斜盤式軸向柱塞泵，輸油壓力為210mpa。軸向柱塞泵將燃油送到共軌中，共軌壓力由壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)ecu指令予以調(diào)節(jié)。噴油器是由電磁三通閥控制的蓄壓式結(jié)構(gòu)，如圖315所示

48、。servojet系統(tǒng)的工作原理如圖316、圖317所示。當(dāng)電磁閥通電時(shí)，關(guān)閉了回油通道，共軌燃油進(jìn)入增壓活塞上方，活塞就下行。增壓活塞的面積比增壓柱塞的面積大1016倍，因此10mpa的共軌燃油在增壓柱塞下方增壓到100160mpa。高壓燃油通過蓄壓室單向閥進(jìn)入噴油嘴存油槽和針閥的上部。此時(shí)針閥由于針閥尾部的壓力和噴油嘴彈簧的壓力不會(huì)升起噴油，如圖316。當(dāng)電磁閥斷電而打開回油通路時(shí)，如圖317，由于三通閥聯(lián)動(dòng)作用，共軌燃油不能進(jìn)入增壓活塞上方，增壓活塞上方的燃油通過回油管道而泄壓。增壓活塞和增壓柱塞上行，導(dǎo)致增壓柱塞下方和針閥尾部上的油壓也降下來。蓄壓室中的高壓燃油通過噴油嘴存油槽作用在針

49、閥上使針閥向上抬起，實(shí)現(xiàn)高壓噴射。噴油始點(diǎn)取決于電磁閥打開的時(shí)刻，而噴油量卻取決于共軌中的油壓。servojet系統(tǒng)由于采用中壓共軌，電磁閥所承受的燃油壓力較低，使電磁閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。同時(shí)該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高壓噴射，短的噴油持續(xù)期，噴油正時(shí)和噴油量的柔性控制，也可實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射。 圖312 ddec電控泵噴嘴系統(tǒng) 圖313 eup13 電控單體泵系統(tǒng)圖314 servojet系統(tǒng)示意圖圖315 servojet帶電磁閥的蓄壓式噴油器圖316 servojet系統(tǒng)工作原理圖圖317 servojet系統(tǒng)工作原理圖b美國(guó)caterpillar公司的heu1系統(tǒng)也是一種中壓共軌電控噴射系統(tǒng)，如圖318所示。它的共

50、軌中不用燃油而用柴油機(jī)的潤(rùn)滑油，因此系統(tǒng)中有潤(rùn)滑油和燃油兩套油路。圖318 caterpillar公司的heui系統(tǒng)3.5 燃料的改良3.5.1 燃料的改質(zhì)燃料的品質(zhì)影響燃燒過程，因此直接會(huì)影響污染物的排放。從減少柴油機(jī)顆粒物排放觀點(diǎn)看柴油的品質(zhì)時(shí)，以含硫量、芳烴含量、揮發(fā)性、十六烷值等項(xiàng)較為重要。有關(guān)研究表明，柴油機(jī)微粒排放中有5%10%是由于柴油中硫所形成的硫酸和以微粒形式存在的多種金屬硫化物（硫酸鹽等）引起。硫酸會(huì)加劇氣缸磨損，降低柴油中硫含量可以延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，減少排放污染物。為了達(dá)到美國(guó)1991年排放法規(guī)，需使用含0.1%硫的柴油，而要達(dá)到年排放法規(guī)，柴油中含硫量必須降低到0.0

51、5%。柴油中芳烴含量對(duì)微粒物的生成具有重要影響。芳烴著火性較差，在燃燒時(shí)容易產(chǎn)生較多的碳煙。降低柴油中芳烴含量可以減少柴油機(jī)微粒物的排放。根據(jù)caterpillar/mobil研究資料顯示，將芳烴的含量由一般柴油含量的29%降低到17%時(shí)，微粒排放量可減少30%。同時(shí)由于芳烴含量降低會(huì)使十六烷值提高，對(duì)提高柴油機(jī)的冷起動(dòng)性能、減少hc和nox排放也有很大作用。柴油中芳烴含量對(duì)微粒物的生成具有重要影響。芳烴著火性較差，在燃燒時(shí)容易產(chǎn)生較多的碳煙。降低柴油中芳烴含量可以減少柴油機(jī)微粒物的排放。根據(jù)研究資料顯示，將芳烴的含量由一般柴油含量的降低到時(shí)，微粒排放量可減少同時(shí)由于芳烴含量降低會(huì)使十六烷值提

52、高，對(duì)提高柴油機(jī)的冷起動(dòng)性能、減少和排放也有很大作用。3.5.2 燃油添加劑在柴油中加消煙添加劑可明顯降低排氣煙度。消煙劑為金屬的有機(jī)化合物，一般含鋇、錳、鎂、鋅等，用量為千分之一到千分之五。對(duì)于消煙機(jī)理目前還不清楚，有人認(rèn)為消煙劑沒有抑制碳煙的生成，而是促進(jìn)了碳煙粒子的后燃，并釋放出少量熱使廢氣溫度有所提高。消煙劑促使碳粒在膨脹過程中后燃的原因估計(jì)有三點(diǎn)：碳煙晶子附聚成較大的粒子被抑制碳粒氧化反應(yīng)溫度被降低，從原來的640750降低為550630，這使碳粒的燃燒時(shí)間加長(zhǎng)，所以碳煙減少消煙劑中含有的金屬在原子狀態(tài)下被釋放出來起了催化劑作用但是消煙添加劑往往引起燃料燃燒的灰分和沉積物增多，引起發(fā)

53、動(dòng)機(jī)的磨損，如采用含鋇添加劑，燃燒中生成氧化鋇物質(zhì)。在添加劑體積百分比為0.5%時(shí)，燃料中的含灰量已達(dá)到不能允許的程度，由此而引起沉積現(xiàn)象。沉積在噴嘴和燃燒室上時(shí)會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程惡化，以至在工作較長(zhǎng)一段時(shí)間后，發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的碳煙量又增加。氧化鋇是一種熔點(diǎn)高的白色物質(zhì)，它可使氣缸和第一道活塞環(huán)磨損加劇。近年來國(guó)外開展了用燃油添加劑減少微粒物的研究，已有用銅添加劑控制微粒排放的報(bào)告。銅能改變排氣微粒的氧化特性，燃油中加入銅添加劑能使收集在微粒捕集裝置中的微粒繼續(xù)氧化。3.6柴油機(jī)排氣污染物的機(jī)外凈化措施3.6.1 催化凈化技術(shù)使用催化凈化技術(shù)來減少發(fā)動(dòng)機(jī)的氣態(tài)污染物在汽油機(jī)上已廣泛使用，而在柴

54、油機(jī)上應(yīng)用的還不多。這是由于co和hc比汽油機(jī)低得多，一般能符合當(dāng)前各國(guó)排放要求，而且柴油機(jī)廢氣處理困難較多。柴油機(jī)廢氣中nox與汽油機(jī)相近，是需要控制的。但廢氣中氧的濃度高，不能用還原催化劑凈化nox。另外廢氣中氧的濃度高，雖對(duì)采用氧化催化劑凈化co和hc等有害成分有利，可以不用二次空氣，但柴油機(jī)排氣溫度低，使催化劑轉(zhuǎn)化率受到不利影響。柴油機(jī)排放中碳煙多，so2也比汽油機(jī)多，都會(huì)降低催化轉(zhuǎn)化器的壽命。特別是柴油機(jī)在變工況低負(fù)荷下工作時(shí)，廢氣中大量的碳煙和瀝青等成分會(huì)粘附在催化劑表面，使催化劑失去活性。由于應(yīng)用催化劑遇到的問題，柴油機(jī)使用催化反應(yīng)器處理廢氣的辦法采用的很少。只有地下礦坑或隧道使

55、用的柴油機(jī)，因?yàn)榕艢鈨艋髧?yán)格，需要采用這種辦法處理co和hc。在廢氣處理中，為了保證催化劑有足夠的溫度，要求催化劑的安裝盡量靠近排氣歧管，并盡量避免柴油機(jī)在怠速下長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，還要采取措施，設(shè)法對(duì)失去活性的催化劑進(jìn)行處理，燒掉附著在催化劑表面的碳粒和瀝青，使催化劑再生，以延長(zhǎng)使用壽命。3.6.2 柴油機(jī)微粒物機(jī)外凈化方法微粒的機(jī)外凈化裝置是由捕集徽粒的過濾器（又稱捕集器）及氧化再生系統(tǒng)組成。捕集器可將排氣中的微粒捕捉不使其排出，再利用催化劑、氧化器、燃燒器等進(jìn)行分解、燃燒。這種裝置可將柴油機(jī)微粒減少70%90%。(1) 捕集器用來捕集微粒的過濾器的材料和構(gòu)造有許多種，常用的有整體式陶瓷（圖319）、金屬絲網(wǎng)（圖320）、編織纖維圈（圖321）、陶瓷纖維、泡沫陶瓷等。圖319 整體式陶瓷捕集器柴油機(jī)中的微粒能被過濾材料捕集主要有種機(jī)理：撞擊、攔截和擴(kuò)散。（）撞擊排氣流中較大的顆粒，當(dāng)氣流遇到過濾材料改變方向時(shí)，離開氣流撞擊在過濾材