【車用柴油機(jī)HC排放物生成機(jī)理與凈化措施研究報告】

車用柴油機(jī)HC排放物生成機(jī)理與凈化措施研究目錄12891_WPSOffice_Level11緒論 116328_WPSOffice_Level12柴油機(jī)HC生成機(jī)理 314300_WPSOffice_Level22.1PM生成機(jī)理及影響因素 331123_WPSOffice_Level22.1不完全燃燒(氧化) 322920_WPSOffice_Level22.2壁面淬熄效應(yīng) 418895_WPSOffice_Level22.3狹縫效應(yīng) 42619_WPSOffice_Level22.4壁面油膜和積炭吸附 527493_WPSOffice_Level13影響HC生成的因素 74127_WPSOffice_Level23.1空燃比的影響 730758_WPSOffice_Level23.2點火提前角的影響 79580_WPSOffice_Level23.4負(fù)荷的影響 813883_WPSOffice_Level23.5冷卻水及燃燒室壁面溫度的影響 88155_WPSOffice_Level23.6排氣背壓的影響 97425_WPSOffice_Level23.7燃燒室壁面沉積物的影響 93307_WPSOffice_Level23.8相關(guān)結(jié)構(gòu)因素的影響 1015496_WPSOffice_Level33.8.1缸內(nèi)工作容積與行程缸徑比的影響 1014300_WPSOffice_Level33.8.3燃燒室形狀的影響 1231123_WPSOffice_Level33.8.4氣門定時的影響 1222920_WPSOffice_Level33.8.5活塞頂環(huán)隙容積的影響 1218895_WPSOffice_Level33.8.6排氣系統(tǒng)的影響 132619_WPSOffice_Level33.8.7火花塞位置的影響 131736_WPSOffice_Level23.9燃料性質(zhì)的影響 1315496_WPSOffice_Level14柴油機(jī)控制HC排放的主要凈化措施 1532080_WPSOffice_Level24.1機(jī)內(nèi)凈化 154127_WPSOffice_Level34.1.1燃燒系統(tǒng)的改進(jìn) 1530758_WPSOffice_Level34.1.2推遲點火提前角 169580_WPSOffice_Level34.1.3柴油缸內(nèi)直接噴射 1613883_WPSOffice_Level34.1.4高能點火與兩次、多次點火技術(shù) 1727279_WPSOffice_Level24.2機(jī)外凈化 178155_WPSOffice_Level34.2.1熱反應(yīng)凈化器與兩次空氣供給裝置 177425_WPSOffice_Level34.2.2HC吸附器與三效催化轉(zhuǎn)化器 173307_WPSOffice_Level34.2.3曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng) 181736_WPSOffice_Level34.2.4燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng) 1814300_WPSOffice_Level15柴油機(jī)缸內(nèi)直接噴射 1830909_WPSOffice_Level25.1概述 1913094_WPSOffice_Level25.2車用柴油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù) 1932080_WPSOffice_Level35.2.1缸內(nèi)直噴式與進(jìn)氣道噴射式柴油機(jī)的比較 1927279_WPSOffice_Level35.2.2現(xiàn)代直噴式柴油機(jī)的開發(fā) 2031123_WPSOffice_Level16總結(jié) 2722920_WPSOffice_Level1參考文獻(xiàn) 2818895_WPSOffice_Level1致謝 29第第頁1緒論本文研究的意義和內(nèi)容1.1.1本文研究的意義環(huán)境和發(fā)展現(xiàn)在是全世界重點關(guān)注的問題，因為它是人類生存的基礎(chǔ)。進(jìn)入21世紀(jì)后，人類迅速發(fā)展，創(chuàng)造了高水平的物質(zhì)文明，但也產(chǎn)生了一系列社會和環(huán)境問題。特別是，人類從環(huán)境中獲取物質(zhì)和能量，創(chuàng)造他們所需的物質(zhì)文明和財富，由于產(chǎn)能過剩而導(dǎo)致環(huán)境污染和生態(tài)系統(tǒng)的破壞。在歐美國家，汽車尾氣排放已經(jīng)成為空氣污染的主要來源。當(dāng)今社會迫切需要解決的兩個主要問題分別控制環(huán)境污染和解決能源危機(jī)。如果人類環(huán)境遭到破壞，將嚴(yán)重阻礙社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，威脅人民的健康和生存。由于柴油發(fā)動機(jī)對環(huán)境的污染通常比汽油發(fā)動機(jī)更嚴(yán)重，因此必須控制柴油發(fā)動機(jī)的污染物排放以解決控制汽車排放的問題。柴油發(fā)動機(jī)的排放總結(jié)如下：排放污染物（主要是）CO，HC，NOX，SO2和顆粒物，曲軸箱氦氣和燃料蒸發(fā)HC。1.1.2本文研究的內(nèi)容本課題就是探討柴油機(jī)HC生成機(jī)理、影響因素以及凈化措施。1.2柴油發(fā)動機(jī)研究現(xiàn)狀作為一種成熟的傳統(tǒng)動力，柴油發(fā)動機(jī)已有幾個世紀(jì)的歷史。柴油發(fā)動機(jī)技術(shù)起源于二十世紀(jì)初的歐洲，在20世紀(jì)70年代兩次石油危機(jī)之后歐洲柴油車的發(fā)展加速。2011年，90％的輕型車和35％的轎車在歐洲都有應(yīng)用柴油發(fā)動機(jī)的例子，受歡迎程度非常高。大體上來說，柴油發(fā)動機(jī)在可靠性，動力和經(jīng)濟(jì)性方面優(yōu)勢是汽油機(jī)無法比擬的。目前，中國消費者尚未認(rèn)識到新的柴油發(fā)動機(jī)技術(shù)，而消費者仍然留在舊的“柴油發(fā)動機(jī)”冒著黑煙，振動大，噪音大，污染大的片面狀態(tài)。由于消費者缺乏對先進(jìn)柴油技術(shù)的認(rèn)識，在中國乘用車領(lǐng)域難以推廣柴油發(fā)動機(jī)。根據(jù)所用燃料的類型，它可分為兩種類型：汽油發(fā)動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)。與汽油發(fā)動機(jī)相比，柴油發(fā)動機(jī)具有以下優(yōu)點：低油耗，耐久性好，使用壽命長，扭矩大，功率范圍寬等。因此，柴油發(fā)動機(jī)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域：絕對占主導(dǎo)地位，在小型汽車等輕型車輛中，柴油發(fā)動機(jī)的應(yīng)用逐漸滲透。然而，柴油機(jī)的廣泛使用引起的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，并引起了世界各國越來越多的關(guān)注。柴油發(fā)動機(jī)釋放的主要污染物是一氧化碳（CO），碳?xì)浠衔铮℉C），氮氧化物（NOx），硫化物和顆粒物。由于柴油機(jī)采用的質(zhì)量調(diào)節(jié)模式，混合物的平均空氣/燃料比遠(yuǎn)高于理論空氣/燃料比;因此，其CO和HC排放量明顯低于汽油發(fā)動機(jī);由于每種排放產(chǎn)生機(jī)制不同，因此它們各自的控制和凈化措施也存在差異。在一些地區(qū)和城市，以柴油車輛排放污染氣體是由，利用行政手段限制柴油乘用車的銷售和許可，阻礙了中國乘用車領(lǐng)域新型大排量柴油發(fā)動機(jī)的開發(fā)?？傮w而言，柴油車市場的發(fā)展依賴于技術(shù)和政策，隨著先進(jìn)柴油發(fā)動機(jī)的發(fā)展，噪聲和污染物問題將得到解決。明確的政治支持和指導(dǎo)。隨著中國柴油質(zhì)量的提高，我們將逐步滿足先進(jìn)柴油技術(shù)發(fā)展的需要，應(yīng)當(dāng)相信柴油動力乘用車可以在中國開辟新的市場。在全球范圍內(nèi)，新型低性能，高性能柴油發(fā)動機(jī)具有很強(qiáng)的競爭力，乘用車和輕型商用車的動力也是如此。解決好排放和成本這兩大問題，柴油動力乘用車將在據(jù)中國市場得到很好發(fā)展。1.3研究方法通過查閱資料及教師指導(dǎo)探索分析柴油機(jī)HC生成機(jī)理及排放措施，研究每一凈化措施的利與弊，針對一凈化措施進(jìn)行詳細(xì)論述，經(jīng)過對比尋求高效率的凈化措施。2柴油機(jī)HC生成機(jī)理2.1PM生成機(jī)理及影響因素燃料的蒸發(fā)通常采用以下形式：首先，當(dāng)燃料箱中的壓力高于環(huán)境壓力時，柴油蒸發(fā)器從位于油箱蓋中的通風(fēng)口泄漏。如果油箱太滿，燃油將從通風(fēng)口膨脹并排到地下，造成HC污染。當(dāng)發(fā)動機(jī)在長時間運轉(zhuǎn)后停止時，發(fā)動機(jī)體溫高于環(huán)境溫度，浮箱內(nèi)的燃料蒸發(fā)，形成柴油蒸發(fā)，造成HC的污染。在沒有控制的情況下，這部分排放量占柴油發(fā)動機(jī)總HC排放量的10％左右。發(fā)達(dá)國家的柴油車輛配備有蒸發(fā)污染控制裝置：從燃料系統(tǒng)的不同端口逸出的燃料蒸汽首先被燃油蒸汽碳罐吸收，然后在發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時釋放到氣缸中作為燃料被消耗掉。柴油發(fā)動機(jī)排放的HC，其成分和復(fù)雜性估計為100至200種組分，包括芳烴，烯烴，烷烴和醛。除了未燃燒的碳?xì)浠衔?，它還包括來自燃料系統(tǒng)的蒸發(fā)排放物和來自燃燒室中的泄漏物的HC排放物。通過進(jìn)氣管釋放到大氣中的污染物是在氣缸形成的。氣缸內(nèi)HC的原因主要有：第一種是由各種原因引起的不完全燃燒，第二種是燃燒室壁的粹熄反應(yīng)，第三種是熱處理過程中的狹縫效應(yīng)。第四是壁面油膜和積碳的吸附作用。2.1不完全燃燒(氧化)在以均勻混合物運行的汽油發(fā)動機(jī)中，HC，也是不完全燃燒產(chǎn)物。大量實驗表明，烴的氧化作為溫度，壓力，混合比，燃料類型和分子結(jié)構(gòu)具有不同的特征。各種烴基燃料的燃燒基本上由一系列烴氧化反應(yīng)組成，一系列具有濃度極限和隨溫度變寬的稀釋極限。如果混合物太濃或太差，則燃燒可能不完全。因此，HC排放與空氣/燃料比（A/F）密切相關(guān)，如圖2-1所示。在怠速和高負(fù)荷條件下，燃料混合物濃度過濃，殘余排氣系數(shù)在怠速時顯著過大，導(dǎo)致燃燒不完全。即A/F>14.8，由于石油和天然氣的混合不均勻，導(dǎo)致局部過度或過度濃度，可能由于不完全燃燒而發(fā)生HC排放。圖2-1排氣中CO、HC、NOX與A/F的關(guān)系2.2壁面淬熄效應(yīng)在燃燒過程中，氣體溫度高于2000°C，瓶壁溫度低于300°C。因此，靠近墻壁的氣體會受到低溫壁的影響，溫度遠(yuǎn)低于氣體溫度，氣體流量也很低。壁滅火效應(yīng)是指低溫燃燒室壁的快速冷卻（也稱為冷卻），從而吸收活化分子的能量，中斷鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。它在壁的表面上形成0.1-0.2mm的淬熄層。不完全燃燒的火焰淬熄層產(chǎn)生大量未燃燒的HC。淬熄層的厚度根據(jù)發(fā)動機(jī)的運行條件，氣體的湍流和壁的溫度而變化，并且在低負(fù)荷下，特別是在冷啟動和怠速時更厚。此外，燃燒室中的各種狹窄空間，例如活塞頭和汽缸壁之間的槽，火花塞的中心電極周圍，進(jìn)氣閥和閥頭周圍淬熄效應(yīng)十分劇烈，火焰不能進(jìn)入并繼續(xù)燃燒：在放松和排氣的過程中，氣缸中壓力下降，槽中未燃燒的混合物返回氣缸并排出廢氣。雖然縫隙空間的體積小，但氣體壓力高，溫度低，密度高，HC濃度極高。一些研究表明，由壁的淬熄效果產(chǎn)生的HC可占排氣管HC排放的30％至50％。2.3狹縫效應(yīng)燃燒室縫隙效應(yīng)，也稱為雙壁冷卻。根據(jù)這一觀點，當(dāng)柴油發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時，液體油或燃料蒸汽的液滴總是隱藏在槽內(nèi)，因為火焰不能引入而不能燃燒。通常，間隙效應(yīng)對HC排放幾乎沒有影響。然而，在低負(fù)載操作中，當(dāng)活塞處于向上位置并且活塞段穿過缸壁時，冷壁區(qū)域中的冷凝燃料更可能積聚在活塞和第一段的頂部，增加HC排放量。2.4壁面油膜和積炭吸附在進(jìn)氣和壓縮過程中，氣缸壁表面上的潤滑油膜，以及沉積在活塞頂部的多孔碳沉積物，燃燒室壁和閥門進(jìn)氣排氣，將吸附未燃燒的混合物和燃料蒸氣。然后在膨脹和排氣期間將這些吸附的燃料蒸氣塔引入氣態(tài)排放物中。根據(jù)研究，這種油膜和這些碳沉積物所產(chǎn)生的HC排放量占總量的35％至50％。實驗表明，當(dāng)發(fā)動機(jī)使用含鉛汽油時，燃燒室內(nèi)的碳沉積物可使HC排放量增加7％至20％，從而顯著降低HC排放。氣缸中HC排放的過程可以通過透明燃燒室的高速攝影結(jié)果來說明（圖2-2）。圖a示出了在燃燒過程中沒有汽缸燃燒的急冷層，例如汽缸蓋的底表面1，汽缸壁表面2，活塞頂部3和4第一活塞環(huán)以上的狹縫等等。圖b顯示在膨脹過程中，活塞壓力在活塞向下壓力的作用下下降，因此HC氣體在上死點和活塞頂部之間膨脹并沿著圓筒壁;在排氣沖程期間，活塞靠近墻壁升起HC從氣缸壁上刮下并在渦流中滾動，如圖c所示?？焖購U氣取樣測試的結(jié)果表明，未燃燒的HC傾倒瓶具有兩個明顯的峰值，如圖2-3所示。在圖2-3中，有兩個縱坐標(biāo)，一個是未燃燒碳?xì)浠衔锏呐欧?，另一個是碳?xì)浠衔锏馁|(zhì)量流量。圖2-3顯示了兩個峰：第一個峰出現(xiàn)在打開排氣閥的預(yù)發(fā)射階段：當(dāng)氣體離開汽缸時它是夾帶在氣缸頂部間隙中的氣體。第二個峰值出現(xiàn)在排氣沖程結(jié)束時。由圖2-2中所示的活塞運動產(chǎn)生的渦流導(dǎo)致氣缸壁的HC和溶解在潤滑膜中HC的排出被認(rèn)為是形成這種峰值的原因。此時，廢氣中的HC濃度非常高，并且廢氣的質(zhì)量流率相對較低。圖2-2HC排放過程圖2-3排氣中HC隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化3影響HC生成的因素柴油機(jī)的設(shè)計和運行參數(shù)，燃料制備，分配和組成都與廢氣中的污染物排放量有關(guān)。減少廢氣中的有害排放，有必要了解這些有害排放因子。產(chǎn)生HC排放的因素如下所述，包括空燃比的影響，提前角對點火的影響，旋轉(zhuǎn)速度的影響，負(fù)載的影響，燃料的影響冷卻水和燃燒室壁溫，排氣背壓的影響，沉積物對燃燒室壁的影響以及燃燒性質(zhì)的影響。3.1空燃比的影響空氣/燃料比A/F是柴油發(fā)動機(jī)中污染物產(chǎn)生的重要因素之一。它對廢氣中CO，HC和NOX的影響如圖2-1所示。該圖表明，隨著空燃比的增加，CO排放濃度逐漸降低。HC排放的濃度在兩端都很高而在中心很低，而NOX排放的濃度在兩端很低而平均水平很高?？諝?燃料比對HC排放的濃度具有顯著影響。通常，隨著混合物變稀薄，HC排放的濃度和量趨于減少，但當(dāng)混合物的空燃比大于17：1時，混合物太稀薄并且火焰不會完全蔓延到斷火，因此HC排放會迅速增加。當(dāng)混合物太濃時，空氣量不足，不能完全燃燒，燃料消耗率和HC排放率增加。當(dāng)混合物太稀時，燃料沒有充分燃燒，也同樣會使燃料消耗率和HC排放率也增加。因此，凡影響空燃比和排氣后反應(yīng)的因素，如大氣壓力、進(jìn)氣溫度、排氣溫度、排氣中的含氧量等，也必然影響HC的排放。3.2點火提前角的影響點火提前角延遲，后燃嚴(yán)重。在一方面，在氣體混合物的燃燒時的燃燒腔室的面積減小，并且該冷卻壁的表面也減小，另一方面，廢氣的溫度上升至促進(jìn)排氣系統(tǒng)中HC的氧化。所有這些因素都降低了HC的最終排放。提前角對汽油發(fā)動機(jī)HC排放的影響如圖3-1所示。當(dāng)設(shè)定空氣/燃料比時，隨著點火的進(jìn)行，HC減少并且燃料消耗顯著降低。這是由于這樣的原因，后燃燒是由最佳點火角（MBT）與點火延遲加劇，而且熱效率降低。然而，點火提前角的延遲引起的排氣的溫度上升，使得HC的氧化反應(yīng)在排氣沖程和管被加速排氣，從而減少HC排放量。圖3-1點火提前角對HC排放的影響3.4負(fù)荷的影響發(fā)動機(jī)試驗結(jié)果表明，如果空氣/燃料比和轉(zhuǎn)速保持不變，點火時間根據(jù)最大功率調(diào)整，則負(fù)荷變化對HC濃度并沒有什么影響，但隨著負(fù)荷增加，HC排放由于排氣流量增加而增加并且呈線性相關(guān)。3.5冷卻水及燃燒室壁面溫度的影響提高柴油發(fā)動機(jī)的冷卻水的溫度和燃燒室壁的表面可以減少存儲在狹縫體積中的HC含量，減小其淬熄層厚度。通過改善HC從裂隙體積逸出的氧化條件，改變淬熄層擴(kuò)散出來的燃料蒸發(fā)和分布，提高廢氣溫度，可以很好減少HC排放。圖3-2顯示了隨著冷卻水溫度的升高HC排放的減少。然而，冷卻水和燃燒室的壁表面的溫度增加，同樣會影響到NO排放增加。圖3-2冷卻水溫對HC排放的影響3.6排氣背壓的影響當(dāng)排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器或消聲器時，排氣背壓增加，殘留在氣缸中的廢氣增加，未燃燒的碳?xì)浠衔镌谙乱粋€循環(huán)中燃燒，排氣中的HC減少。如果背壓太高，則汽缸中剩余的廢氣過量，混合物被稀釋，燃燒惡化并且抽空的HC增加。3.7燃燒室壁面沉積物的影響沉積在活塞頂部，燃燒室壁上以及進(jìn)氣閥和排氣閥上的多孔性碳沉積物吸收未燃燒的混合氣體和燃料蒸汽，并在排氣過程中釋放。因此，燃燒室壁表面上的沉積物的增加增加了HC排放量。沉淀物對廢氣中的多環(huán)芳烴含量具有顯著影響。當(dāng)柴油發(fā)動機(jī)在低負(fù)荷下運行時，芳烴被儲存和沉淀并在重載和運輸過程中釋放。但是，如果沒有足夠的時間形成沉淀物，即使使用具有高含量芳烴的燃料，廢氣的芳香族含量也很低。圖3-3顯示，隨著汽油發(fā)動機(jī)的使用壽命增加，沉積物變厚并且廢氣中未燃燒的碳?xì)浠衔锖吭黾?。曲線1顯示了當(dāng)節(jié)氣門完全打開且空氣過剩率=1200r/min時排氣中HC的變化，曲線2表示節(jié)氣門部分開啟，空氣比系數(shù)為=1.01，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n=2000轉(zhuǎn)/分HC的變化。由圖3-3所知，柴油發(fā)動機(jī)運行時間和沉積物厚度對HC排放有很大影響，點3表明沉積物去除后HC變化。圖3-3柴油機(jī)運轉(zhuǎn)時間對HC排放的影響3.8相關(guān)結(jié)構(gòu)因素的影響對柴油發(fā)動機(jī)具有較大影響的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括汽缸的工作容積，行程比（S/D），燃燒室的形狀，壓縮比，活塞上部結(jié)構(gòu)的尺寸，氣門正時和排氣系統(tǒng)。這些參數(shù)的影響遵循以下兩點：第一點是燃燒室的體積比F/V越高，混合物進(jìn)入活塞間隙越多，排出越多。當(dāng)排氣的氧化低時，HC增加。第二點是，如果燃燒室壁表面上的熱量損失減少并且殘余氣體減少，則排出的NO量增加。3.8.1缸內(nèi)工作容積與行程缸徑比的影響氣缸中的工作容積和柴油發(fā)動機(jī)的沖程/孔徑比對廢氣排放和燃料消耗有很大影響。圖3-4顯示了柴油發(fā)動機(jī)工作量和沖程比對HC排放的影響。圖表上的HC排放是相對值。圖3-4行程缸徑比及工作容積對HC排放的影響柴油發(fā)動機(jī)汽缸的工作容積越大，F(xiàn)/V汽缸面積比越小并且汽缸的相對冷卻表面越小，HC和油耗越低。根據(jù)散熱規(guī)律的對比分析，長沖程柴油機(jī)具有快速燃燒速度，點火調(diào)節(jié)可以相對向后偏移。長行程柴油發(fā)動機(jī)具有高放熱率和高燃燒溫度。這些因素有利于減少HC排放和柴油發(fā)動機(jī)的燃料消耗。3.8.2壓縮比的影響隨著壓縮比增加，F(xiàn)/V增加，進(jìn)入活塞頂環(huán)縫隙的混合物增加，HC排出量相應(yīng)也增加。壓縮比對HC排放的影響如圖3-5所示。 圖3-5壓縮比對HC排放的影響3.8.3燃燒室形狀的影響當(dāng)工作體積和壓縮比保持恒定時，當(dāng)燃燒室的形狀改變時，HC排放量與F/V成正比，即F/V增大，HC排放量也增加。3.8.4氣門定時的影響氣門正時對發(fā)動機(jī)HC排放的影響如圖3-6所示。排氣閥的提前打開導(dǎo)致燃燒的HC的排出，這增加了HC排放。圖3-6氣門定時對發(fā)動機(jī)HC排放的影響3.8.5活塞頂環(huán)隙容積的影響進(jìn)入活塞和氣缸壁形成的小空間（活塞頂環(huán)）的混合物由于壁面淬熄效應(yīng)和狹縫效應(yīng)而難以完全燃燒，這影響了HC的排放問題。圖3-7顯示了其影響的實驗結(jié)果。在該圖中，d表示活塞頂環(huán)體積的增加，進(jìn)入環(huán)的混合物增加并且HC排放量增加。

圖3-7活塞頂環(huán)隙容積對HC排放的影響3.8.6排氣系統(tǒng)的影響排氣系統(tǒng)對HC排放有影響。由于HC可以在排氣系統(tǒng)中進(jìn)一步氧化，溫度越高，被氧化越多，廢氣在最近系統(tǒng)的高溫部分停留的時間越長，排除氣體中HC也就越少。3.8.7火花塞位置的影響火花塞在燃燒室的位置直接影響到發(fā)動機(jī)燃燒速率的快慢，從而使得火花塞的位置對有害氣體排放有重要的影響?；鸹ㄈ呐帕斜仨毷沟没鹧娴膫鞑ゾ嚯x短，則柴油發(fā)動機(jī)排放的HC增加，反之亦然?；鸹ㄈ恢脤C排放的影響也取決于燃燒室結(jié)構(gòu)的形狀。通常，對非緊湊型燃燒室的影響大于緊湊型燃燒室的影響。舉例來說，在圓盤狀的燃燒室，由于火花塞位置的差異，在發(fā)動機(jī)的HC排放量的差可以達(dá)到81％，并且在半球形燃燒室，火花塞位置改變對于發(fā)動機(jī)HC排放量只有35％差異。3.9燃料性質(zhì)的影響柴油的辛烷值和揮發(fā)性也會影響HC排放。低辛烷值或低揮發(fā)性將增加HC排放。柴油發(fā)動機(jī)辛烷值的大小影響其燃料消耗，因為較低的辛烷值會增加燃料消耗，因此排放也會增加。柴油機(jī)的揮發(fā)性太低，混合物的形成率低，啟動困難，升溫性能不好，影響燃燒和排放;如果揮發(fā)性太高，則蒸發(fā)增加，碳罐容易過載并且油通道中的氣泡增加。影響噴油器的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響排放。4柴油機(jī)控制HC排放的主要凈化措施4.1機(jī)內(nèi)凈化4.1.1燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)緊湊的燃燒室形狀燃燒室表面的比例越小，結(jié)構(gòu)越緊湊，傳熱損失越低，混合物越均勻，燃燒過程越快越快，HC排放越低。大多數(shù)現(xiàn)代柴油發(fā)動機(jī)火花塞分布在燃燒室的中心，以減少火焰的距離并加速燃燒過程，提高缸內(nèi)中混合物的溫度，可以促進(jìn)混合物充分燃燒，從而減少HC排放。設(shè)計燃燒室的重要原則之一是面容比S/V要小，即盡可能緊湊;火花塞盡可能放置在燃燒室的中心，以減少火焰的燃燒距離。燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計可以使得經(jīng)濟(jì)性和排放特性的以下改進(jìn)：（1）緊湊型燃燒室可縮短燃燒時間，實現(xiàn)快速燃燒，增加熱循環(huán)的等度容量，提高熱效率?？梢哉{(diào)整快速燃燒與延遲點火正時或EGR減排措施，以防止功率和經(jīng)濟(jì)性降低，同時減少排放。（2）快速充分的燃燒可以減少CO和HC的排放。（3）緊湊型燃燒室可有效防止沖擊或增加機(jī)械辛烷值。這允許柴油進(jìn)一步提高壓縮比以提高熱效率。（4）面容比小，這可以降低燃燒室壁面向混合物的回火效果并減少HC排放。（5）面容比小，可減少燃燒過程中的熱量損失，有效提高熱效率?？傊o湊型燃燒室直接提高了汽油發(fā)動機(jī)的熱效率并減少了HC和CO的排放。減少不參與燃燒的縫隙容積如前一章中的HC生成機(jī)制所述，活塞頭，火花塞和進(jìn)氣閥外部存在較大的S/V間隙，且數(shù)量較多，由于壁熄滅效應(yīng)產(chǎn)生HC。因此，在設(shè)計燃燒室和活塞組時必須最小化這些體積。如圖4-1中的示例所示，原始設(shè)計改為高位活塞設(shè)計，HC排放量減少了20％。圖4-1采用高位活塞環(huán)降低HC的效果4.1.2推遲點火提前角點火提前角對功率，經(jīng)濟(jì)性，排放特性和發(fā)動機(jī)噪聲有顯著影響。點火延遲是最簡單和最廣泛的排放控制技術(shù)。圖4-1顯示了點火提前角對有效平均壓力Pme，燃料消耗率ge，最高燃燒壓力Pmax和排氣氣體溫度的影響。當(dāng)點火提前角在上行點之前在35°和40°（CA）之間時，Pme和ge是最佳的，這對應(yīng)于最常見的點火提前角。正確延遲點火提前角可減少因排氣溫度升高而導(dǎo)致的HC排放，從而促進(jìn)汽缸和排氣管中HC的氧化。然而，這將導(dǎo)致有效壓力下降和燃料消耗率增加。因此，根據(jù)這種方法減少HC排放是有限的。實際上，必須考慮到排放特性，功率和經(jīng)濟(jì)性來確定點火的最佳提前角。圖4-1點火提前角對動力經(jīng)濟(jì)性的影響4.1.3柴油缸內(nèi)直接噴射電子控制進(jìn)氣低壓燃油噴射系統(tǒng)當(dāng)發(fā)動機(jī)冷啟動時，進(jìn)氣管道中的氣流速度低，燃油蒸發(fā)量低形成油膜，其直接粘附到入口閥的下表面、氣缸套的壁的表面等。上部氣體混合物太濃，燃燒不完全，并且大量未燃燒的HC被排空到機(jī)器外部。采用GDI的發(fā)動機(jī)改善了油/氣混合機(jī)制，在冷啟動期間不需要過多的油供應(yīng)，并且HC排量大大減少。GDI發(fā)動機(jī)完全避免在進(jìn)氣閥表面上形成油膜，并且精確計量燃料。4.1.4高能點火與兩次、多次點火技術(shù)高能點火對HC排放的影響有兩個方面：增加初始燃燒半徑，從而提高燃燒速率，減少循環(huán)變化，進(jìn)而降低燃燒概率。當(dāng)混合物稀薄時，可以輕松使用混合氣體充分燃燒以減少HC排放。使用兩種或更多點火技術(shù)可以改善啟動和空轉(zhuǎn)時的HC排放。4.2機(jī)外凈化4.2.1熱反應(yīng)凈化器與兩次空氣供給裝置熱反應(yīng)凈化器盡可能靠近排氣總管出口處的排氣管安裝。將空氣和未燃燒的混合物混合在廢氣中后，廢氣的余熱排氣用于保持高溫并給出一定的反應(yīng)時間，重新燃燒HC和CO。廢氣中的氧濃度是凈化熱反應(yīng)的重要因素。當(dāng)熱反應(yīng)器中有足夠的O2時，HC和CO的凈化效果更好。為了增加O2濃度，可以通過兩個空氣供應(yīng)裝置將適量的空氣噴射到廢氣中，噴射量由排氣管中HC和CO的含量決定。4.2.2HC吸附器與三效催化轉(zhuǎn)化器將HC吸附器安裝到發(fā)動機(jī)排氣管中。吸附器中的活性炭或氟石吸附冷啟動和空轉(zhuǎn)期間釋放的HC。三元催化轉(zhuǎn)化器使用催化劑來促進(jìn)發(fā)動機(jī)廢氣中HC，CO和NOx的反應(yīng)，以產(chǎn)生無害物質(zhì)。吸附介質(zhì)的溫度就會升高，如果達(dá)到HC的解吸溫度，則吸附器釋放吸附的HC。同時，三元催化轉(zhuǎn)化器的溫度也會升高。如果三元催化轉(zhuǎn)化器在吸附器釋放HC之前達(dá)到跳閘溫度，冷啟動階段的HC排放可以大大減少。HC的轉(zhuǎn)化也必須通過三元催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行，這在催化轉(zhuǎn)化器達(dá)到觸發(fā)溫度之前是可能的。氧化性催化器OC(4-1)(4-2)三元催化器TWC(4-3)(4-4)在氧化催化劑中，CO，HC和氧被氧化形成無害的CO2和H2O。在三效催化劑中，CO，HC和NOX是氧化劑和相互還原劑，產(chǎn)生無害的CO2，H2O和N2。剩余的CO和HC經(jīng)受EGR率和4-1反應(yīng)。4.2.3曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的大約25％的HC排放來自曲軸箱中的竄氣。曲軸箱的強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)的原理是新鮮空氣從小過濾器吸入曲軸箱，與曲軸箱中的竄氣混合，然后返回進(jìn)氣歧管，然后進(jìn)入氣缸與混合物產(chǎn)生燃燒，使得HC被消耗掉。4.2.4燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)燃料蒸發(fā)是指由化油器浮子室，燃料箱和燃料系統(tǒng)連接汽化的燃料蒸氣，并排放到大氣中。其中，20％的HC排放來自燃料系統(tǒng)。燃料蒸發(fā)控制器用活性炭收集燃料蒸汽中的HC，然后用回流空氣將它們解吸并將它們送回內(nèi)燃機(jī)。它可以減少HC排放，而不會影響發(fā)動機(jī)功率并提高燃油經(jīng)濟(jì)性。其工作原理如圖4-2所示。1-空氣濾清器；2-控制器；3-儲氣罐；4-油箱；5-炭罐；6-進(jìn)氣管圖4-2燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)工作原理5柴油機(jī)缸內(nèi)直接噴射5.1概述四沖程汽油發(fā)動機(jī)的開發(fā)旨在降低燃油消耗，同時滿足排放和耐久性法規(guī)，此時直噴式柴油發(fā)動機(jī)在氣缸中提供了良好的方向涉及柴油和汽油發(fā)動機(jī)的開發(fā)。兩個方面的優(yōu)點：（1）通過實現(xiàn)分層稀薄燃燒（λ=2~3）并使用質(zhì)量控制來避免節(jié)流閥節(jié)流損失以獲得部分負(fù)荷燃油經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)于柴油發(fā)動機(jī);（2）通過在滿負(fù)荷下產(chǎn)生均勻的預(yù)混燃燒來維持汽油發(fā)動機(jī)的高功率。同時，由于噴射到氣缸中的燃料的冷卻效果，整個機(jī)器的抗爆性增加并且壓縮比應(yīng)該更高，從而有助于改進(jìn)。循環(huán)的理論效率和保持柴油發(fā)動機(jī)直接噴射到缸內(nèi)中的動態(tài)性能，可以產(chǎn)生良好的燃油經(jīng)濟(jì)性。5.2車用柴油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)5.2.1缸內(nèi)直噴式與進(jìn)氣道噴射式柴油機(jī)的比較EFI柴油發(fā)動機(jī)根據(jù)噴射位置分為兩種類型：進(jìn)氣口噴射（PDI）和直接噴射到氣缸（GDI）。主要區(qū)別在于混合過程是不同的。端口噴射發(fā)動機(jī)在每個氣缸進(jìn)氣閥關(guān)閉時在每個氣缸進(jìn)氣閥的后部噴射燃料，并且在進(jìn)氣沖程期間油和氣體混合物進(jìn)入氣缸。在冷啟動過程中，由于不完全蒸發(fā)，燃料將在進(jìn)氣管和進(jìn)氣閥的后表面上形成油膜和油坑。噴射的實際燃料量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過由化學(xué)計量比計算的燃料噴射量。解決方案5和6都提到它們各自的補(bǔ)償公式，但實際產(chǎn)品在4到10個發(fā)動機(jī)啟動循環(huán)后仍會發(fā)生失火或部分燃燒，并且HC排放將顯著增加。因此對進(jìn)氣道噴射柴油機(jī)而言，在美國FTP排放測試中最初的90s內(nèi)產(chǎn)生HC總量90%的情況是屬于正?，F(xiàn)象。相反，直噴柴油機(jī)避免了進(jìn)氣口濕壁現(xiàn)象的問題，便于燃料的測量，減少冷啟動過程中的HC排放，提高了電機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)。這將在第二個工作周期中正常工作。端口噴射發(fā)動機(jī)的另一個限制是負(fù)載變化取決于油門設(shè)置。盡管節(jié)流控制是PFI發(fā)動機(jī)的成熟技術(shù)，但由此導(dǎo)致的熱功率損失相當(dāng)大。任何使用節(jié)流來調(diào)節(jié)負(fù)載的系統(tǒng)都將面臨泵吸的寄生損失，并會降低低負(fù)載發(fā)動機(jī)的熱效率。相反，直噴式柴油機(jī)不再使用節(jié)流閥調(diào)節(jié)負(fù)荷，而是利用氣缸內(nèi)空氣/燃料比的變化來獲得發(fā)動機(jī)運行狀態(tài)，從而提高了容積效率。當(dāng)孔口噴射發(fā)動機(jī)在沒有輔助燃燒方法的情況下組織稀薄燃燒時，空氣/燃料比具有上限（σ=27）。超過此限制時，發(fā)動機(jī)運行不穩(wěn)定，HC排放增加。要超過這個限制，必須使用直接噴射的方法在負(fù)載分層的情況下在部分負(fù)荷σ達(dá)到發(fā)動機(jī)的40到50，也就是說通過使用氣缸內(nèi)的空氣（渦流或翻滾流）和噴射時間相互合作，使火花塞在點火附近有燃料混合物，而汽缸的其余部分則有純凈的空氣。圖5-1a是在2000轉(zhuǎn)/分鐘下測試三菱直噴柴油發(fā)動機(jī)的結(jié)果。由于分層燃燒的應(yīng)用，空氣/燃料比可以達(dá)到40并且燃料消耗提高了30％（圖5-1b列出了幾個關(guān)鍵因素。）據(jù)說三菱裝備與傳統(tǒng)的PFI發(fā)動機(jī)相比，該發(fā)動機(jī)在10至15工作循環(huán)中的燃油消耗降低了35%。（a）GDI和PFI發(fā)動機(jī)的對比（b）主要影響因素圖5-1三菱柴油發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性改善與端口噴射發(fā)動機(jī)相比，直噴式柴油發(fā)動機(jī)必須克服氣缸內(nèi)的壓力，使一般燃油系統(tǒng)的壓力更高（5-10MPa），因此燃油進(jìn)入氣缸可以更好地霧化霧化的大小約為16μmSMD，而端口噴射發(fā)動機(jī)約為120μM。此外，由于直接噴射發(fā)動機(jī)直接將燃料噴射到汽缸上，因此消除了燃料供應(yīng)的滯后效應(yīng)，從而當(dāng)發(fā)動機(jī)減速時可以中斷燃料噴射，這提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。眾所周知，燃料的潛熱可用于降低混合物的溫度和體積，這會影響通氣效率和爆震發(fā)動機(jī)的傾向。對于孔口噴射發(fā)動機(jī)，燃料被噴射到進(jìn)氣歧管中，其蒸發(fā)主要取決于來自熱源的熱傳遞。對于汽缸中的直噴汽油發(fā)動機(jī)，燃料以霧化細(xì)顆粒的形式進(jìn)入汽缸，并從環(huán)境空氣中回收熱能，使其能夠有效地冷卻和再充質(zhì)。不同的噴射時間影響著燃燒室表面到負(fù)載的熱傳遞速率。在進(jìn)氣沖程中噴油會增加從氣缸壁到負(fù)載的熱傳遞，因此燃料蒸發(fā)對最終負(fù)載溫度的冷卻效果更差：壓縮沖程燃料噴射，噴射前，由于氣溫高，氣缸壁對空氣的傳熱速率降低，所以當(dāng)注入燃料后，燃料蒸發(fā)對填充物的冷卻效果得到很好的保持，因此在點火時氣體的溫度較低，爆震趨勢降低。5.2.2現(xiàn)代直噴式柴油機(jī)的開發(fā)燃油供給系統(tǒng)GDI發(fā)動機(jī)如PROCO（福特編程燃燒系統(tǒng)）（如圖5-2所示），并TCCS（控制燃燒系統(tǒng)的Texaco）有一個共同的特點，其中包括在使用相同的泵嘴管供油系統(tǒng)來達(dá)到遲噴的目的（即，在壓縮沖程結(jié)束時將燃料噴射到氣缸中，取決于入口渦流或傾翻流以獲得混合物的層壓），可以在大多數(shù)負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)節(jié)流操作，并且可以將燃料經(jīng)濟(jì)性與非直接噴射柴油發(fā)動機(jī)進(jìn)行比較。這些系統(tǒng)使用機(jī)械供油系統(tǒng)，在滿負(fù)荷時仍然延遲噴射，這會影響輸出功率，而過壓系統(tǒng)會抵消輸出功率。但HC排放在部分負(fù)荷下急劇增加?，F(xiàn)代直噴式柴油發(fā)動機(jī)需要至少兩種或三種不同的操作模式或更多的操作，以在整個操作范圍內(nèi)向發(fā)動機(jī)提供熟化的燃料混合物。在滿載時，希望完全分散燃料以確保油和氣體在最大油量下的均勻預(yù)混合，通常通過在進(jìn)氣沖程期間的燃料噴射;噴射器快速噴射在上死點附近，形成緊湊且噴涂良好的混合物層壓板。由于要克服此時缸內(nèi)高達(dá)1.0MPa的環(huán)境壓力，噴射壓力必須比進(jìn)氣道噴射方式高得多。圖5-2PROCO燃油系統(tǒng)燃料噴射壓力對油梁的噴射和穿透具有顯著影響。增加注射壓力會降低油霧顆粒的平均直徑，而較低的注射壓力會降低油泵負(fù)荷、系統(tǒng)制備時間和油霧的噪音。噴油器，延長燃油系統(tǒng)的使用壽命。目前，大多數(shù)直噴汽油發(fā)動機(jī)使用4至13MPa的燃料供應(yīng)壓力，增加排放量。噴油器噴射器是直噴柴油發(fā)動機(jī)中最關(guān)鍵的部件，其運行特性直接影響發(fā)動機(jī)性能和排放。它必須能夠精確測量燃料，其反應(yīng)性和可重復(fù)性非常好，并提供SMD<25μm的高霧化燃料。為了達(dá)到該指標(biāo)，對于延遲噴射和混合氣體分層模式，燃料系統(tǒng)必須具有至少4.0MPa的工作壓力和5.0至7.0MPa的壓力范圍。如果供油壓力小于4.0MPa，由于氣缸內(nèi)的壓力引起的變化，這將導(dǎo)致顯著的測量誤差。從噴涂的角度來看，完全蒸發(fā)的燃料可以加速燃燒過程并將HC排放控制在所需的限度內(nèi)。當(dāng)柴油液滴的直徑為80μm時，壓縮狀態(tài)下的蒸發(fā)需要超過10毫秒，這對應(yīng)于當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1500rpm時大于100度的曲軸角度。因此，需要增加注射壓力以將油霧的SMD控制在25μm以下。當(dāng)然，GDS并不是評估燃油霧化質(zhì)量的唯一指標(biāo)。即使SMD非常小，只要有一部分大尺寸油滴，HC排放量就會增加。在25μmSMD的油霧中，每個直徑為50μm的油滴不僅代表平均質(zhì)量的8倍，而且還具有長的蒸發(fā)時間。當(dāng)25μm油滴完全蒸發(fā)時，50μm油滴的直徑仍為47μm。因此，在測量直噴式燃燒系統(tǒng)的油霧特性時，DV10~DV90可能是更好的評估參數(shù)，特別是對于HC排放。目前，GDI發(fā)動機(jī)廣泛使用具有單孔的軸開口單軸旋流噴嘴，工作壓力為5.0至10MPa。該結(jié)構(gòu)可視為具有無限數(shù)量噴孔的多孔噴嘴，并且燃料沿噴霧錐的圓周方向均勻分布。因為它在軸向力矩上增加了一個強(qiáng)大的徑向旋轉(zhuǎn)力矩，當(dāng)燃料進(jìn)入燃燒室時，它可以形成一個空心錐形油梁，燃料的霧化程度得到改善，并且油梁更傾斜。根據(jù)應(yīng)用的實際需要，錐角的初始角度可以設(shè)計為25°至180°。選擇噴射器的位置和噴射錐的角度可以大大減少油脂燃燒時燃料與氣缸壁的碰撞，從而改善排放質(zhì)量。缸內(nèi)流場圓柱體中有三種主要的流場形式：（1）渦流，其旋轉(zhuǎn)軸線與圓柱體的軸線平行;（2）旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)流動在壓縮沖程期間形成的擠壓流量（3）在氣缸蓋和上死點附近的活塞之間的間隙處的徑向氣流有助于改善氣缸的軸線。壓縮結(jié)束時的湍流強(qiáng)度。對于GDI發(fā)動機(jī)，渦流和翻轉(zhuǎn)流可用于產(chǎn)生混合物層壓。渦流具有比翻滾流動更小的粘性擴(kuò)散，因此保持更長時間。它可以完全用于在壓縮沖程期間保持混合物的分層。活塞頂部上的特殊形狀的印模也可用于在壓縮沖程結(jié)束時產(chǎn)生所需的湍流。通常，渦流還將擠壓作為徑向分量以增加燃燒早期階段的湍流強(qiáng)度。由于渦流轉(zhuǎn)動力矩與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，并且油梁的力矩獨立且與轉(zhuǎn)速無關(guān)，因此使用渦流來促進(jìn)混合油氣具有工作范圍。另外，高渦流比將導(dǎo)致油滴由于離心力而朝向氣缸壁摩擦，這將導(dǎo)致濕壁現(xiàn)象的增加。當(dāng)燃燒室的幾何形狀足夠平坦時，氣缸中的翻滾運動只能通過翻滾的變形和壓縮沖程的最后階段中相對高的速度梯度轉(zhuǎn)換成湍流，否則會發(fā)生滾動電流能量的不完全變換。由滾轉(zhuǎn)流控制的流場的平均流速很大，并且直接影響點火后初始火焰核的形狀。但是，燃燒時間和火焰速度沒有顯著變化。另外，由于氣缸壁的作用，滾流的分量容易降解成大規(guī)模的二次流動結(jié)構(gòu)，使得更難以保持混合物的穩(wěn)定層壓。因此，增加胎面的阻力以增加壓縮結(jié)束時的湍流強(qiáng)度。由于不良燃燒導(dǎo)致的火焰速度降低是有益的。在渦流主導(dǎo)的流場中，通常沒有觀察到翻滾運動迅速演變成與湍流長度尺寸相同的幾個小漩渦的現(xiàn)象，這可能是由于圓柱的幾何形狀有利于降低粘性擴(kuò)散的特性，使渦流保持其旋轉(zhuǎn)。大多數(shù)GDI發(fā)動機(jī)現(xiàn)在使用氣缸中最常見的渦流形式（圖5-2a，b）;在圖5-2a中，噴射器居中并且火花塞沿油梁的圓周方向偏置。這種設(shè)計通常是電極應(yīng)突入燃燒室，因此經(jīng)常導(dǎo)致火花塞的重負(fù)荷;在圖b中，噴射器在火花塞中偏置，活塞頂部的凹坑的特定形狀和凹坑中的渦流形成混合物層壓。在日本，三菱汽車公司近年來在GDI發(fā)動機(jī)中應(yīng)用TumbleFlow進(jìn)行了大量實驗研究。這些結(jié)果表明，在壓縮沖程的最后階段，滾流可以有效地增加氣缸壁附近的氣流速度。附著在氣缸壁上的油滴迅速蒸發(fā)，層壓混合物可以通過活塞頂部的滾流和凹坑的組合被引導(dǎo)到火花塞，以控制油梁的碰撞?；鹧娴膫鞑?，以及排氣側(cè)向吸力側(cè)的擠壓。流動也增加了燃燒速率。圖5-2c顯示了基于滾流的三種類型的GDI燃燒系統(tǒng)：作為混合層分層功率的二次流燃燒系統(tǒng)如圖2所示。原理是使用擠流量為產(chǎn)生湍流以改善混合物的制備過程。同時，促進(jìn)活塞頂部油膜的蒸發(fā)。試驗表明，擠壓對混合物的制備和燃燒的影響非常有限，整個系統(tǒng)的性能與PFI發(fā)動機(jī)的性能相似。圖5-2GDI燃燒系統(tǒng)混合氣準(zhǔn)備策略燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大多數(shù)燃燒系統(tǒng)火花塞安裝在氣缸蓋中心附近，主要是為了保證火焰蔓延的對稱性，提高燃燒速度和校準(zhǔn)功率，減少熱量損失和自動點火。有兩種類型的噴射器：一種是中心布置，也就是說噴射器靠近火花塞，另一種是橫向布置，即即噴射器安裝在入口的下側(cè)。由于傾向于產(chǎn)生燃燒沉積物并降低耐久性，因此必須避免排氣側(cè)的噴射器。圖5-3說明了三種可能的情況。前兩個通常被稱為“狹窄空間”設(shè)計，第三個被稱為“開放空間”設(shè)計。圖5-3三種噴油器和火花塞的布置方案“狹窄空間”的設(shè)計特點如下：（1）點火穩(wěn)定性高，（2）氣體混合物分層高，（3）燃料分布均勻性好，（4）負(fù)荷高效益混合均勻化，（5）混合物的形成較少取決于活塞頭的形狀，（6）安裝困難，閥門尺寸必須減小，（7）火花塞容易被污染；（8）噴射器尖端的溫度高，沉積物高（9）對油霧的特性敏感（10）油梁容易與活塞頭碰撞，(11)火花塞電極的伸入距離需特殊設(shè)計?！伴_放空間”的設(shè)計特點：（1）延長混合準(zhǔn)備時間，（2）安裝更靈活，閥門尺寸更大，負(fù)載效率高，（3）對油霧特性的變化不敏感，（4）進(jìn)氣可用于降低噴射器的最高溫度，（5）油霧不會與火花塞電極碰撞，從而降低火災(zāi)風(fēng)險，并使用標(biāo)準(zhǔn)火花塞，（6）氣體混合物難以分層且具有高揮發(fā)性，（7）燃料和汽缸壁之間發(fā)生碰撞的可能性增加，這可能導(dǎo)致潤滑油的稀釋。有各種燃燒系統(tǒng)設(shè)計可以實現(xiàn)稀薄燃燒。取決于噴射器的位置：一個是將噴射器安裝在氣缸蓋上部的中心，另一個是安裝噴射器側(cè)，也就是說安裝在氣缸蓋的下部;條目。取決于氣缸中氣流的結(jié)構(gòu)：一個基于進(jìn)氣渦流而另一個基于進(jìn)氣底部。這是三個主要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。（1）噴油器頂置式燃燒系統(tǒng)圖5-4是使用平底活塞的商用機(jī)缸充氣分層的示意圖。燃料噴射在渦流中間并集中在該區(qū)域。這種燃燒系統(tǒng)的氣缸中的氣流結(jié)構(gòu)應(yīng)該使湍流的成分最小化，因為湍流可以將油霧引導(dǎo)到氣缸壁上，允許一些燃料粘附到汽缸壁，從而增加排放。氣缸中的渦流不僅保持空氣/燃料比差的空氣分層，而且還擴(kuò)大了火焰的燃燒范圍并提高了火焰?zhèn)鞑サ乃俣?。進(jìn)氣速度根據(jù)控制閥的開啟角