柴油机的燃烧分析.ppt

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1、第五章第五章一一 着火现象着火现象(ignition)燃料喷入燃烧室后，分散成许多细小油摘，这燃料喷入燃烧室后，分散成许多细小油摘，这些细小油滴经过加热些细小油滴经过加热、蒸发（蒸发（vaporization）、扩）、扩散（散（diffusion）与空气的混合等物理准备及分解、）与空气的混合等物理准备及分解、氧化等化学准备阶段后，一处或几处同时着火，即氧化等化学准备阶段后，一处或几处同时着火，即自行着火燃烧。自行着火燃烧。第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-1 柴油机的着火与燃烧过程柴油机的着火与燃烧过程第五章第五章第五章第五章着火需要具备两个条件：着火需要具备两个条件：1)浓

2、度条件浓度条件：在形成的可燃混：在形成的可燃混合气中，燃料蒸气与空气的比合气中，燃料蒸气与空气的比例要在一定的范围内，这个范例要在一定的范围内，这个范围称作着火范围围称作着火范围(或着火界限或着火界限)。着火界限不是一成不变的，随着火界限不是一成不变的，随着温度的升高，分子运动速度着温度的升高，分子运动速度增加，反应速度加快，将使着增加，反应速度加快，将使着火界限扩大。火界限扩大。2)温度条件：温度条件：可燃混合气必须加热到某一临界温度，低于可燃混合气必须加热到某一临界温度，低于这一温度，燃料就不能着火，我们把燃料不用外部点燃这一温度，燃料就不能着火，我们把燃料不用外部点燃而能自己着火的最低温

3、度称为着火温度或自燃温度。它而能自己着火的最低温度称为着火温度或自燃温度。它与介质压力、加热条件及测试方法等因素有关。与介质压力、加热条件及测试方法等因素有关。第五章第五章第五章第五章第五章第五章二二 燃烧阶段的划分燃烧阶段的划分柴油机的燃烧过程，柴油机的燃烧过程，可以从不同的角度用可以从不同的角度用各种方法进行研究，各种方法进行研究，如高速摄影、光谱分如高速摄影、光谱分析、采样分析等，但析、采样分析等，但最简便、应用最多的最简便、应用最多的方法是从展开的示功方法是从展开的示功固上分析燃烧过程。固上分析燃烧过程。第五章第五章燃烧过程的四个阶段：燃烧过程的四个阶段：第第1阶段：阶段：v着火延迟阶

4、段着火延迟阶段(AB段段)(ignition delay)。从喷油开始从喷油开始(A点点)到压力开始急剧升高时到压力开始急剧升高时(B点点)为止，这一段时间又称为滞为止，这一段时间又称为滞燃期。燃期。第第2阶段：阶段：v压力急剧上升的压力急剧上升的BC段，称为急燃期段，称为急燃期(rapid pressure rise)。滞燃期内喷入气缸的燃料几乎一起燃烧，而且是在活塞靠滞燃期内喷入气缸的燃料几乎一起燃烧，而且是在活塞靠近上止点、气缸容积较小的情况下燃烧，因此气缸中压力近上止点、气缸容积较小的情况下燃烧，因此气缸中压力升高特别快。平均压力升高比不宜超过升高特别快。平均压力升高比不宜超过0.4M

5、Pa/(CA)第五章第五章第第3阶段：阶段：v从压力急剧升高的终点从压力急剧升高的终点(C点点)到压力开始急剧下降的到压力开始急剧下降的D点点为止，称为缓燃期为止，称为缓燃期(controlled pressure rise)。加强缓加强缓燃期内空气运动，加速混合气形成，对保证在上止点附燃期内空气运动，加速混合气形成，对保证在上止点附近迅速而完全燃烧有重要作用。近迅速而完全燃烧有重要作用。第第4阶段：阶段：v从缓燃期的终点从缓燃期的终点(D点点)到燃料基本上完全燃烧时到燃料基本上完全燃烧时(E点点)为为止，称为后燃期止，称为后燃期(burning on the expansion stroke

6、)。后后燃期所放出的热量不能有效利用，并增加了散往冷却水燃期所放出的热量不能有效利用，并增加了散往冷却水的热损失，使柴油机经济性下降；增加活塞组的热负荷的热损失，使柴油机经济性下降；增加活塞组的热负荷以及使排气温度增高，所以应尽量减少过后燃烧。以及使排气温度增高，所以应尽量减少过后燃烧。第五章第五章内燃机工作过程系统布置图 第五章第五章三三 滞燃期滞燃期滞燃期越长，则在滞滞燃期越长，则在滞燃期内喷入燃烧室的燃料燃期内喷入燃烧室的燃料就越多，在着火前形成的就越多，在着火前形成的可燃混合气就越多。这些可燃混合气就越多。这些燃料在第燃料在第2阶段中几乎一起阶段中几乎一起燃烧，使压力升高比和最燃烧，使

7、压力升高比和最高燃烧压力较高，运动零高燃烧压力较高，运动零件受到强烈的冲击负荷，件受到强烈的冲击负荷，发动机运转粗暴，影响发发动机运转粗暴，影响发动机的使用寿命。动机的使用寿命。第五章第五章影响滞燃期因素：影响滞燃期因素：压缩温度压缩温度和和压力压力是影是影响滞燃期的主要因素。响滞燃期的主要因素。喷油提前角、转速以喷油提前角、转速以及燃料性质等对滞燃及燃料性质等对滞燃期也有较大影响。期也有较大影响。1）随着压缩温度和压）随着压缩温度和压力提高，滞燃期减小。力提高，滞燃期减小。第五章第五章影响滞燃期的因素：影响滞燃期的因素：2）喷油定时对滞燃期的）喷油定时对滞燃期的影响通过压缩温度和压力影响通过

8、压缩温度和压力而起作用。存在一个使滞而起作用。存在一个使滞燃期最短的喷油提前角。燃期最短的喷油提前角。为了保证有较好的功率和为了保证有较好的功率和经济指标，希望在上止点经济指标，希望在上止点前前5-10(CA)开始着火燃开始着火燃烧，保证燃烧在上止点附烧，保证燃烧在上止点附近完成。近完成。第五章第五章影响滞燃期的因素：影响滞燃期的因素：3）随着增压压力提高，）随着增压压力提高，滞燃期显著缩短。滞燃期显著缩短。增压空气温度升高，增压空气温度升高，滞燃期缩短。滞燃期缩短。第五章第五章影响滞燃期因素：影响滞燃期因素：4）转速对滞燃期的转速对滞燃期的影响随着转速增影响随着转速增加，以秒计的滞燃加，以秒

9、计的滞燃期缩短，以曲轴计期缩短，以曲轴计滞燃期滞燃期i i则可能增则可能增加或减小。加或减小。第五章第五章四、燃烧放热规律四、燃烧放热规律(Heat release rate)燃燃烧烧规规律律(放放热热规规律律)加加热热规规律律传传热热规规律律第五章第五章由实测的示功图进行数值计算可得到燃烧放热规律：由实测的示功图进行数值计算可得到燃烧放热规律：1）瞬时放热速率）瞬时放热速率在燃烧过程的某一时刻，单位时间内在燃烧过程的某一时刻，单位时间内燃烧的燃油放出的热量燃烧的燃油放出的热量2）累积放热百分比）累积放热百分比从燃烧过程开始至某一时刻止，已从燃烧过程开始至某一时刻止，已燃燃油与循环供油量的比值

10、。燃燃油与循环供油量的比值。第五章第五章图图 直喷式柴油机的放热规律直喷式柴油机的放热规律 图图 自然吸气式车用柴油机的放热规律以及累计放热率的变化曲线自然吸气式车用柴油机的放热规律以及累计放热率的变化曲线a）变负荷时的放热规律）变负荷时的放热规律b）变转速时的放热规律）变转速时的放热规律c）变负荷时的累计放热率）变负荷时的累计放热率d）变转速时的累计放热率）变转速时的累计放热率 第五章第五章图图 增压轿车柴油机的放热规律增压轿车柴油机的放热规律 图图 增压中速柴油机的放热规律与累计放热率的变化曲线增压中速柴油机的放热规律与累计放热率的变化曲线 第五章第五章喷射率燃烧率喷射曲轴角度着火图图 根

11、据喷油规律估算放热规律的林氏三角形堆砌法根据喷油规律估算放热规律的林氏三角形堆砌法 曲轴角度曲轴角度曲轴角度放 热 率/(J/CA)图图 按喷油规律预测的放热规律与实际放热规律的比较按喷油规律预测的放热规律与实际放热规律的比较 第五章第五章当发动机结构参数确当发动机结构参数确定后，气缸压力变化特定后，气缸压力变化特性主要由燃烧规律性主要由燃烧规律(或或加热规律加热规律)所决定所决定(公式公式5-21)，从而燃烧放热从而燃烧放热规律强烈影响平均有效规律强烈影响平均有效压力、燃油消耗、最高压力、燃油消耗、最高燃烧压力、燃烧噪声等燃烧压力、燃烧噪声等性能指标。性能指标。第五章第五章 开始放热的时刻、

12、放热规律和放热持续时间开始放热的时刻、放热规律和放热持续时间是燃是燃烧过程的三个主要要素，它们对性能的影响主要表烧过程的三个主要要素，它们对性能的影响主要表现在循环热效率和最高燃烧压力两个方面。比较合现在循环热效率和最高燃烧压力两个方面。比较合适的放热规律是希望燃烧先缓后急，即开始放热要适的放热规律是希望燃烧先缓后急，即开始放热要适中，压力升高比不超过适中，压力升高比不超过0.40.6MPa(CA)，以满足运转柔和的要求；随后燃烧要加快，使燃料以满足运转柔和的要求；随后燃烧要加快，使燃料尽量接近上止点附近燃烧，一般燃烧持续时间不应尽量接近上止点附近燃烧，一般燃烧持续时间不应超过上止点后超过上止

13、点后 40(CA)，以满足经济运转的要求。，以满足经济运转的要求。第五章第五章五、燃烧噪声五、燃烧噪声(combustion noise)燃烧噪声与压力升高比有密切的关系，如果压力燃烧噪声与压力升高比有密切的关系，如果压力升高比过大，则产生强烈的震音，我们称这种现象为升高比过大，则产生强烈的震音，我们称这种现象为柴油机的工作粗暴柴油机的工作粗暴(或敲缸或敲缸knock)。降低燃烧噪声的降低燃烧噪声的主要途径有：主要途径有：1缩短滞燃期（如：十六烷值高的燃料）缩短滞燃期（如：十六烷值高的燃料）2减小滞燃期内的喷油量；二级喷射减小滞燃期内的喷油量；二级喷射pilot injection。3减少滞燃

14、期内形成的可燃混合气数量（油膜蒸发混减少滞燃期内形成的可燃混合气数量（油膜蒸发混合）合）第五章第五章五、燃烧噪声五、燃烧噪声(combustion noise)怠速敲缸怠速敲缸 柴油机冷起动或怠速时，温度较低，滞燃期较柴油机冷起动或怠速时，温度较低，滞燃期较长，润滑油粘度较高，摩擦损失较大，尽管无负荷，长，润滑油粘度较高，摩擦损失较大，尽管无负荷，每循环的喷油量仍相当大每循环的喷油量仍相当大，因此压力升高比也较大，因此压力升高比也较大，产生较强的震音，这种噪声称怠速敲缸；随着转速产生较强的震音，这种噪声称怠速敲缸；随着转速升高及带负荷运行，怠速噪声即自行消失。升高及带负荷运行，怠速噪声即自行消

15、失。第五章第五章第五章第五章第五章第五章第五章第五章第五章第五章第五章第五章n燃烧室分类：燃烧室分类：直接喷射式燃烧室、分隔式燃烧室直接喷射式燃烧室、分隔式燃烧室n直接喷射式柴油机：直接喷射式柴油机：浅盆形、深坑形；无涡流直浅盆形、深坑形；无涡流直喷式和有涡流直喷式两种。喷式和有涡流直喷式两种。n气缸直径越大，燃烧室就越浅。浅盆形燃烧室气缸直径越大，燃烧室就越浅。浅盆形燃烧室不组织进气涡流或弱进气涡流，而深坑形燃烧不组织进气涡流或弱进气涡流，而深坑形燃烧室一般都组织较强的进气涡流。室一般都组织较强的进气涡流。n分隔式燃烧室：分隔式燃烧室：涡流室、预燃室涡流室、预燃室第五章第五章 柴油机的燃烧分

16、析柴油机的燃烧分析 5-2 压燃式内燃机的燃烧室压燃式内燃机的燃烧室第五章第五章第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-2 压燃式内燃机的燃烧室压燃式内燃机的燃烧室图直喷式燃烧室示例图直喷式燃烧室示例a）浅盆形）浅盆形b）圆柱形）圆柱形c）形形c）带缩口的）带缩口的 形形 第五章第五章一、浅盆形燃烧室一、浅盆形燃烧室（shallow bowl combustion chambers）第五章第五章浅盆形燃烧室浅盆形燃烧室1)混合气形成主要靠燃油的喷雾，对喷雾质量混合气形成主要靠燃油的喷雾，对喷雾质量要求高，采用多孔喷嘴，要求高，采用多孔喷嘴，612个喷孔，直径很小个喷孔，直径很小（0

17、.12mm），最高喷油压力高（），最高喷油压力高（140MPa），对燃），对燃油系统要求较高。油系统要求较高。2)油束与燃烧室形状相配合，燃料要尽可能地油束与燃烧室形状相配合，燃料要尽可能地分布到整个燃烧室空间。分布到整个燃烧室空间。3)燃烧室中一般不组织空气涡流运动，依靠油燃烧室中一般不组织空气涡流运动，依靠油束的扩展使燃油与空气混合。束的扩展使燃油与空气混合。第五章第五章浅盆形燃烧室浅盆形燃烧室4)燃烧室形状简单，结构紧凑。经济性好，容易起燃烧室形状简单，结构紧凑。经济性好，容易起动。动。5)因均匀的空间混合，在滞燃期内形成的可燃混合因均匀的空间混合，在滞燃期内形成的可燃混合气较多，因此最

18、高燃烧压力及压力升高比较高，工作气较多，因此最高燃烧压力及压力升高比较高，工作粗暴。粗暴。6)对转速和燃料较敏感。（喷雾质量随转速而变）对转速和燃料较敏感。（喷雾质量随转速而变）7)过量空气系数较大。过量空气系数较大。浅盆形燃烧室一般不组织气流运动，工作过程组织浅盆形燃烧室一般不组织气流运动，工作过程组织的关键是燃油喷射和燃烧室形状之间的合理配合。的关键是燃油喷射和燃烧室形状之间的合理配合。第五章第五章二、深坑形燃烧室二、深坑形燃烧室(deep bowl combustion chambers)(一一)混合气形成特点混合气形成特点小型高速柴油机转速高小型高速柴油机转速高，为了获得较好的性能指标

19、，就为了获得较好的性能指标，就要求在较小的过量空气系数时有较好的燃烧过程。于是出要求在较小的过量空气系数时有较好的燃烧过程。于是出现了有涡流的深坑形燃烧室。燃烧室基本上分成两个空间：现了有涡流的深坑形燃烧室。燃烧室基本上分成两个空间：活塞中的燃烧室容积活塞中的燃烧室容积VK及活塞顶上的余隙容积及活塞顶上的余隙容积V，采用采用46孔喷油器，喷孔直径较大孔喷油器，喷孔直径较大(0.35mm左右左右)。混合气形成一。混合气形成一方面利用喷雾，一方面组织进气涡流及形成挤流促进混合方面利用喷雾，一方面组织进气涡流及形成挤流促进混合气形成和燃烧。深坑形燃烧室利用进气涡流加强混合气的气形成和燃烧。深坑形燃烧

20、室利用进气涡流加强混合气的形成，使空气利用率大大提高，一般形成，使空气利用率大大提高，一般 a1.31.5，并保持并保持燃油消耗率低和起动容易的优点，所以在小型高速柴油机燃油消耗率低和起动容易的优点，所以在小型高速柴油机上获得广泛应用。上获得广泛应用。第五章第五章第五章第五章第五章第五章（二）燃烧室设计要点（二）燃烧室设计要点 1广泛采用广泛采用形形燃烧室燃烧室。2燃烧室尺寸：燃烧室尺寸：vVK/Vc要尽可能大，一要尽可能大，一般般VK/Vc=0.750.85。主要措施是减小活塞顶主要措施是减小活塞顶隙隙S0。v dK/D要合适，要与油要合适，要与油束射程配合。束射程配合。第五章第五章三、球形

21、油膜燃烧方式三、球形油膜燃烧方式 球形油膜燃烧球形油膜燃烧室是深坑型燃烧室是深坑型燃烧室的一种，其混室的一种，其混合气形成主要是合气形成主要是油膜蒸发混合。油膜蒸发混合。第五章第五章将燃油顺气流方向沿燃烧室壁面喷射，在强烈的进气将燃油顺气流方向沿燃烧室壁面喷射，在强烈的进气涡流作用下，将燃油摊布在燃烧室壁上，形成一层很薄的涡流作用下，将燃油摊布在燃烧室壁上，形成一层很薄的油膜。燃烧室壁温油膜。燃烧室壁温200350，使壁面上的燃料在较低的，使壁面上的燃料在较低的温度下蒸发，以控制燃料的裂解。从油束中分散出来的一温度下蒸发，以控制燃料的裂解。从油束中分散出来的一小部分燃料在炽热的空气中首先形成火

22、核，然后靠此火核小部分燃料在炽热的空气中首先形成火核，然后靠此火核点燃从壁面蒸发形成的可燃混合气。随着燃烧进行，大量点燃从壁面蒸发形成的可燃混合气。随着燃烧进行，大量热量辐射在油膜上，使油膜加速蒸发，不断提供新鲜混合热量辐射在油膜上，使油膜加速蒸发，不断提供新鲜混合气，保证迅速地燃烧。球形油膜燃烧室发动机工作柔和，气，保证迅速地燃烧。球形油膜燃烧室发动机工作柔和，燃烧噪声小，排烟少，性能指标好。燃烧噪声小，排烟少，性能指标好。第五章第五章 在小型高速柴油机中，纯粹的空间雾化混在小型高速柴油机中，纯粹的空间雾化混合是没有的，燃油都或多或少地喷到燃烧室壁合是没有的，燃油都或多或少地喷到燃烧室壁面上

23、，实际的混合过程是介于空间雾化混合和面上，实际的混合过程是介于空间雾化混合和油膜蒸发混合之间。油膜蒸发混合之间。第五章第五章四、涡流室燃烧室四、涡流室燃烧室(swirl combustion chamber)第五章第五章混合气形成混合气形成主燃烧室和涡流室之间用一个或数个通道相主燃烧室和涡流室之间用一个或数个通道相连，通道方向与活塞顶成一定角度，喷油嘴安装连，通道方向与活塞顶成一定角度，喷油嘴安装在涡流室内，燃油顺涡流方向喷射。在压缩过程在涡流室内，燃油顺涡流方向喷射。在压缩过程中，气缸中的空气被活塞推挤，经过通道流入涡中，气缸中的空气被活塞推挤，经过通道流入涡流室，形成强烈的有组织的旋转运动

24、，促使喷入流室，形成强烈的有组织的旋转运动，促使喷入涡流室中的燃油混合。当涡流室中着火燃烧后，涡流室中的燃油混合。当涡流室中着火燃烧后，气体压力、温度迅速升高；在膨胀行程期间，涡气体压力、温度迅速升高；在膨胀行程期间，涡流室中末燃烧的燃料、空气及燃气一起经过通道流室中末燃烧的燃料、空气及燃气一起经过通道流入主燃烧室中流入主燃烧室中(形成二次涡流形成二次涡流)，与燃烧室的空，与燃烧室的空气进一步混合燃烧。气进一步混合燃烧。第五章第五章涡流室柴油机特点涡流室柴油机特点1)混合气形成和燃烧主要是利用有组织的强烈的压缩混合气形成和燃烧主要是利用有组织的强烈的压缩涡流，因此对喷雾质量要求不高，一般采用轴

25、针式喷油涡流，因此对喷雾质量要求不高，一般采用轴针式喷油嘴，喷油压力较低，这可降低对燃油系统的要求，减少嘴，喷油压力较低，这可降低对燃油系统的要求，减少喷孔堵塞等故障。喷孔堵塞等故障。2)由于压缩涡流随转速升高而加强，所以在转速较高由于压缩涡流随转速升高而加强，所以在转速较高时仍保证较好的混合质量。时仍保证较好的混合质量。3)因为有强烈的压缩涡流保证较好的混合质量，使空因为有强烈的压缩涡流保证较好的混合质量，使空气能较充分利用，过量空气系数较小。由于燃烧初期在气能较充分利用，过量空气系数较小。由于燃烧初期在涡流室内进行，工作较为平稳。涡流室内进行，工作较为平稳。4)涡流室的相对散热面积较大，散

26、热损失较大，在涡涡流室的相对散热面积较大，散热损失较大，在涡流室发动机中，气体经过通道流动，节流损失也较大，流室发动机中，气体经过通道流动，节流损失也较大，因此，冷起动困难，燃油消耗率较高。因此，冷起动困难，燃油消耗率较高。5)由于主燃烧室最高温度相对较低，因此可减少由于主燃烧室最高温度相对较低，因此可减少NOx排放，此外，排放，此外，HC和微粒排放均比直喷式柴油机低和微粒排放均比直喷式柴油机低。第五章第五章五、预燃室式燃烧室五、预燃室式燃烧室（prechamber systems）由位于气缸盖内的预燃室由位于气缸盖内的预燃室和活塞上方的主燃烧室所组和活塞上方的主燃烧室所组成，两者之间由一个或

27、数个成，两者之间由一个或数个孔道相连，喷油嘴安装在预孔道相连，喷油嘴安装在预燃室中心线附近。不产生有燃室中心线附近。不产生有组织的强烈涡流，但空气流组织的强烈涡流，但空气流过通道产生强烈湍流，空气过通道产生强烈湍流，空气湍流使一部分燃料雾化混合。湍流使一部分燃料雾化混合。由于起动性及经济性较差，由于起动性及经济性较差，基本已不被采用。基本已不被采用。第五章第五章六、空气运动、燃油喷射及燃烧室的匹配六、空气运动、燃油喷射及燃烧室的匹配压燃式发动机良好的性能和排放指标取决于燃烧过程的压燃式发动机良好的性能和排放指标取决于燃烧过程的完善程度，空气运动、燃油喷射和燃烧室结构是最重要完善程度，空气运动、

28、燃油喷射和燃烧室结构是最重要的影响因素。的影响因素。在大型柴油机中，不组织空气涡流运动，依靠高压喷射、在大型柴油机中，不组织空气涡流运动，依靠高压喷射、多孔喷嘴等燃油系统参数就能达到较好的性能。多孔喷嘴等燃油系统参数就能达到较好的性能。在中、小型高速柴油机中，组织进气涡流，促进混合气在中、小型高速柴油机中，组织进气涡流，促进混合气的形成和燃烧过程。对于一定缸径和转速的发动机，根的形成和燃烧过程。对于一定缸径和转速的发动机，根据燃油系统参数和燃烧室结构参数确定一个最佳涡流比。据燃油系统参数和燃烧室结构参数确定一个最佳涡流比。最佳涡流比随发动机的转速而变化，在低速时应为高涡最佳涡流比随发动机的转速

29、而变化，在低速时应为高涡流比，在高速时应为低涡流比。可变涡流进气系统。流比，在高速时应为低涡流比。可变涡流进气系统。由于直喷式柴油机具有经济性好的明显特点，柴油机向由于直喷式柴油机具有经济性好的明显特点，柴油机向直喷化方向发展。直喷化方向发展。第五章第五章六、空气运动、燃油喷射及燃烧室的匹配六、空气运动、燃油喷射及燃烧室的匹配图图 二气门柴油机的燃烧室、油嘴头部中心与气缸中心的位置关系二气门柴油机的燃烧室、油嘴头部中心与气缸中心的位置关系O点气缸中心点气缸中心 O1点喷油嘴中心点喷油嘴中心 O2点燃烧室中心点燃烧室中心 O3点、点、O 4点进排气中心点点进排气中心点其中：喷油器最大偏移量其中：

30、喷油器最大偏移量a：8%10%D；气门最大偏移量；气门最大偏移量b：8%10%D；燃烧室最大偏移量；燃烧室最大偏移量c：5%D 第五章第五章六、空气运动、燃油喷射及燃烧室的匹配六、空气运动、燃油喷射及燃烧室的匹配图图 喷油嘴喷孔油线在燃烧室内分布计算示意图喷油嘴喷孔油线在燃烧室内分布计算示意图 图图 喷油嘴喷孔油线在燃烧室周向分布形式喷油嘴喷孔油线在燃烧室周向分布形式 图图 喷孔数与进气涡流比的匹配关系喷孔数与进气涡流比的匹配关系（燃烧室口径比（燃烧室口径比dk/D=60%，缩口比，缩口比=85%）第五章第五章六、空气运动、燃油喷射及燃烧室的匹配六、空气运动、燃油喷射及燃烧室的匹配图图 喷油嘴

31、喷孔油线在燃烧室内分布计算示意图喷油嘴喷孔油线在燃烧室内分布计算示意图 图图 喷油嘴喷孔油线在燃烧室周向分布形式喷油嘴喷孔油线在燃烧室周向分布形式 试验结论：试验结论：1）油线等角度布置时，柴油机的低速性能较好;2）油线等面积布置时，柴油机的高速性能较好;3）油线等圆弧布置时，可在高低速之间取得折中 的性能指标第五章第五章一一 美国美国EPA第第 阶段阶段 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规第五章第五章一一 美国美国EPA第第 阶段阶段 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用

32、柴油机的排放法规第五章第五章一一 美国美国EPA第第 阶段阶段 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规第五章第五章一一 美国美国EPA第第 阶段阶段 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规第五章第五章一一 美国美国EPA第第 阶段阶段 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规第五章第五章一一 美国美国EPA第第 阶段阶段 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规

33、非道路用柴油机的排放法规第五章第五章二二 欧洲法规欧洲法规 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规第五章第五章二二 欧洲法规欧洲法规 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规第五章第五章二二 欧洲法规欧洲法规 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规第五章第五章三三 日本法规日本法规 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规第五章第五章四四

34、 中国法规中国法规 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规第五章第五章四四 中国法规中国法规 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规型式核准执行时间型式核准执行时间第五章第五章四四 中国法规中国法规 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规非恒定转速柴油机试验工况非恒定转速柴油机试验工况第五章第五章四四 中国法规中国法规 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规

35、非道路用柴油机的排放法规恒定转速柴油机试验工况恒定转速柴油机试验工况第五章第五章五五 主要技术措施主要技术措施 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规控制策略说明增加柴油机的十六烷值能有效地降低发动机尾气颗粒PM、CO和NOx的排放。降低燃料中的S含量可以降低1322的PM颗粒排放。减少燃料中的芳烃成分可以减少NOx的排放增压中冷技术柴油机采用增压中冷系统后，滞燃期缩短，在稀烯火焰熄灭区内积压的燃油量较少，从而减少排气中有害成分碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)的生成。目前，增压方法主要有机械增压、废气涡轮增压、气波增压三种

36、方式。废气再循环（EGR）内部EGR和冷却EGR废气再循环系统是将柴油机产生的废气的一小部分再送回气缸。由于柴油机中富余的氧气较多，当送回气缸的废气与新鲜空气混合后，该过程导致气缸内氧气浓度降低，使燃烧速度减慢，燃烧温度下降，从而减少有害成分氮氧化物(NOx)的形成。四气门技术四气门柴油机可以加大气门面积，增加进气量，减少高速时的泵吸功，又可使燃烧室凹坑和缸盖上的喷油器位置布置在气缸中央，从而改善了进气涡流及油雾分布的均匀性，加速混合气的形成，并且改善了活塞和喷油器的冷却条件，同时可在不同转速下实现涡流比可变，实现高效燃烧、清洁排放。可变进气涡流系统对于一定涡流比的瞬态工况，随着转矩变化率的增

37、大，柴油机的微粒排放量逐渐增加。涡流比越小，瞬态工况微粒的排放随转矩变化率增大的速率越高。相同转矩增长率的瞬态工况，随着涡流比的增大，柴油机微粒的排放量逐渐降低。提高恒转速，增加转矩瞬态工况气缸内的涡流强度，可以降低柴油机微粒的排放量。第五章第五章五五 主要技术措施主要技术措施 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规降低机油消耗机油消耗率高，说明窜入气缸中的机油增加，机油窜人燃烧室后，将引起柴油机排放颗粒的增加，所以降低机油消耗率，就会降低柴油机的颗粒排放。柴油机颗粒物过滤器(DPF)DPF的研究主要集中在过滤材料和过滤体再生2

38、个关键技术上，对柴油车排放的小颗粒的处理很有效果。排气后PM处理技术（颗粒捕集器PDF）可将排气中微粒捕捉不使其排出机外，再利用催化剂，氧化器，燃烧器等进行分懈、燃烧。这利装置可将柴油机排气中有害物微粒减少70-90。用来捕集微粒的过滤器的材料和结构有许多种，常用的有整体式陶瓷，金属丝网，纺织纤维圈，陶瓷纤维，泡沫陶瓷等。低温等离子技术主要研究集中在放电加强微粒荷电并通过电场驱进捕获微粒，放电产生等离子体，化学反应降低NOx等气态污染物，以及同时捕集炭烟微粒和去除NOx。另外，还通过添加剂或催化剂提高NOx去除效率和降低能耗等。低温等离子体放电方法具有结构简单，不影响柴油机运行性能以及同时捕集

39、炭烟微粒和降低NOx等潜在优势，是柴油机后处理研究的新发展方向。第五章第五章五五 主要技术措施主要技术措施 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规电控VE分配泵可以实现燃油的高压喷射，有效改善燃油品质，使得燃烧充分。从而降低PM、CO、NOx、HC的排放。高压共轨喷射系统高压共轨喷射系统是建立在直喷技术、预喷射技术和电控技术基础之上的一种全新概念的喷射系统。高压共轨喷射系统通过对喷油要素的优化控制柴油机燃烧更充分，从而减少燃烧中有害物的形成，使柴油机的有害排放，噪声排放和冷起动性能都得到很大改善。静电技术静电除尘用于微粒捕集，因

40、柴油机排放微粒呈带电，适合静电收集且静电除尘不影响柴油机运行性能，其缺点是静电捕集效率低，除尘器体积大。过滤技术过滤技术的研究主要集中在对滤芯的研究上，滤芯的不同，压力损失和过滤效率也不同，这种技术对微粒有较好的收集效率，但由于再生的原因，导致排气被压增加，影响过滤效率。燃烧室优化哑铃型的缩口燃烧室在燃烧上止点后的膨胀行程中仍能保持较强的涡流，这对加强柴油机燃烧过程后期的扩散燃烧十分有利。哑铃型的缩口燃烧室是减少燃烧过程中NOx的生成而推迟喷油，不致造成燃烧品质的严重恶化，从而改善NOx与微粒之间的折衷选择。第五章第五章五五 主要技术措施主要技术措施 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧

41、分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规匀质混合压缩点火式燃烧技术(HCCI)这种技术的最显著特点是可同时降低柴油机的颗粒物和NOx排放，HCCI发动机是利用均质混合气，通过提高压缩比、采用废气再循环，进气加温和增压等手段提高缸内混合气的温度和压力，促使混合气进行压缩自燃，在缸内形成多点火核，有效地维持燃烧的稳定性，并减少了火焰传播距离和燃烧持续期。颗粒氧化催化转化器(POC)是一种全新的柴油机后处理设计理念，在欧洲是为欧、欧阶段设计的它可以捕捉并氧化部分颗粒物。其结构是使废气通过一个多褶皱而不堵塞的通道，它可以降低颗粒物中可挥发的有机成分对颗粒物的转化效率可达到60以上

42、。除此之外，POC与后处理系统配合使用，可将90以上的CO和HC转化成H2O和CO2。氧化催化剂(DOC)DOC主要用于处理排气中的HC、CO和颗粒物中的可溶性有机物(SOF)。液态碳氢化合物，由于其燃烧温度较低，使用氧化催化剂可以使其减少90以上。对微粒中的干碳烟(dry soot)几乎无影响，影响DOC工作性能的主要因素是排气温度和燃油中的含硫量。氨选择性催化还原NOx(NH3-SCR)用V2O5TiO2催化剂，在氧气大大过量的条件下让NH3选择性地还原NOx到N2使用了以TiO2为基础的催化剂保证了催化转化器对SO2有很强的耐受性。目前，NH3-SCR被视为最有希望实际应用于重型柴油机尾

43、气NOx净化的技术之一。考虑到氨的强刺激性与毒性为公众难以接受，氨的碱性对设备有较强的腐蚀性，研究者们倾向于以尿素(325的尿素水溶液)代替氨选择性催化还原柴油机尾气中的氮氧化物(UREA-SCR)。UREA-SCR体系已成为满足欧与US 2007的重型柴油车NOx净化首选技术，在欧洲已经得到初步示范应用。但使用NOx的UREA-SCR技术时，在较低温条件下存在着因硝酸铵与硫酸氢铵的形成并覆盖于催化剂表面，导致活性降低的现象.与燃油经济性损失高于5的NSRNOx净化技术相比，NOx的UREA-SCR体系的燃油经济性损失可控制在3以内,但UREA-SCR初期投入成本昂贵。第五章第五章五五 主要技

44、术措施主要技术措施 第五章第五章 柴油机的燃烧分析柴油机的燃烧分析 5-3 非道路用柴油机的排放法规非道路用柴油机的排放法规HC选择性催化还原NOx(HCD-SCR)在催化剂的作用下HC选择性地将NOx还原成N2其中，银/氧化铝-乙醇的组合体系活性最佳，同时具备了良好的抗水耐硫性能，是最具应用前景的消除重型柴油机尾气NOx的技术方案之一。NOx 贮存一还原技术(NOx storage-reduction，NSR)NSR技术立足于三效催化剂优异的HC和NOx同时去除能力，配合以NOx吸附剂，在发动机稀燃状态下将NOx吸附下来；周期性调整发动机成为浓燃状态，利用尾气中的HC还原NOx，达到同时去除

45、的目的。要使该技术付诸实施，必须精确控制发动机的工况，周期性地营造稀燃、浓燃的氛围以最大限度地发挥该催化剂的NOx净化效率。NOx和PM组合净化技术与四效催化剂是将现有成功的单项技术进行优化整合，发展成为1种具有综合性能的单一技术装置，即四效催化剂系统DPF。SCR、DPF-NSohnso等开发出SCRT系统丰田公司开发出的DPNR技术可视为DPF与NSR组合技术的典型。无论是SCRT组合系统，还是DPNR一体式N0 x与PM净化器，均是以NO2作为氧化剂，来促进颗粒物炭烟组分的催化转化，然后以不同的方式将N0 x还原为N2，以实现NOx、PM以及HC、CO的同时消除，目前以上2种组合技术的硫适应性较弱，须使用低硫柴油0.005(质量分数)。