柴油机技术及发展(吉大汽车工程学院)详解.ppt

柴油机控制排放污染、振动噪声以及提高燃油经济性的技术措施 一、概述 内燃机工业水平的高低是衡量一个国家发达程度的重要标志之一,发动机技术掌握的程度决定了汽车企业的发展水平 全国内燃机保有量达9一10亿kW。消耗我国石油资源的45％、柴油的75％、汽油的60%以上,是能源的消耗大户。 有害排放物和噪声是我国城市环境的主要污染源，是环境破坏的主要根源之一。 二、内燃机产品及技术的发展方向 1、国外 ? 应用现代设计技术和手段，缩短产品开发周期，提高产品智能化水平，改善综合性能。 开发全电控内燃机产品 发展高效率涡轮增压及中冷技术 开发高速小型直喷燃烧系统柴油机 采用先进技术，进一步降低内燃机产品能耗 发展新型喷油系统，提高喷油系统的喷射压力和控制喷油规律 不断降低有害排放物和噪声，满足越来越严格的环保要求，发展排气后处理技术 开发应用汽油机缸内喷射技术 推广应用清洁能源内燃机，如LPG、CNG、混合动力（Hybrid）、燃料电池（Fuel cell）等替代燃料发动机 2、国内 开发电控内燃机产品，柴油机电控尚处于研究开发阶段 发展高速、高喷射压力的新型喷油系统嘴端压力在90MPa左右，国外可达180MPa以上 研究开发顶置凸轮、多气门高速内燃机配气系统 研究汽油机多点喷射和缸内喷射技术 研究开发高速直喷燃烧系统（小型高速柴油机） 进一步提高内燃机产品可靠性和耐久性（大约是进口机型的1／3--1／2） 降低内燃机有害排放物和噪声。气体排放已经达到欧洲1号标准，噪声比国外同类型机高2一5dB（A） 开发代用燃料内燃机，气体燃料发动机已经较大范围应用，其他正处于研发阶段 三、车用柴油机是我国重点发展产品 ? 由于柴油机效率高、排放低（CO2，HC，CO）、使用经济性好、扭矩大，在车用动力方面有很大的发展潜力。国外大中型汽车基本上都用柴油机，在西欧，柴油轿车也已达到25％以上。 ? 轿车柴油机（实际上国内还没有产品）将采用增压，增压中冷，顶置凸轮、四气门、高压喷射技术，同时应用电控燃油喷射技术控制喷油量、喷油定时、喷油规律、废气再循环（EGR）技术 ? 轻型汽车、重型载货车用柴油机还存在明显差距，体现在排放、噪声、动力性和经济性方面 可靠性和耐久性差距明显，国外大中型货车第一次大修期已分别达到140万公里和90万公里，比我国同类车用发动机高2－3倍。 柴油机的发展方向和重点 —大幅度提高柴油机使用可靠性； —提高扭矩储备，改善使用性能； —降低柴油机的使用燃油耗；这是永恒的主题。 —提高柴油机使用寿命； —改善低温起动性能； —降低柴油机噪声； —提高柴油机零部件制造精度； —进一步降低柴油机排放污染物; —推广应用现代设计制造技术 四、车用柴油机废气净化 柴油机燃烧产生HC、CO、NOx和微粒PM等有害排放物, 其中NOx 和PM是柴油机的控制重点 汽车已经成为城市大气的主要污染源，柴油汽车的不良表现更为明显 需要机内和机外净化技术措施，使车用柴油机有害废气排放减少到国家排放法规要求的水平 4 冲程柴油机污染物形成 1、柴油机排放控制技术及发展趋势 （1）NOx生成的机理 NOx生成的条件是： 高温富氧，当温度超过1800K就有NOx产生，当温度大于2300K左右时，NOx急剧增加。 控制NOx生成的主导思想就是降低混合气含氧量、反应温度和在高温区停留时间。 （2）影响NOx生成的参数 进气状态、喷油系统性能、燃油品质、运行工况都对NOx有影响： 1、 进气湿度、温度、压力 2、供油参数：A:喷油定时B:喷油压力C:喷油速率D:喷嘴孔大小和数目 3、燃油16烷值 4、负荷 燃烧温度 （3）降低NOx的技术 — 延迟喷油，降低最高压力和最高温度，但油耗增加 — 增压＋中冷，缩短滞燃期＋降低进气温度 — 降低涡流强度，缩短放热过程中的预混合燃烧阶段 — 预喷射或多段喷射，提高混合速度和燃烧速度 — 废气再循环，减弱初始反应，降低燃烧温度，减小氧气浓度 — 燃料改质，增加十六烷值，55 — 延迟喷油 通过推迟喷油，可以缩短滞燃期，减少滞燃期内喷入的油量，降低最高燃烧温度和压力。喷油推迟导致的后燃期过长的问题，通过增大供油速率，缩短喷油时间，加快燃烧速率，缩短燃烧时间解决 目前最小喷油提前角可达到7～8 oCA Pmax降低，压力升高率dp/dφ减小，对降低燃烧噪声也有好处 但是烟度增加 — 增压＋中冷 增压后各种排放水平呈现总体上下降的趋势，其中HC和CO由于空气充足而充分氧化更为明显 用较大的过量空气系数组织燃烧，降低了碳烟，同时使燃烧温度不致过高，抑制了NOx的增加 增压后需要配合降低压缩比和推迟喷油，以避免温度过高 增压空气中冷后温度降到50oC，进一步减低了NOx的排放 中