现代柴油机新技术1.ppt

现代柴油机新技术 吉林大学 内燃机系 林学东 。 可变增压、中冷技术； 燃烧室结构及喷注优化匹配； 电控多阶段喷射系统； EGR+中冷 后处理技术 一、喷射系统的控制——放热规律 高压喷射与预喷射方式的比较： 喷射压力对烟度和喷雾质量的影响： 喷射量特性及其喷射压力的变化特性： 高压共轨喷射系统 高压化：180bar 小型轻量化：3.5kg 低压部采用铝合金材料； 通过FEM(finite element method有限元分析)设计 最佳化 标准化：减少零件数——柱塞、挺柱一体化；零件标准化 1）高压化：180~200MPa 密封性，耐压强度的提高； 相对运动副耐磨性的提高2）多段脉动喷射（5次）： 减小喷射间隔； 提高喷射器的响应特性——电磁阀的高响应化 中压共轨 喷油器结构及其响应特性 具有预喷射功能的喷油器 泵喷嘴 1）HCCI：目的——避免NOx和PM的生成领域，实现稀薄低温燃烧，取消或减轻NOx还原剂的负担。 但到实用化尚有一定 距离。 措施：压缩途中喷射， 以延长着火落后期，形成 稀薄预混合气，使之压燃。 或采用多段喷射方式实现。 实际上，预混合压燃（PCCI）——存在混合气形成不均匀性。 通过2段或多段喷射，形成与混合气后，使主喷射燃烧稀薄化，实现PCCI高负荷燃烧。 存在的或需要进一步弄清楚的问题： 着火落后期的化学反应机理和燃料特性的效果； 混合气和温度的不均匀性带来的影响效果； 燃料在气缸壁表面附着的现象； 排放物的生成机理； 热损失机理等 特别是与着火相关的缓慢的低温氧化反应及其以后的急剧的高温氧化燃烧现象的解析，以及燃烧过程的最佳控制问题，是亟待解决的问题。 在实际应用过程中所采取的具体措施： 各缸间温度计混合气不均匀性的控制； 利用进气温度传感器、燃烧压力传感器、火焰传感器来检测燃烧状态； 同时，利用多段喷射技术、EGR、配气机构可变技术，控制压缩比及内部EGR， 由此精确控制燃烧过程，并使稀薄预混合压燃的运转领域向高速、高低负荷领域扩大。 对汽油机，主要由此大幅度改善低速、低负荷区的油耗和NOx排放。 可同时大幅度降低NOx、烟度以及燃烧噪声的同时，使DPNR(同时净化NOx和PM)催化装置维持在200℃以上的活性状态的重要作用。 措施：EGR率和喷射时期的最佳控制，同时加浓混合气来降低燃烧温度——烟度迅速降低。 此时，NOx和燃烧噪声 同时降低。 低温燃烧中排出的CO 和HC通过DPNR来氧化 低负荷领域也可有效维持 DPNR的氧化作用。 需要强制氧化PM时，采用排气系燃料添加阀——使DPNR温度超过600 ℃以上。 为了防止燃料中所含硫对DPNR腐蚀破坏，通过排气燃料添加阀 保证温度600 ℃以上 的同时，使混合气 浓度比目标值稍浓 一点。 DPNR的控制如图 3）MK燃烧方式 NOx排放量一定时，压缩比及十六烷值对HC排放的影响。燃料的十六烷值对冷机HC排放影响大。 三、不同阶段柴油机的控制技术 目前现行的技术：高压共轨=160MPa，冷EGR，VNT，先导喷射燃烧，进气涡流可变系统，燃料含硫量50ppm，后处理（DOC,DPF）。 针对2005年法规的技术：多段喷射，闭环电控，高增压VNT，燃料含硫10ppm，高冷EGR，PCI燃烧方式。 针对2009年法规的技术：200MPa压力多段喷射，部分HCCI燃烧，内部EGR控制，燃料低含硫—机油含硫量0， 后处理（DCR,NH3-SCR）,电控模拟。 进一步控制 CO2、PM： HCCI,内部EGR, 可变喷孔喷油器, 新DPF,可变配气 HCCI专用燃料 四、后处理技术 同时降低NOx和PM的后处理技术： DPNR系统：由第二代高压共轨+低温燃烧控制+排气燃料添加系统+后处理系统（DPNR+氧化剂）组成。 结构特点：陶瓷蜂窝状结构，入口和出口交叉堵塞。 载体内壁细孔使PM顺利流动。 载体壁面和细孔内部固化NOx吸附还原型催化剂。 尿素选择型还原系统：SCR-Selective catalytic reduction 在催化装置前供给相对燃料3~5%的32.5%浓度的尿素水，用排气热进行加水分解所产生的NH3（氨）进行选择型还原NOx的系统。 不用DPR可满足2005排放法规。 通过最佳控制， 在稳定工况，净化 效率达90%以上， 也可改善200℃以下 的低温过渡工况的 净化效率。 用电加热器加热DPR，并供给空气来烧掉PM，使DPR再生的系统。 采用遮断DPR的流动来再生，所以需要数个DPR，再生所需能量少，但结构复杂。 强制氧化催化再生系统： 通过发动机控制和氧化催化器的相结合，使DPF强制升温的再生DPF系统。 发动机控制（喷射时期、EGR、VGS、排气制动等）提高排气温度，使之达到前段催化装置的活性温