第五章压燃式内燃机低排放设计.pptx

第五章 压燃式内燃机低排放设计低排放燃烧室设计低排放燃油喷射系统气流组织和多气门技术排气再循环增压与排放南昌大学机电学院第五章 压燃式内燃机低排放设计柴油机设计的低排放考虑柴油机的CO和HC排放量较汽油机少得多，但NOx与汽油机在同一数量级，而微粒和碳烟的排放要比汽油机大几十倍甚至更多。因此，设计低排放柴油机，重点是控制NOx与微粒，其次是HC。现今面临的技术挑战降低微粒和碳烟排放（柴油机排气冒黑烟问题至今还没有完全解决）与改善柴油机燃烧过程是一致的，不过NOx排放往往与之矛盾（仍是现在面临的技术难题）。南昌大学机电学院第五章 压燃式内燃机低排放设计低排放的空燃比考虑柴油机造成污染物排放的根本原因在于油气混合不好（尽管柴油机平均?a一般都在1.3以上）。混合不好导致局部缺氧，使碳烟大量生成。同时存在很多?a =1.0-1.2的高NOx生成区。所以低排放柴油机的设计要围绕改善油气混合这一中心任务，防止局部?a ＝1.0-1.2（这有利于NOx生成）和低于0.6（这有利于碳烟生成）。低排放设计要点的讨论方面从进气系统、燃油系统和燃烧室等方面讨论南昌大学机电学院 §5.1 低排放燃烧室设计一、燃烧方式 柴油机燃烧室，是进气系统进入的空气与喷油系统喷入的燃油混合后进行燃烧的地方，所以燃烧室几何形状和尺寸对柴油机的性能和排放具有重要影响。南昌大学机电学院 §5.1 低排放燃烧室设计一、燃烧方式非直喷式燃烧系统非直喷式燃烧室往往有主、副燃烧室二部分，燃油首先喷入副燃烧室内进行混合燃烧，然后冲入主燃烧室进行二次混合燃烧。南昌大学机电学院 §5.1 低排放燃烧室设计一、燃烧方式非直喷式燃烧系统涡流式室燃烧室:作为副燃烧室的涡流室设置在气缸盖上，主燃烧室由活塞顶与气缸盖之间的空间构成。主、副燃烧室之间有一通道柴油机在压缩过程中，气缸内的空气受活塞挤压，经连接通道导流并进入涡流室，形成强烈的有组织的压缩涡流（一次涡流）。涡流室式燃烧室的燃烧过程采用浓、稀两段混合燃烧方式，前段的浓混合气抑制了NOx的生成和燃烧温度，而后段的稀混合气和二次涡流又加速了燃烧，促使碳烟的快速氧化，因而NOx和微粒排放都比较低，即使大负荷时烟度一般也是BSU3。南昌大学机电学院 §5.1 低排放燃烧室设计一、燃烧方式非直喷式燃烧系统预燃室式燃烧室：燃烧室由位于气缸盖内的预燃室和活塞上方的主燃烧室所组成，两者之间由一个（图（a））或数个（图（b））孔道相连。预燃室式燃烧室的工作原理与涡流室式燃烧室相似，都是采用浓、稀两段混合燃烧。由于预燃式燃烧室的通孔方向不与预燃室相切，所以在压缩行程期间预燃室内形成的是无组织的紊流运动，这是与涡流室的主要区别。南昌大学机电学院 （a）预燃室倾斜偏置,单孔道 （b）预燃室中央正置,多孔道（c）预燃室侧面正置,单孔道 §5.1 低排放燃烧室设计一、燃烧方式直喷式燃烧系统直喷式燃烧系统的燃烧室相对集中，只在活塞顶上设置一个单独的凹坑，燃油直接喷入其内，凹坑与气缸盖和活塞顶间的容积共同组成燃烧室。常见的有代表性的结构如图所示，分别为浅盆形（a）、深坑形（b、c）和球形（d）。南昌大学机电学院 §5.1 低排放燃烧室设计一、燃烧方式直喷式燃烧系统浅盆形燃烧室混合气形成特点浅盆形燃烧室：在活塞顶部设有开口大、深度浅的燃烧室凹坑。整个燃烧室是由气缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所形成的统一容积，燃油直接喷入气缸，混合气形成是空间混合。1）混合气形成主要靠燃油的喷散雾化，对喷雾质量要求高。为此采用多孔喷嘴，孔数较多，为6~12个；喷孔直径很小，在0.2~0.4mm之间；针阀开启压力较高，为20~40MPa，最高喷油压力甚至高达100 MPa以上。南昌大学机电学院浅盆形燃烧室混合气形成特点2）要求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。四冲程柴油机一般是在活塞顶上做成浅的形状或浅盆形与油束配合，并避免油束直接接触气缸壁，因为气缸壁温度较低，燃油喷到气缸壁上不但不能迅速蒸发燃烧，而且燃油可能沿缸壁流入曲轴箱，稀释润滑油并使它变质。3) 燃浇室中一般不组织空气涡流运动，依靠油束的扩展促使燃油与空气混合如图5-56所示。4）燃烧室基本上是一个空间，形状简单，结构紧凑，相对散热面积小。传热损失小；又由于燃烧室中不组织气流运动，无节流损失，因此浅盆形燃烧室的最大优点是经济性好，容易起动。南昌大学机电学院 §5.1 低排放燃烧室设计一、燃烧方式浅盆形燃烧室混合气形成特点（缺点）5）由于是均匀的空间混合，在滞燃期内形成的可燃混合气较多，因此燃烧室内燃烧初期压力升高率和最高燃烧压力均较高，工作粗暴；而且燃烧直接在活塞顶上进行，使运动零件直接承受较大的机械负荷，燃烧温度高，NOx和排气烟度高。6) 对转速和燃料较敏感，因为喷雾质量