柴油机的内净化技术

柴油机机内净化

内容摘要：柴油机机内净化技术从发动机有害污染物的生成机理及影响因素出发，通过对发动机进行调整或改进，从而达到降低污染物生成量。常有的柴油机机内净化技术有：电控高压燃油喷射技术、废气涡轮增压技术、废气再循环（EGR）、低排放燃烧系统。 关键词：柴油机、排放、机内净化、电控高压燃油喷射、废气涡轮增压、废气再循环（EGR）、低排放燃烧系统。

由于柴油的蒸发差，柴油机靠喷油器将柴油在高压下喷入气缸，分散成数以百万计的细小油滴，这些油滴在气缸内高温、高压的热空气中，经加热、蒸发、扩散、混合和焰前反应等一系列物理、化学准备，最后着火。由于每次喷射要持续一定的时间，一般在缸内着火时喷射过程尚未结束，故混合气形成过程和燃烧是重叠进行的，即：边喷油边燃烧。柴油机是靠调节循环喷油量的多少来调节负荷，而循环进气量基本不变。因此，每循环平均的混合气浓度随负荷变化而变化，这种负荷调节方式被称为“质调节”。这与汽油机的负荷调节方式大不相同。

柴油机燃烧过程的特性，是分析柴油机有害排放物形成特点和研究排放物控制的基础。 就燃烧过程来比较，柴油机远比汽油机复杂得多，因而可用于控制有害物生成的燃烧特性参数也远比汽油机复杂得多，这使得寻求一种兼顾排放、热效率等各种性能的理想放热规律成了柴油机排放控制的核心问题。为达到此目的，研究理想的喷油规律、理想的混合气运动规律以及与之匹配的燃烧室形状是必需的。

然而，降低柴油机NOX排放和微粒排放之间往往存在着矛盾。一般有利于降低柴油机NOX的技术都有使微粒排放增加的趋势，而减少微粒排放的措施，又可能将使NOX排放升高。尽管如此，近年来，柴油机排放控制技术还是取得了很大的进展，研制出了一些低排放、高燃油经济性的柴油机，这些机型不用任何后处理装置即可以达到相关的排放法规要求，显示出柴油机机内净化技术的巨大潜力。

一、低排放燃烧系统

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进行混合和燃烧的场所，所以，燃烧室的几何形状对柴油机的性能和排放具有重要的影响。

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5-3所示，分别为浅盆形（a）、深坑形（b、c）和球形（d）。浅盆形燃烧室中的活塞凹坑较浅且开口较大，与凹坑以外的燃烧室空间连通面积大，形成了一个相对统一的燃烧室空间，因而也称为开式燃烧室或统一式燃烧室；相反，深坑形和球形燃烧室由于坑深、开口相对较小，被称为半开式燃烧室。

1. 浅盆形燃烧室

浅盆形燃烧室的结构比较简单，在活塞顶部设有开口大、深度浅的燃烧室凹坑，凹坑口径与活塞直径之比dk/D=0.72～0.88，凹坑口径与凹坑深度之比dk/h=5～7。燃烧室中一般不组织或只组织很弱的进气涡流，混合气形成主要靠燃油喷注的运动和雾化。因此均采用小孔径（0.2～0.4mm）、多孔（6～12孔）喷油器，喷油启喷压力较高（20～40MPa），最高喷油压力可高达100MPa以上，以使燃油尽可能分布到整个燃烧室空间。为了避免过多的燃油喷到燃烧室壁面上而不能及时与空气混合燃烧并产生积炭，喷注贯穿率一般在1左右。 浅盆形燃烧室内的油气混合属于较均匀的空间混合方式，在燃烧过程的滞燃期内，形成