工程機(jī)械用柴油機(jī)尾氣控制技術(shù)介紹(編輯修改稿)
2024-07-22 01:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 流比可變。在實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)時(shí)，它對柴油機(jī)排放亦產(chǎn)生較大影響。該影響來自兩個(gè)方面，一是采用4氣門技術(shù)時(shí)有利于噴油器布置在氣缸軸線附近，使油氣混合均勻，燃燒及早結(jié)束，有利于降低NOx、另外，4氣門使燃燒室凹坑內(nèi)產(chǎn)生較大渦流，減少渦流死區(qū)，有利于降低PM。二是可關(guān)閉部分通道，形成與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的進(jìn)氣渦流強(qiáng)度。變渦流比影響，研究人員對某6108柴油機(jī)進(jìn)行了渦流比變化對NOx，PM的影響試驗(yàn)，該機(jī)為4氣門結(jié)構(gòu)，與雙進(jìn)氣門配合的雙進(jìn)氣道為長螺旋氣道和短切向氣道，切向氣道渦流近于零，并可節(jié)流，以此實(shí)現(xiàn)渦流比可變。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，關(guān)閉切向氣道，即可獲高渦流比，從而提高低速時(shí)的混合氣質(zhì)量，改善柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放。優(yōu)化燃燒系統(tǒng)指的是供油系統(tǒng)、進(jìn)氣流動(dòng)和燃燒室的形狀的最佳匹配。單獨(dú)看來，采用何種強(qiáng)度的渦流、何種程度的高壓噴油、何種形式的燃燒室，沒有最佳方案。但三者的最佳配合就是最優(yōu)組合。例如，當(dāng)噴油壓力較低需要借助高強(qiáng)度氣流運(yùn)動(dòng)來加速油氣混合，在重型車用柴油機(jī)上，采用較高的噴油壓力和較多的噴孔數(shù)，可以使進(jìn)氣渦流降低。中央帶凸起的燃燒室氣流運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，且可維持較長的時(shí)間，這對加速擴(kuò)散燃燒有利。中央帶凸起的燃燒室燃燒過程急速，主燃期較短，適當(dāng)延遲供油定時(shí)可在油耗率和煙度變化不大的前提下大幅度降低NOx排放。目前，直噴式柴油機(jī)的發(fā)展趨勢是，提高噴油壓力；增加噴油器的噴孔數(shù)，減少孔徑；根據(jù)柴油機(jī)工況優(yōu)化噴油定時(shí)，使噴油正時(shí)不僅隨轉(zhuǎn)速而且能隨負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)。采用分隔式燃燒室，由于火焰高峰溫度較低，不利于NOx的生成；碳煙大部分在副燃燒室中產(chǎn)生，進(jìn)入主燃燒室后，大部分被氧化，有效地減少顆粒和HC排放，分隔式燃燒室比同規(guī)格的直噴式燃燒室NOx的排放量低1/31/2。新開發(fā)的燃燒系統(tǒng)采用強(qiáng)烈持續(xù)的后期擾動(dòng)，可有效降低碳煙和微粒的排放，幾近似于無煙。這又為進(jìn)一步采用廢氣再循環(huán)或推遲噴油提前角來降低NOx排放創(chuàng)造了條件。采用電子控制不僅可以提高噴油定時(shí)和噴油量的控制精度，而且在EGR、放氣閥或可變幾何渦輪增壓等空氣控制部件也可以用電子控制技術(shù)進(jìn)行柔性或精確控制?？刂葡到y(tǒng)最理想的方案應(yīng)是能使燃油經(jīng)濟(jì)性和廢氣排放均獲得優(yōu)化。電子控制柴油機(jī)高壓噴射技術(shù)(如電控高壓共軌噴射)的應(yīng)用可使柴油機(jī)通過最佳噴油正時(shí)、最佳噴油率和預(yù)噴射，與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷之間的關(guān)系進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，采用先導(dǎo)噴射及多次噴射技術(shù)，先導(dǎo)噴射油量、過后噴射油量以及各次噴射的間隔角度和時(shí)刻的控制精度都有嚴(yán)格的要求，這些顯然只有在電控高壓共軌系統(tǒng)中才能良好地實(shí)現(xiàn)。大大降低了顆粒排放，并且發(fā)動(dòng)機(jī)過渡工況的排放性能也可得到顯著改善。電控高壓噴射控制對噴油規(guī)律進(jìn)行控制，能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況實(shí)現(xiàn)最佳噴油，同時(shí)通過控制預(yù)混合燃燒與擴(kuò)散燃燒的比例，可同時(shí)降低有害排放和控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比，有利于實(shí)現(xiàn)有效的機(jī)外凈化措施。共軌式電控噴射技術(shù)是目前最先進(jìn)的柴油機(jī)電控噴射技術(shù)，共軌系統(tǒng)的開發(fā)、應(yīng)用與研究工作在國外報(bào)道較多，然而在國內(nèi)，這方面的研究還處于起步階段。(EGR)廢氣再循環(huán)(EGR)是再保證內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性不降低的前提下，將一部分排氣導(dǎo)入進(jìn)氣系統(tǒng)中，和新鮮混合氣混合后再進(jìn)入氣缸參加燃燒，通過降低燃燒室燃燒的最高溫度來降低NOx的排放。利用廢氣再循環(huán)(EGR)來降低NOx，的排放，需要與電子控制結(jié)合，根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度傳感器及啟動(dòng)開關(guān)信號，由ECU對EGR率和EGR時(shí)機(jī)進(jìn)行控制，保證在對柴油機(jī)性能影響不大的條件下，降低尾氣中NOx的排放。目前，EGR在汽油機(jī)上的應(yīng)用比較成功，而在柴油機(jī)上卻不盡人意。主要原因在于，柴油機(jī)排放中大量的PM和其他有害排放物直接引入氣缸會(huì)增加活塞環(huán)和缸套的磨損，還會(huì)稀釋潤滑油并加速其變質(zhì)。柴油機(jī)采用EGR相當(dāng)于將一定數(shù)量的CO和水蒸氣添加到進(jìn)氣空氣中而成為一種稀釋劑，EGR率增大還使進(jìn)氣工質(zhì)的密度和O濃度下降，致使缸內(nèi)可燃混合氣的燃燒速度和燃燒溫度均有所降低，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性下降，HC，CO和PM排放增加。發(fā)動(dòng)機(jī)處于中小負(fù)荷工況時(shí)，采用EGR的效果十分顯著。當(dāng)EGR率為30%左右時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的排放及綜合性能較好：采用較大的EGR率降低NOx排放效果更加明顯，且發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的下降并不突出。發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷工況時(shí)，若采用EGR，則會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性明顯下降，另外，還會(huì)增加活塞環(huán)和缸套的磨損及加速潤滑油的變質(zhì)。因此大負(fù)荷工況時(shí)不宜采用EGR。渦輪增壓柴油機(jī)在30%~50%。故排氣再循環(huán)難以實(shí)現(xiàn)。為此，各國學(xué)者提出了多種在增壓柴油機(jī)上實(shí)現(xiàn)排氣再循環(huán)的方案。主要有：通過調(diào)整正時(shí)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部EGR；在進(jìn)氣管或排氣管內(nèi)裝節(jié)流閥，通過節(jié)流來降低進(jìn)氣壓力或提高排氣壓力；通過輔助裝置或活塞本身的壓力將廢氣壓入進(jìn)氣管；通過在進(jìn)氣管加裝文曲利管(Venturi Pipe)，降低EGR接頭處的進(jìn)氣壓力；利用壓力波動(dòng)等。、成本不高、有很大的優(yōu)越性。柴油機(jī)尾氣排放中
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