【正文】 時(shí)與N%的關(guān)系很大，當(dāng)噴油正時(shí)與設(shè)定值相差10CA時(shí)，NOX將提高15%左右，這只有通過(guò)電子調(diào)節(jié)器才能精確地進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了減小NOx的排放，噴油正時(shí)在逐步推遲，向上止點(diǎn)方向靠近，目前采用電控高壓噴射的噴油正時(shí)已減少到上止點(diǎn)前50CA左右。噴油正時(shí)的測(cè)量比較麻煩，需在噴油器內(nèi)安裝針閥升程傳感器并配專用電子儀器來(lái)完成，通常采用控制供油提前角的方法來(lái)調(diào)整噴油正時(shí)。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)所決定。油管越長(zhǎng)，角度越小。轉(zhuǎn)速越高，角度越大。為了保證多缸機(jī)各缸的噴油提前一致，應(yīng)使各缸的高壓油管長(zhǎng)度相同。從燃燒效率考慮供油提前角有一最佳值。而從某一排放物考慮(如NOX + HC),其最佳值又有不同。工況不同，供油提前角也應(yīng)不同。，噴油提前角也應(yīng)增大，以保證燃料在上止點(diǎn)附近燃燒及時(shí)。轉(zhuǎn)速升高，最佳供油提前角也應(yīng)增大，這是因?yàn)閲娪吞崆凹哟螅瑸楸ＷC燃燒及時(shí)，供油也應(yīng)相應(yīng)提前分隔式與直噴式的燃燒方式不同，供油提前角的變化也不相同，前者所需的供油提前角較后者的小一此，且對(duì)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷變化敏感性要小一些。而增壓機(jī)，則因缸內(nèi)壓力和溫度較高，著火滯燃期短，供油提前角應(yīng)減少一此從減少排放考慮、若要降低NOx，供油提前角比熱效率最高的要小一些，即需使噴油提前減少，為使熱效率不過(guò)分降低，可使供油速率加大。從燃燒噪聲考慮，降低dP和dФ,及最高燃燒壓力，也應(yīng)使供油提前角減少。 噴油規(guī)律 合理的噴油規(guī)律即所謂“靴形”噴油:先緩后急后期快斷?？赏ㄟ^(guò)控制初期噴油的速率和時(shí)間長(zhǎng)短、中期噴油速率的變化率和最高速率及后期的斷油速率來(lái)實(shí)現(xiàn)，還應(yīng)考慮噴油持續(xù)期和噴油開始時(shí)間。具體來(lái)說(shuō)，初期的噴油速度不要過(guò)高，以抑制著火后期的混合氣生成量，降低初期燃燒速率，以達(dá)到降低燃燒溫度、抑制NOX生成及降低噪聲的目的中期則應(yīng)急速噴油，即提高噴油速率和噴油壓力以加速擴(kuò)散燃燒速度，防止微粒排放和熱效率惡化，后期噴射結(jié)束要迅速，以避免低噴油壓力和噴油速率使霧化質(zhì)量變差，導(dǎo)致燃燒不完全和碳煙及微粒排放的增加。 采用凹弧凸輪可使供油規(guī)律具有初期供油速率低、中期供油速率高的特點(diǎn)，見圖410，與常用的切線凸輪相比，其NOX排放在不同負(fù)荷下可降低5%1O%,微粒排放在中小負(fù)荷時(shí)可低8%13%.在大負(fù)菏下微粒排放上升，各種負(fù)荷的燃油消耗均上升。 為實(shí)現(xiàn)先急后緩的噴油規(guī)律，可使用雙彈簧噴油器(雙開啟壓力噴油器)，其結(jié)構(gòu)如圖411所示，在油壓上升時(shí)，首先克服第一級(jí)較軟的彈簧壓力，使針閥略為頂起(),由干流通面積很小，燃油噴射的速率較?。寒?dāng)油壓繼續(xù)升高至克服第二級(jí)彈簧壓力時(shí)，針閥升程進(jìn)一步擴(kuò)大()，開始主噴射。 其噴油規(guī)律非常接近土述的“靴形”噴射，這就可控制初期的放熱率，抑制過(guò)高的壓力升高率，使NOx排放和噪聲降低。 噴油速率 噴油速率對(duì)有害成分的排放有較大影響，見圖412。此系用加大柱塞直徑的方法使噴油速率加大在直噴式柴油機(jī)上所做的試驗(yàn)。當(dāng)最大噴油量一定、噴油終點(diǎn)不變時(shí)，供油始點(diǎn)隨速率的增大而減小().即噴油速率大的噴油正時(shí)小。在各工況下，噴油速率高的其NOX排放均減小。此外，CO排放降低，HC受的影響很小。由于其噴油終點(diǎn)不變，對(duì)放熱規(guī)律的影響小，從而避免了煙度的上升和功率的下降，比單純減小噴油正時(shí)要好。加大柱塞會(huì)使凸輪軸的負(fù)荷增加，會(huì)影響其壽命和耐久性。 在實(shí)用中常把推遲噴油正時(shí)與提高噴油速率同時(shí)使用，使單獨(dú)推遲噴油正時(shí)引起的CO升高受到抑制，從而使co和NOx排放均得到降低。表42為國(guó)產(chǎn)6135柴油機(jī)減小噴油正時(shí)與提高噴油速率后對(duì)比排放的影響。 這是該柴油機(jī)在高負(fù)荷(103kW/L,800r/min)時(shí)所做的試驗(yàn)。當(dāng)噴油正時(shí)減小110后,NO比排放降低，但CO排放卻上升約20%。而噴油速率升高后，NO排放進(jìn)一步降低,GO排放也降低〔在提高噴油速率的同時(shí)減小噴油正時(shí)。 預(yù)噴射 。這樣，在著火落后期只能產(chǎn)生有限的可燃混合氣量。這部分混合氣形成的初期燃燒放熱較弱，并使主噴射燃油的著火落后期縮短，避免了一般直噴式柴油機(jī)燃燒初期壓力和溫度的急劇升高，可使NOx排放明顯降低。圖413為中速時(shí)直噴式柴油機(jī)預(yù)噴射的試驗(yàn)結(jié)果。 預(yù)噴射量和兩次噴射之間的時(shí)間間隔對(duì)NO,排放量均有影響。圖414為預(yù)噴射量對(duì)NOX排放等性能指標(biāo)的影響。當(dāng)預(yù)噴射量占總噴射量的10%左右時(shí)NOX排放降低了25%，而排氣煙度和燃油消耗并未惡化。一般來(lái)說(shuō)，預(yù)噴射量為總噴射量的8%左右，效果較好。目前此項(xiàng)研究還有不少技術(shù)問(wèn)題需要解決特別是在控制噴射量及正時(shí)的方法方面，正在試圖從壓電或電磁式控制裝置上入手。 多段噴射 所謂多段噴射即有小部分燃油在主噴射后，在燃燒后期噴入，主噴射的油量和后期噴射的油量為7:3。與普通噴射相比，后期噴射的燃油實(shí)際上對(duì)正在進(jìn)行的燃燒起到一種擾動(dòng)作用，促進(jìn)燃燒后期的混合氣形成及燃燒加速，使燃燒壓力提高，燃燒持續(xù)期縮短，碳煙的排放降低。采用多段噴射可改善冷起動(dòng)特性。據(jù)有關(guān)研究，采用多段噴射后，30℃時(shí)的冷起動(dòng)時(shí)間縮短了20%,就是說(shuō)白煙和冷HC等排放會(huì)明顯減少。 提高噴油壓力 使燃油的噴霧顆粒進(jìn)一步細(xì)化，以增大燃油與空氣接觸的表面積，加速燃油與空氣的混合，縮短強(qiáng)化時(shí)間。為此，近年來(lái)高壓強(qiáng)化技術(shù)在直噴式柴油機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。最高燃油噴射壓力已由30 MPa一50MPa提高到60 MPa 80 MPa,近年來(lái)已高達(dá)150 MPa 180MPa。噴孔直徑在不斷縮小，已由過(guò)去的30微米40微米減小至10微米左右，高壓噴射造成的油氣混合面顯著增大，且由于高速燃油射速對(duì)周圍空氣的卷吸作用，使混合氣形成速度大大加快，濃度分布更加均勻，著火落后期縮短，著火位置由過(guò)去的噴油器出口附近向油束前端(燃燒室壁面)轉(zhuǎn)移，形成與傳統(tǒng)直噴式柴油機(jī)不同的燃燒過(guò)程。 高壓噴射造成的高溫高速及混合過(guò)程能量很大的燃燒過(guò)程使微粒(碳煙)的排放和熱效率都有明顯改善。(波許煙度)以下，中等負(fù)荷時(shí)接近于O，見圖415。如果不采取其他措施，高壓噴射一般會(huì)使NOx排放增加。，有可能使微粒和NOx排放同時(shí)降低。 高壓噴射技術(shù)對(duì)噴油系統(tǒng)提出了十分苛刻的要求，要求整個(gè)系統(tǒng)有極高的強(qiáng)度、剛度和密封性，目前廣泛應(yīng)用的油泵油管噴油嘴系統(tǒng)，由于高壓油管物理特性的限制、能達(dá)到的噴油壓力一般不超過(guò)100MPa。 泵噴嘴系統(tǒng)取消了高壓油管，將噴油泵和噴油嘴做成一體，圖416。由于取消了高壓油管，最高噴油壓力可達(dá)到18OMPa，并且縮短了噴油持續(xù)時(shí)間，提高了怠速和小負(fù)荷噴油量的穩(wěn)定性。但使用該系統(tǒng)時(shí)，柴油機(jī)的氣缸蓋要承受很大應(yīng)力，對(duì)缸蓋和缸套的剛度要求很高。高壓油泵和凸輪離曲軸較遠(yuǎn)，對(duì)傳動(dòng)系的剛度要求也很高。這些都限制了泵噴嘴系統(tǒng)噴油壓力的進(jìn)一步提高。同時(shí)，電控泵噴嘴對(duì)電磁閥的要求也很高，其開閉速度和承受的壓力都很高(分別為汽油噴射的電磁閥的10一20倍和300500倍)。泵噴嘴占用缸蓋的空間較大，增加了缸蓋及整機(jī)的高度，給氣門布置，特別是4氣門的布置帶來(lái)定困難。 使用短油管單體泵是傳統(tǒng)直列柱塞泵與泵一噴嘴系統(tǒng)之間的良好折中。如圖417所示 ,每個(gè)氣缸配有一個(gè)噴油泵，由接近曲軸的公共凸輪軸驅(qū)動(dòng)。由于高壓管路較卻(包括噴油嘴在內(nèi)只有250mm)，加上對(duì)缸蓋和缸套的剛度要求沒有泵噴嘴系統(tǒng)高，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也比較緊湊，最高噴油壓力可達(dá)成130MPa一170MPa。 以上上述的噴油系統(tǒng)，包括傳統(tǒng)的分配泵，直列泵，泵噴嘴，都有一共同的缺點(diǎn)即噴油壓力隨轉(zhuǎn)速的降低而降低。這對(duì)轉(zhuǎn)速變化范圍大。低速性能要求的車用柴油機(jī)來(lái)說(shuō)是很不利的。近年來(lái)開發(fā)成功并在國(guó)外已投人實(shí)用的共軌式噴油系統(tǒng)，可較好地解決這個(gè)問(wèn)題，目前被認(rèn)為是最理想的柴油機(jī)高壓噴射系統(tǒng)。 噴油器 高性能、低排放的高速柴油機(jī)所用的噴油器的尺寸越來(lái)越小，從∮25mm,∮21mm的S型噴油器到∮17mm的P型噴油器發(fā)展到價(jià)∮9mm的鉛筆型噴油器，這為缸蓋的優(yōu)化布置創(chuàng)造廠更大的余地。多孔噴油器的殘油室中的燃油會(huì)引起后滴，殘油室容積的大小對(duì)柴油機(jī)的HC排放有很大影響。減小噴油器壓力室容積可提高噴油質(zhì)量從而降低HC排放。無(wú)壓力室噴油器(VCO噴油器)的壓力室容積可減少到極限尺寸()。與標(biāo)準(zhǔn)噴油器相比，VCO噴油器的HC排放可下降一半，而CO和NOx排放則幾乎不變。 當(dāng)噴油速率與噴油壓力不變時(shí)，增大噴孔直徑可降低噴油器流阻，使各工況下NOX排放降低。減少噴孔數(shù)目并調(diào)整孔徑，保持流阻相同，也可降低NOx排放。噴油規(guī)律中已敘述過(guò)的雙彈簧噴油器可實(shí)現(xiàn)理想的噴油規(guī)律，即先緩后急的所謂“靴形噴射”。以降低柴油機(jī)的NOx排放和燃燒噪聲。 柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng) 柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)已達(dá)到實(shí)用化的階段、按控制方式，可分為位移控制和時(shí)間控制兩大類。前者開發(fā)較早，是在原機(jī)械控制噴油定時(shí)與循環(huán)噴油量的基礎(chǔ)上，更新改進(jìn)機(jī)構(gòu)的功能，用線位移或角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電磁液壓或電磁式)控制油量調(diào)節(jié)和提前器運(yùn)動(dòng)裝置的位移，實(shí)現(xiàn)噴油定時(shí)和循環(huán)油量的電控。也可用改變柱塞預(yù)行程的辦法，實(shí)現(xiàn)可變供油速率的電控，以滿足高壓噴射中高速、大負(fù)荷和低怠速噴油過(guò)程的綜合優(yōu)化控制。其典型產(chǎn)品有:直列柱寨泵電控系統(tǒng)或轉(zhuǎn)子分配泵電控系統(tǒng)、電控調(diào)速器、單體泵或泵噴嘴的電控系統(tǒng)等。此種控制方式的系統(tǒng)響應(yīng)慢，控制頻率較低，精度不穩(wěn)定。后一種與前一種的工作原理完全不同，是在高壓油路中利用一個(gè)或兩個(gè)高速電磁閥的啟閉，控制噴油泵和噴油器的噴油過(guò)程。噴油量由噴油器開啟時(shí)間的長(zhǎng)短和噴油壓力的大小來(lái)決定。噴油正時(shí)則由控制電磁閥的開啟時(shí)刻所確定，從而實(shí)現(xiàn)噴油正時(shí)、噴油量和噴油速率的柔性控制和一體控制。此噴油系統(tǒng)氣正在逐漸高壓化、高壓噴射可使柴油霧化得很細(xì)，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程進(jìn)行得相當(dāng)完善，且速度快，燃燒溫度也不明顯提高提高噴油壓力，特別是直噴式柴油機(jī)，可全面降低HC,CO,NOX微粒和碳煙的排放，也可使油耗降低。 、還可降低噪聲。圖418是一電控柴汕機(jī)噴油系統(tǒng)的基本示意圖，它由傳感器(加速踏板、增壓壓力、曲軸轉(zhuǎn)速及溫度等傳感器)，電控單元和執(zhí)行器(油量調(diào)節(jié)器，供油始點(diǎn)調(diào)節(jié)器)二部分組成。傳感器的功用是測(cè)定柴油機(jī)的工作狀態(tài)，實(shí)測(cè)位給出工作狀態(tài)、并把其數(shù)值輸人電控單元，計(jì)算控制每個(gè)工況下的特性參數(shù)、從電控單元存儲(chǔ)的多種最佳噴油特性中，查找這些參數(shù)，再通過(guò)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)噴油系統(tǒng)的控制。每個(gè)工況的特性參數(shù)包括循環(huán)噴油量、噴油正時(shí)(噴油提前角)、供油速率等，通過(guò)這些參數(shù)的組合優(yōu)化柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放和噪聲等綜合性能。對(duì)電控柴油機(jī)除控制噴油系統(tǒng)的參數(shù)外，還可控制排氣再循環(huán)量、電控可變幾何截面渦輪增壓器電控可變進(jìn)氣系統(tǒng)(可變配氣定時(shí)、可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度、可變渦流比等)、電控部分缸的停缸運(yùn)行等。 循環(huán)噴油量的控制循環(huán)噴油量的大小取決于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的大小，也與其工作狀態(tài)如冒煙極限有關(guān)，機(jī)械調(diào)節(jié)是通過(guò)對(duì)增壓壓力的控制和最大油量限制值來(lái)控制煙度的在電控系統(tǒng)中，為了滿足排煙極限而將齒桿位置作為轉(zhuǎn)速、增壓壓力、空氣溫度和燃油溫度等變量的函數(shù)來(lái)控制，這些變量是由傳感器來(lái)測(cè)取的，其大小反映了氣缸內(nèi)現(xiàn)有的充量的多少。用特性曲線圖借助于電控單元的控制作用，可以確定排煙極限所允許的循環(huán)噴油量、再根據(jù)燃油溫度影響進(jìn)行補(bǔ)償確定齒桿位置的設(shè)定點(diǎn)。、依靠電磁單元的控制作用得到所期望的調(diào)速器拉桿位置。在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，電控技術(shù)可滿足冒煙極限，確保所需的燃油供給此外。還可以判定穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)下況之間的差異。 噴油提前角的控制 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和循環(huán)噴油量一定的情況下，噴油始點(diǎn)對(duì)柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放和噪聲等有決定性的影響。噴油始點(diǎn)的柔性調(diào)節(jié)，為柴油機(jī)性能的改善提供了重要的先決條件。以排放為例全負(fù)荷時(shí)，隨噴油始點(diǎn)的推遲，NOX排放顯著降低。而在低負(fù)荷時(shí)推遲噴油，則使HC排放增加。為降低冷機(jī)零負(fù)荷時(shí)的藍(lán)煙，噴油始點(diǎn)與熱機(jī)的全負(fù)荷相比，需提前100CA。機(jī)械式噴油系統(tǒng)是通過(guò)柱塞上的螺旋槽來(lái)實(shí)現(xiàn)噴油正時(shí)隨負(fù)荷的改變，用自動(dòng)提前器來(lái)實(shí)現(xiàn)噴油正時(shí)隨轉(zhuǎn)速的改變，但不能對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償。電控噴油系統(tǒng)的噴油始點(diǎn)可根據(jù)柴油機(jī)工況來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，、油量的期望值、柴油機(jī)溫度和增壓壓力來(lái)確定。柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)還能夠在與轉(zhuǎn)速和柴油機(jī)溫度有關(guān)的單獨(dú)的特性曲線圖上被最佳化。根據(jù)轉(zhuǎn)速、油量、水溫和增壓壓力、可在電控單元的噴油始點(diǎn)特性曲線上預(yù)先確定噴油始點(diǎn)標(biāo)定值。標(biāo)定值與實(shí)際值不同時(shí)，由執(zhí)行器移動(dòng)定時(shí)控制閥，使兩者相同。定時(shí)控制閥可使滑閥控制泵的油量和供油始點(diǎn)的調(diào)整彼此獨(dú)立。如圖419所示，當(dāng)定時(shí)滑閥沿柱塞軸向移動(dòng)時(shí)，泵的預(yù)行程和由此產(chǎn)生的供油始點(diǎn)被改變。噴油始點(diǎn)推遲，供油開始。當(dāng)柱塞的螺旋邊蓋住定時(shí)控制閥和徑向吸油孔時(shí)，停止供油?；y定時(shí)控制閥的泵端壓力可達(dá)115MPa。噴油始點(diǎn)的實(shí)際值由裝在缸蓋上的針閥傳感器和裝在柴油機(jī)上的轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，后者作為上止點(diǎn)的參考點(diǎn)。電控系統(tǒng)可保證在兩轉(zhuǎn)范圍內(nèi)將噴油始點(diǎn)調(diào)整好。 電控共軌噴油系統(tǒng) 電控共軌噴油系統(tǒng)是高壓燃油噴射系統(tǒng)的一種，20世紀(jì)90年代中期才開始推向市場(chǎng)的一種新型的電控噴射技術(shù)，它摒棄了傳統(tǒng)使用的直列泵系統(tǒng)，而代之以用一供油泵建立一定油壓后將燃油送到各缸共用的高壓油管，即共軌內(nèi)，再由共軌把燃油送人各缸的噴油器。由于采用了獨(dú)立的高壓油泵，可提供很高的噴油壓力，最高可達(dá)200MPa220MPa,即使連向各噴油器的高壓油管很短也不會(huì)出現(xiàn)不可控制的異常噴射情況。該系統(tǒng)采用的是壓力時(shí)間計(jì)量原理，電控裝置根據(jù)工況和油溫、所測(cè)得之壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)工況所給定的油壓脈譜圖(所設(shè)的最佳壓力值)比較，電控裝置給出信號(hào)控制電磁式油泵控制閥(PCV)啟閉，來(lái)調(diào)批高壓供油泵的