內(nèi)燃機(jī)有害排放物綜述及其控制方法

1、學(xué)院：指導(dǎo)教師:學(xué)生姓名:學(xué)號：班級：課程名稱:*大學(xué)年 月號內(nèi)燃機(jī)有害排放物及其控制方法綜述摘要：當(dāng)今世界，汽車保有量持續(xù)增加，環(huán)境保護(hù)越來越嚴(yán)格，作為其動力的內(nèi)燃機(jī)，對其 有害排放物的研究成了內(nèi)燃機(jī)設(shè)計的主題。本文通過大量的調(diào)研以及查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對內(nèi)燃 機(jī)有害排放物進(jìn)行了綜述，以及簡要介紹了控制其排放物升程的措施。關(guān)鍵詞：環(huán)境保護(hù)內(nèi)燃機(jī) 排放物控制措施1、前言內(nèi)燃機(jī)，作為一種動力機(jī)械，是通過燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱 能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力。廣義上的內(nèi)燃機(jī)不僅包括往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)、旋轉(zhuǎn)活 塞式發(fā)動機(jī)和自由活塞式發(fā)動機(jī)，也包括旋轉(zhuǎn)葉輪式的燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣式發(fā)動機(jī) 等，但通常所說的內(nèi)燃機(jī)

2、是指活塞式內(nèi)燃機(jī)?；钊絻?nèi)燃機(jī)以往復(fù)活塞式最為普 遍?；钊絻?nèi)燃機(jī)將燃料和空氣混合，在其氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使氣缸內(nèi) 產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?。燃?xì)馀蛎浲苿踊钊龉?，再通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)或其他機(jī)構(gòu) 將機(jī)械功輸出，驅(qū)動從動機(jī)械工作。常見的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)有柴油機(jī)和汽油機(jī)。 柴油機(jī)與汽油機(jī)在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生一些有害的排放物，對于汽油機(jī)來說，主要 是HC、NOx、CO；而對于柴油機(jī)來說，主要是HC、NOx、CO、PM。隨著排放法 規(guī)的日益嚴(yán)格，如何有效的減少內(nèi)燃機(jī)有害物質(zhì)的排放成了現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的主流趨 勢。2、汽油機(jī)與柴油機(jī)排放物的生成機(jī)理2.1汽油機(jī)主要排放物及其產(chǎn)生機(jī)理汽油機(jī)的廢氣主要是由N2, CO

3、2, O2和有害排放組成，其中有害排放主要 是指CO，HC和NOx(NO2及NO)，其含量雖然只占廢氣總量的2%左右，卻造成 了極大的危害。在汽油機(jī)燃燒過程中，由于氣缸內(nèi)各處的溫度、混合氣的濃度不 同，產(chǎn)生NOx，HC，CO的過程和部就不同。在燃燒過程中，NOx，HC，CO在各 個階生成過程大致如下：在點火和火焰?zhèn)鞑ルA段，N2和o2在高溫下反應(yīng)生成了 NOx，當(dāng)燃油混合氣濃度較大時，還會生成CO。當(dāng)火焰逼近燃燒室壁面時，由 于溫度較低，火焰淬熄，留下未燃的HC薄層。這種情況也會在火焰?zhèn)鞑ゲ坏降?第一道活塞環(huán)的環(huán)槽中產(chǎn)生。在膨脹過程中，環(huán)槽中未燃的HC隨活塞下行而布 敷在氣缸壁上。同時，在高溫下

4、形成的NOx會隨著膨脹過程中溫度的下降進(jìn)行 分解反應(yīng)，在高溫下由CO2分解得到的CO應(yīng)該在低溫下進(jìn)行復(fù)合反應(yīng)。但由于 這種分解和復(fù)合的反應(yīng)速度十分緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于化學(xué)平衡的排放要求，使NOx， CO的濃度在膨脹過程中處于凍結(jié)狀態(tài)，因而它們的濃度要比化學(xué)平衡時高出很 多。在排氣過程中，已燃?xì)怏w連同凍結(jié)的NOx，CO以及大部分附壁上的未燃HC 一起排出，形成了大氣污染。2.2柴油機(jī)主要排放物及其產(chǎn)生機(jī)理柴油機(jī)排氣中包含各種成分，其基本成分是二氧化碳(CO2)，水蒸氣(H2O)， 過剩的氧氣(02)以及存留下來的氮?dú)?N2)等。他們是燃料和空氣燃燒后的產(chǎn)物， 從毒物學(xué)的觀點看，排氣中的這些成分是無害

5、的，除上述基本成分外，柴油機(jī)排 氣中還含有不完全燃燒的產(chǎn)物和燃燒反應(yīng)的中間產(chǎn)物，包括一氧化碳(CO)，碳?xì)?化合物(HC)，氮(NOx)，微粒(PM)及醛類等。這些成分的在柴油機(jī)排氣中所占的比 例雖然還不到1%,但它們大部分是有害的，或有強(qiáng)烈刺激的臭味，有的還有致 癌作用，因此被列為有害排放物。柴油機(jī)工作時，由于混合氣是在缸內(nèi)形成的，時間短，條件差，局部難免存 在較濃的混合氣。濃混合氣中氧氣不足，燃料中的碳不能完全燃燒，因此柴油機(jī) 排放物中有一定的CO。CH化合物主要包括未完全燃燒的燃料及其中間產(chǎn)物。壁面激冷、不完全燃 燒及燃油蒸發(fā)是CH化合物形成的主要原因。壁面激冷是火焰向燃燒室壁面?zhèn)鞑r所

6、產(chǎn)生的一種燃燒現(xiàn)象。由于燃燒室壁 面的溫度比火焰區(qū)的溫度低得多，接近燃燒室壁面的一層混合氣被冷卻，使氧化 反應(yīng)進(jìn)行得緩慢或停止。其結(jié)果是火焰不能傳播到燃燒室壁面上，靠近燃燒室壁 面的一層混合氣就不能燃燒或充分燃燒，未燃燒的燃料及其中間產(chǎn)物隨廢氣排出在柴油箱蓋處、曲軸箱通風(fēng)處，由于柴油的蒸發(fā)和泄漏，致使排放物中也含 有CH化合物。NOx是由于混合氣燃燒時，火焰區(qū)高溫高壓，空氣中的氧和氮發(fā)生化合反應(yīng) 所致。微粒是排放物中除水分以外所有分散（固液態(tài)）物質(zhì)的總稱。主要包括固態(tài) 的碳基顆粒、液態(tài)的碳?xì)漕w粒、無機(jī)物（如硫酸鹽等）及潤滑油產(chǎn)生的微粒。柴 油機(jī)工作時，經(jīng)常出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象。其排煙分為白煙、藍(lán)煙、黑

7、煙三種，它們都屬 于微粒范疇。黑煙也稱碳煙，它是柴油機(jī)在高壓燃燒條件下局部高溫缺氧、裂解 聚合而形成的以碳為主要成分的固體微粒。微粒中碳煙所占的比例與柴油機(jī)的運(yùn) 行狀態(tài)有關(guān)，一般柴油機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時，微粒以碳煙為主。2.3有害排放物的危害一氧化碳（CO）是一種對血液，與神經(jīng)系統(tǒng)毒性很強(qiáng)的污染物.，空氣中的 一氧化碳（CO），通過呼吸系統(tǒng)，進(jìn)入人體血液內(nèi)，與血液中的血紅蛋白 （hemoglobin,hb）、肌肉中的肌紅蛋白、含二價鐵的呼吸酶結(jié)合，形成可逆性 的結(jié)合物。一氧化碳與血紅蛋白的結(jié)合，不僅降低血球攜帶氧的能力，而且還抑 制，延緩氧血紅蛋白（O2hb）的解析與釋放，導(dǎo)致機(jī)體組織因缺氧而壞死，

8、嚴(yán) 重者則可能危及人的生命。氮氧化物（NOx）包括多種化合物，如一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）、二 氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）、四氧化二氮（N2O4）和五氧化二氮（N2O5）等。 除二氧化氮以外，其他氮氧化物均極不穩(wěn)定，遇光、濕或熱變成二氧化氮及一氧 化氮，一氧化氮又變?yōu)槎趸?。一氧化氮（NO）為無色氣體，溶于乙醇、二硫 化碳，微溶于水和硫酸，性質(zhì)不穩(wěn)定，在空氣中易氧化成二氧化氮。二氧化氮 （NO2）在 21.1C溫度時為紅棕色刺鼻氣體;在21.1C以下時呈暗褐色液體。在-11C 以下溫度時為無色固體，加壓液體為四氧化二氮。溶于堿、二硫化碳和氯仿，微 溶于水。性質(zhì)較穩(wěn)定

9、。氮氧化物（NOx）種類很多，造成大氣污染的主要是一氧化氮函。）和二氧 化氮（NO2），因此環(huán)境學(xué)中的氮氧化物一般就指這二者的總稱。氮氧化物與空 氣中的水結(jié)合最終會轉(zhuǎn)化成硝酸和硝酸鹽，隨著降水和降塵從空氣中去除。硝酸 是酸雨的原因之一；它與其它污染物在一定條件下能產(chǎn)生光化學(xué)煙霧污染。碳?xì)浠衔铮℉C），HC包括未燃和未完全燃燒的燃油、潤滑油及其裂解和 部分氧化產(chǎn)物，如烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酮等數(shù)百種成分。烷烴基本上無味， 對人體健康不產(chǎn)生直接的影響。烯烴略帶甜味，有麻醉作用，對黏膜有刺激， 經(jīng)新陳代謝轉(zhuǎn)化會變成對基因有毒的環(huán)氧衍生物。烯烴和氮氧化物一起在 太陽光的紫外線作用下形成有毒的“化學(xué)

10、煙霧”的罪魁禍?zhǔn)字?。芳香烴 對血液和神經(jīng)系統(tǒng)有害，特別是多環(huán)芳香烴(PAH )及其衍生物有致癌作用。 醛類是刺激性物質(zhì)，對眼、呼吸道、血液有害。微粒，排放中的微粒是指經(jīng)空氣稀釋、溫度降到 52 C后用涂有聚四氟 乙烯的玻璃纖維濾紙收集的除水以外的物質(zhì)。柴油機(jī)排出的微粒大多小于 0.3仇m,其只要成分是碳及其吸附的有機(jī)物質(zhì)。吸附物中有多種PAH，具有不同程度的致癌作用。3、汽油機(jī)、柴油機(jī)有害排放物的控制措施3.1汽油機(jī)排放控制途徑作為車用汽油機(jī)，隨著汽車保有量的增加，汽油機(jī)的排氣污染日益嚴(yán)重。 從20世紀(jì)50年代起，許多專家、學(xué)者對如何控制、降低汽油機(jī)的排氣污染作了 大量的研究工作，提出了很多

11、有效的措施。3.1.1冷機(jī)時稀薄燃燒發(fā)動機(jī)冷機(jī)時，催化劑活性較差，不利于降低HC的排放，這時，降低HC 的排放成為主要課題。在采用的方法中，稀薄燃燒技術(shù)最為有效。為保證空燃比 (A/F)的稀薄化，在進(jìn)氣口內(nèi)設(shè)置渦流控制閥，改善發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，提高充氣效 率；改進(jìn)發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)，合理組織燃燒室內(nèi)的氣體流動，促進(jìn)火焰?zhèn)鞑?，改?著火穩(wěn)定性，使發(fā)動機(jī)在稀混合氣下維持穩(wěn)定燃燒，從而降低HC的排放量。 3.1.2使用清潔代用燃料近幾十年來，國內(nèi)外在努力降低作為汽車主流動力的汽油機(jī)和柴油機(jī)的排放 污染的同時，也在不懈地探索和研究開發(fā)更理想的動力系統(tǒng)和排放污染更低的代 用燃料。其目的不僅是為了降低汽車排氣污

12、染，也為了節(jié)省能源和開發(fā)新的汽車 能源，以緩解汽車對石油燃料的單純依賴。清潔代用燃料可以分為：常規(guī)燃料 的變型產(chǎn)品，如新配方汽油(RFG)，新配方柴油(RFD)或低硫柴油(LSD)等；氣體 燃料，如天然氣(NG)、壓縮天然氣(CNG)、液化天然氣(LNG)，氨(NH3) HZ、液 化石油氣(LPG，其主要成分為丙烷等)；在天然氣、煤基礎(chǔ)上生產(chǎn)的燃料，如 LSD和FT油、甲醇和醚類燃料(二甲醚DME、二乙醚DEE等)；由玉米、草木類 植物、含碳廢棄物提煉的生物乙醇；由花生油、菜子油等生產(chǎn)的牛物柴油。 3.1.3多點汽油噴射多噴嘴對各缸進(jìn)行燃油分配，取代了化油器進(jìn)氣管的燃油分配，從而很大程 度上改

13、進(jìn)了各缸空燃比的均勻性。多點噴射由噴嘴直接供油到各缸進(jìn)氣閥的上游， 能達(dá)到各缸空燃比誤差1.4%?；推骱蛦吸c噴射是集中在一處供油，然后氣/ 液相態(tài)的汽油靠進(jìn)氣管分配到各缸，使得化油器式發(fā)動機(jī)各缸之間空燃比最大誤 差高達(dá)12%。多點噴射及其進(jìn)氣管的設(shè)計使各缸空燃比準(zhǔn)確一致，這樣有利于 排放的統(tǒng)一控制，可取得良好的效果。3.1.4缸內(nèi)直接噴射技術(shù)缸內(nèi)直噴(GDI)汽油機(jī)是在部分負(fù)荷時用混合氣的分層化實現(xiàn)超稀薄燃燒，得 到同柴油機(jī)一樣低的燃油消耗率；在高負(fù)荷時用預(yù)混合汽油機(jī)的均勻混合方式， 得到高功率特性的理想汽油機(jī)。目前，發(fā)動機(jī)技術(shù)已在很多量機(jī)型中得到應(yīng)用， 歐洲市場還有一些直噴發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。如福

14、特公司開發(fā)的PROCO稀燃系統(tǒng)、三菱 4G系列缸內(nèi)直噴稀燃發(fā)動機(jī)和豐田D-4缸內(nèi)噴稀燃發(fā)動機(jī)GDI面臨的主要排放 問題是UBHC(未燃?xì)浠衔?和NOx排放控制。由于GDI的油氣主要是依靠噴霧 和缸內(nèi)的空氣運(yùn)動，與冷起動時的低溫關(guān)系不大，所以冷起動時無需過量供油， 有效地解決了 PFI冷起動時UBHC排放過多的問題。但是在中小負(fù)荷情況下，GDI 的未燃碳?xì)浠衔锏呐欧湃匀惠^多。目前，GDI對NOx排放的控制主要依靠EGR和稀燃NOx催化轉(zhuǎn)化器，其中后 者的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。部分負(fù)荷不使用EGR時，GDI的NOx排放水平與PFI 相差不多。但由于GDI可實現(xiàn)超稀薄分層燃燒，較稀的空燃比使缸內(nèi)的

15、富裕氧氣 較多，從而允許使用高EGR率，充分降低NOx排放量，且燃燒特性不會因EGR 而惡化。試驗表明，在燃油經(jīng)濟(jì)性改善保持不變的情況下，GDI的EGR率可高達(dá) 40%。雖然如此，EGR始終不能在整個發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)荷范圍內(nèi)減少NOx排放量， 所以單靠EGR不能滿足更為嚴(yán)格的歐丑和歐V排放法規(guī)，要進(jìn)一步降低NOx排 放，必須開發(fā)在稀燃條件下的NOx催化轉(zhuǎn)化技術(shù)。3.1.5均質(zhì)混合氣壓燃(HCCI)HCCI燃燒方式被人們稱為內(nèi)燃機(jī)的第三種燃燒方式，是當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)燃燒的 一個研究熱點，它最有希望在近期以兩種燃燒方式在起動和高負(fù)荷時以火花點 火(SI)方式或柴油機(jī)燃燒(DI)運(yùn)轉(zhuǎn)，在中、低負(fù)荷和怠速時以H

16、CCI方式工作的組 合在轎車發(fā)動機(jī)上得到應(yīng)用，從而獲得和汽油機(jī)一樣的高功率輸出和低PM排放， 以及在部分負(fù)荷(可達(dá)75%負(fù)荷)和怠速時獲得和柴油機(jī)一樣或更高的經(jīng)濟(jì)性，但 NOx排放很低。采用HCCI可以使排氣中氮氧化物的含量急劇下降至百萬分之幾。這是由于 HCCI可以使用非常稀的混合氣，使燃?xì)獾淖罡邷囟炔怀^1600C .在此溫度以 下，空氣中的氮?dú)夂脱鯕獠贿M(jìn)行化合反應(yīng)或化合反應(yīng)速度非常低。排氣中超低的 氮氧化物含量減輕了稀薄燃燒排氣后處理的難度。在較高負(fù)荷工況，供油量增加， 空燃比下降。當(dāng)燃?xì)鉁囟壬叩?600C以上時，氮氧化物的排放開始急劇升高。 為了抑制氮氧化物的生成，可采用進(jìn)氣增壓來提

17、高混合氣的空燃比。由于HCCI需采用稀混合氣，在一般情況下，一氧化碳排放很低，遠(yuǎn)低于常 規(guī)電噴汽油機(jī)的水平。但當(dāng)負(fù)荷下降、空燃比增加到70或80時，燃?xì)庾罡邷囟?將開始低于1200C，使一氧化碳進(jìn)一步氧化的過程不完成，一氧化碳排放急劇 增加，嚴(yán)重影響燃燒效率和熱效率。因此，要擴(kuò)大HCCI工作區(qū)域至低負(fù)荷區(qū)， 必須采取措施控制一氧化碳的排放。HCCI汽油機(jī)的碳?xì)渑欧沤橛陔妵娖蜋C(jī)和 分層燃燒直噴汽油機(jī)之間。由于混合氣在壓縮行程開始之前就已形成，燃燒室壁 上的余隙成為碳?xì)渑欧诺闹匾颉Ｈ绻捎幂^高的壓縮比，更多的混合氣將被 壓人燃燒室壁的余隙中，使碳?xì)渑欧旁黾?。如果?fù)荷進(jìn)一步下降，混合氣將變得

18、更稀，不完全燃燒增加，碳?xì)渑欧懦掷m(xù)上升，對燃燒效率和熱效率產(chǎn)生顯著影響。 3.1.6廢氣再循環(huán)發(fā)動機(jī)工作過程中，將一部分排氣引到吸人的新鮮空氣(或混合氣)中并返回 氣缸進(jìn)行再循環(huán)的方法稱為廢氣再循環(huán)(EGR)，可有效控制NOx的排放。由于它 減少了進(jìn)氣充量中的含氧量，只宜在部分負(fù)荷時采用，以使HC不致明顯增加。 要最大限度地減少NOx含量，又不影響汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和HC排放，需采取有效調(diào) 整裝置束優(yōu)化整個工作范圍內(nèi)的廢氣再循環(huán)。電控技術(shù)是解決這一矛盾的有效手 段。采用EGR的主要目的是降低NOx排放。由氣中氧含量很低，且廢氣中主要 成分的比熱容較大，EGR使燃燒溫度降低，抑制了 NOx的生成。降低

19、了發(fā)動機(jī) 的燃燒速度和溫度，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)最大功率下降、耗油率上升和燃燒不穩(wěn)定。必須 根據(jù)發(fā)動機(jī)工況要求控制EGR率，并采取快速燃燒和穩(wěn)定燃燒措施，如加強(qiáng)缸內(nèi)氣流運(yùn)動，加大點火能量。負(fù)荷、轉(zhuǎn)速特別是空燃比和點火提前角的改變，使EGR在不同工況下降低 NOx的效果有所不同，對CO排放和比油耗的影響也不一樣，需要根據(jù)空燃比和 點火提前角的改變調(diào)整EGR率。反之，由于EG釋了可然混合氣，使燃燒持續(xù)期 延長，需要根據(jù)EG率調(diào)節(jié)對空燃比和點火提前角的控制。即各工況下存在一個 最佳的EGR率它的實現(xiàn)只能依靠電子控制統(tǒng)。3.1.7排放后處理技術(shù)1）二次空氣噴射與熱反應(yīng)器的配合使用，可有效降低HC和CO排放，但對

20、 NOx無效，一般再配合EGR以降低NOx排放。2）催化轉(zhuǎn)化器。安裝三效催化轉(zhuǎn)化器是目前最有效的機(jī)外尾氣凈化措施。三 效催化劑對HC和CO的氧化與對NOx的還原效率隨空燃比的變化而變化，為得 到高的轉(zhuǎn)換效率，空燃比必須控制在理論空燃比附近的一個狹窄的窗口范圍內(nèi)， 即要由電控系統(tǒng)對空燃比實施閉環(huán)控制。采用空燃比閉環(huán)控制和三效催化轉(zhuǎn)化器， 可使HC和CO排放減少90%95%； NOx減少80%以上，進(jìn)一步采用EGR，NOx 排放還可降低。3）稀薄燃燒型催化轉(zhuǎn)化器。在稀薄燃燒條件下，空燃比較大，尾氣中氧的濃 度較高，目前的三效催化轉(zhuǎn)化器不能有效還原NOx，必須研制新的DeNOx系 統(tǒng)。一個重要的研究

21、方向是貴金屬一堿金屬混合型具有吸附和還原能力的存儲式 催化器。這種催化器主要用于缸內(nèi)直噴稀燃發(fā)動機(jī)，這類發(fā)動機(jī)在富氧和富燃交 替變化條件下工作，其工作原理：在富氧時，NO氧化成NO2, NO2再與吸附劑 中的堿金屬反應(yīng)生成硝酸鹽；在富燃時，硝酸鹽分解釋放出NOx，NOx再與和 CO反應(yīng)被還原。3.2柴油機(jī)排放控制途徑柴油機(jī)的有害排放物是造成大氣污染的一個主要來源，隨著環(huán)境保護(hù)問題重 要性的日趨增加，降低柴油機(jī)有害排放物這一目標(biāo)成為當(dāng)今世界上柴油機(jī)發(fā)展的 一個重要方向。為了減少柴油機(jī)排放對大氣的污染，開展柴油機(jī)有害排物控制方 法的研究，是從事柴油機(jī)設(shè)計者的首要任務(wù)，本文在這里簡述幾種降低有害排放

22、 物的控制技術(shù)。3.2.1高壓共軌噴射系統(tǒng)柴油機(jī)降低排放的對策主要是改善燃燒，而噴射系統(tǒng)性能是影響柴油機(jī)燃燒 過程的關(guān)鍵因素，要改進(jìn)傳統(tǒng)的由柱塞泵分缸脈動噴射系統(tǒng)難度較大，高壓共軌 噴射系統(tǒng)正是順應(yīng)上述需求而誕生，且正得到了很大發(fā)展。它被世界內(nèi)燃機(jī)行業(yè) 公認(rèn)為二十世紀(jì)三大突破之一（另外兩項是汽油直噴技術(shù)和DME代用燃料）。高壓 共軌噴射系統(tǒng)是建立在直噴技術(shù)、預(yù)噴射技術(shù)和電控技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種全新概 念的噴射系。它主要有高壓泵，帶調(diào)壓閥的共軌管，帶電磁閥的噴油器，ECV（電 子控制單元）和各種傳感器組高壓共軌系統(tǒng)不再用柱塞泵分缸脈動供油原理，而 是用一個設(shè)置在噴油泵和噴油器之間的具有較大容積的共

23、軌管把高壓油泵輸出 的燃油蓄積起來并平抑壓力波，再通過各高壓油管輸送到噴油器上，由噴油器上 的電磁閥的動作控制噴油的開始和終止。電磁閥作用的時刻決定噴油定時，起作 用的持續(xù)時間和共軌壓力共同決定噴油量。由于這種系統(tǒng)采用壓力時間式燃油計 量原理，因此又可稱為壓力時間控制式電控噴射系統(tǒng)。高壓共軌噴射系統(tǒng)的特點是；噴油壓力的建立與噴油過程無關(guān)；噴油壓力， 噴油過程和噴油持續(xù)期不受負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的影響；噴油定時與噴油計量完全分開， 可以自由調(diào)整每缸的噴油量和噴油始點；能實現(xiàn)預(yù)噴射，快速停噴和多段噴射。因此高壓共軌噴射系統(tǒng)通過對噴油要素的優(yōu)化控制柴油機(jī)燃燒更充分，從而減少 燃燒中有害物的形成，使柴油機(jī)的有害

24、排放，噪聲排放和冷起動性能都得到很大 改善。3.2.2廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)是將柴油機(jī)產(chǎn)生的廢氣的一小部分再送回氣缸。由于柴油機(jī) 中富余的氧氣較多，當(dāng)送回汽缸的廢氣與新鮮空氣混合后，該過程導(dǎo)致氣缸內(nèi)氧 氣濃度降低，使燃燒速度減慢，燃燒溫度下降，從而減少有害成分氮氧化物(NOx) 的形成。目前采用和研究廢氣再循環(huán)系統(tǒng)有多種類型，日野汽車公司開發(fā)的脈沖式廢 氣再循環(huán)系統(tǒng)在柴油機(jī)進(jìn)氣過程中，排氣門稍有提升，使部分高壓廢氣回流到汽 缸內(nèi)。排氣門的這個作用是通過修改排氣門凸輪的形狀和將廢氣再循環(huán)系統(tǒng)微升 來實現(xiàn)的。在脈沖式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中，廢氣被重新送回氣缸內(nèi)，因此廢氣的壓力應(yīng)高 到足以使氣流反向

25、。要達(dá)到這樣高的壓力只有通過優(yōu)化氣門微升和定時，從而利 用廢氣的壓力波才能實現(xiàn)，在該廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中，廢氣壓力“脈沖”被有效利 用。增壓中冷柴油機(jī)實現(xiàn)廢氣再循環(huán)還有另外兩種方式，一種是將渦輪前的排氣 引入中冷器之后，稱為高壓廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。這種方式在低負(fù)荷時可能正常工作， 但在高負(fù)荷時由于增壓大于排氣背壓而無法實現(xiàn)廢氣反向。采用可變截面渦輪增 壓器，可以擴(kuò)大廢氣再循環(huán)有效工作范圍，降低氮氧化物(NOx)和微粒(PM)，燃 油耗也不升高，這可高壓廢氣再循環(huán)系統(tǒng)用于增壓中冷柴油機(jī)的最好方法。另一種是將渦輪后的排氣引入壓氣機(jī)之前，稱為低壓廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，它可 有效降低氮氧化物廢氣循環(huán)工作范圍較大，與

26、柴油機(jī)匹配能有效地發(fā)揮其功能。 3.2.3增壓中冷技術(shù)所謂增壓，就是增加進(jìn)入柴油機(jī)汽缸內(nèi)的空氣密度。中冷則是將壓縮后的空 氣的溫度降低。因此，柴油機(jī)采用增壓中冷系統(tǒng)后，滯燃期縮短，在稀燃火焰熄 滅區(qū)內(nèi)積壓的燃油量較少，從而減少排氣中有害成分碳?xì)浠衔?HC)和氮氧 化物(NOx)的升程。目前，增壓方法主要有機(jī)械增壓，廢氣渦輪增壓和氣波增壓三種方式。其中 廢氣渦輪增壓器主要是由渦輪和壓氣機(jī)組成，它與柴油機(jī)沒有機(jī)械傳動聯(lián)系，柴 油機(jī)排出的廢氣經(jīng)排氣管進(jìn)入渦輪，對渦輪做功，渦輪葉輪與壓氣機(jī)葉輪同軸， 從而帶動壓氣機(jī)吸入外界空氣并壓縮后送至柴油機(jī)進(jìn)氣管。增壓中冷柴油機(jī)在壓 氣機(jī)出口和柴油機(jī)進(jìn)氣管入口之

27、間增設(shè)中間冷卻器(簡稱中冷器)，使壓縮后的空 氣的溫度下降密度增大。增壓中冷可以在柴油機(jī)的熱負(fù)荷不增加甚至降低，以及 機(jī)械負(fù)荷增加不多的前提下，大幅度地提高柴油機(jī)的功率，降低有害物的排放。由于廢氣渦輪增壓方式與機(jī)械增壓和氣波增壓方式比較，結(jié)構(gòu)簡單，工作可 靠，在柴油機(jī)上得到普遍采用其他兩種增壓方式基本不使用。3.2.4微粒捕集器柴油機(jī)微粒捕集器，可將排氣中微粒捕捉不使其排出機(jī)外，再利用催化劑， 氧化器，燃燒器等進(jìn)行分解、燃燒。這種裝置可將柴油機(jī)排氣中有害物微粒減少 70% 90%。用來捕集微粒的過濾器的材料和結(jié)構(gòu)有許多種，常用的有整體式陶瓷，金屬 絲網(wǎng)，編織纖維圈，陶瓷纖維，泡沫陶瓷等。這些過

28、濾材料的捕集原理一般認(rèn)為 有以下幾種：碰撞機(jī)理：柴油機(jī)廢氣流經(jīng)捕集單元時，其流線發(fā)生了多次拐彎，在流 線拐彎處，較大的微粒由于運(yùn)動慣性大多脫離原來的流線與捕集單元相碰，并吸 附或沉積于其上。截流機(jī)理：柴油機(jī)廢氣流經(jīng)捕集單元時發(fā)生兩種情況，一是粒徑比過濾 材料孔隙大的微粒就被擋住并被粘附住，即發(fā)生篩濾效應(yīng)；二是粒徑比過濾材料 孔隙小的微粒由于粘著與聚合作用而部分被截流。擴(kuò)散原理：柴油機(jī)廢氣中的微粒物由于氣體分子熱運(yùn)動的碰撞而產(chǎn)生布 朗運(yùn)動，且越小的微粒越顯著，又會造成擴(kuò)散效應(yīng)。當(dāng)廢氣流經(jīng)捕集單元時，纖 維狀的捕集單元對微粒的運(yùn)動起到了匯合的作用，從而有可能將微粒捕集。重力沉降機(jī)理：當(dāng)緩慢運(yùn)行的柴

29、油機(jī)廢氣流經(jīng)捕集器時，廢氣逗留時間 比較長，較大的粒子可能在重力作用下發(fā)生脫離流線的位移而沉淀在捕集單元上。排氣系統(tǒng)中安裝微粒捕集器后將會使柴油機(jī)的排氣背壓提高，功率下降，捕 集材料上沉積的微粒越多，排氣背壓越高。因此，必須定期清除沉積在過濾材料 上的微粒。清除沉積在過濾材料上的微粒的過程為捕集器的再生。在柴油機(jī)正常工作的 轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，排氣溫度一般在250500C，而微粒的燃點一般為550600C， 依靠柴油機(jī)的排氣很難使捕集器再生。要使捕集器再生必須降低微粒的燃點或提 高排氣溫度。通過在燃油中加入添加劑或在過濾材料表面涂催化層可以降低微粒 的燃點，使微粒能在較低的溫度下燃燒掉，一般稱主動再

30、生。另一種是利用外部 能源，如電熱器加熱補(bǔ)燃和燃燒器加熱補(bǔ)燃來提高排氣溫度，將捕集器材料上的 微粒燃燒掉，一般稱為被動再生。被動再生是一種定期再生，需要復(fù)雜的檢測和 控制技術(shù)以決定再生時間。當(dāng)前，捕集器再生將主動再生和被動再生技術(shù)結(jié)合起 來，效果顯著。3.2.5催化凈化裝置催化凈化裝置是一種內(nèi)部裝有催化劑的裝置，裝在發(fā)動機(jī)的排氣管中。催化 劑能使發(fā)動機(jī)排氣中的有害成分加速轉(zhuǎn)變成無害成分。催化凈化方法有兩種一種 是催化氧化法它以鉑鈀黃金鉆鎳等金屬及其氧化物作為催化劑，使有害成分一氧 化碳(CO)和碳?xì)浠衔?HC)氧化成無害成分二氧化碳(CO )和水蒸氣(H 0)。另一種 是催化還原堿金屬，鉆銘

31、合金作為催化劑，使有害成分氮氧化合物(Nox)還原為 氮?dú)?N2)和氧氣(02)目前催化凈化裝置有氧化催化反應(yīng)裝置和三元催化反應(yīng)裝置。氧化催化反應(yīng) 裝置僅依靠氧化反應(yīng)降低有害成分一氧化碳(CO)和碳?xì)浠衔?HC)，柴油機(jī)和汽 油機(jī)都適用。三元催化反應(yīng)裝置則氧化與還原反應(yīng)同時進(jìn)行，能使一氧化碳(CO)， 碳?xì)浜衔?HC)和氮氧化物(NOx )三種有害成到凈化處理，它要求發(fā)動機(jī)的空燃比 精確地控制在理論空燃比附近的最佳范圍內(nèi)，以保證同時對三種有害成分高效率 凈化，因此，三元催化反應(yīng)裝置一般與燃油電子噴射發(fā)動機(jī)一起使用，用氧傳感 器檢測排氣中的氧濃度，反饋控制發(fā)動機(jī)的空燃比范圍。由于柴油機(jī)排氣中殘