上次課內容回顧§6-3燃油噴射和霧化三、噴射系統1）位置式噴射系統

1.位置式噴射系統

機械/電控都屬于泵－管－噴嘴型結構；

噴油泵是核心部分；

噴油器只起噴油作用，供油壓力控制；噴油泵按結構分為直列泵和分配泵。上次課內容回顧§6-3燃油噴射和霧化三、噴射系統1）位置式噴射系統控制：滑套相對柱塞的位移改變供油始點供油預行程在一定范圍內實現供油時刻的任意控制a)停油位置b)部分負荷供油位置c)全負荷供油位置柱塞套進、回油孔柱塞螺旋槽測量控制齒桿上次課內容回顧§6-3燃油噴射和霧化三、噴射系統1）位置式噴射系統上次課內容回顧§6-3燃油噴射和霧化三、噴射系統1）位置式噴射系統噴油過程噴油泵端燃油壓力噴油器端燃油壓力噴油器針閥升程１、噴射延遲階段從柱塞上控制邊緣或頂面剛遮蓋進油孔的供油始點Op到針閥開啟的噴油始點O0的一段曲軸轉角；２、主噴射階段從噴油始點O0起到噴油泵回油造成噴油泵端的燃油壓力開始下降的時刻為止的一段曲軸轉角３、噴射結束階段從噴油器端的燃油壓力開始降低的時刻起到噴油器針閥完全落座停止噴油為止上次課內容回顧§6-3燃油噴射和霧化三、噴射系統1）位置式噴射系統供油規律噴油規律存在的問題：供油規律與噴油規律不同；出現不正常噴射現象：二次噴射；噴油壓力波動滴油現象；高壓密封斷續噴射；針閥周期跳動隔次噴射；2循環噴1次上次課內容回顧§6-3燃油噴射和霧化三、噴射系統2）時間-壓力式電控噴射系統特點：不斷高壓化典型類型：高壓共軌系統、泵噴嘴和單體泵三種1.高壓共軌系統高壓共軌系統特點：結構上：把泵-管-噴嘴三個單元，按各自功能相互獨立起來充分提高控制自由度。功能上：實現高壓噴射；噴射壓力、噴射時刻、噴油規律達到可直接調控放熱規律可控制。

上次課內容回顧§6-3燃油噴射和霧化三、噴射系統2）時間-壓力式電控噴射系統1.高壓共軌系統

各單元的作用：①高壓泵：按一定速率向共軌供油，保證軌壓恒定供油原理：多山凸輪每轉供三每次供油頻率與噴射頻率一致

②共軌的作用：將高壓泵提供的高壓油蓄壓按恒定壓力均勻分配到各缸噴油器。③噴油器的主要作用：根據ECU的控制指令完成定量、霧化及噴油規律的控制。上次課內容回顧§6-3燃油噴射和霧化三、噴射系統2）時間-壓力式電控噴射系統1.高壓共軌系統

高壓共軌噴射系統的特點：共軌壓力波動小不存在壓力波引起的難控區、失控區以及調速器能力不足等問題；噴射壓力獨立于n和負荷可實現理想噴油規律易實現多階段脈沖噴射過程噴射規率自由控制

噴射量僅取決于共軌壓力和噴油器通電脈沖寬度;高壓高壓泵驅動損失，需耐高壓和高壓密封。0.51.01.52.02001501005096MPa80MPa48MPa38MPa噴射量mm3/st通電脈沖幅Ti/ms上次課內容回顧§6-3燃油噴射和霧化三、噴射系統2）時間-壓力式電控噴射系統2.泵噴嘴：結構特點：?泵噴嘴體、控制閥及電磁閥等組成；

?柱塞偶件和噴油器偶件集成在一個殼體內。

噴油正時和噴油量：由電磁閥控制進油閥開啟時刻和持續時間來控制高壓系統容積很小易高壓化(>200MPa)可靠性好；但復雜?取消了高壓油管彌補高壓共軌耐高壓及高壓密封缺陷。3.單體泵結構特點：一種模塊式結構；各缸柱塞泵獨立；噴油器和噴油泵間用短高壓油管連接§6-4混合氣的形成與燃燒室一、柴油機混合氣形成方式不同混合氣形成方式，對噴霧和燃燒室內氣流的特性要求不同形成方式分為：空間霧化混合方式

油膜蒸發混合方式影響柴油機混合氣形成的因素：燃料的霧化特性，燃燒室內氣流特性§6-4混合氣的形成與燃燒室一、柴油機混合氣形成方式1）空間霧化：多孔式噴油器強制霧化+與空氣的相對運動燃油與空氣相對速度是混合氣形成的主要因素影響油氣相對速度的因素：p噴，T，，氣流特性即噴霧特性與燃燒室內氣流特性的匹配。123351234i）回轉體燃燒室ii)四角形燃燒室iii）四角圓弧形燃燒室vi）花瓣形燃燒室傳統的直噴燃燒室：主要靠空間霧化形成混合氣缺陷：燃燒室內氣流組織不當，噴射壓力低；混合氣形成速率隨n適應性差淘汰NOx已淘汰2）油膜蒸發：燃燒室壁面形成油膜后，利用受熱蒸發和空氣流動作用形成混合氣。影響混合氣形成的主要因素是

油膜蒸發速度

燃燒室相對油膜的運動速度

油膜厚度2）油膜蒸發：傳統分隔式燃燒室

一部分空間霧化，大部分油膜蒸發形成混合氣渦流室式預燃室式壓縮過程渦流室內形成強烈壓縮渦流壁面油膜蒸發混合噴入主燃室二次渦流n適應性

壓縮過程預燃室內形成強烈紊流部分空間混合噴入主燃室燃燒渦流n適應性

3）傳統直噴式和分隔式燃燒室特點：直噴式：燃燒等容度高；散熱面積??；經濟性好冷起動性好；

=14~18

對噴射系統要求高；對高速敏感；排放、高速性差粗暴，NOx排放高。分隔式：空氣利用率好；

n適應性好噴霧要求低、成本低；

散熱面積大；通道節流損失大；熱效率低；冷起動性差。=20~24二、高速直噴燃燒室結構及其混合氣形成特點柴油機燃燒放熱規律及NOx和PM生成預混合燃燒過程和擴散燃燒過程。預混合燃燒過程缸內氣流特性和噴霧質量；擴散燃燒過程后噴射的噴霧質量和氣流特性;H

D1

D2

D1D2A型(D<120mm)B型(D>120mm)

缸內氣流特性：燃燒室結構形狀噴霧質量：高壓噴射三、燃燒室內氣流特性及其評價方法目的：有效控制預混合燃燒和擴散燃燒期間的氣流特性。評價指標滾流強度保持性評價方法：基于CFD軟件，對燃燒室三維空間瞬態流場進行模擬計算；燃燒室斷面三維計算模型計算斷面SW不同燃燒室結構對燃燒室內氣流特性的影響：縮口比D2/D1一定時，燃燒室底部凸起形狀對滾流強度保持性的影響I型II型III型D1D2擴散燃燒期燃燒室底部形狀對排放特性的影響：

在擴散燃燒期間，因氣流分布及保持性不同對CO、

HC及煙度影響明顯。g§6.5燃燒過程的影響因素一、噴霧特性與燃燒室形狀匹配1）噴射夾角(位置)：噴射夾角不同，噴霧在燃燒室位置不同過大：更多燃料飛濺到擠氣面過小：空間混合，預混合燃燒過小過大NOx煙度噴射夾角:=152°=156°=160°噴孔直徑負荷油耗NOx煙度噴射壓力和噴孔數一定噴孔直徑影響噴射總面積。噴孔直徑小：射程夾角變小霧化油束著壁傾向煙度。直徑過大：小負荷/大負荷區，噴霧質量差存在最佳噴控直徑噴孔數和進氣渦流噴孔數和渦流強度影響噴注與燃燒室空間的匹配孔數過多或渦流強度過強噴注相互干涉適當減小渦流比,進氣阻力,v

噴孔數過多，燃燒室內橫向渦流過強噴注之間干涉；縱向渦流：預混合階段適當；擴散燃燒階段有足夠強度——保持性噴孔直徑及噴孔數的確定確定噴孔直徑時，一般考慮最大噴射面積；一定噴射壓力，影響噴射速率及噴霧質量噴孔數：根據燃燒室空間大小來確定Vb：最大循環噴油量

n：轉速：噴控流量系數j：噴油持續角j：噴孔處平均噴油速率噴孔數=i時：噴油器面容比：噴嘴結構傳統結構：HC的工況排放值100%小壓力室無壓力室HC工況排放值/%噴油器壓力室對HC排放的影響噴后壓力室內油進入氣缸霧化不良HC；無壓力室針閥升程很小因節流效應射程不均一定噴孔面積，噴嘴壁厚影響貫穿距離霧化效果

噴射壓力（軌壓）軌壓，噴射速率，噴射持續時間，初期放熱速率，NOx，PMNOx軌壓軌壓軌壓軌壓HCbeCO不同轉速下，軌壓對發動機性能的影響：二、影響燃燒過程的運轉因素1.負荷質調節：進入氣缸的空氣量基本保持不變，只調節循環噴油量。負荷,=噴油量，a；單位Vh混合氣燃燒放熱量,Tz，i，粗暴；但大負荷時，燃燒過程延長e

2、轉速

n散熱/漏氣損失pcTc；i著火落后期；噴油壓力高壓化可改善霧化

n過低：霧化熱效率；

n過高：燃燒過程遲后，充氣效率——熱效率3.噴油時刻pt

決定噴注相對燃燒室空間的噴射位置。

一般：pt過大，缸內p、Ti；壓縮負功；

pz、Tz工作粗暴；NOx；動力性，經濟性pt過?。喝紵患皶r，散熱損失，排溫；動力性，經濟性

最佳pt0：動力性經濟性不變的前提下，NOx。推遲pt是NOx的主要措施。pt0隨負荷、轉速而變化。縮口燃燒室，噴射壓力=24MPa，機械噴射系統：相對傳統靜態供油提前角由11~14°CA6~8°CA

NOx而傳統直噴柴油機gt0=11°~30°CA。gt0范圍=8~14°CA4.

燃油特性十六烷值過低：自燃性差，不易著火。i，工作粗暴，NOx

冷態正常燃燒條件易著火壓縮比和十六烷值匹配：從1614&十六烷值5585時著火特性不變有效NOx和HC十六烷值，自燃性好i，dp/d，工作溫柔，

NOx;但過高冒煙。5.EGREGR作用：降低燃燒溫度；降低氧濃度NOx

但EGR率過大燃燒滯后、不完全，經濟性；排煙各工況存在最佳EGR率。EGR作用在柴油機和汽油機上的區別：汽油機：量調，EGR后，A/F基本不變；反應及燃燒溫度NOx柴油機：質調，EGR后，A/F,Tz，NOx效果明顯。m0：無EGR時進氣量；m：有GR時的進氣量柴油機EGR降低NOx效果：EGR流量=有無EGR時的進氣流量之差EGR抑制燃燒效果與氧氮含量效果各50%空濾器進氣1.可變增壓+雙級增壓4.電控高壓多段噴射系統還元劑供給系統6.氧化催化+DPF+NOx還元2.中冷3.EGR中冷EGR閥5.燃燒室內氣流特性§6-6柴油機的排放控制技術表6-1不同技術措施對排放及性能的影響效果噴射系統后處理噴射壓力最高化噴射壓力控制先導噴射噴射時期控制EGR還元劑NOx氧化劑HC靜電除塵PM/SM/HC◎◎—×——◎◎NOx×○◎◎◎◎——油耗○○○×○———噪聲×○◎○————起動機－○○×————行駛性○◎—×————◎：明顯改善，○：改善，×：惡化，—：無效果。一、機內措施

1．噴射系統的控制目的：良好噴霧特性、噴注與燃燒室良好匹配；控制噴油規律控制放熱規律節能又低排放措施：噴射壓力高壓化；且噴射時期/噴油量/噴油率可變控制；響應特性。相對UP和UIS：C-R直接控制噴油器控制響應特性，高速柴油機上普遍采用。噴油器的要求：噴射壓力高壓化：>200MPa霧化，噴射速率多段脈沖噴射：響應特性噴射規律放熱規律

2．新的燃燒方式①低溫燃燒技術MK燃燒：特點：低溫燃燒和預混合燃燒相組合同時NOx&PM。噴射持續時間-著火延遲期/degCAModulatedKinetics基本原理：由EGR氧濃度和TzNOx;同時采用MK(可調)高壓噴射縮短噴射時間+冷EGR+提前噴iPCIPM

byEGR高壓噴射冷EGRMK燃燒預混合燃燒②HCCI技術：

EGR=30%早噴=17早噴，=17EGR=30%:1714早噴低壓縮比早噴=14EGR=30%EGR放熱率壓縮過程中噴射，i，形成稀薄預混合氣壓燃PCCI混合氣均勻化3.不同階段柴油機的控制技術對應2005年前排放法規的主要技術措施：歐IV前軌壓=160MPa、冷EGR、VNT/VGS、預噴射燃燒、進氣渦流可變系統、燃料含硫量≯50ppm；采用DOC（DieselOxidationCatalyst）、DPF后處理。針對2005年實施的歐洲排放法規：歐IV高壓多段噴射技術、閉環電控，高增壓可變技術、高冷EGR，PCI燃燒方式，燃料含硫量≯

10ppm。2009年實施的排放法規的技術措施：歐V以上200MPa多段噴射、部分HCCI、內部EGR、燃料低含硫且機油含硫量為0，采用NH3-SCR后處理技術。二、后處理技術1）氧化催化轉化器目的：將CO和HC以及PM中的SOFCO2和H2O

主要氧化催化劑：Pt鈀和Pd鉑，Pt/Pd≈2.3/1組合用Pd受Pb鉛的侵蝕；Pt受熱劣化影響催化反應因素：反應物濃度：O2濃度和CO/HC/H2濃度間的平衡溫度催化劑的工作溫度為300℃以上?？臻g速度=單位時間內的氣體流量：<數萬升/h

向排氣供給新鮮空氣2次空氣柴油中含硫量多氧化劑會生成硫酸鹽PM

氨水箱氨水供給系統氧化催化劑高壓噴射裝置2）NOx的催化還元轉化器選擇型還原裝置SCR(Selectivecatalyticreduction)：氨為還原劑催化裝置前供給相對燃料3~5%的32.5%濃度尿素。用排氣熱進行水分解反應產生NH3對NO進行選擇型還原工作溫度：250℃~500℃3）柴油機微粒捕集器（DPT或DPF）蜂窩陶瓷型DPF結構特點：相鄰孔道迷宮式。排氣從孔道流入穿過多孔性陶瓷壁面流出PM過濾在各孔道壁面。DPF的再生：及時清除堆積在濾芯上的PM恢復到原來低阻力狀況過程。定期燒掉的方式。

排氣孔道截面22mm，壁厚0.4mm;濾芯體積一般在柴油機排量的1~2倍DPF的再生方法：成為DPF的重要問題

濾芯催化器濾芯加熱器閥ON閥OFF再生電加熱再生系統：電加熱DPF供給一定空氣來燒掉PM。采用遮斷DPF流動法需多個DPF，每個DPF再生所需能量少結構復雜。連續再生系統