柴油机微粒捕集器设计实验
摘
柴油机微粒排放严重污染环境危害类健康净化技术直研究热点微粒捕集器DPF(Diesel Particulate Filter)控制柴油机微粒排放效处理设备着排放法规日益严格应越越广泛推进微粒捕集器实化产业化进程研究采理分析数值计算试验研究相结合方式DPF捕集特性阻力特性生规律进行研究 实现利计算机仿真计算进行DPF结构设计优化DPF性预测Matlab计算台建立DPF捕集模型压降模型高捕集效率低流动阻力DPF开发提供技术支持基填充床捕集理布朗扩散直接拦截捕集机理建立壁流式微粒捕集器捕集模型理分析壁流式微粒捕集器捕集程建立空载负载DPF压降模型通发动机台架试验模型进行校验修正利模型计算程序研究排气参数DPF捕集特性压降特性影响预测空载负载DPF压力降确定滤饼捕集阶段DPF压降构成例DPF碳载量变化 效控制DPF生程保证生安全性完全性总结现种生方法优缺点基础提出基缸次喷LPI(Late Post Injection)喷油量控制DPF动生方法DPF生进怠速DTI(Drop to Idle)控生DPF生时机确定方法LPI喷油助燃动生控制策略进行研究
关键词：柴油机 微粒捕集器 捕集压降特性
ABSTRACT
Diesel particulate emissions seriously pollute the environment and harm to human health the purification technology has been a research hotspot The DPF DPF (Diesel Particulate Filter) is the control of diesel particulate emission most effective postprocessing equipment with the increasingly stringent emission regulations it will be widely applied To promote particle trapping is practical and industrialization process this study using the combination of theoretical analysis numerical calculation and Experimental Research on DPF trapping characteristics resistance characteristics and rules of regeneration were studied In order to realize the computer simulation to predict the DPF structural design and optimization and DPF performance In the matlab calculation is developed on the platform of the DPF trap set model and the pressure drop model for particulate collection efficiency low flow resistance DPF development to provide technical support Packed bed collection based on the theory of Brown diffusion and direct interception trapping mechanism of wall flow particulate trapping model Theoretical analysis of wall flow particulate trapping collector a pressure drop model of noload and load DPF In order to check and verify the model by engine bench test The calculating program of the model to study exhaust parameters of trapping DPF and pressure drop characteristics of the impact and prediction of noload and load of the DPF pressure drop filter cake to determine trapping DPF pressure drop and the proportion with DPF carbon load changes In order to effectively control the DPF regeneration process to ensure the regeneration of the safety and completeness in summing up various existing regeneration based on the advantages and disadvantages of the methods is proposed based on cylinder after the second spray LPI (late post injection) fuel injection quantity control of the DPF initiative regeneration method and DPF regeneration into idle DTI (drop to idle uncontrolled regeneration method to determine the DPF regeneration time LPI fuel injected active regeneration control strategy research
Keywords diesel particulate trap capture and pressure drop characteristics
1 前 言
基碳载量判断生时机LPI喷油助燃DPF动生方法提出DPF动生控制策略分析LPI燃油喷射量优值确定方法 更进行微粒排放控制针具理化特性燃料进行微粒数量排放粒度分布测量分析DPF燃料排气微粒数浓度捕集效率分级捕集效率该研究结果表明： (1)柴油生物柴油BTL天然气合成油GTL添加铁基燃油添加剂(FeFBC)低硫柴油(FBC表征)微粒排放绝部分200nm微粒粒度分布均呈单峰数分布转速变化相负荷变化微粒粒度分布影响较着负荷增加柴油BTLFBC微粒粒度分布趋核化峰值粒径粒径偏移GTL峰值粒径粒径偏移核态微粒排放降低 (2) BTL热值低含氧量高燃烧排放柴油差异表现燃烧燃始点提前滞燃期缩短燃油消耗率升高CO_2COHC排放降低NOx排放增尤中高负荷表现更突出BTL总微粒数量浓度较燃料高核态微粒排放显著增降低核态微粒数量排放亟解决问题 (3) GTL具高十六烷值低芳烃特点柴油相燃烧着火提前滞燃期短预混合燃烧例减燃烧完全够效降低CO_2COHCNOx气体排放降低核态微粒积聚态微粒数量浓度 (4) FBC微粒粒度分布核态微粒数例总微粒数浓度负荷转速变化规律柴油相似铁基添加剂够优化燃烧减少粒径颗粒生成金属氧化物燃烧室生成柴油相FBC具较高总微粒数核态微粒数排放核态微粒例均90 (5)柴油机燃理化特性燃料工况会产生排气参数微粒粒度分布影响DPF捕集效率DPF试验燃料数量浓度捕集效率NE(Number Efficiency)分级捕集效率FE(fractional efficiency)转速负荷变化没明显规律DPF应BTLGTLFBC燃料时DPF数量浓度捕集效率降数工况DPF柴油数浓度捕集效率均90远远高DPFBTLGTLFBC捕集效率排气粒径范围DPF柴油燃料分级捕集效率始终较高分级捕集效率粒径变化满足捕集理分析150nm附达波谷值穿透窗口积聚态粒径区间BTLGTLFBC燃料排气粒径区间DPF分级捕集效率均降分级捕集效率变化趋势捕集理分析核态积聚态粒径区域DPF出现穿透窗口应代燃料时应针具体燃料排气状态设计专DPF充分发挥净化功效
2柴油机微粒组成成份分析
21 柴油机燃烧程分析
柴油机蒸发性差柴油机喷油器柴油高压喷入气缸分散成千百万计细油滴油滴气缸高温高压热气中加热蒸发扩散混合焰前反应等系列物理化学准备着火次喷射持续段时间般缸着火时喷射程尚未结束混合气形成程燃烧会重叠进行：边喷油边燃烧
柴油气缸燃烧复杂物理化学变化程燃烧程完善程度直接影响着柴油机作功力热效率期限燃烧程划分四阶段：滞燃期速燃期缓燃期燃期
第阶段——滞燃期指柴油开始喷入气缸着火段时期阶段包括燃料雾化加热蒸发扩散空气混合等物理变化重分子裂化燃油低温氧化等化学变化混合气浓度温度较合适氧化充分处处时着火
第二阶段——速燃期指着火开始出现高压力段时期阶段没滞燃期喷入燃油全部烧光取决混合气形成条件情况少会相部分已喷入气缸混合燃油烧掉
第三阶段——缓燃期指高压力点出现高温度时段时期缓燃期开始时然缸已形成燃烧产物量混合气燃烧缓燃期初期喷射程未结束缓燃期中燃烧程相高速度进行放出量热量气体温度升高值气缸容积增情况进行气缸气体压力迅速降
第四阶段——燃期指缓燃期终点燃油基烧完段时期前阶段燃烧中燃料喷射中心外扩散程受已燃废气包围部分燃料拖期燃烧形成燃期
柴油机通柴油高压喷入已压缩温度高空气中迅速混合燃工作混合气没均匀总部分燃料完全燃烧分解碳体微粒分析柴油机微粒排放净化技术发展趋势必须先分析燃烧程样解燃烧微粒成份形成途径
柴油机排放物中害成份COHCNOX微粒等微粒成分包括碳烟颗粒溶碳氢机物硫水排放微粒表面积吸附力强(吸附环芳香烃等)微粒直径(001～005cm)重量轻长时间悬浮气中易体吸沉积肺胞中类健康极危害
22 通废气实验测种微粒占例
根实验测柴油机微粒成份占例列表
表11 柴油机微粒成份占例
碳烟颗粒
30
溶碳氢机物
35
硫水
35
3 柴油机微粒生成机理
柴油机排气微粒原生微球聚集成总体结构团絮状链状柴油机微粒组成取决柴油机运转工况尤排气温度排气温度超500℃时排气微粒基碳质微球聚集体称碳烟称烟粒排气温度低500℃时（柴油机绝部分工况）烟粒会吸附凝聚种机物称机容成分机物定温度挥发绝部分溶解机溶剂中微粒含量变化范围广10～90含量取决燃油性质发动机类型运行工况果发动机排气道测试取样发现微粒粒度断增排气中机化合物断吸附冷凝微粒排气中机容成份含量增加
柴油机排放烟粒燃油中碳生成受燃油种类燃油分子中碳原子数氢原子影响柴油机碳烟完全燃烧产物燃料高温缺氧条件进裂解脱氢产物高温裂解角度出发碳烟微粒扩散火焰中燃油较浓燃烧处形成
柴油机烟粒生长长般分两阶段
(1) 烟粒生长阶段：诱导期期间燃料分子氧化中间产物热解产物萌生凝聚相
(2) 烟粒长阶段：包括表面生长聚集两中形式表面生长指烟粒表面粘住气相物质质量增时发生脱氢反应会改变烟粒数量聚集程指通碰撞烟粒长烟粒数量减少生成链状团絮状聚集物柴油机中烟粒聚集程常烟粒空气中氧化程时发生燃烧早期生成碳烟微粒温度高碳反应温度富氧区扰流火焰出现方燃烧期氧混合完全燃烧
烟粒排放量取决烟粒生成反应氧化反应间衡情况烟粒开始生成燃混合气碳氧原子重影响素
(3) 烟粒氧化
烟粒整生成程中朱兆物晶核聚集物发生氧化专门测试法测柴油机气缸烟粒峰值浓度远远排放浓度说明燃烧程生成烟粒部分排气程开始前氧化掉
(4) SOF吸附凝结
柴油机排气微粒生成程阶段组成SOF重质机化合物烟粒聚集物凝结吸附阶段发生燃气发动机排出空气稀释前通吸附凝结烟粒表面覆盖SOF
4种微粒处理方法
41 分析微粒质量成份
微粒成份分析排放法规求微粒形成氧化程微粒处理技术研究等具重意义面介绍微粒中机溶成分SOF分离方法：
411 热解质量分析法
热解质量分析法惰性气体氛中微粒样品规定加热速率加热923K保温5分钟段时间中部分蒸发热天测量微粒质量减少量代表中挥发部分法测高沸点HC硫酸盐基SOF吻合然气体氛换成空气相温度样品进步减少质量应氧化碳烟组合残留微量灰分
该方法优点准确快捷出样品质量损失率变化连续曲线定量分析VF中馏分测碳烟种条件氧化速率缺点热解质量分析仪昂贵次处理样品
412 真空挥发法
真空挥发法微粒样品置真空干燥箱真空度95Kpa温度473k加热3时左右质量变化微粒中VF含量方法设备简单操方便真空干燥箱具较容积次时处理样品连续记录质量变化收集VF较困难
413 索式萃取法
微粒中SOF采索式萃取法采集常索式萃取法图41示：
1冷凝 2提取 3虹吸 4连接 5提取瓶
图41 索式萃取法
盛容积烧瓶置恒温浴缸中水加热容积蒸发升冷凝中冷凝物回样品室中浸泡样品进行萃取萃取液达定体积时虹吸流回烧瓶样容积萃取液中循环流动断微粒中SOF带烧瓶中直萃取完全
萃取溶剂通常采二氯甲烷沸点315K样品中SOF低萃取般连续8时完成样品原始质量残渣质量差SOF质量
该方法原理说测量柴油机排放微粒中SOF准确方法萃取次足处耗时操作较复杂
汽车排放微粒中SOF成份复杂通气相色谱仪GC进步分析弄清中种HC源般低C19HC柴油高C28润滑油果色谱仪质谱仪连复杂机物进行更细致分析结果表明柴油机排气微粒中挥发成份发动机负荷增减少95减65左右余挥发燃物碳粒燃机物极少
42 分析影响微粒生成素
421 负荷转速影响
图42柴油机微粒排放量负荷转速关系图出：高速负荷时单位油耗微粒排放量较负荷增加微粒排放量减低速负荷时微粒排放量空燃增加升高
图42示柴油机微粒排放量负荷转速关系
微粒排放量负荷样变化趋势负荷空燃温度均较低气缸稀薄混合气区较处燃烧界限外燃烧造成冷凝集合利条件较微粒（成分未燃燃油成份部分氧化反应产物）生成负荷时空燃温度均较高造成裂解脱氢利条件微粒（成份碳烟）排放量升高接全负荷时微粒排放急剧增加（接烟界限）时然总体量空气系数尚1燃烧室燃混合气均匀局部会浓导致烟粒量生成
微粒排放量转速变化关系负荷时温度低未燃油滴微粒氧化作微弱转速升高时种氧化作受时间素制约微粒排放量转速升高增加负荷时转速升高利气流运动加强燃烧速度加快碳烟微粒高温条件空气混合氧化起促进作碳烟微粒排放量转速升高减仅考虑碳烟排放车速适应性柴油机言峰值浓度出现低速负荷区
422 燃料影响
柴油中芳香烃含量柴油馏程柴油机微粒排放明显影响实验表明燃油中芳香烃含量馏程越高相条件微粒排放量越烷烃含量越高微粒排放量越少
燃油十六烷值烟粒排放明显影响实验表明柴油机排烟浓度十六烷值提高增原十六烷值较高燃油稳定性较差燃烧程中碳粒生成速率较高致燃油十六烷值燃烧程影响考虑十六烷值燃油具良发火性排烟浓度较然降低十六烷获排烟改善会带柴油机工作粗暴等严重果
423 喷油参数影响
直喷式柴油中参数变时提前喷油非常迟喷油降低排气烟度图43示
图43 喷油参数
提前喷油排烟降原：滞燃期喷油提前角加延长着火前喷油量较燃烧温度较高燃烧程结束较早排气烟度降喷油提前会燃烧噪声柴油机机械负荷热负荷加会引起NOX排放量增加
非常迟喷油排烟降原：种喷油定时发生滞燃气扩散火焰部分发生膨胀程中火焰温度脚底碳烟生成速率降低
(1) 喷油规律影响
喷油定时喷油持续角循环供油量涡流发动机转速变条件直喷式喷油规律NO碳烟排放影响图44示
部分燃油前半时间喷入汽缸时参预混燃烧油量增排烟浓度低NO浓度高反部分燃油半时间喷入汽缸时参扩散燃烧油量增排烟浓度高NO浓度低
提高初始喷油速率前提减少喷油持续角燃烧程较快结束改进碳烟排放
图44 直喷式喷油规律NO碳烟排放影响
(2) 喷油嘴正常喷射影响
喷油嘴针阀密封面漏油针阀落座缓慢造成滴漏针阀落座次升起产生二次喷射时燃油雾化混合变差碳烟未燃烃CO排放发动机运转均利影响
(3) 喷油压力影响
提高喷油压力改善燃油雾化（减少油雾均直径）促进燃油空气混合改善汽油混合均匀性减少烟粒生成试验证明柴油机转速高低负荷烟粒排放均喷油压力提高降低应注意较高转速较负荷（较循环供油量）样喷油装置较高喷油压力采较高喷油压力柴油机具较高EGR耐力增EGR率降低NOX排放导致烟粒HC排放升图出喷油压力42MPa提高82MPa时烟粒排量降半HC排放量降13左右
424 空气涡流影响
适增加空气涡流油滴蒸发加快空气卷入量增利改善混合气品质减少碳烟排放量减少碳烟排放力涡流定利减少微粒害物排放例喷油率较低时增空气涡流会吹散较燃油形成较宽稀着火区未燃烃排放量增加
425 素影响
高温缺氧造成碳烟生成量增加重原提高充气效率增进气量措施减少碳烟排放适提高燃烧室空气温度壁温改善燃料着火条件减少微粒排放
5现采净化技术
51 柴油机机净化技术
机净化着眼降低燃烧室碳粒初始粒子形成通改进发动机结构增加附加装置达微粒净化目
511 优化燃烧程
燃烧系统优化燃烧程微粒产生影响研究热点研究方
a 燃油喷射系统优化喷油关参数喷油量喷油嘴端压力喷油嘴结构喷油提前角喷油系统性直接影响燃油雾化混合气质量终影响微粒排放特性例增加喷油嘴孔数采电控技术提高喷射压力燃油燃烧室更均匀分布减少燃油碰壁利减少微粒排放会引起N0增加
b 燃烧方式改进减少微粒排放国研究预混合燃烧方式柴油机样燃油空气充分混合量避免高温缺氧情况燃油裂解成碳粒性
c 进气涡流优化高压喷射情况采低涡流利减少微粒排放涡流提高进气速度降低充气效率发动机实际运行时低转速时求较高进气涡流高速时求较低进气涡流采变涡流进气道技术运行中涡流02～25间变化发动机性微粒排放特性整范围优化
d 四气门技术采四气门结构活塞燃烧凹坑缸盖喷油嘴布置燃烧室中央改善进气涡流油雾分布燃烧状况明显优化时改善活塞喷嘴冷条件减少微粒排放
e 采陶瓷材料陶瓷材料制成燃烧室活塞顶缸套提高燃烧室绝热效果陶瓷材料制成气门摇臂等运动部件减少摩擦阻力降低机油耗量减少微粒排放
f 进气增压空气冷技术增加进气量样燃料扭矩时充分氧避免达界空燃变截面增压器配合先进控制系统效降低微粒排放量
512 降低机油消耗量
柴油机排放微粒中未燃机油占重必须降低机油消耗量须活塞活塞环缸套等零部件进行优化设计进行配合间隙优化研究特热变形条件研究达降低机油消耗目
513 燃料改进措施
a 降低含硫量燃烧程中柴油中硫约98转化S0余2成硫酸盐颗粒部分S0进步氧化燃烧程中生成HO结合形成HZSO硫酸盐增加微粒排放量微粒中硫012降005时微粒排放量减少8～10进步减少硫微粒排放量影响美国1993年10月规定高速公路行驶汽车柴油硫含量高0051996年已全部供应低硫柴油
b 降低燃油重燃油重直接影响非直喷式柴油机微粒排放微粒排放量燃油重增加增加
c 燃油乳化采油包水型乳化燃油样油中水急剧汽化油滴变更加细利扩散然烧效降低微粒排放
52 柴油机机净化技术
机外净化排气处理柴油机排气引专门处理装置中消中部分微粒排气机外净化措施示图52示机外净化措施中应广泛微粒薄技术耐高温滤材料制成特定结构滤体排气中微粒截留滤体达净化目滤体材料结构应满足求
a 通特性排气阻力
b 抗热击性较机械性
c 热稳定性承受高热负荷
e 滤效率高
f 适应生求
图52示 机外净化措施示
目前国外应广泛滤材料壁流式蜂窝陶瓷泡沫陶瓷陶瓷纤维等着滤体微粒断积累柴油机排气阻力增加背压升高背压升高定程度时导致柴油机功率滤效率降必须时清滤体积存微粒众周知柴油机负荷转速工况气缸排气口温度达500℃～600℃时柴油机排气微粒开始迅速氧化升温直着火燃烧减少微粒达滤体排气阻力滤效率恢复原水滤体生目前滤体生方法热生利全负荷生喷油助燃生电加热生节流生等外开发逆喷气生振动生等非加热生方法利外部热源积存滤体微粒升温燃减少滤体微粒
53 微粒捕集器
柴油车微粒捕集器属种分离技术实新型需解决技术问题设计种柴油车微粒捕集器工艺成低生效果寿命长优点实新型技术方案种柴油车微粒捕集器包括微粒捕集器滤芯生控制装置滤芯陶瓷纤维纱线缠绕滤芯微粒捕集器结构捕集器壳体前部设支盖壳体分前两腔述滤芯加热电阻丝设腔支盖部开孔进气相部开孔旁路连通挡板两端轴转动支撑孔间支盖轴座孔伸壳体外挡板轴齿轮气动阀阀杆齿条相啮合实新型柴油车尾气治理微粒捕集器生
54 氧化催化转换器
柴油机氧化催化器降低颗粒排放物通固体颗粒物中溶解性机成分（SOF）时燃烧掉部分干碳烟进步降低COHC排放量氧化催化器单独处理器技术机净化技术满足严格排放法规氧化催化剂需生维护简单广泛处理技术
排放法规促进柴油机排放控制技术发展进步1994年起已超150万套柴油机氧化型催化器安装重型车辆目前国家区降低柴油机排放求相重型柴油机言日排放法规NOX 排放限制相较严段时间降低PM美国欧洲排放法规PM排放限制相较严段时间降低NOX
国柴油车尾气处理技术研究工作处刚刚起步阶段目前尚成熟柴油车尾气处理技术供推广时总结柴油车尾气排放特点国开展方面科研技术应早国际柴油车排放标准接轨具十分重意义
6未净化技术改进
通前柴油机微粒生成影响素解影响柴油机微粒生成受负荷转速燃料喷油空气涡流等素影响然转速负荷燃油喷射均柴油燃烧室燃油燃烧方式进气系统关柴油机净化技术改进需基础进行改进样柴油机微粒排放基层改善需改进项：
61 柴油机燃烧室改进
柴油机期程中进入燃烧室纯空气压缩程接终时柴油喷入定准备行着火燃烧柴油机混合气形成时间较长柴油蒸发型流动性较差柴油燃烧前难彻底雾化蒸发空气混合柴油机燃混合气品质较差柴油混合完全采较量空气系数
量空气少混合气形成坏必然素燃烧室进气量影响面介绍燃烧室混合气形成影响分析微粒影响改进：
（1）分隔式燃烧室
分隔式燃烧室结构特点位活塞顶部燃烧室外位缸盖副燃烧室两者间通道相连燃油直接喷入燃烧室喷入副燃烧室
分隔式燃烧室柴油机中强烈空气运动保证较混合气重量空气利率较高量空气系数α达12左右空气运动强度转速提高增保证高速较性
（2）直喷式燃烧室
直喷式燃烧室根活塞顶部凹坑深浅分半开式燃烧室开始燃烧室：开式燃烧室中混合气形成燃油喷散雾化雾化质量喷射系统高求开式燃烧室空气利率较低般采增压保证量空气系数实现完善燃烧半开式燃烧室混合气形成进气涡流起重作半开式燃烧室空气利率提高量空气系数约13～15时实现完善燃烧燃烧室特点着适场合表61出种燃烧室特点适场合致较
表61 种燃烧室特点适场合
直喷式燃烧室
分隔式燃烧室
开始燃烧式
半开式燃烧室
涡流室燃烧室
预燃室燃烧室
燃烧室形状
简单
般
复杂
复杂
SV（燃烧室）
空气运动
进气涡流
进气涡流（）挤流（次）
压缩涡流（二次涡流（次）
燃烧涡流
喷射系统求
高
较高
较低
低
喷油器
孔式（7～12）
孔式（4～6）
轴针
轴针
喷油压力
20～40
18～28
15～10
9～13
压缩
12～15
16～18
16～23
18～23
量空气系数
16～22
13～15
12～14
12～14
效燃油消耗率
190～220
200～230
240～275
245～280
冷启动性
较
较差
差
高爆发压力
高
较高
较低
低
燃烧噪声
高
较高
较低
低
热负荷排气温度
低
较低
较高
高
燃料适应性
差
较差
较
适缸径
≥
80～140
70～100
≥65
适转速
≤2000
≤4500
≤5000
≤5000
应该说明类型燃烧室增压柴油机非增压柴油机相较般量空气系数较压缩较低高爆发压力较燃烧噪声较效燃油消耗率会程度降低
结：图62中表示开式燃烧室柴油机半开式燃烧室柴油机分隔式燃烧室柴油机中等转速害排放量较
图62 开式半开式分隔式燃烧室柴油机中等转速害排放量较
图62见碳烟排放量半开式燃烧室低半开式燃烧室次分隔式燃烧室高半开式燃烧室HC排放量高特较低负荷工况中液态成分部分微粒排放量高直喷式燃烧室较分隔式燃烧室NOX排放量明显更高特高负荷工况害物排放噪声控制方面分隔式燃烧室应控制碳烟排放量特较低负荷工况直喷式燃烧室应解决控制碳烟NOX间矛盾皇帝燃烧噪声控制部分负荷工况排放量
62 柴油机燃油燃烧方式改进
621 燃油取代
燃料环境污染污染源选择代燃料降低害气体排放燃料甚改变气中碳循环现较前途代燃料天然气液化石油气醇类燃料植物油氢气等种代燃料特性
天然气源油田存形式分压缩式天然气液化天然气目前汽车压缩天然气天然气特点热值高抗爆性混合气发火界限宽着火温度高
液化石油气成分丙烷丁烷特点天然气相类似具热值高抗爆性着火温度高容易空气混合排放低等优点液化石油气混合充分燃烧完全排放污染低排放性受改装调整等许素影响排放稳定醇类燃料资源丰富汽车中常甲醇燃料乙醇燃料采种燃料新源公害汽车特点辛烷值较高蒸发潜热常温液体燃界线宽热值低沸点低等
植物油做发动起应急燃料希通植物油摆脱石油赖植物油柴油方较接植物油作柴油代燃料试验证明纯植物油作柴油机燃料时通加喷油提前角增加油泵循环供油量等措施获较动力性纯植物油冷启动困难容易出现滤器堵塞燃烧室积碳等问题纯植物油进步科研
氢气石油时代结束希发动机源氢气做源民梦寐求事情优点诸资源丰富热值高排放污染少助化工技术煤天然气等化石源制取利太阳核等然源分解水获氢作代燃料七燃烧产物没HCCO碳烟等污染物没造成温室效应CO2唯害物NOX氢理想清洁燃料
氢作代发动机燃料问题氢量密度低低温技术价格昂贵氢制造成高氢柴油机时氢着火温度高难行燃烧般采火花塞炽热表面点火着技术进步氢发动机燃料
622 燃油雾化
燃油雾化指燃油喷入燃烧室粉碎分散细液滴程燃油雾化增加周围空气接触蒸发表面积加速空气中吸热程液滴汽化程混合气形成起重作良混合气燃烧完全必少条件燃油物化质量非常重
燃油雾化质量般指油束中液滴细度均匀度细度液滴均直径表示液滴均直径越意味着燃油雾化越细液滴均直径受种素影响减喷油器喷孔直径增燃油喷入时流速空气密度增燃油粘度表面张力减会油滴均直径减良燃油雾化质量喷射系统严格求：
a 避免正常喷射现象穴蚀破坏时喷射系统基求
b 根转速负荷工况求佳喷射时刻精确提供需燃油量
c 改善柴油机动力性济性害排放噪声水等应实现理想喷油规律
d 良油束特性满足具体燃烧室求油束形状雾化质量燃油喷射气流运动燃烧室形状间配合达佳
e 喷射系统强化应采取相应措施保证关零部件强度刚度提高系统工作性寿命时注意降低喷射系统噪声振动
尾气控制燃油混合做起良喷射系统燃油雾化质量低尾气排放
623 燃油喷射控制
电控喷射系统满足限制害排放物条件柴油机济性动力性等性达优提供条件突出优点控制准确响应东风快速性电控系统三部分组成传感器控制部分执行部分
喷射控制控制喷射程喷油泵开始供油喷油器喷油停止程整程全负荷工况约占15°～40°曲轴转角整喷射程分三阶段喷射延迟阶段喷射阶段喷射结束阶段控制三程关键
63 进气系统改进
进气系统改进减少进气系统阻力增流通力提高充气效率改善发动机性方面
631 采增压中冷技术
废气涡轮增压提高进气压力增空气供量提高气缸均效压力量空气系数整循环均温度燃油燃烧完全柴油机颗粒状物质排放量降低50左右减少COHC排放采柴油机增压技术燃油消耗量减少COHC会进步降低
632 气门技术
进气发动机重环节进气必然导致混合气混合均匀势必会影响发动机方面性会影响发动机排放采气门技术技术增加进气量柴油混合均匀彻底燃烧减少废气途径该影响两方面采4气门技术时利喷油器布置气缸轴线附油气混合均匀燃烧早结束利降低NOX外4气门燃烧室凹坑产生较涡流减少涡流死区利降低PM二关闭部分通道形成柴油机转速相适应进气涡流强度实现涡流变低转速时关闭切气道获高涡流提高低速时混合气质量改善柴油机济性动力性排放
结
柴油机具较高燃油济性性维护成特点然尾气排放受严重制约环境污染关系类健康重问题柴油机微粒排放包括：碳元素碳烟氧化未完全氧化碳氢化合物硫酸盐硫酸盐结合水杂质降低柴油机排气污染机机外两方面采取必措施根发动机部通合理组织燃烧程减少害排放物生成
电控柴油机技术应控制污染物生成提供效途径排气处理装置定程度减少排气污染物排放量新开发排气净化装置减柴油机烟度具定效果该项技术应做出益尝试
参考文献
1龚金科编 汽车排放控制技术[M] 民交通出版社20079
2徐尔强审 汽车发动机拖拉机[M] 机械工业出版社2000
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4陆际清编 汽车发动机燃料供调节[M] 清华学出版社2002
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柴油机微粒捕集器设计实验
摘
柴油机微粒排放严重污染环境危害类健康净化技术直研究热点微粒捕集器DPF(Diesel Particulate Filter)控制柴油机微粒排放效处理设备着排放法规日益严格应越越广泛推进微粒捕集器实化产业化进程研究采理分析数值计算试验研究相结合方式DPF捕集特性阻力特性生规律进行研究 实现利计算机仿真计算进行DPF结构设计优化DPF性预测Matlab计算台建立DPF捕集模型压降模型高捕集效率低流动阻力DPF开发提供技术支持基填充床捕集理布朗扩散直接拦截捕集机理建立壁流式微粒捕集器捕集模型理分析壁流式微粒捕集器捕集程建立空载负载DPF压降模型通发动机台架试验模型进行校验修正利模型计算程序研究排气参数DPF捕集特性压降特性影响预测空载负载DPF压力降确定滤饼捕集阶段DPF压降构成例DPF碳载量变化 效控制DPF生程保证生安全性完全性总结现种生方法优缺点基础提出基缸次喷LPI(Late Post Injection)喷油量控制DPF动生方法DPF生进怠速DTI(Drop to Idle)控生DPF生时机确定方法LPI喷油助燃动生控制策略进行研究
关键词：柴油机 微粒捕集器 捕集压降特性
ABSTRACT
Diesel particulate emissions seriously pollute the environment and harm to human health the purification technology has been a research hotspot The DPF DPF (Diesel Particulate Filter) is the control of diesel particulate emission most effective postprocessing equipment with the increasingly stringent emission regulations it will be widely applied To promote particle trapping is practical and industrialization process this study using the combination of theoretical analysis numerical calculation and Experimental Research on DPF trapping characteristics resistance characteristics and rules of regeneration were studied In order to realize the computer simulation to predict the DPF structural design and optimization and DPF performance In the matlab calculation is developed on the platform of the DPF trap set model and the pressure drop model for particulate collection efficiency low flow resistance DPF development to provide technical support Packed bed collection based on the theory of Brown diffusion and direct interception trapping mechanism of wall flow particulate trapping model Theoretical analysis of wall flow particulate trapping collector a pressure drop model of noload and load DPF In order to check and verify the model by engine bench test The calculating program of the model to study exhaust parameters of trapping DPF and pressure drop characteristics of the impact and prediction of noload and load of the DPF pressure drop filter cake to determine trapping DPF pressure drop and the proportion with DPF carbon load changes In order to effectively control the DPF regeneration process to ensure the regeneration of the safety and completeness in summing up various existing regeneration based on the advantages and disadvantages of the methods is proposed based on cylinder after the second spray LPI (late post injection) fuel injection quantity control of the DPF initiative regeneration method and DPF regeneration into idle DTI (drop to idle uncontrolled regeneration method to determine the DPF regeneration time LPI fuel injected active regeneration control strategy research
Keywords diesel particulate trap capture and pressure drop characteristics
1 前 言
基碳载量判断生时机LPI喷油助燃DPF动生方法提出DPF动生控制策略分析LPI燃油喷射量优值确定方法 更进行微粒排放控制针具理化特性燃料进行微粒数量排放粒度分布测量分析DPF燃料排气微粒数浓度捕集效率分级捕集效率该研究结果表明： (1)柴油生物柴油BTL天然气合成油GTL添加铁基燃油添加剂(FeFBC)低硫柴油(FBC表征)微粒排放绝部分200nm微粒粒度分布均呈单峰数分布转速变化相负荷变化微粒粒度分布影响较着负荷增加柴油BTLFBC微粒粒度分布趋核化峰值粒径粒径偏移GTL峰值粒径粒径偏移核态微粒排放降低 (2) BTL热值低含氧量高燃烧排放柴油差异表现燃烧燃始点提前滞燃期缩短燃油消耗率升高CO_2COHC排放降低NOx排放增尤中高负荷表现更突出BTL总微粒数量浓度较燃料高核态微粒排放显著增降低核态微粒数量排放亟解决问题 (3) GTL具高十六烷值低芳烃特点柴油相燃烧着火提前滞燃期短预混合燃烧例减燃烧完全够效降低CO_2COHCNOx气体排放降低核态微粒积聚态微粒数量浓度 (4) FBC微粒粒度分布核态微粒数例总微粒数浓度负荷转速变化规律柴油相似铁基添加剂够优化燃烧减少粒径颗粒生成金属氧化物燃烧室生成柴油相FBC具较高总微粒数核态微粒数排放核态微粒例均90 (5)柴油机燃理化特性燃料工况会产生排气参数微粒粒度分布影响DPF捕集效率DPF试验燃料数量浓度捕集效率NE(Number Efficiency)分级捕集效率FE(fractional efficiency)转速负荷变化没明显规律DPF应BTLGTLFBC燃料时DPF数量浓度捕集效率降数工况DPF柴油数浓度捕集效率均90远远高DPFBTLGTLFBC捕集效率排气粒径范围DPF柴油燃料分级捕集效率始终较高分级捕集效率粒径变化满足捕集理分析150nm附达波谷值穿透窗口积聚态粒径区间BTLGTLFBC燃料排气粒径区间DPF分级捕集效率均降分级捕集效率变化趋势捕集理分析核态积聚态粒径区域DPF出现穿透窗口应代燃料时应针具体燃料排气状态设计专DPF充分发挥净化功效
2柴油机微粒组成成份分析
21 柴油机燃烧程分析
柴油机蒸发性差柴油机喷油器柴油高压喷入气缸分散成千百万计细油滴油滴气缸高温高压热气中加热蒸发扩散混合焰前反应等系列物理化学准备着火次喷射持续段时间般缸着火时喷射程尚未结束混合气形成程燃烧会重叠进行：边喷油边燃烧
柴油气缸燃烧复杂物理化学变化程燃烧程完善程度直接影响着柴油机作功力热效率期限燃烧程划分四阶段：滞燃期速燃期缓燃期燃期
第阶段——滞燃期指柴油开始喷入气缸着火段时期阶段包括燃料雾化加热蒸发扩散空气混合等物理变化重分子裂化燃油低温氧化等化学变化混合气浓度温度较合适氧化充分处处时着火
第二阶段——速燃期指着火开始出现高压力段时期阶段没滞燃期喷入燃油全部烧光取决混合气形成条件情况少会相部分已喷入气缸混合燃油烧掉
第三阶段——缓燃期指高压力点出现高温度时段时期缓燃期开始时然缸已形成燃烧产物量混合气燃烧缓燃期初期喷射程未结束缓燃期中燃烧程相高速度进行放出量热量气体温度升高值气缸容积增情况进行气缸气体压力迅速降
第四阶段——燃期指缓燃期终点燃油基烧完段时期前阶段燃烧中燃料喷射中心外扩散程受已燃废气包围部分燃料拖期燃烧形成燃期
柴油机通柴油高压喷入已压缩温度高空气中迅速混合燃工作混合气没均匀总部分燃料完全燃烧分解碳体微粒分析柴油机微粒排放净化技术发展趋势必须先分析燃烧程样解燃烧微粒成份形成途径
柴油机排放物中害成份COHCNOX微粒等微粒成分包括碳烟颗粒溶碳氢机物硫水排放微粒表面积吸附力强(吸附环芳香烃等)微粒直径(001～005cm)重量轻长时间悬浮气中易体吸沉积肺胞中类健康极危害
22 通废气实验测种微粒占例
根实验测柴油机微粒成份占例列表
表11 柴油机微粒成份占例
碳烟颗粒
30
溶碳氢机物
35
硫水
35
3 柴油机微粒生成机理
柴油机排气微粒原生微球聚集成总体结构团絮状链状柴油机微粒组成取决柴油机运转工况尤排气温度排气温度超500℃时排气微粒基碳质微球聚集体称碳烟称烟粒排气温度低500℃时（柴油机绝部分工况）烟粒会吸附凝聚种机物称机容成分机物定温度挥发绝部分溶解机溶剂中微粒含量变化范围广10～90含量取决燃油性质发动机类型运行工况果发动机排气道测试取样发现微粒粒度断增排气中机化合物断吸附冷凝微粒排气中机容成份含量增加
柴油机排放烟粒燃油中碳生成受燃油种类燃油分子中碳原子数氢原子影响柴油机碳烟完全燃烧产物燃料高温缺氧条件进裂解脱氢产物高温裂解角度出发碳烟微粒扩散火焰中燃油较浓燃烧处形成
柴油机烟粒生长长般分两阶段
(1) 烟粒生长阶段：诱导期期间燃料分子氧化中间产物热解产物萌生凝聚相
(2) 烟粒长阶段：包括表面生长聚集两中形式表面生长指烟粒表面粘住气相物质质量增时发生脱氢反应会改变烟粒数量聚集程指通碰撞烟粒长烟粒数量减少生成链状团絮状聚集物柴油机中烟粒聚集程常烟粒空气中氧化程时发生燃烧早期生成碳烟微粒温度高碳反应温度富氧区扰流火焰出现方燃烧期氧混合完全燃烧
烟粒排放量取决烟粒生成反应氧化反应间衡情况烟粒开始生成燃混合气碳氧原子重影响素
(3) 烟粒氧化
烟粒整生成程中朱兆物晶核聚集物发生氧化专门测试法测柴油机气缸烟粒峰值浓度远远排放浓度说明燃烧程生成烟粒部分排气程开始前氧化掉
(4) SOF吸附凝结
柴油机排气微粒生成程阶段组成SOF重质机化合物烟粒聚集物凝结吸附阶段发生燃气发动机排出空气稀释前通吸附凝结烟粒表面覆盖SOF
4种微粒处理方法
41 分析微粒质量成份
微粒成份分析排放法规求微粒形成氧化程微粒处理技术研究等具重意义面介绍微粒中机溶成分SOF分离方法：
411 热解质量分析法
热解质量分析法惰性气体氛中微粒样品规定加热速率加热923K保温5分钟段时间中部分蒸发热天测量微粒质量减少量代表中挥发部分法测高沸点HC硫酸盐基SOF吻合然气体氛换成空气相温度样品进步减少质量应氧化碳烟组合残留微量灰分
该方法优点准确快捷出样品质量损失率变化连续曲线定量分析VF中馏分测碳烟种条件氧化速率缺点热解质量分析仪昂贵次处理样品
412 真空挥发法
真空挥发法微粒样品置真空干燥箱真空度95Kpa温度473k加热3时左右质量变化微粒中VF含量方法设备简单操方便真空干燥箱具较容积次时处理样品连续记录质量变化收集VF较困难
413 索式萃取法
微粒中SOF采索式萃取法采集常索式萃取法图41示：
1冷凝 2提取 3虹吸 4连接 5提取瓶
图41 索式萃取法
盛容积烧瓶置恒温浴缸中水加热容积蒸发升冷凝中冷凝物回样品室中浸泡样品进行萃取萃取液达定体积时虹吸流回烧瓶样容积萃取液中循环流动断微粒中SOF带烧瓶中直萃取完全
萃取溶剂通常采二氯甲烷沸点315K样品中SOF低萃取般连续8时完成样品原始质量残渣质量差SOF质量
该方法原理说测量柴油机排放微粒中SOF准确方法萃取次足处耗时操作较复杂
汽车排放微粒中SOF成份复杂通气相色谱仪GC进步分析弄清中种HC源般低C19HC柴油高C28润滑油果色谱仪质谱仪连复杂机物进行更细致分析结果表明柴油机排气微粒中挥发成份发动机负荷增减少95减65左右余挥发燃物碳粒燃机物极少
42 分析影响微粒生成素
421 负荷转速影响
图42柴油机微粒排放量负荷转速关系图出：高速负荷时单位油耗微粒排放量较负荷增加微粒排放量减低速负荷时微粒排放量空燃增加升高
图42示柴油机微粒排放量负荷转速关系
微粒排放量负荷样变化趋势负荷空燃温度均较低气缸稀薄混合气区较处燃烧界限外燃烧造成冷凝集合利条件较微粒（成分未燃燃油成份部分氧化反应产物）生成负荷时空燃温度均较高造成裂解脱氢利条件微粒（成份碳烟）排放量升高接全负荷时微粒排放急剧增加（接烟界限）时然总体量空气系数尚1燃烧室燃混合气均匀局部会浓导致烟粒量生成
微粒排放量转速变化关系负荷时温度低未燃油滴微粒氧化作微弱转速升高时种氧化作受时间素制约微粒排放量转速升高增加负荷时转速升高利气流运动加强燃烧速度加快碳烟微粒高温条件空气混合氧化起促进作碳烟微粒排放量转速升高减仅考虑碳烟排放车速适应性柴油机言峰值浓度出现低速负荷区
422 燃料影响
柴油中芳香烃含量柴油馏程柴油机微粒排放明显影响实验表明燃油中芳香烃含量馏程越高相条件微粒排放量越烷烃含量越高微粒排放量越少
燃油十六烷值烟粒排放明显影响实验表明柴油机排烟浓度十六烷值提高增原十六烷值较高燃油稳定性较差燃烧程中碳粒生成速率较高致燃油十六烷值燃烧程影响考虑十六烷值燃油具良发火性排烟浓度较然降低十六烷获排烟改善会带柴油机工作粗暴等严重果
423 喷油参数影响
直喷式柴油中参数变时提前喷油非常迟喷油降低排气烟度图43示
图43 喷油参数
提前喷油排烟降原：滞燃期喷油提前角加延长着火前喷油量较燃烧温度较高燃烧程结束较早排气烟度降喷油提前会燃烧噪声柴油机机械负荷热负荷加会引起NOX排放量增加
非常迟喷油排烟降原：种喷油定时发生滞燃气扩散火焰部分发生膨胀程中火焰温度脚底碳烟生成速率降低
(1) 喷油规律影响
喷油定时喷油持续角循环供油量涡流发动机转速变条件直喷式喷油规律NO碳烟排放影响图44示
部分燃油前半时间喷入汽缸时参预混燃烧油量增排烟浓度低NO浓度高反部分燃油半时间喷入汽缸时参扩散燃烧油量增排烟浓度高NO浓度低
提高初始喷油速率前提减少喷油持续角燃烧程较快结束改进碳烟排放
图44 直喷式喷油规律NO碳烟排放影响
(2) 喷油嘴正常喷射影响
喷油嘴针阀密封面漏油针阀落座缓慢造成滴漏针阀落座次升起产生二次喷射时燃油雾化混合变差碳烟未燃烃CO排放发动机运转均利影响
(3) 喷油压力影响
提高喷油压力改善燃油雾化（减少油雾均直径）促进燃油空气混合改善汽油混合均匀性减少烟粒生成试验证明柴油机转速高低负荷烟粒排放均喷油压力提高降低应注意较高转速较负荷（较循环供油量）样喷油装置较高喷油压力采较高喷油压力柴油机具较高EGR耐力增EGR率降低NOX排放导致烟粒HC排放升图出喷油压力42MPa提高82MPa时烟粒排量降半HC排放量降13左右
424 空气涡流影响
适增加空气涡流油滴蒸发加快空气卷入量增利改善混合气品质减少碳烟排放量减少碳烟排放力涡流定利减少微粒害物排放例喷油率较低时增空气涡流会吹散较燃油形成较宽稀着火区未燃烃排放量增加
425 素影响
高温缺氧造成碳烟生成量增加重原提高充气效率增进气量措施减少碳烟排放适提高燃烧室空气温度壁温改善燃料着火条件减少微粒排放
5现采净化技术
51 柴油机机净化技术
机净化着眼降低燃烧室碳粒初始粒子形成通改进发动机结构增加附加装置达微粒净化目
511 优化燃烧程
燃烧系统优化燃烧程微粒产生影响研究热点研究方
a 燃油喷射系统优化喷油关参数喷油量喷油嘴端压力喷油嘴结构喷油提前角喷油系统性直接影响燃油雾化混合气质量终影响微粒排放特性例增加喷油嘴孔数采电控技术提高喷射压力燃油燃烧室更均匀分布减少燃油碰壁利减少微粒排放会引起N0增加
b 燃烧方式改进减少微粒排放国研究预混合燃烧方式柴油机样燃油空气充分混合量避免高温缺氧情况燃油裂解成碳粒性
c 进气涡流优化高压喷射情况采低涡流利减少微粒排放涡流提高进气速度降低充气效率发动机实际运行时低转速时求较高进气涡流高速时求较低进气涡流采变涡流进气道技术运行中涡流02～25间变化发动机性微粒排放特性整范围优化
d 四气门技术采四气门结构活塞燃烧凹坑缸盖喷油嘴布置燃烧室中央改善进气涡流油雾分布燃烧状况明显优化时改善活塞喷嘴冷条件减少微粒排放
e 采陶瓷材料陶瓷材料制成燃烧室活塞顶缸套提高燃烧室绝热效果陶瓷材料制成气门摇臂等运动部件减少摩擦阻力降低机油耗量减少微粒排放
f 进气增压空气冷技术增加进气量样燃料扭矩时充分氧避免达界空燃变截面增压器配合先进控制系统效降低微粒排放量
512 降低机油消耗量
柴油机排放微粒中未燃机油占重必须降低机油消耗量须活塞活塞环缸套等零部件进行优化设计进行配合间隙优化研究特热变形条件研究达降低机油消耗目
513 燃料改进措施
a 降低含硫量燃烧程中柴油中硫约98转化S0余2成硫酸盐颗粒部分S0进步氧化燃烧程中生成HO结合形成HZSO硫酸盐增加微粒排放量微粒中硫012降005时微粒排放量减少8～10进步减少硫微粒排放量影响美国1993年10月规定高速公路行驶汽车柴油硫含量高0051996年已全部供应低硫柴油
b 降低燃油重燃油重直接影响非直喷式柴油机微粒排放微粒排放量燃油重增加增加
c 燃油乳化采油包水型乳化燃油样油中水急剧汽化油滴变更加细利扩散然烧效降低微粒排放
52 柴油机机净化技术
机外净化排气处理柴油机排气引专门处理装置中消中部分微粒排气机外净化措施示图52示机外净化措施中应广泛微粒薄技术耐高温滤材料制成特定结构滤体排气中微粒截留滤体达净化目滤体材料结构应满足求
a 通特性排气阻力
b 抗热击性较机械性
c 热稳定性承受高热负荷
e 滤效率高
f 适应生求
图52示 机外净化措施示
目前国外应广泛滤材料壁流式蜂窝陶瓷泡沫陶瓷陶瓷纤维等着滤体微粒断积累柴油机排气阻力增加背压升高背压升高定程度时导致柴油机功率滤效率降必须时清滤体积存微粒众周知柴油机负荷转速工况气缸排气口温度达500℃～600℃时柴油机排气微粒开始迅速氧化升温直着火燃烧减少微粒达滤体排气阻力滤效率恢复原水滤体生目前滤体生方法热生利全负荷生喷油助燃生电加热生节流生等外开发逆喷气生振动生等非加热生方法利外部热源积存滤体微粒升温燃减少滤体微粒
53 微粒捕集器
柴油车微粒捕集器属种分离技术实新型需解决技术问题设计种柴油车微粒捕集器工艺成低生效果寿命长优点实新型技术方案种柴油车微粒捕集器包括微粒捕集器滤芯生控制装置滤芯陶瓷纤维纱线缠绕滤芯微粒捕集器结构捕集器壳体前部设支盖壳体分前两腔述滤芯加热电阻丝设腔支盖部开孔进气相部开孔旁路连通挡板两端轴转动支撑孔间支盖轴座孔伸壳体外挡板轴齿轮气动阀阀杆齿条相啮合实新型柴油车尾气治理微粒捕集器生
54 氧化催化转换器
柴油机氧化催化器降低颗粒排放物通固体颗粒物中溶解性机成分（SOF）时燃烧掉部分干碳烟进步降低COHC排放量氧化催化器单独处理器技术机净化技术满足严格排放法规氧化催化剂需生维护简单广泛处理技术
排放法规促进柴油机排放控制技术发展进步1994年起已超150万套柴油机氧化型催化器安装重型车辆目前国家区降低柴油机排放求相重型柴油机言日排放法规NOX 排放限制相较严段时间降低PM美国欧洲排放法规PM排放限制相较严段时间降低NOX
国柴油车尾气处理技术研究工作处刚刚起步阶段目前尚成熟柴油车尾气处理技术供推广时总结柴油车尾气排放特点国开展方面科研技术应早国际柴油车排放标准接轨具十分重意义
6未净化技术改进
通前柴油机微粒生成影响素解影响柴油机微粒生成受负荷转速燃料喷油空气涡流等素影响然转速负荷燃油喷射均柴油燃烧室燃油燃烧方式进气系统关柴油机净化技术改进需基础进行改进样柴油机微粒排放基层改善需改进项：
61 柴油机燃烧室改进
柴油机期程中进入燃烧室纯空气压缩程接终时柴油喷入定准备行着火燃烧柴油机混合气形成时间较长柴油蒸发型流动性较差柴油燃烧前难彻底雾化蒸发空气混合柴油机燃混合气品质较差柴油混合完全采较量空气系数
量空气少混合气形成坏必然素燃烧室进气量影响面介绍燃烧室混合气形成影响分析微粒影响改进：
（1）分隔式燃烧室
分隔式燃烧室结构特点位活塞顶部燃烧室外位缸盖副燃烧室两者间通道相连燃油直接喷入燃烧室喷入副燃烧室
分隔式燃烧室柴油机中强烈空气运动保证较混合气重量空气利率较高量空气系数α达12左右空气运动强度转速提高增保证高速较性
（2）直喷式燃烧室
直喷式燃烧室根活塞顶部凹坑深浅分半开式燃烧室开始燃烧室：开式燃烧室中混合气形成燃油喷散雾化雾化质量喷射系统高求开式燃烧室空气利率较低般采增压保证量空气系数实现完善燃烧半开式燃烧室混合气形成进气涡流起重作半开式燃烧室空气利率提高量空气系数约13～15时实现完善燃烧燃烧室特点着适场合表61出种燃烧室特点适场合致较
表61 种燃烧室特点适场合
直喷式燃烧室
分隔式燃烧室
开始燃烧式
半开式燃烧室
涡流室燃烧室
预燃室燃烧室
燃烧室形状
简单
般
复杂
复杂
SV（燃烧室）
空气运动
进气涡流
进气涡流（）挤流（次）
压缩涡流（二次涡流（次）
燃烧涡流
喷射系统求
高
较高
较低
低
喷油器
孔式（7～12）
孔式（4～6）
轴针
轴针
喷油压力
20～40
18～28
15～10
9～13
压缩
12～15
16～18
16～23
18～23
量空气系数
16～22
13～15
12～14
12～14
效燃油消耗率
190～220
200～230
240～275
245～280
冷启动性
较
较差
差
高爆发压力
高
较高
较低
低
燃烧噪声
高
较高
较低
低
热负荷排气温度
低
较低
较高
高
燃料适应性
差
较差
较
适缸径
≥
80～140
70～100
≥65
适转速
≤2000
≤4500
≤5000
≤5000
应该说明类型燃烧室增压柴油机非增压柴油机相较般量空气系数较压缩较低高爆发压力较燃烧噪声较效燃油消耗率会程度降低
结：图62中表示开式燃烧室柴油机半开式燃烧室柴油机分隔式燃烧室柴油机中等转速害排放量较
图62 开式半开式分隔式燃烧室柴油机中等转速害排放量较
图62见碳烟排放量半开式燃烧室低半开式燃烧室次分隔式燃烧室高半开式燃烧室HC排放量高特较低负荷工况中液态成分部分微粒排放量高直喷式燃烧室较分隔式燃烧室NOX排放量明显更高特高负荷工况害物排放噪声控制方面分隔式燃烧室应控制碳烟排放量特较低负荷工况直喷式燃烧室应解决控制碳烟NOX间矛盾皇帝燃烧噪声控制部分负荷工况排放量
62 柴油机燃油燃烧方式改进
621 燃油取代
燃料环境污染污染源选择代燃料降低害气体排放燃料甚改变气中碳循环现较前途代燃料天然气液化石油气醇类燃料植物油氢气等种代燃料特性
天然气源油田存形式分压缩式天然气液化天然气目前汽车压缩天然气天然气特点热值高抗爆性混合气发火界限宽着火温度高
液化石油气成分丙烷丁烷特点天然气相类似具热值高抗爆性着火温度高容易空气混合排放低等优点液化石油气混合充分燃烧完全排放污染低排放性受改装调整等许素影响排放稳定醇类燃料资源丰富汽车中常甲醇燃料乙醇燃料采种燃料新源公害汽车特点辛烷值较高蒸发潜热常温液体燃界线宽热值低沸点低等
植物油做发动起应急燃料希通植物油摆脱石油赖植物油柴油方较接植物油作柴油代燃料试验证明纯植物油作柴油机燃料时通加喷油提前角增加油泵循环供油量等措施获较动力性纯植物油冷启动困难容易出现滤器堵塞燃烧室积碳等问题纯植物油进步科研
氢气石油时代结束希发动机源氢气做源民梦寐求事情优点诸资源丰富热值高排放污染少助化工技术煤天然气等化石源制取利太阳核等然源分解水获氢作代燃料七燃烧产物没HCCO碳烟等污染物没造成温室效应CO2唯害物NOX氢理想清洁燃料
氢作代发动机燃料问题氢量密度低低温技术价格昂贵氢制造成高氢柴油机时氢着火温度高难行燃烧般采火花塞炽热表面点火着技术进步氢发动机燃料
622 燃油雾化
燃油雾化指燃油喷入燃烧室粉碎分散细液滴程燃油雾化增加周围空气接触蒸发表面积加速空气中吸热程液滴汽化程混合气形成起重作良混合气燃烧完全必少条件燃油物化质量非常重
燃油雾化质量般指油束中液滴细度均匀度细度液滴均直径表示液滴均直径越意味着燃油雾化越细液滴均直径受种素影响减喷油器喷孔直径增燃油喷入时流速空气密度增燃油粘度表面张力减会油滴均直径减良燃油雾化质量喷射系统严格求：
a 避免正常喷射现象穴蚀破坏时喷射系统基求
b 根转速负荷工况求佳喷射时刻精确提供需燃油量
c 改善柴油机动力性济性害排放噪声水等应实现理想喷油规律
d 良油束特性满足具体燃烧室求油束形状雾化质量燃油喷射气流运动燃烧室形状间配合达佳
e 喷射系统强化应采取相应措施保证关零部件强度刚度提高系统工作性寿命时注意降低喷射系统噪声振动
尾气控制燃油混合做起良喷射系统燃油雾化质量低尾气排放
623 燃油喷射控制
电控喷射系统满足限制害排放物条件柴油机济性动力性等性达优提供条件突出优点控制准确响应东风快速性电控系统三部分组成传感器控制部分执行部分
喷射控制控制喷射程喷油泵开始供油喷油器喷油停止程整程全负荷工况约占15°～40°曲轴转角整喷射程分三阶段喷射延迟阶段喷射阶段喷射结束阶段控制三程关键
63 进气系统改进
进气系统改进减少进气系统阻力增流通力提高充气效率改善发动机性方面
631 采增压中冷技术
废气涡轮增压提高进气压力增空气供量提高气缸均效压力量空气系数整循环均温度燃油燃烧完全柴油机颗粒状物质排放量降低50左右减少COHC排放采柴油机增压技术燃油消耗量减少COHC会进步降低
632 气门技术
进气发动机重环节进气必然导致混合气混合均匀势必会影响发动机方面性会影响发动机排放采气门技术技术增加进气量柴油混合均匀彻底燃烧减少废气途径该影响两方面采4气门技术时利喷油器布置气缸轴线附油气混合均匀燃烧早结束利降低NOX外4气门燃烧室凹坑产生较涡流减少涡流死区利降低PM二关闭部分通道形成柴油机转速相适应进气涡流强度实现涡流变低转速时关闭切气道获高涡流提高低速时混合气质量改善柴油机济性动力性排放
结
柴油机具较高燃油济性性维护成特点然尾气排放受严重制约环境污染关系类健康重问题柴油机微粒排放包括：碳元素碳烟氧化未完全氧化碳氢化合物硫酸盐硫酸盐结合水杂质降低柴油机排气污染机机外两方面采取必措施根发动机部通合理组织燃烧程减少害排放物生成
电控柴油机技术应控制污染物生成提供效途径排气处理装置定程度减少排气污染物排放量新开发排气净化装置减柴油机烟度具定效果该项技术应做出益尝试
参考文献
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