柴油机进气系统对排放的影响及其控制策略

【摘 要】排放已经成为关乎发动机是否继续存在的生死攸关的问题。柴油机在排放性能方面优于汽油机，但是其在削减排放方面比汽油机更加困难，因此研究柴油机的排放控制措施，对于提高柴油机综合性能，削减排放物具有重要意义，本文从进气系统分析，讨论进气系统对于削减柴油机污染物排放方面的技术措施。

【关键词】排放控制；柴油机；进气系统

0.概述

改进进气系统可适当的降低NOx排放，可以通过组织适当的进气涡流强度、改变气门重叠角度、改变进气状态和采用多气门技术等多个方面着手。进气涡流减弱，NOx降低，但烟度增加。其原因是混合气形成条件变差而使燃烧速度变慢，因而气缸内温度降低。因此，进气涡流强度需要在NOx与烟度之间作适中的选择。气门的大小和配气相位影响气缸内的残余废气系数，从而影响NOx排放。当残余废气系数增加时，NOx排放降低。

1.涡流比对排放的影响及其控制策略

适当增加燃烧室内空气涡流的强度，可改善燃油与空气的混合，促进混合气的形成，提高混合气的形成，提高混合气的均匀性，减少异相燃烧。同时燃烧室内局部区域混合气过浓或过稀现象减少。另外，涡流能加速燃烧，使气缸内最高燃烧压力和温度提高。这些有利于未燃烃的氧化。但空气涡流过强，则相邻两喷注之间形成相互重叠和干扰，使混合气过浓或过稀的现象更加严重，反而使HC排放增加，如图1所示。

图2所示的试验结果表示车用柴油机在低、中、高三种转速下用不同фa表征的不同负荷下，缸内涡流比SR对柴油机微粒排放的质量浓度ρPT（mg/m3）和NOx排放体积分数φNOx的影响。该机螺旋进气道产生的日期涡流比在2.3左右，且不随转速改变而变。从图2可见，虽然在不同的转速下NOx排放均随SR的加大而增加，但PT（微粒）排放却有着不同的变化趋势。在低转速下，PT排放随SR加大而下降，而在高转速下，PT随SR加大而上升，原因可能是涡流过强使PT中的SOF（可溶性有机成分）增加所致。所以，可以推断，在高转速下，适当降低SR（例如从2.3降到1.7～1.8），可同时使PT和NOx排放；在低转速下，适当提高SR（例如从2.3升到3.5～4.0），可使PT排放下降（特别是碳烟DS下降明显），当然，这会引起NOx的上升（可以用别的方法加以降低）。

在每缸只有一个进气门的柴油机上，要改变由进气道形状决定的进气涡流比是很困难的。在得出图2所示的结果的试验中，进气涡流比SR是依靠向进气道喷射压缩空气加以改变，这种手段很难实用化。

2.多气门技术对排放的影响及其控制策略

四气门柴油机的开发从根本上改变涡流比的上述情况。每缸4气门（2进2排）的结构并不是新东西，历史上甚至出现过批量生产的6气门（3进3排）的高功率强化柴油机。但是每缸4气门的结构过去主要用于缸径130～150mm的高速柴油机，主要为了提高充量系数和改善气门的工作可靠性。现在，四气门大有淘汰二氣门柴油机之势。

四气门柴油机的主要优点是扩大进排气门的总流通面积，一般可比二气门柴油机大15%～20%，从而降低进排气流动阻力，提高充量系数。

由于这些原因，在同样NOx排放条件下，四气门柴油机排气烟度、微粒排放和HC排放都低于二气门柴油机（图3）。此外，四气门柴油机喷油器的冷却情况与二气门机相比得到改善，燃烧室在活塞头部中心位置布置消除了温度场的不均匀，降低活塞的热应力和热变形。

3.总结

改进进气系统可适当的降低污染物排放，但是，柴油机的排放控制是一个系统的工程，需要发动机各个系统同时参与进来，甚至提升燃料品质。才能达到削减排放的目的。

【参考文献】

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[2]马涛.汽车尾气排放与大气污染，油气田环境保护，2007，06.

[3]曾佩兰，黄可龙，刘素琴，肖松文.汽车尾气净化催化剂的研究现状及其进展，材料导报，2003，03，17（3）.

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