內燃機的工作指標

王　毅，史　闊，王興坤沈陽理工大學，遼寧沈陽　110159

內燃機的工作指標

王毅，史闊，王興坤
沈陽理工大學，遼寧沈陽110159

電控燃油噴射系統大致可分為進氣系統、燃油系統和電子控制系統三個部分。傳感器通向ECU然后通向噴油器，經過氧傳感器反饋給ECU。

低排放；噴油規律；電控系統；均質壓燃

1　低排放燃燒系統應該滿足以下要求

1）燃油粒度均勻且足夠細，提高霧化質量并加快燃燒速度，從而改善排放性能，各種工況下都應有較高的噴油壓力，以得到足夠高的燃油流出初速度，得到好的霧化效果。

2）優化噴油規律，實現每循環多次噴射。

3）每循環的噴油量要適應柴油機不同工況的低排放運行的實際需要。

4）優化全工況噴油正時，實現柴油機的動力性，經濟性和排放性能總和最優。

2　噴油規律的優化（先緩后急，斷油迅速）

1）采用凹弧凸輪。

2）采用雙彈簧噴油器，第一根開程0.03～0.06mm，第二根較硬，開程0.02～0.3mm。控制預混合燃燒混合氣量。

3）優化噴油提前角，決定了滯燃期混合氣的量。噴油提前角決定預混合與擴散所占比例，調整氮氧化物與PM的排放比例。

4）采用電控燃油噴射系統（高壓共軌燃油噴射系統）：高壓油泵—共軌管—高壓油管—噴嘴。

5）預噴射與主噴射之間先向缸內噴一部分柴油，用來在滯燃期形成混合氣。

6）多段噴射：一個循環所需的噴油量分幾次噴完。

3　廢氣渦輪增壓

廢氣渦輪增壓：提高進氣密度，充量系數增大—降低顆粒排放。中冷：降低進氣溫度，缸內最高溫度降低，氮氧化物含量降低。增壓中冷（柴油機）：顆粒排放物降低，氮氧化物含量降低。

廢氣渦輪增壓的缺點：1）低速時，轉矩不足。單位時間內做功次數少，廢氣能量多，渦輪機轉矩不足，壓氣機轉速降低—充量系數降低—動力性降低。2）高速時存在滯后。單位時間內做功次數增加，廢氣能量增加，渦輪機轉速增加，壓氣機轉速增加，但空氣可壓縮及渦輪旋轉慣性使空氣的供給存在滯后。3）滯后消除后，充量系數增大，缸內最高溫度及缸內最高壓力增加，高溫零部件熱負荷及機械負荷增加。

改善措施：1）在排氣系統裝限壓閥，將部分廢氣能量放掉。排氣能量較少時的低速或加速工況下，通過減少噴嘴環的流通截面，增大渦輪入口處的排氣壓力和提高噴嘴環出口的氣流速度，使排氣對渦輪做功的能力增強，增壓器轉速高速升高，進氣壓力迅速提高，以改善低速大負荷和加速時的排放性能，當排氣能量富足時，加大噴嘴環流通截面以降低排氣背壓，從而可提高發動機經濟性，減少排氣對渦輪的做功，可將增壓壓力和增壓器轉速控制在許可的范圍內。

魏小安則從旅游者的需求角度分析了這一問題，他認為，從本質上說，旅游者在尋求文化、購買文化享受文化、消費文化、旅游經營者則是生產文化、經營文化、銷售文化、文化品位越高，獨特性越強，多樣性越豐富就越有發展前景，在這里旅游文化的消費特性和經濟性都得到了充分肯定［6］。

2）可變噴嘴環截面的渦輪增壓器，可調的兩級渦輪增壓系統。可調（增壓比），兩級（高壓級，低壓級）一一串聯。

低速加速器：排氣調節閥關閉。全部廢氣通往高壓級渦輪，分向高壓級壓氣機和低壓級渦輪做功，通往低壓級壓氣機，同事空氣進入低壓級壓氣機，然后通往高壓級壓氣機，最后通向氣缸。

4　典型電控燃油噴射系統的結構和工作原理

電控燃油噴射系統大致可分為進氣系統、燃油系統和電子控制系統三個部分。傳感器通向ECU然后通向噴油器，經過氧傳感器反饋給ECU。

傳感器：測試信號，通過控制轉速控制節氣門開度。ECU：測試發動機工況查找該工況下的過量空氣系數，計算該工況下的噴油量，修正噴油量實際噴油量等于基本噴油量與修正噴油量的和，然后發出噴油指令。噴油器：根據ECU的指令噴油。

電控燃油噴射系統的優點：1）滿足了個工況下的最佳空燃比。2）多點噴射各缸進氣均勻性好。3）取消了喉管，減少了節流損失。4）取消了對進氣系統的加熱（進氣點的溫度下降，充量系數增大）。5）有較好的瞬態響應性能。6）采用閉環控制使三元催化轉化器效率達到最高，即過量空氣系數在1附近。

控制策略：1）冷啟動時，開環控制，通過額外的噴油器增加噴油量，噴油量過量空氣系數在0.6附近。2）小負荷和中負荷時，閉環控制，過量空氣系數在1附近，保證發動機的排放性與經濟性。3）大負荷時，為了獲得更大的功率，采用濃混合氣，過量空氣系數在0.85～0.95范圍內，開環控制。

5　均質壓燃式燃燒

均質壓燃式燃燒是均勻的可燃混合氣在氣缸內被壓縮直至自行點火燃燒的方式。1）需要混合氣均勻，與爆燃的壓力波動不同。2）需要壓燃。3）實現方式：利用增壓或廢棄再循環降低爆燃引起的壓力波動或稀釋可燃混合氣的最高溫度，從而使壓縮比增大，壓縮過程缸內溫度增大，使汽油自燃。4）對排放的影響：均質燃燒時候，一氧化碳，碳氫以及顆粒物下降。壓燃時，缸內最高溫度下降，氮氧化物含量下降。

6　顆粒物機外凈化技術

顆粒物捕集器的缺點：1）顆粒物捕集器是一種物理降低顆粒物濃度的方法，時間長了微粒捕集器容易發生堵塞，造成排氣背壓升高，不容易排氣，缸內廢氣系數增大。2）受排氣溫度影響較大，當排氣溫度升高時，被過濾介質吸附的可溶性有機物會蒸發，從而造成大氣污染。

捕集器再生技術：1）主動再生，斷續加熱再生。（1）使用兩個微粒捕集器。（2）使用回形電熱絲加熱。（3）燃燒器放在入口。（4）微博加熱，只用于多瓦性陶瓷加熱。2）被動再生，催化再生。連續加熱再生，將催化劑加入柴油中（將催化劑加入柴油中，燃燒后廢棄物中只有催化物分子形成的化合物，使微粒自燃溫度降低至300℃以下，然后利用廢棄溫度將顆粒物燒掉。）或將催化劑涂抹在過濾介質上（降低顆粒物自燃溫度，利用廢氣溫度使顆粒物被燒掉。

常用的催化劑：1）貴金屬，使用時活性好，但是價格高。2）低熔點金屬，活性較好，但高溫時容易損失，且造成二次污染。3）合成金屬，活性較好，但容易發生硫中毒。4）鈣鈦礦型金屬，活性較好，價值較高，高溫不容易損失，且抗中毒能力強，并且對氮氧化物的還原能力強。

7　汽油機與柴油機廢氣再循環系統的不同點

1）汽油機的廢氣再循環率小于柴油機的廢氣再循環率，因為汽油機的過量空氣系數比柴油機的空氣過量系數小，廢氣中氧元素的含量低。要達到降低氮氧化物含量同樣的效果，需要增大廢氣再循環率。

直噴式柴油機的廢氣再循環率大于或等于40%，分隔式柴油機的廢氣再循環率大于或等于25%。

2）中負荷時，負荷增加（汽油機廢氣再循環率增加），柴油噴油量增大，充量系數不變，過量空氣系數降低，混合氣中氧元素濃度降低。為避免燃燒惡化，隨負荷增大，中負荷時，廢氣再循環率降低。

柴油機的廢棄再循環會引起發動機異常磨損。這是因為柴油中硫元素多，會產生二氧化硫進一步生成硫酸鹽（對運動件進行磨損）和硫酸（腐蝕缸體、管道和缸壁）。

TK4

A

1674-6708（2015）152-0099-02

王毅，沈陽理工大學熱能與動力工程專業