内燃机的工作指标

王　毅，史　阔，王兴坤沈阳理工大学，辽宁沈阳　110159

内燃机的工作指标

王毅，史阔，王兴坤
沈阳理工大学，辽宁沈阳110159

电控燃油喷射系统大致可分为进气系统、燃油系统和电子控制系统三个部分。传感器通向ECU然后通向喷油器，经过氧传感器反馈给ECU。

低排放；喷油规律；电控系统；均质压燃

1　低排放燃烧系统应该满足以下要求

1）燃油粒度均匀且足够细，提高雾化质量并加快燃烧速度，从而改善排放性能，各种工况下都应有较高的喷油压力，以得到足够高的燃油流出初速度，得到好的雾化效果。

2）优化喷油规律，实现每循环多次喷射。

3）每循环的喷油量要适应柴油机不同工况的低排放运行的实际需要。

4）优化全工况喷油正时，实现柴油机的动力性，经济性和排放性能总和最优。

2　喷油规律的优化（先缓后急，断油迅速）

1）采用凹弧凸轮。

2）采用双弹簧喷油器，第一根开程0.03～0.06mm，第二根较硬，开程0.02～0.3mm。控制预混合燃烧混合气量。

3）优化喷油提前角，决定了滞燃期混合气的量。喷油提前角决定预混合与扩散所占比例，调整氮氧化物与PM的排放比例。

4）采用电控燃油喷射系统（高压共轨燃油喷射系统）：高压油泵—共轨管—高压油管—喷嘴。

5）预喷射与主喷射之间先向缸内喷一部分柴油，用来在滞燃期形成混合气。

6）多段喷射：一个循环所需的喷油量分几次喷完。

3　废气涡轮增压

废气涡轮增压：提高进气密度，充量系数增大—降低颗粒排放。中冷：降低进气温度，缸内最高温度降低，氮氧化物含量降低。增压中冷（柴油机）：颗粒排放物降低，氮氧化物含量降低。

废气涡轮增压的缺点：1）低速时，转矩不足。单位时间内做功次数少，废气能量多，涡轮机转矩不足，压气机转速降低—充量系数降低—动力性降低。2）高速时存在滞后。单位时间内做功次数增加，废气能量增加，涡轮机转速增加，压气机转速增加，但空气可压缩及涡轮旋转惯性使空气的供给存在滞后。3）滞后消除后，充量系数增大，缸内最高温度及缸内最高压力增加，高温零部件热负荷及机械负荷增加。

改善措施：1）在排气系统装限压阀，将部分废气能量放掉。排气能量较少时的低速或加速工况下，通过减少喷嘴环的流通截面，增大涡轮入口处的排气压力和提高喷嘴环出口的气流速度，使排气对涡轮做功的能力增强，增压器转速高速升高，进气压力迅速提高，以改善低速大负荷和加速时的排放性能，当排气能量富足时，加大喷嘴环流通截面以降低排气背压，从而可提高发动机经济性，减少排气对涡轮的做功，可将增压压力和增压器转速控制在许可的范围内。

魏小安则从旅游者的需求角度分析了这一问题，他认为，从本质上说，旅游者在寻求文化、购买文化享受文化、消费文化、旅游经营者则是生产文化、经营文化、销售文化、文化品位越高，独特性越强，多样性越丰富就越有发展前景，在这里旅游文化的消费特性和经济性都得到了充分肯定［6］。

2）可变喷嘴环截面的涡轮增压器，可调的两级涡轮增压系统。可调（增压比），两级（高压级，低压级）一一串联。

低速加速器：排气调节阀关闭。全部废气通往高压级涡轮，分向高压级压气机和低压级涡轮做功，通往低压级压气机，同事空气进入低压级压气机，然后通往高压级压气机，最后通向气缸。

4　典型电控燃油喷射系统的结构和工作原理

电控燃油喷射系统大致可分为进气系统、燃油系统和电子控制系统三个部分。传感器通向ECU然后通向喷油器，经过氧传感器反馈给ECU。

传感器：测试信号，通过控制转速控制节气门开度。ECU：测试发动机工况查找该工况下的过量空气系数，计算该工况下的喷油量，修正喷油量实际喷油量等于基本喷油量与修正喷油量的和，然后发出喷油指令。喷油器：根据ECU的指令喷油。

电控燃油喷射系统的优点：1）满足了个工况下的最佳空燃比。2）多点喷射各缸进气均匀性好。3）取消了喉管，减少了节流损失。4）取消了对进气系统的加热（进气点的温度下降，充量系数增大）。5）有较好的瞬态响应性能。6）采用闭环控制使三元催化转化器效率达到最高，即过量空气系数在1附近。

控制策略：1）冷启动时，开环控制，通过额外的喷油器增加喷油量，喷油量过量空气系数在0.6附近。2）小负荷和中负荷时，闭环控制，过量空气系数在1附近，保证发动机的排放性与经济性。3）大负荷时，为了获得更大的功率，采用浓混合气，过量空气系数在0.85～0.95范围内，开环控制。

5　均质压燃式燃烧

均质压燃式燃烧是均匀的可燃混合气在气缸内被压缩直至自行点火燃烧的方式。1）需要混合气均匀，与爆燃的压力波动不同。2）需要压燃。3）实现方式：利用增压或废弃再循环降低爆燃引起的压力波动或稀释可燃混合气的最高温度，从而使压缩比增大，压缩过程缸内温度增大，使汽油自燃。4）对排放的影响：均质燃烧时候，一氧化碳，碳氢以及颗粒物下降。压燃时，缸内最高温度下降，氮氧化物含量下降。

6　颗粒物机外净化技术

颗粒物捕集器的缺点：1）颗粒物捕集器是一种物理降低颗粒物浓度的方法，时间长了微粒捕集器容易发生堵塞，造成排气背压升高，不容易排气，缸内废气系数增大。2）受排气温度影响较大，当排气温度升高时，被过滤介质吸附的可溶性有机物会蒸发，从而造成大气污染。

捕集器再生技术：1）主动再生，断续加热再生。（1）使用两个微粒捕集器。（2）使用回形电热丝加热。（3）燃烧器放在入口。（4）微博加热，只用于多瓦性陶瓷加热。2）被动再生，催化再生。连续加热再生，将催化剂加入柴油中（将催化剂加入柴油中，燃烧后废弃物中只有催化物分子形成的化合物，使微粒自燃温度降低至300℃以下，然后利用废弃温度将颗粒物烧掉。）或将催化剂涂抹在过滤介质上（降低颗粒物自燃温度，利用废气温度使颗粒物被烧掉。

常用的催化剂：1）贵金属，使用时活性好，但是价格高。2）低熔点金属，活性较好，但高温时容易损失，且造成二次污染。3）合成金属，活性较好，但容易发生硫中毒。4）钙钛矿型金属，活性较好，价值较高，高温不容易损失，且抗中毒能力强，并且对氮氧化物的还原能力强。

7　汽油机与柴油机废气再循环系统的不同点

1）汽油机的废气再循环率小于柴油机的废气再循环率，因为汽油机的过量空气系数比柴油机的空气过量系数小，废气中氧元素的含量低。要达到降低氮氧化物含量同样的效果，需要增大废气再循环率。

直喷式柴油机的废气再循环率大于或等于40%，分隔式柴油机的废气再循环率大于或等于25%。

2）中负荷时，负荷增加（汽油机废气再循环率增加），柴油喷油量增大，充量系数不变，过量空气系数降低，混合气中氧元素浓度降低。为避免燃烧恶化，随负荷增大，中负荷时，废气再循环率降低。

柴油机的废弃再循环会引起发动机异常磨损。这是因为柴油中硫元素多，会产生二氧化硫进一步生成硫酸盐（对运动件进行磨损）和硫酸（腐蚀缸体、管道和缸壁）。

TK4

A

1674-6708（2015）152-0099-02

王毅，沈阳理工大学热能与动力工程专业