Internal Combustion Engine &Parts
0引言
一般情况下，柴油机的有害物质的排放量主要受到缸
内燃烧过程以及柴油机混合气形成等影响，
而这些因素又直接受到柴油机气流、喷油以及燃烧系统、
缸内运行情况影响，所以，对于柴油机的净化可以从以上几个方面入手。而其中最为关键的部分就是如何有效的将氮氧化物NO X 以及微粒碳烟进行消除。但是此两项排放物由于生成规律自相矛盾，所以，在净化过程中必须要注意当对某项采取
净化措施时还应采取相关措施来对另一项进行补救，
进而促使整个净化过程达到相关要求。另外，
柴油机本身就是一个具有多性能、多因素影响且多工况的统一体，再加上
净化技术的多样性，所以，选择科学、
合理的净化方式显得尤为重要。就目前而言，对柴油机进行综合管理以及电子
控制系统的应用可以有效的缓解其污染物的排放，
但即使这样，柴油机的净化效果仍很难得到保证，
其中最难解决的问题就是喷油系统的排放控制。对于车用柴油机而言其
主要应用的喷油系统有两大类，
即转子分配泵以及直列泵系统。所谓的转子分配泵技术主要被应用在客车以及小型高速柴油轿车中，该系统还包括内凸轮驱动的径向对置柱塞系统以及端面凸轮驱动的VE 泵系统；列泵系统则主要
被应用在大中型车用柴油机上，
其还包括单体泵、直列多缸泵以及泵喷嘴系统。无论怎样，
天津汽车超市这两大类喷油系统的工作方式均是脉动供油或者柱塞往复运动，
所以，本文主要针对此两种喷油方式进行排放控制。
1柴油机喷油系统排放控制技术1.1推迟喷油提前角，降低NO X 排放
所谓的喷油提前角指的主要是在喷油开始的点与气
缸压缩结束之间的角度。一般情况下，
柴油机均要求提前喷油。那是因为，在喷油到着火之间是存在一定的滞燃期，
而为了保证实际柴油机燃烧可以达到相关要求，所以，
为了避免燃烧推迟、节省成本等，
喷油必须要提前。根据柴油机的动力和经济两方面性能考量，
转速的上升应决定最佳提前角的增大，
同时，负荷的增大也应稍微的影响最佳提前角的增大。
机动车的柴油机往往因为工作的转速范围宽广，从而设定专门的转速提前装置来满足此
要求。在同样的工况条件下，
最佳提前角的改变会导致滞燃期的改变。实际情况当中，
初期喷油嘴距离上止点更为接近，因此缸内压力和温度较高，
滞燃期也随之缩短；这样就会减少滞燃期的预混喷油量。如果喷油时间过迟，
当滞燃期无限接近甚至达到上止点后，缸内的压力和温度也不
一定会升高；此类现象属于特殊情况，
日常工况下很难碰到。NO X 排放的关键期就是预混燃烧阶段。NO X 排放量的减少主要是由于降低了缸内压力和温度，而此现象又决定
于预混油量及混合气量的减少；
不仅如此，噪声也会随着压力的减少而降低。因此，
最早最有效的降低NO X 排放量和噪声的措施就是推迟喷油。
相比于间接喷射涡流式柴油机降低NO X 排放量较少，直喷式柴油机要优秀很多。应该
讲的是，若过度的推迟喷油时间，
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不仅会严重消耗燃油和恶化烟度，更会对CO 、HC 的排放产生不利。喷油时间过度推迟、增加缓燃期用油量和增加燃烧时间也对直接导致油耗的增加和烟度的恶化。由于过去的技术水平较低，为
了保证排放的合规合标，就不得已牺牲经济性，但随着社会的进步和科技的发展，
如今有多种办法可以综合解决此类问题。
1.2高压喷射，降低微粒碳烟排放如今随着科技的进步，净化直喷式柴油机机内的最佳措施是提高喷油压力的高压喷射。对于间接喷射柴油机而
言，由于其雾化和混合是依赖于气流，
因此对喷油压力不会有严格的要求。当控制喷油孔大小的分布不变和循环喷油量一定的工况下，喷油压力的提升就意味着喷油速率的
提高，这样会出现两种积极现象。
第一，微粒碳烟的排放量得以控制减少。可以预见的是，
提升喷油压力会使燃油颗粒直径减小，从而增加贯穿距离，进而使喷雾区域的体积增加，再加上增强紊流，这都会使燃油和空气的混合更加
充分。此类现象会使浓混合气比例降低，
缩小微粒碳烟的范围。即便是浓混合气消除不尽，
也会由于空气的含量高，粒子较小，从而提高燃烧效率，
进而在形成碳烟的初期就会被氧化。第二，减少燃油用量。一汽丰田特锐
喷油速率的提高意味着喷油时间的缩短，使得燃烧速度更快、更充分，上止点附近充
斥着燃烧所释放的热量，从而使燃油的用量大大减少，
大量试验都可佐证这一现象。
高压喷射和推迟喷油恰好可以相互补充、相互促进。
高压喷油会快速稀释混合气体，
加速燃烧过程，温度和压力升高，导致NO X 排放量增加；而推迟喷油时间又可以使
NO X 排放量减少。应指出的是，
高压喷油不会减弱推迟喷油减少NO X 排放量的效果。因此，二者取其长补其短，
完美结合后会使得柴油机喷油系统更为科学合理。
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—作者简介：周伟（1979-），男，重庆人，本科。
选号牌
柴油机喷油系统的排放控制技术
周伟；王艺颖；文李
（重庆潍柴发动机有限公司，重庆402284）
摘要：随着可持续发展经济理念的提出，人们越来越重视对环境的保护，而柴油机在运行过程中，势必会产生一定含量的氮氧化
物NO X 以及其他污染物，基于此，本文阐述了几种柴油机喷油系统的排放控制技术。
关键词：柴油机；喷油系统；排放控制中图分类号:TK421+.2文献标识码:A 文章编号:1674-957X （2021）09-0041-02
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内燃机与配件
1.3喷油率控制
喷油率控制，顾名思义是控制喷油的规律。主要包括提前角控制、喷油嘴的长度控制和喷油率大小的控制。除去提前角控制，只说在时间和循环油量一定的情况下，喷油嘴长度的控制和喷油率的控制。除了混合气体形成的因素之外，喷油率也会对燃烧过程产生重大的影响。喷油嘴和混合气体的形成也是紧密相连的。可以预见的是，如果控制很长的喷油时间，即便是提升喷油压力，也没有办法减少放热、燃烧的时间；同理可得，如果控制很大的初期喷油量，即便是推迟喷油时间，也没有办法降低NO X排放量。相反，如果降低初期喷油量，即使喷油时间不变，也能保证同样的效果。由此可见，若能控制喷油率，将会极大丰富成果。所以，当今柴油机喷油系统研发的热门课题已变成喷油率的控制。
较为理想的喷油率图形分为三个阶段，主要是喷油的初期、中期和后期；要求初期较低的喷油率，降低喷油量，使得NO X的排放量和噪声降低；要求中期喷油率图形短、高，使得喷油压力得以提高，缓燃期得以缩短，从而使混合气体的形成更充分，进而降低耗油量和微粒碳烟排放量；要求后期结束喷油应快速，从而使碳烟得以充分氧化和降低燃油量。提升喷油压力主要是作用于喷油中期。初期喷油率的控制技术主要是机械式的预喷装置、双弹簧式的喷油器以及电控式的喷油系统控制预喷方式。根
据大量的试验结果来看，只有严格要求预喷射的用油量、主喷和预喷的间隔角度、油量和时间的精度控制，才能获取良好的效果。
而全部满足此类要求的系统只有电控高压共轨式喷油系统。后期要求快速关闭喷油，可以采用降低喷油嘴运动零件的重量、加快针阀作用速率来完成。以上所述就是目前已广为流传的低惯量的喷油器、P型及J型等小型喷油器。除此之外，也可以通过增加针阀作用的压力来实现。但电控式的喷射系统仍然是快速断油首选最为有效的方法。
1.4既小且多的喷嘴喷孔，加速燃料雾化混合
喷油率一定的工况下，为了使油、气排放效果更为优秀，也可以缩短喷油孔直径、增加喷油孔数量，从而使燃烧室内油气更充满。相比于4孔喷嘴，6孔喷嘴混合体积更大，单个喷嘴更窄，浓混合气体扩散和燃烧更充分。这种方法也和提升喷油压力效果类似。增加喷油孔数量以后，对气流的要求可以适当降低，可以适当减少涡流比例，从而使燃油燃烧更经济。需要特别指出的是，喷油孔也不能太多，不然会因为贯穿不足和相邻喷嘴的紊乱，导致不利的效果。
1.5NO X催化转化器
催化热分解和选择性催化还原两种技术是NO X主要的催化转化技术；催化热分解技术是采用特殊的化
学物质合成催化剂用以分解的活化能，并且把NO X反应转化为N2，整个催化过程保证无毒无害；选择性催化还原是将饱和的HC和NO X加入到排放的废气之中，最终转化为N2、CO2和水等清洁无毒无害产物。柴油机微粒PM高效的后
处理技术是柴油机微粒捕集器（简称DPF）。采用装置将PM进行过滤之后，定期对捕集器中的PM进行处理，实现对DPF的连续使用，也就是再生。燃烧PM的方式是再生最为常见的一种方式。由于PM是柴油燃烧产生，因此我们只需要对PM进行升温，就可以保证PM继续燃烧，最终转化为CO2和水。PM的燃烧温度一般控制在550~650℃之间，而这个温度是比正常排气温度要高的。所以，主动再生和被动再生是PM充分燃烧的两种研究方向。主动再生技术是对柴油机排放温度或者过滤体温度进行升温；被动再生技术是通过加入适当的催化剂使反应活化能降低。微粒捕集器之所以能够捕集PM，其原理是过滤技术和非过滤技术，粒子之间的碰撞、阻截或重力下沉等原理将PM吸附于捕集器单元之中，和静电除尘技术大同小异。
1.6其他措施
当前最为推广的可以降低HC排放的方法是缩小孔式的喷嘴压力室体积和采取无压力室式的喷油嘴。需要强调的是，除了上述设计的方式方法之外，日常的使用和维护方面也应注意采用相应的措施，从而更科学更合理地控制柴油机有害物排放。根据大量的试验结果来看，在柴油长期运行时，有害物的排
放基本保持一致。这种情况和汽油机长期使用的有害物排放量大幅增长是不同的。若柴油机工作过程中发生冒烟的现象，立即应对喷油嘴的压力情况进行检查，看是否有明显变化或者喷雾是否正常。有必要时，还应对循环油量是否超过规定值进行检查以及缸内油量是否均匀。若发现缸内油量不均和超标，导致这一异常的原因有很多，比如柱塞副出现磨损、出油阀的密封性降低和喷油孔不通顺等情况，则应具体问题具体分析，进行清洗或更换。特别强调的是，一旦对喷油泵和调速器进行拆卸，必须要在台架上进行重新调整。若冒烟实在无法解决，且无法达到上路标准，应降低负荷运行，即使这样会损失一定的动力性能。此类方法是西方国家为了达标普遍采取的措施。比如德国的大众集团上市的TDI1.9L型增压直喷机，当解除排放限值后，额定功率125kW；若要达到欧洲标准，则标定为81kW；若要达到美国加州标准，则标定66kW。还应指出的是，喷油泵和调速器厂家已经进行细致的调整，大部分还都装上铅封，在使用中禁止私自进行改动；也严禁随意对系统中与性能相关的部件进行拆卸和更换；如必须执行此类操作时，则应必须对机器进行重新调整，否则会严重影响排放和动力。
2结语
威乐汽车随着社会的发展和科技的进步，未来排放的要求势必会更加严格，这也就要求柴油机的发展必定会更加节能、更加环保，从而为可持续发展的社会做出一定的贡献。
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雪铁龙全部车型
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