对柴油机喷油系统排放控制技术切实可行的改进方法 机械设计制造及其自动化毕业论文.docx
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对柴油机喷油系统排放控制技术切实可行的改进方法机械设计制造及其自动化毕业论文
毕业设计（论文）
中文题目：
对柴油机喷油系统排放控制技术切实可行的改进方法
学院：
远程与继续教育学院
专业：
机械设计制造及其自动化
姓名：
学号：
指导教师：
日
北京交通大学
毕业设计（论文）成绩评议
年级
07秋
层次
本科
专业
机械设计制造及其自动化
姓名
安立杰
题目
对柴油机喷油系统排放控制技术切实可行的改进方法
指
导
教
师
评
阅
意
见
成绩评定：
指导教师：
年月日
评
阅
教
师
意
见
评阅教师：
年月日
答
辩
小
组
意
见
答辩小组负责人：
年月日
北京交通大学
毕业设计（论文）任务书
本任务书下达给：
07秋级本科机械自动化专业学生安立杰
设计（论文）题目：
对柴油机喷油系统排放控制技术切实可行的改进方法
一、设计（论述）内容：
柴油机净化的关键是如何有效地消除NO和微粒碳烟的生成量。
本文应从喷油系统出发，提出改进排放的切实可行的方法，具有明显的现实意义。
通过对铁路内燃机车的了解，正确分析现阶段我国铁路内燃机车的现状并提出控制柴油机排放的具体措施。
二、基本要求：
从喷油系统出发，提出改进排放的切实可行的方法，借鉴各国发展内燃机车的情况和自身实践经验，开展理论结合实际的研究。
三、重点研究的问题：
结合铁路内燃机车的现状，提出对柴油机喷油系统排放控制技术切实可行的改进方法总体思路，将其重点研究的方案集中在控制柴油机排放的具体措施上。
四、主要技术指标：
1．论文题目一般不超过25个字，要简练准确，可分二行书写；
2．开题报告由学生认真书写，经指导教师签字后的开题报告有效；
3．摘要中文摘要字数应在400字左右，包括论文题目、论文搞要、关键词（3至5个），英文摘要与中文摘要内容要相对应；
4．目录按三级标题编写，要求层次清晰，且要与正文标题一致，主要包括摘要、正文主要层次标题、参考文献、附录等；
5．正文论文正文包括绪论（或前言、慨述等）、论文主体、结论。
工科论文要求符合科技论文格式，正文文字应在15000字以上；
6．参考文献必须是学生本人真正阅读过的，以近期发表的杂志类文献为主，图书类文献不能过多，且要与论文工作直接相关。
7．附录含外文复印件及外文译文、有关图纸、计算机源程序，如果安排有毕业实习，需提供毕业实习报告等。
五、其他要说明的问题
论文要用统一的毕业论文用纸，用中文打印（B5）或手写。
手写每页20行，每行20－22字，用黑或蓝黑墨水工整书写；打印正文用宋或楷体小四号字，版面上空2.5cm，下空2cm，左右空2cm（靠装订线一侧增加0.5cm空白用于装订）。
对字体和字号的要求如下：
题目用一号（分两行书写时用小一号）黑体字；第一层次
（一）题序和标题用小二号黑体字，题序和标题之间空两字，不加标点，下同；第二层次（
（一））题序和标题用小三号黑体字；第三层次
（1）题序和标题用四号黑体字；第四层次（
（1））题序和标题用小四号黑体字；第五层次以下标题和题序与第四层次同。
下达任务日期：
2009年7 月23日
要求完成日期：
2009年11月10日
答辩日期：
2009年11月28日
指导教师：
林桂清
开题报告
题目：
对柴油机喷油系统排放控制技术切实可行的改进方法
报告人：
安立杰2009年08月25日
一、文献综述：
柴油机净化的关键是如何有效地消除NOχ和微粒碳烟的生成量。
文章从结构系统出发，提出了改进排放的切实可行的方法，具有明显的现实意义。
柴油机的有害排放取决于柴油机混合气形成及缸内燃烧过程，而这些归根到底是由喷油、气流、燃烧系统以及缸内工作特质的配合所决定的。
二、选题的目的和意义
柴油机净化的关键，是如何有效地消除NOχ和微粒碳烟的生成量。
恰恰这两项排放物的生成规律常常是互相矛盾的。
因此，任何一个单项措施总有它的负面影响。
人们总是在采取某项措施的同时，应用另一项措施来加以补救和平衡。
最后，常常是多项措施的综合应用，才使排放性能达到一个新的水平。
柴油机是一个多性能、多工况、多因素综合影响的统一体，再加上各种各样的排放净化措施，如何进行优选、折中和综合控制是一个极为困难和复杂的问题。
柴油机的电子控制和综合管理是有效解决这一问题的最佳途径，也是使各种机内净化措施得以充分发挥效用的保证。
在所有净化措施中，喷油系统的改进无疑是最为重要的环节。
三、研究方案：
车用柴油机中常用的机械燃油喷射系统有两大类，直列泵系统和转子分配泵系统。
直列泵系统包括直列多缸泵、单体泵和泵喷嘴系统，多用于大、中型车用柴油机上。
转子分配泵系统有端面凸轮驱动的VE泵系统，和内凸轮驱动的径向对置柱塞系统，多用于轻型客车和柴油轿车的小型高速柴油机上。
上述各系统都是应用柱塞往复运动、脉动供油的方式工作。
总结出五种控制柴油机排放的具体措施。
四、进度计划：
8月27日－9月15日
分析题目，查阅资料，学习与毕业设计相关的知识，作好前期准备工作。
9月16日－10月10日
划分论点，进行方案论证，撰写论文。
10月11日－11月10日
划分论点，进行方案论证，撰写论文撰写毕业论文并征求导师意见，修改毕业论文，进行毕业论文的评议。
五、指导教师意见：
题目符合当前铁路的发展要求，研究方案可行，进度安排合理，可以进行下一步工作。
指导教师：
林桂清
2009年8月25日
中期报告
题目：
对柴油机喷油系统排放控制技术切实可行的改进方法
报告人：
机械设计制造及其自动化安立杰
一、总体设计
柴油机净化的关键是如何有效地消除NOχ和微粒碳烟的生成量。
文章从结构，燃油系统出发，提出了改进排放的五种切实可行的方法，具有明显的现实意义。
柴油机的有害排放取决于柴油机混合气形成及缸内燃烧过程，而这些归根到底是由喷油、气流、燃烧系统以及缸内工作特质的配合所决定的。
二、基本框架
1.排放污染及危害
2.柴油机有害排放的形成机理
3.影响柴油机有害排放的因素
4.柴油机排放控制
三、进展情况
已经完成推迟喷油提前角降低NOχ排放燃油高压喷射降低微粒碳烟排放这一部分，其他部分还不能汇总，资料搜集不齐，只有个别部分成形，后面还需继续努力。
4、指导教师意见
论文按照进度计划进行，确定的整体思路符合任务书的要求，框架结构合理，可以进行论文的撰写工作。
结题验收
一、完成日期
2009年11月10日
二、完成质量
论文基本上符合要求，结构较完整，层次较清楚。
能运用所学专业理论知识结合铁路企业特点完成论文，具有一定的分析问题解决问题的能力。
三、存在问题
如能多增加实际运用中具体案例说明问题会更好。
四、结论
毕业论文进行过程中，态度较认真，基本按照任务书的要求查找资料，总结现场存在的问题，并能够与老师联系、沟通。
按时完成了开题报告、中期报告、初稿的写作，并对初稿进行了反复修改，基本上达到了论文的写作要求。
经检查可以结题。
中文摘要
摘要：
通过研讨内燃机有害排放物的形成机理、有害排放物的危害、有害排放物的影响因素、柴油机排放的控制措施，较好地反映了柴油机排放控制技术的最新发展和目前采用的新技术、新方法.实用性强。
主要从喷油系统出发，提出改进排放的切实可行的方法，有效地消除NOX和微粒碳烟的生成量。
柴油机净化的关键是如何有效地消除NOχ和微粒碳烟的生成量。
文章从喷油系统出发，提出了改进排放的五种切实可行的方法，具有明显的现实意义。
关键词：
柴油机；排放控制；措施
EnglishAbstract
Abstract:
Harmfulemissionsfrominternalcombustionenginesthroughthediscussionoftheformationmechanismofthehazardsofharmfulemissions,harmfulemissionsfactors,dieselemissioncontrolmeasures,betterreflectsthedieselemissioncontroltechnology,thelatestdevelopmentsandthecurrentadoptionofnewtechnologies,newmethods.practicability.Mainlyfromthefuelinjectionsystem,thispaperproposespracticalwaystoimproveemissions,effectivelyeliminatingNOXandparticulatesootgeneration.CleandieselengineThekeyishowtoeffectivelyeliminateNOχandparticulatesootgeneration.Articlefromthestartingfuelinjectionsystemisproposedtoimproveemissions,fivekindsofpracticalways,withobviouspracticalsignificance.
Keywords:
dieselengine,exhaustingcontrol
中文摘要...........................................
引言...............................................1
第一章排放污染及危害.............................2
1.1发动机的废气成分.....................................2
1.2有害排放的危害.......................................3
第二章柴油机有害排放的形成机理...................6
2.1CO的形成............................................6
2.2HC的形成............................................6
2.3NOX的形成............................................8
2.4微粒.................................................8
2.5臭味的生成...........................................12
第三章影响柴油机有害排放的因素..................14
3.1燃料................................................14
3.2喷油正时.............................................14
3.3喷油系统.............................................16
3.4燃烧方式和燃烧室形状.................................18
3.5气流组织和多气门技术.................................21
3.6增压对排放的影响.....................................21
3.7过量空气系数对排放的影响.............................21
3.8柴油机的排放特性.....................................23
第四章柴油机排放控制............................24
4.1燃烧方式和燃烧室形状.................................24
4.2喷油系统.............................................35
4.3柴油机电控燃抽喷射系统...............................42
第五章总结.......................................47
参考文献...........................................4
引言
内燃机经过100多年的不断改进.已经成为一种热效率高、功率大、使用寿命长、工作可靠,操价方便、价格低廉的产品。
目前为止尽管对其他新型动力装置进行了许多开发研究丁作井取得了很大进展，应用上也做了不少工作，但在比质量、比体积、可靠性、,可控性、价格和寿命力面还存在许多问题，在短期内还难以与内燃机相比。
但内燃机尤其是车用内燃机废气排放中的有害物质对环境造成的污染也越来越严重.对人类的健康和动植物的生长构成了严重威胁。
在大城市.车用内燃机的废气排放是大气污染的主要污染源之一。
为保护环境，维护人类的生存环境世界各国都采取措施，制定了日益严格的限制内燃机排故的法规和限制标准。
为了达到排放的要求.采用了一系列的新方法、新技术和新借施.
通过学习柴油机各种排放物的危害，研讨内燃机有害排放物的形成机理、有害排放物的影响因素、柴油机排放的控制措施，较好地反映了柴油机排放控制技术的最新发展和目前采用的新技术、新方法.实用性强。
从喷油系，统燃烧系统，电控共轨技术出发，提出改进排放的切实可行的方法，有效地消除NOX和微粒碳烟的生成量。
第1章排放污染及危害
1.1发动机的废气成分
发动机的废气主要是N2,C02，有害排放主要是指CO,HC和NOx（通常指N02及NOX）,发动机的废气成分及废气中有害排放的份额见图1-1----图1-4。
汽油机的废气中.N2占72%.C02占17%.02及其他古9.36%:
有害排放占1.64%。
汽油机废气的有害排放中，CO占85%;HC占5%;NOx占8%;其他占2%。
柴油机的废气中N2占75.2%;C02占7.1%;O2及其他占16.88%;有害排放占0.82%。
柴油机废气的有害排放中，CO占35.4%;HC占&54%;NOx占35.4%;其他占20.66%。
由上面的图可以看出，汽油机的废气所占的比例（占1.64%）比柴油机大（占0.82%），但是由于柴油机的过量空气系数（1.2一2.2）比汽油机的过量空气系数（0.8一1.2）大，柴油机的废气总量比汽油机大。
在废气的有害排放中，汽油机主要是CO（占85%）,氮氧化物含量很少（占8%）;而在柴油机中，Co的含量比汽油机少（34.5%），但是氮氧化物比汽油机多得多（占35.4%）.
1.2有害排放的危害
1.2.1CO的危害
CO是不完全燃烧的产物，是一种无色、无刺激、无味的气体。
CO与血液，扫血红蛋白的亲和力足与氧的亲和力的300倍，人休吸人后，会在血液中取代氧而形成牢固的血红蛋自、影响氧气输送。
人体吸人CO后，会由于缺氧会感到疲劳，引起头晕、恶心等中毒症状，甚至导致窒息死l大气中各种浓度的CO的毒害见表1-1;
CO的另一种危害是促使NO向NO2转化，使光化学烟雾增加。
城市大气中的大部分CO是汽车排放的，CO是汽车排气中浓度较高的有害成分，CO在大气低层停留的时间较长，泉计值常常超过允许值，应特别引起注意。
1.2.2HC的危害
由第一章可知，燃油由各种碳氢化合物形成的烃类物质组成。
大部分烃类化合物对人体健康无直接的影响。
HC是燃烧后生成的多种碳氢化合物的总称，其中含有少量醛类（甲醛和内烯醒）和芳香烃〔最后组成苯丙花）。
每种化合物的量很少、但其共同作用十分明显甲醛、丙烯醒具有强烈气味，对鼻、眼呼吸道的粘膜有刺激作用，可引起结膜炎、鼻炎等。
苯丙花是一种致癌物质。
汽车密集的城市癌症和发病率比汽车排污少的地区高得多。
此外，碳氢化合物与氮牡化物发生光化学反应会形成化学烟雾。
1.2.3NOx的危害
氮氧化物主要是-氧化氮和二氧化氮。
NO是一种无色无味的气体，毒性不大，在空气中能生成NO2，但高浓度的NO对血液有毒性作用.能使神有NO，NO2，N2O3，N2O，N2O4，NO3统称为NOx汽车排气中排出的经麻痹，使中枢神经瘫痪及痉挛
NO2是一种红棕色气体，有强烈的刺激性气味，是汽车排气中恶臭物质成分之一、被吸人肺部时，能与肺部的水分结合生成可溶性硝酸有刺激作用，严重时会引起肺气肿。
在强烈阳光下会发生光化学反应，形成二次污染。
1.2.4光化学烟雾的危害
HC和NOx混合在一起，在强烈阳光照射下会产生一系列复杂的光化学反应，产生臭氧和各种化合物。
臭氧（O3）具有很强的氧化性和毒性，如果空气中O3的深度为5X10-5以上，人在1h内就会死亡，化合物中含有甲醛、丙稀醛、硫酸等，这些化合物会产生毒性较大的饯蓝色烟雾，即光化学烟雾。
光化学烟雾会阻碍视线，刺激眼睛，引起咳嗽，并能致癌使植物枯萎，并会使受应力的橡胶件开裂。
1.2.5硫化物的危害
在有害排放物中，还有燃油中硫分燃烧后生成的硫化物，主要是SO2它是无色气体，有强烈气味，有很强的腐蚀性，会刺激呼吸系统粘膜，引起喉管发炎。
SO2氧化后生成SO3,SO3与空气中的水发生作用会生成硫酸，随雨雪降落形成酸雨、酸雾，腐恤建筑物、车身，造成土壤酸化，破坏农作物与森林，影响自然界的生态平衡。
硫化物对催化装置也有危害，少量的SO2吸附在催化剂表面会使催化剂劣化，导致催化剂更换次数增加。
1.2.6碳烟的危害
碳烟是因为排气中含有碳粒所致。
碳粒是指排气中的固体及液体的凝结物。
一般认为，碳烟本身无毒，但碳粒常夹附有吸及其他碳氢化合物，如致癌的多环芳香烃、苯丙花等。
不同直径的碳粒对人休的影响不同，如表1-2所示。
碳粒的颗粒越小，在空气中悬浮的时间越长，最小的颗粒可在空气中悬浮达一周以上，这就增加了这些颗粒与人体接触的机会。
另外，碳烟沉淀后呈黑色，使环境的清洁度变差。
与柴油相比，汽油机排出的碳粒很少，只有柴油机的1/20--1/50。
第2章柴油机有害排放的形成机理
柴油机的有害排放包括CO,HC,NOx和硫化物及微粒。
2.1CO的生成
CO的生成主要是由于燃烧时缺氧所致，对于柴油机来说，其主要原因是局部缺氧。
柴油机排放的CO是燃料姗烧的中间产物。
当燃烧继续进行时，CO与O2及氧化物再化合生成CO2;再化合时缺乏O2或氧化物，或燃烧温度低、滞留时间短、不能完全化合，将产生CO。
CO的形成与碳烟极为相似，都与有效氧含量有关，结果使柴油机中CO浓度的变化也大致与碳烟成比例。
柴油机在小负荷运行时，由于燃油温度低且氧化反应弱,CO的排放量较低。
当过量空气系数超过一定界限时，不管温度是否增加，由于O2的浓度低和反应时间短，再化合反应会减少，随柴油机负荷的增加，CO的排放量增加。
怠速时，工作温度低，喷油速度慢，喷雾质量差.燃烧不完全.CO排放高。
CO排放在某一转速时最低，当转速增加或减少时，其排放浓度均增加。
对于一定的喷油提前角来说，只存在一个最佳转速，在此转速下，燃料燃烧完全，CO浓度较低。
柴油机的平均过量空气系数大于1,CO的排放量要比汽油机小得多，只有在负荷很大，接近Si烟界限时，才急剧增加。
2.2HC的生成
柴油机排放中的HC是由原始燃料分解的燃油分子.或者是由重新化合的中间化合物.如醛、醇、酚等组成。
由于柴油机是喷油压燃，燃油在燃烧室中的停留时间比汽油机短得多，因而受冷激效应、狭隙效应、油膜吸附、沉积物吸附作用很小。
这是柴油机的HC排放较低的主要原因。
柴油机燃烧室中由喷油器喷入的柴油与空气混合所形成的混合气可能太稀或太浓.使柴油不能自燃或火焰不能传播。
如在喷油初期的滞燃期内，可能因油气混合太快而使混合气过稀，产生未燃烧的HC。
而在喷油后期的高温燃气中，可能因油气混合不足使混合气过浓，或由于燃烧淬熄产生不完全燃烧产物随排气排出，但此时较重的HC多被碳烟微粒所吸附，构成微粒的一部分。
柴油机HC的生成量、种类与柴油随负荷的增加、燃空比（F/A二混合气中的燃料质量kg/空气质量kg）的增加而增加。
当负荷变化时，喷油量改变，而喷油量的变化会引起喷柱燃油的分布状况、沉积在上面的油量、气缸燃油压力和温度以及喷柱持续时间的变化（图2-1）在怠速和极小负荷情况下，喷油集中在心部，贫油火焰外围区温度低。
化合速度慢，易产生未燃烧的烃,HC的排放量很高如图34所示，在喷柱的外缘，由于混合过度而造成混合气过稀而不能发火或维持燃烧，这一区域叫负汕火焰州围区，随柴油机负荷增加，未燃烧的烃随温度的升高而被氧化，未燃烧的烃的排放量下降。
因此，柴油机在怠速或小负荷运转时的HC排放量，高于全负荷工况。
但当温度于分高时，由于某些原始燃料分子分解，在烃基和中间化合物之间发生再化合反应的可能性增大此时HC排出物中，较重的HC组分增多。
喷油结束后，喷油器的残油腔容积（指喷油器嘴部针阀下游的压力室容积及各喷油孔通道的容积）仍充满柴油。
这部分柴油在燃烧后期和膨胀初期有部分被汽化，并以液态或气态低速穿过喷嘴孔进人气缸，缓慢地与空气混合，从而错过主燃期研究证明，残油腔容积中的柴油大约有五分之一左右以未燃烧的HC形式排出，这是因为一部分较重的HC仍留在喷嘴中，而有些离开的柴油则发生了氧化（后燃）。
与汽油机一样，火焰在壁面上淬熄也是柴抽机HC排放的一个来源，它取决于柴油喷柱与燃烧室壁面的碰植情况。
采用油膜蒸发混合的柴油机，尽管在特定工况下有较好的性能但在冷起动时，有大量未燃的HC以微粒状排出，排气冒白烟，因此已基本被淘汰。
2.3NOX的生成
同汽油机一样，柴油机排放中的NOx是在燃烧过程中，原子氧和氮在高温高压下化合的结果柴油机排放的NOx中主要是NO.NO排人大气后又氧化为NO2。
负荷增加时，燃空比增加,NOX浓度也增加。
而当NOx浓度达到最大值后，再增加燃空比，NOX浓度反而下降。
这是因为当燃空比随负荷增加而增加时.温度上升.N0X的浓度上升;而达到最大NOX排放浓度时.即使燃空比增加.温度已不是决定因索，此时NOx浓度取决于氧的浓度。
因此燃空比增加，氧的浓度减少，反而使NOx的浓度下降。
试验表明，直喷式柴油机NO浓度在中速时达到最大;预燃式柴油机在高速时NO浓度有所升高。
即柴油机的负荷、转速直接影响NOx的排放量。
2.4微粒
所谓微粒，主要是固体颗粒是指一切在接近大气条件下存在于燃烧废气中的分散颗粒。
按美国标准（EPA）定义为:
在废气温度最高为520C,井在空气稀释的情况下，用特伏龙涂层的过滤器收集到的废气中的物质。
内燃机排放中的微粒主要是碳（约75%）以及沉淀下来的高沸点碳氢化合物（裂解及合成产物）和硫等无机产物。
微粒的直径很小，约有85%的小于0.3微米。
汽油机中，含铅汽油中的铅及汽油中含有的硫所生成的硫酸盐，是排放中微粒的主要成分。
使用含铅汽油时，排放的微粒中，有一半左右是铅，如果使用无铅汽油，H汽
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