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汽车柴油机新技术论文
汽车柴油机新技术论文 汽车柴油机新技术论文篇一 汽车柴油机涡轮增压与排放控制 【摘要】废气涡轮增压技术在降低柴油机排放方面又发挥了十分重要 的作用。涡轮增压中冷技术既是减少柴油机排放的有效措施，又可消除某些排放 控制技术对动力性和经济性产生的负面影响。废气涡轮增压是汽车柴油机的一项 重要技术，它促进了柴油技术的发展，并将为汽车柴油机的发展开拓提供更加广 阔的前景。【关键词】汽车柴油机 涡轮增压 排放控制 一、前言 柴油机废气涡轮增压技术自问世以来已有90余年历史。早期废气涡轮 增压的主要目的是改善发动机的动力性。至今，废气涡轮增压仍是提高柴油机功 率、减轻单位功率质量、减小外形尺寸、降低燃油消耗和强化现有非增压柴油机 的最有效的措施之一。
近二十年来，随着人们环境保护意识的增强，对汽车尾气排放的限制 越来越严。废气涡轮增压技术在降低柴油机排放方面又发挥了十分重要的作用。
涡轮增压中冷技术既是减少柴油机排放的有效措施，又可消除某些排放控制技术 对动力性和经济性产生的负面影响。废气涡轮增压是汽车柴油机的一项重要技术， 它促进了柴油技术的发展，并将为汽车柴油机的发展开拓提供更加广阔的前景。
二、涡轮增压与排放控制技术 具有代表性的国际三大排放体系(欧洲、美国、日本)分别制定了分阶 段的汽车柴油机的排放限值。虽然三个排放法规体系采用了各自的测试方法和阶 段限值，但不断加严的趋势是一致的。
对于各型柴油车，既要稳定达到高于欧洲Ⅰ的排放标准，又要保证汽 车柴油机优良的动力和燃油经济性，必须采用废气涡轮增压及中冷技术。对应于 不同的排放限值阶段，除了采用其他先进技术，诸如高压喷射、多气门技术、泵喷嘴、EGR、预喷射、电控喷射、De-NOX催化器等技术外，各阶段都对应一定 的增压技术的改进和提高。
三、涡轮增压及中冷技术对排放的影响 柴油机增压时，空气被压缩，温度与压力同时提高，如果不采用中冷， 进入气缸的空气密度 为：
式中：―压气机绝热效率;
―增压压比。
增压加中冷时，空气的密度为：
由以上两式可见，未采用中冷时，进气密度受压气机绝热效率的限制;
当柴油机高增压时，增压压比大，应同时采用中冷技术，以提高进气密度。
四、汽车柴油机的排放污染物的限制 汽车柴油机的排放污染物主要有CO、HC、NOx和微粒物，此外，由 于温室效应引起全球变暖的问题，CO2的排放量也受到限制。
1.一氧化碳(CO)。柴油机中CO是燃料不完全燃烧的产物，主要是在 局部缺氧或低温下形成的。由于柴油机在过量空气系数α1下燃烧的特点，汽车柴 油机的CO排放较低。采用涡轮增压后，可供燃烧的空气增多，并且增压发动机 大多数工况负荷较大，发动机的缸内温度能保证燃料更充分燃烧，CO排放可进 一步降低。
2.碳氢化合物(HC)。柴油机排气中的HC是由原始燃料分子、分解的 燃料分子以及再化合的中间化合物所组成;小部分HC是由润滑油生成的。增压时， 由于进气密度增加，可以改善油束的形成、提高燃油雾化质量，减少沉积于燃烧 室壁面上的燃油，HC减少;增压还使柴油机燃烧整个循环的平均介质温度升高， 氧化反应速率大，未燃HC排放降低。
3.氮氧化物(NOx)。柴油机中氮氧化物的主要成分NO的生成取决于氧 的浓度、温度及反应时间等。废气再循环EGR是降低NOx排放的一种有效措施。引入热容量较高的废气成分与新气混合，可以降低最高燃烧温度;同时，废气对 新鲜混合气的稀释作用，减小了氧的浓度，达到降低NOx的目的。增压柴油机在 燃油经济性和动力性能上的改善，可以使汽车柴油机在降低NO2的同时，保持良 好的燃油经济性和动力性。
采用进气中冷技术降低进气温度，可降低增压柴油机NOx排放;特别 采用先进的空――空中冷后，可进一步降低进气充量的温度。进气充量温度降低， 燃烧温度可以得到有效控制，有利于NOx的减少。试验数据表明，增压中冷柴油 机中NOx排放物可以降低60%。
4.微粒物(PM)。影响柴油机微粒物生成的原因较复杂，其主要因素是 过量空气系数、燃油雾化质量、喷油速率、燃烧过程和燃油质量等。此外，柴油 机机内净化降低NOx的措施通常会带来PM增加。增压柴油机，特别是采用高增 压压比和空――空中冷技术后，可显著增大进气密度，增加缸内可用的空气量。
如同时采用高压燃油喷射、共轨电控喷射、低排放燃烧室和中心喷嘴四气阀技术， 并提高燃油雾化质量，改善燃烧过程，则可有效地控制PM排放。试验数据表明， 采用增压中冷技术的柴油机可降低PM排放约45%。在大负荷区，与微粒物排放 密切相关的可见污染物排放，也随着柴油机增压压力比的增大而显著下降。
5.二氧化碳(CO2)。CO2是导致全球环境温度上升的主要温室效应气 体之一，发达国家已达成共识降低CO2的排放量。欧洲国家在2005年要削减25% 的CO2排放量。欧洲把汽车柴油化作为减少CO2排放的重要途径之一。德国大众 3升路波车100km CO2排放量为81g，低于德国政府规定的100km CO2排放90g的 目标值。试验数据表明，采用涡轮增压和中冷技术可降低15%~20%的CO2。
五、结语 废气涡轮增压中冷技术的应用大大提高了汽车柴油机的动力性、改善 了燃油经济性，并且还在降低汽车排放有害物、减少温室效应气CO2、保护环境 等方面起到了重要作用。为使汽车柴油机满足排放标准涡轮增压中冷技术是一个 很好的技术方案，为满足更高的排放法规欧洲Ⅲ、Ⅳ的要求，则必须采用电控可 变喷嘴涡轮增压器。随着涡轮增压器技术和其他先进发动机技术的进一步发展， 柴油机将会成为真正的低能耗、高环保性的汽车动力。
(作者单位：天津交通职业学院)汽车柴油机新技术论文篇二 柴油机风扇噪声控制 摘要：风扇噪声在柴油机噪声源中占有较大比重。风扇噪声主要是由 叶片旋转噪声和涡流噪声引起的。风扇噪音是由冷却风扇转动产生的。风扇，柴 油机风扇噪声控制。
关键词：柴油机，噪声，风扇 风扇噪音是由冷却风扇转动产生的，与转速成正比。风扇噪音主要是 由风扇叶片切割空气或由风扇后面的部件所产生的空气紊流产生的，通过改变叶 片的直径、数量、形状或角度，以及采用可变叶片风扇或改进风扇罩形状都可以 减少风扇噪音。
风扇噪声在柴油机噪声源中占有较大比重。风扇噪声主要是由叶片旋 转噪声和涡流噪声引起的，前者是窄带噪声，后者是宽带噪声。此外，风扇的护 风圈等结构由于共振也会产生机械噪声。
旋转噪声是由风扇旋转的叶片周期性打击空气质点，引起的压力脉动 面激发的噪声，这种周期性的压力脉动是由一个稳态的基频和一系列谐波分量的 叠加而成。这些脉动分量可用下式表示：
f=inz/60 (Hz) 式中：z——风扇叶片数;
n——风扇转速，(r/min);
i——1，2，3…。
风扇旋转时，涡流噪声的频率取决于叶片与气体的相对速度，而叶片 的圆周速度随与圆心的距离而变化，因此，涡流噪声的频率是连续的，噪声的频 谱也是连续的。涡流噪声一般是宽频带噪声，其主要峰值频率为：
f=KV/d (Hz) 式中：K——常数;0.15～0.22V——风扇圆周线速度，(m/s);
d——叶片在气流入射方向上的厚度(m)。
影响风扇噪声的因素主要有以下几方面：
①风扇转速、直径、静压 研究表明，风扇的风量越大，其噪声也就越高，风扇直径的大小、转 速的高低直接影响风扇噪声。三者有以下关系式表示：
L∞DN 式中：L——噪声声压级;
D——风扇直径;
N——风扇转速。
风扇直径的大小、转速的高低与风扇风量的关系：
V∞DN 式中：V——风扇风量;
D——风扇直径;
N——风扇转速。
因此，为了保证需要的风量，适当地增大直径、减小转速是适宜的。
风扇风量的大小是根据柴油机的散热量来确定，从降噪的角度考虑，增强内燃机 及其冷却系统的散热能力，可以减小风扇风量，降低噪声。
②风扇效率 普遍规律是，风扇效率越低，消耗功率越大，风扇噪声越大。
风扇消耗之功率为：N=pV/η1η2η3 式中：p——风扇风压;V——风扇风量;
η1——风扇的液力效率;
η2——风扇的机械效率;
η3——风扇的容积效率;
由式可见，如果风扇的总效率提高，则同样风量时风扇消耗功率越小， 噪声亦随之减小。，风扇。通常变化不大，只要提高风扇的液力效率和容积效率， 实际上都有利于降低噪声。
③风扇的叶片形状、材料、叶片数 风扇叶片的形状对风扇效率影响也很大。风扇叶片的形状直接影响叶 片附近的涡流强度，从而影响风扇的效率。因此，改进叶片的形状，使之有较好 的流线型和合适的弯曲角度，不仅有利于减少涡流噪声，而且可以大大提高风扇 效率。
试验表明，风扇的叶片材料，对其噪声也有一定程度的影响.例如：
铸铝的叶片比冲压钢板的叶片噪声小;尼龙叶片比金属的叶片噪声小。一般说来， 材料的损耗系数越大，其噪声越小。
增加风扇的叶片数，在转速不变的条件下，可以增加风扇的风量。或 者在获得同等风量的前提下，可以降低风扇的转速，从而降低风扇噪声。但叶片 数在6以上时，增加叶片数，风量增加有限，且在降噪特性上往往有负面的作用。
低速宽叶风扇与高速窄叶风扇在相同的风量情况下，前者比后者产生 的噪声声压级低4dB(A)，并且功率消耗要减少27%。缩小风扇与护风圈的间隙， 防止气流紊乱，可以降低风扇噪声。试验表明，当间隙为零时，风量增加27%， 而噪声下降3dB(A)，降低转速使风量回到原有水平，噪声又可以下降2dB(A)。
④风扇、散热器、风罩的相对位置 降低风扇噪声，也可以从风扇冷却系统的结构参数以及各部件之间的 相互位置来考虑。适当选择风扇与散热器之间的距离以及风扇与风罩之间的间隙， 对降低风扇噪声也是有意义的。随着风扇与散热器之间的距离的增加，风扇的冷 却能力、流量和噪声都要增加。而且各自在某一点达到最大值，然后又逐渐减小。试验表明，风扇端面离散热器芯子过近或过远，会出现无风区或发生回流现象。
推荐风扇端面距离散热器芯子的距离为风扇直径的10%-15%，这样既能充分发挥 风扇的冷却能力，又可以使噪声最小。
风扇前后的导风罩是产生涡流噪声的重要来源之一，风扇入口处应呈 流线型，风扇与导风罩组成的气流通道表面应光滑，以改善冷却风的流动状态， 从而降低冷却系统的噪声。风扇与导风罩之间要有适当的间隙，径向间隙一般应 控制在2.5%风扇直径内，最大不宜超过3%，否则将大大降低风扇效率。通常风 扇和导风罩的前后关系应是：吸风风扇有2/3风扇投影宽度在导风罩内，吹风式 风扇在导风罩内的宽度以1/3风扇叶片宽度为宜。另外采用温控离合器风扇或电 控风扇都可减少风扇噪音。，风扇。，风扇。目前，通过电子控制的液压控制风 扇也可很好地减轻风扇噪音，这种变速风扇专为减少风扇噪音而设计，风扇的控 制器获得发动机转速和冷却温度数据以及其它信号。，风扇。，风扇。用以控制 液压泵高压端的电磁阀，调节供给液压马达的液流量，从而改变风扇转速。，风 扇。
因此在各个系统的匹配和设计当中，协同考虑以上几个方面的影响因 素，就可以在保证系统冷却能力的前提下，获得最小的柴油机冷却风扇噪声。
