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 安立杰 学 号 06611789 指导教师 林桂清 20 09年 11月 10日 北京交通大学 毕业设计成绩评议 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、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用纸用中文打印B5或手写。手写每页20行每行2022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并征求导师意见修改毕业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。
四、指导教师意见 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 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 English Abstract Abstract: Harmful emiions from internal combustion engines through the discuion of the formation mechanism of the hazards of harmful emiions harmful emiions factors diesel emiion control measures better reflects the diesel emiion control technology the latest developments and the current adoption of new technologies new methods .practicability.Mainly from the fuel injection system this paper proposes practical ways to improve emiions effectively eliminating NOX and particulate soot generation.Clean diesel engine The key is how to effectively eliminate NOχ and particulate soot generation.Article from the starting fuel injection system is proposed to improve emiions five kinds of practical ways with obvious practical significance.Key words: diesel engineexhausting control 目 录 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 2.1 CO的形成................6 2.2 HC的形成................6 2.3 NOX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。 第一章 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N2C02有害排放主要是指COHC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85HC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amp54NOx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 1.2.1 CO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。 1.2.2 HC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。 1.2.3 NOx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NONO2N2O3N2ON2O4NO3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SO3SO3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。 第二章 柴油机有害排放的形成机理 柴油机的有害排放包括COHCNOx和硫化物及微粒。 2.1 CO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。 2.2 HC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。 2.3 NOX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.
