[科普中国]-机内控制

机内控制，是对（设备）内部具有的（设备）硬件和软件功能和性能进行操纵。

机内控制策略下的温升影响因素建立较为精确的DOC模型，从喷油参数和EGR率等影响机内DPF再生的主要控制参数着手，详细分析了各参数对DOC温度的影响规律，研究结果表明：主喷正时、主喷油量、轨压、远后喷油量、近后喷油量、预喷正时、预喷油量和EGR为重要的机内影响DOC温升控制参数，在优化参数选择，优化范围的确定等方面对机内DPF再生控制策略的制定及再生MAP的快速标定具有参考意义。1

预喷参数预喷在主喷之前某时刻往缸内喷入少量柴油，升高气缸内温度，促进主喷燃油的蒸发与混合，缩短主喷滞燃期，减小预混合燃烧量，降低缸内初期放热率与压力升高率。

预喷正时延后过程中，两工况DOC入口温度先上升而后下降，温度变化值分别为24℃和23℃；DOC出口温度先下降而后上升，变化值分别为16℃和6℃。原因是预喷正时延后，即预喷-主喷正时间隔缩小，主喷燃油滞燃期缩短，主喷燃油燃烧点提前，缸内燃油燃烧充分，未燃HC含量下降，DOC入口温度上升而出口温度下降。随着预喷正时进一步延迟，预喷燃油还未燃烧时或未充分燃烧时，主喷已喷入，主喷滞燃期增加，过度延迟的主喷正时致使燃烧恶化，DOC入口温度下降，大量未燃烧HC在DOC中氧化还原反应释放大量热，DOC出口温度上升。因此预喷正时的变化直接改变预喷-主喷间隔，通过影响主喷滞燃期改变DOC温度。1

主喷参数在主喷正时变化范围内，DOC入口温度先升高而后降低，温度范围分别为48℃和63℃，DOC出口温度前期分别在3°CA~7°CA与1.3°CA~5.3°CA正时范围缓慢升高而后期剧烈攀升，温升幅值为357℃和189℃。因为主喷正时影响主喷燃油着火时刻，主喷延迟则缸内最高燃烧温度时刻靠后，DOC入口温度上升。主喷正时太过推迟则会使燃烧恶化，HC含量上升，导致DOC入口温度下降而出口温度上升。主喷正时通过影响主喷燃油的着火时刻影响DOC温度。1

近后喷近后喷油量增加，DOC入口温度上升缓慢，升高幅值分别是30℃和18℃，出口温升幅值分别是60℃和77℃。因为近后喷的燃油燃烧放热提升了DOC入口温度，而近后喷油量过多时，随着活塞下行，气缸容积增加，部分燃油未能充分燃烧，分解为HC随排气进入DOC氧化放热，DOC出口温度上升。因此近后喷油量主要通过影响做功行程末期的缸内温度与HC生成量改变DOC温度。1

远后喷远后喷油量增加，DOC入口温度缓慢上升而出口温度骤然升高，DOC入口出口温升幅值分别为29℃、32℃和86℃、162℃。原因在于远后喷油量仅有较少部分燃烧，大部分燃油热分解为HC随尾气进入DOC中，被氧化放热；图中可见DOC出口温度的温升幅值远大于DOC入口温度温升幅值。因此远后喷油量主要改变HC含量从而影响DOC温度。1

共轨压力随着轨压升高，两工况DOC入口温度缓慢上升，出口温度下降迅速，二者温度变化幅值分别是30℃、41℃和169℃、173℃。因为轨压的提升增加柴油贯穿距离，改善油滴雾化效果，柴油燃烧充分，缸内温度上升，未燃HC含量下降，所以DOC入口温度下降，出口温度上升。但随着轨压进一步提升，燃油雾化效果并不能同步持续提升，因此DOC温度变化趋势随着轨压增加而变缓。因此轨压对DOC温度的影响在于提升燃油雾化程度改善燃烧。1

EGR率增加EGR率，DOC出口温度变化较小，温度变化幅度分别在11℃、4℃，而DOC入口温度上升，温升幅值为31℃和9℃；因为EGR减缓了火焰传播速度，延长燃烧持续期，最高燃烧温度后移，排气温度增加；同时排气中的氧气含量下降，HC转换率降低 ，DOC出口温度在1900r/min工况略微下降，而2750r/min的DOC出口温度因为进气质量流量高受EGR率影响较弱。1

降低柴油机排放的机内控制技术介绍了柴油机有害排放物的种类及机内净化的主要措施。通过优化燃烧系统，改进燃油喷射系统，优化进气系统，以及采用废气再循环（EGR）、可变化控制技术、减小机油消耗和运用新型燃烧理论等都可有效地降低柴油机有害排放指标。2

燃烧系统优化柴油机直喷化已是现代柴油机的发展方向，柴油机的燃烧室型式、形状和结构参数对柴油机的燃烧和有害排放物的生成有重要的影响，现代柴油机必须在节油、低污染、高输出功率方面进行综合的设计。在燃烧室的改进上，其基本原则是使燃烧室与进气涡流、喷油合理匹配，以减少污染物的生成。2

燃油喷射系统在改善柴油机的性能和降低HC、NOX及微粒排放方面，燃油喷射系统具有重要的作用，采用高压喷射、预喷射和电子控制喷油系统等燃料喷射装置已取得了相当满意的效果。2

进气系统高速直喷式柴油机大都需要组织进气涡流来改善混合气形成和促进燃烧过程的进行。涡流比的大小和充气效率对柴油机性能和排放有很大影响。因此必须根据实际情况选择最佳涡流强度与燃烧室及燃烧系统相匹配。2

废气再循环废气再循环可有效地控制NOX的排放量，这一技术已推广到轻型柴油机上。由于它减少了进气充量中的含氧量，所以它只宜在部分负荷或空燃比足够大的工况下采用，以致不使HC和微粒排放量明显增加。要想最大程度地使NOX减少又不影响柴油机经济性和HC与微粒排放，需要采用有效的调整装置来优化整个工作范围内的废气再循环，电控技术是解决这一矛盾的有效手段。同时和增压中冷技术的结合使用可以提高发动机的整机性能。为了满足未来更为严格要求的NOx排放限值，出现了冷却废气再循环的新技术，研究表明这可以有效地降低柴油机的NOX。2

可变化控制技术柴油机的可变化控制技术，可以使发动机不同的工况下的性能都较为理想，达到不同工况下排放性能和经济性都得到明显的提高，这包括喷油定时的可变化控制、可变进气涡流控制和增压系统的可变化控制。喷油定时对微粒和NOX排放有明显相反的影响，这需要采取能够对喷油定时动态的可变的控制技术。可变几何尺寸涡轮可使HC和微粒排放减少近35%，但NOX排放几乎没有变化。对于依靠进气涡流实现燃烧的直喷式柴油机，其燃烧的完善程度和速度与进气涡流的强度密切相关，为了使直喷式柴油机的燃料与空气充分混合燃烧，需要组织与燃油喷射相适应的涡流运动。2

减小机油消耗机油是柴油机微粒中有机可溶物（SOF）的重要来源，约占微粒中SOF的70～90%，改进润滑油系统设计，减少机油转化为SOF，可以大大降低柴油机的微粒排放。增加活塞环压力、减小裙部间隙、优化活塞环形状设计、提高气缸套圆度和表面光洁度，以及改进进气门导管孔的密封等措施，可以有效地降低机油消耗，从而有效地降低微粒排放。2

新型燃烧理论常规柴油机的燃烧受化学当量比下扩散燃烧过程控制，研究发现燃烧室内的局部高温和浓混合气是产生碳烟和NOx排放的主要原因。应用EGR降低NOx的机理是通过降低火焰温度，这又对碳烟或微粒在燃烧后期的氧化不利，因此，用EGR降低NOx是有限的。2

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学