内燃机排放污染物控制.docxVIP

第三章发动机排放污染物控制本章要点：1）汽油机非燃烧污染物控制：A. 曲轴箱排放污染物的控制；B.燃油蒸发物的控制；2）汽油机机内净化措施，工作过程的优化：包括EGR，推迟点火，混合气形成和空燃比，电喷＋稀燃，点火系统、燃烧系统的改善；3）柴油机机内进化措施：燃烧室的优化，推迟喷油，改善喷油特性（含喷油系统各部分的改进及供油规律的改善），气流组织和多气门技术，EGR，增压中冷，预混均质燃烧HCCI。发动机排放污染控制技术可分为三类：(A) 以改进发动机燃烧过程为核心的机内净化技术；(B) 在排气系统中采用化学或物理的方法对已有害排放物进行净化的排放后处理技术；(C) 控制曲轴箱和供油系统有害排放物的非排气污染控制技术。后两类统称为机外净化技术。§3.1 汽油机的排放控制一、曲轴箱排放物控制系统曲轴箱窜气，防止压力过高，与大气相通而进行“呼吸”。窜气含有未燃HC及不完全燃烧产物，排入大气引起污染。①怠速和小负荷：进气真空度高，阀芯吸向进气管侧，流通面积↓，避免过稀；②加速和大负荷：窜气量↑，进气管真空度↓，阀芯远离进气管侧，流通截面↑。一旦高速大负荷的窜气量过多，部分窜气会从闭式通气口倒入空滤器，被吸入进气管。曲轴箱内始终保持负压，减缓窜机油和通过油封泄漏。窜入燃烧室中的机油是排气中HC和微粒PM的重要成因。二、蒸发排放物控制系统1. 热浸损失汽油车工作后温度较高，此时停车，化油器浮子室中的汽油大量蒸发，流入进气管并通过空气滤清器进入大气，这部分HC排放称为热浸损失。2. 昼夜损失汽油箱中的汽油由于昼夜温度变化造成油箱呼吸（换气）现象，使油箱内汽油蒸发流出箱外，这部分HC排放称为昼夜损失。3. 汽油蒸发排放物控制系统防止汽油机排放的燃油蒸气扩散到空气中，常用活性炭罐作为汽油蒸气的暂存空间。A. 吸附过程：发动机Off，燃油蒸气进入活性炭罐中被吸附在活性炭上。B. 脱附过程：发动机On，进气管真空度将吸附在活性炭上的汽油蒸气吸入缸内烧掉。活性炭罐：整个系统的核心。木材或坚果壳热解炭，500℃左右用磷酸化学处理。三、废气再循环1.车用汽油机EGR系统的控制要求1）由于NOx排放量随负荷增大而增大，因此废气回流量应随负荷而增大；2）暖机，水温低，防止废气破坏燃烧稳定性，不进行EGR；3）怠速和小负荷时，NOx排放也不高，也不进行EGR；4）全负荷，为保证动力性，即使NOx很高，不进行EGR；5）EGR废气各缸分配均匀。2.车用汽油机常用三种EGR控制系统A. 真空控制EGR系统B. 电控真空驱动EGR系统C. 闭环电控EGR系统四、发动机低排放设计1. 冷起动和暖机发动机冷起动时，温度低，空燃比大，CO和HC排放很高。提高点火能量，增大起动机的功率。暖机期间要使可燃混合气、冷却水温度和机油温度尽快热起来。2. 怠速怠速：实际使用中占很大比例，残余废气量大，混合气加浓，CO和HC排放很高。世界各国的排放法规都是首先限制怠速排放。怠速转速低，油耗低。怠速转速高，排放性能好。3. 混合气形成和空燃比混合气形成的空燃比特性是决定汽油机性能和排放的关键因素。化油器根据流体力学原理配制的混合气，不能满足排放的要求。三效转化器只有在φa=1时才能有效地同时转化CO、HC和NOx三种污染物。电控汽油喷射EFI + 闭环反馈控制。4. 稀燃EFI发动机EFI固有缺点：进气节流损失大，影响经济性；压缩比受限制；NOx排放高，必须使用三效催化转换器；在冷起动及暖机时期，温度不高，净化效率很低，造成大量排放。电控喷射EFI+稀燃对降低汽油机的排放有较大的发展潜力。实现稀混合气燃烧，主要应做到以下几点：（1）精确控制各种工况时的空燃比；（2）采用速燃燃烧系统和高能点火系统；（3）保持高的燃烧室壁温。稀燃发动机：φa从1.7↗4.0，CO和NOx排放将会大大下降，而HC排放在解决燃烧稳定性后也会低于常规汽油机。5. 点火系统点火定时和点火能量对汽油机的燃烧有重要影响。6. 燃烧系统应尽可能使燃烧系统紧凑。（1）燃烧室形状快速燃烧是采用EGR和推迟点火等降低NOx措施的必要前提，最佳折衷。圆盘形、浴盆形、楔形让位于半球形、帐篷形等面容比小的紧凑燃烧室。采用每缸3、4、或5气门、用涡轮增压代替自然吸气。（2）压缩比在辛烷值允许的前提下尽可能用较高的压缩比，优点类同紧凑的燃烧室。传统：根据爆燃工况（如转矩点）选择压缩比；现代：ε更高，在大部分工况下正常燃烧，通过爆燃传感器信号，适当推迟点火。（3）火花塞位置2气门：火花塞侧置，使燃烧过程拖得较长。多气门：火花塞布中置，火焰传播距离↓，加速燃烧过程，与紧凑燃烧室同样的优点。（4）活塞组设计活塞、活塞环与气缸壁之间形成的间隙，对汽油的HC排放有很大影响。减小火力岸高度，使用热膨胀更小的活塞材料（例如碳纤维复合材料）和耐热性