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车用汽油机稀燃技术及其NO排放控制分析天津大学内燃机研究所于善颖孙立星天津大学刘德新刘书亮(天津300072)摘要本文就车用汽油机稀薄燃烧系统及其带来的排放控制技术问题,重点分析和介绍了控制稀燃发动机过多的NOx排放的新措施和新进展,并对各种NOx催化转化技术进行了分析和展望。关键词汽油机稀燃废气排放NOx催化还原AnAnalysisontheLeanBurnandNOxEmissionControlTechnologyforVehicularGasolineEngineTianjinInternalCombustionEngineResearchInstitute,TianjinUniversityYuShanyingSunLixing(Tianjin300072)TianjinUniversityLiuDexinLiuShuliangAbstractThispaper,asfarastheleanburnsystemandemissioncontroltechniquesforthevehiculargasolineen2gineareconcerned,introducesaboutnewtechniquesandnewdevelopmentoftheseleanburnsystemsandNOxemissioncontroltechniquesandanalyzesdifferentcatalyticreductionmethodsofNOx.KeywordsGasolineengineLeanburnExhaustemissionNOxcatalyticreduction1前言车用汽油机稀薄燃烧技术,能够在大幅度提高燃潜力。按照混合气不同的分层形式,我们通常将稀燃系统分为轴向分层稀燃系统和滚流分层稀燃系统两大类。按照燃油喷射的不同形式,又可以分为气道喷射(PFI)稀燃系统和直接喷射(GDI)稀燃系统。2.1轴向分层和滚流分层稀燃系统轴向分层顾名思义,就是混合气分层是沿着气缸轴线分布。在这种燃烧系统中影响稀燃效果的主要因素是缸内涡流的强度和喷油定时。一般说来,涡流强度越强,缸内混合气上下混合的趋势就越小,分层效果保持得就越好;涡流强度越弱,分层效果保持得就越差。而喷油定时则决定了缸内混合气浓度梯度的分布形式:在进气后期喷油,将形成上浓下稀的梯度分布;反之,则形成上稀下浓的梯度分布。2.2进气道喷射和缸内直喷稀燃技术当前的车用汽油机基本都是采用进气道喷射(PortFuelInjection—PFI)方式,相对来说,这种燃烧方式虽然已经发展得较为成熟,但因为有节气门的存在,使泵气损失增大,从而使燃烧效率降低。在混合气准备阶段,PFI存在进气道粘附油膜现象。油膜的蒸发会导油的经济性的同时改善发动机的排放,具有巨大的发展潜力,是内燃机技术发展的必然趋势。然而由于稀薄燃烧所带来的燃烧过程中氧浓度的增加,很容易导致NOx的生成,随着排放法规的日益严格,作为主要污染排放物之一的NOx的控制,却成为稀薄燃烧发动机技术进一步应用发展的障碍,成为有关方面的技术人员亟待解决的问题。2当前的稀薄燃烧技术现代车用汽油机上实际应用的稀燃系统,大多是分层充气稀薄燃烧(StratifiedChargeLeanBurn)系统。有别于传统的化油器技术,现代发动机利用分层稀燃技术,在确保火花塞周围有适于点火的混合气浓度情况下,通过一定的电子控制系统,精确调节循环供油量,可以实现变质调节功率输出,再结合相应的混合气控制技术,可以实现很好的燃油经济性和排放性能。同常规汽油机空燃比为10∶1～20∶1的混合气点火范围相比,分层稀燃发动机在空燃比超过50∶1时仍能点火燃烧,可以实现极高的燃油经济性,具有很大的发展No12(Vol132)200326小型内燃机与摩托车致额外的油耗,对发动机快速启动性、瞬时响应性及更为精确的A/F控制等要求非常不利。此外,气道燃油喷射(PFI)发动机在不采用其它辅助性助燃方法组织稀薄燃烧时,空燃比是有上限的,即使在实验室条件下空燃比达到27也比较困难。超过这个界限后,发动机工作会变得不稳定,油耗和HC等排放也会急剧增加。而另一种稀薄燃烧方式—缸内直接喷射(GasolineDirectInjection—GDI)方式,达到或超过这个界限却很容易。继1994年三菱4G93GDI发动机问世之后,Toyota,Nissan,Isuzu,Ricardo,Mercedes2Benz,Ford,Volkswan2gen等汽车公司也相继开发出了自己的GDI发动机。GDI发动机刚一问世就表现出优越的性能,以三菱4G93GDI发动机为例,该机压缩比达到1210,当空燃比为40时仍然能实现稳定燃烧,燃油经济性改善30%,采用40%废气再循环率,可使机内的N