发动机排放控制课件

1、第三章第三章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 汽油喷射电控系统汽油喷射电控系统3.3 低排放燃烧系统低排放燃烧系统3.4 废气再循环废气再循环3.5 其他机内净化措施其他机内净化措施目录目录3-1概述概述一、一、 汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程二、柴油机的主要排放物二、柴油机的主要排放物三、汽油机机内净化的主要措施三、汽油机机内净化的主要措施 一、汽油机的燃烧过程一、汽油机的燃烧过程3121-火花塞跳火，火花塞跳火，2-形成火焰中心，形成火焰中心，3-最高压力点最高压力点1-2着火延迟期，着火延迟期，2-3明显燃烧期。明显燃烧期。3-补燃期补燃期二

2、、汽油机的主要排放物二、汽油机的主要排放物CO2N2H2OHCCONOx三、汽油机机内净化的主要措施三、汽油机机内净化的主要措施大力推广汽油喷射电控系统大力推广汽油喷射电控系统改善点火系统改善点火系统积极开发分层及均质稀燃的新型燃烧系统积极开发分层及均质稀燃的新型燃烧系统选用结构紧凑和面容比较小的燃烧室，缩短燃烧室狭选用结构紧凑和面容比较小的燃烧室，缩短燃烧室狭缝长度，适当提高燃烧室壁面温度缝长度，适当提高燃烧室壁面温度采用废气再循环控制采用废气再循环控制3.2 汽油喷射电控系统汽油喷射电控系统一、一、 概述概述 汽油喷射的位置。汽油喷射的位置。 1.进气歧管或进气管道上进气歧管或进气管道上

3、2.缸内直喷式缸内直喷式缸内直喷式汽油发动机的优点缸内直喷式汽油发动机的优点1.油耗量低油耗量低2.升功率大升功率大-混合比达到混合比达到40:1（一般（一般汽油汽油发动机的混合发动机的混合比是比是15:1），也就是人们所说的），也就是人们所说的“稀燃稀燃”。 二、电控喷射系统的特点二、电控喷射系统的特点用微机控制每循环的喷油量和喷油时刻，按各种工况对用微机控制每循环的喷油量和喷油时刻，按各种工况对燃油量进行校正，排放好燃油量进行校正，排放好在电控多点喷射系统中，每缸采用单独喷油器供油，可在电控多点喷射系统中，每缸采用单独喷油器供油，可提高各缸空然比的均匀性和喷油量的精确性提高各缸空然比的均匀

4、性和喷油量的精确性燃油雾化特性是由喷油器的特性决定的，与汽油机转速燃油雾化特性是由喷油器的特性决定的，与汽油机转速无关。因此启动时仍保持良好的雾化特性，无关。因此启动时仍保持良好的雾化特性，HC少少进气系统没有化油器喉管的节流作用，减少了进气系统进气系统没有化油器喉管的节流作用，减少了进气系统的阻力损失，充气效率高的阻力损失，充气效率高 三、电控汽油喷射系统的类型三、电控汽油喷射系统的类型按喷油器数目分：单点喷射、多点喷射按喷油器数目分：单点喷射、多点喷射按喷射区域分：进气道喷射、缸内喷射按喷射区域分：进气道喷射、缸内喷射按喷射方式分：连续喷射、间歇喷射按喷射方式分：连续喷射、间歇喷射按进气量

5、检测方法分：按进气量检测方法分：空气流量型空气流量型L和进气压力型和进气压力型D四、喷油控制四、喷油控制时刻的控制时刻的控制喷油量的控制喷油量的控制喷油控制对排放的影响喷油控制对排放的影响同时喷射同时喷射分组喷射分组喷射顺序喷射顺序喷射起动喷油控制起动喷油控制运转喷油控制运转喷油控制特殊控制断油控制、减速控制特殊控制断油控制、减速控制反馈控制反馈控制氧传感器及三元催化器闭环控制氧传感器及三元催化器闭环控制冷起动及暖机阶段排放控制冷起动及暖机阶段排放控制五、点火系统的控制五、点火系统的控制微机控制点火系统微机控制点火系统点火系统对排放的影响点火系统对排放的影响v点火能量对排放的影响点火能量对排放

6、的影响v点火正时对排放的影响点火正时对排放的影响六、怠速转速的控制六、怠速转速的控制怠速自动控制系统充气量怠速自动控制系统充气量怠速排放的控制怠速排放的控制v提高怠速转速提高怠速转速v高能点火高能点火v减小气门重叠角减小气门重叠角 提高燃烧速率和减小循环变动；提高燃烧速率和减小循环变动； 降低了混合气较稀时的失火概率，使发动机降低了混合气较稀时的失火概率，使发动机可燃用稍稀的混合气，从而减小了可燃用稍稀的混合气，从而减小了HC的排放。的排放。 七、缸内直接喷射七、缸内直接喷射排放问题排放问题 1）缸内温度偏低，不利于未燃碳氢后燃等。）缸内温度偏低，不利于未燃碳氢后燃等。 2）分层燃烧时在火花塞

7、附近出现混合气局部过浓或浓）分层燃烧时在火花塞附近出现混合气局部过浓或浓混合气区域过大的状况，使混合气区域过大的状况，使NOx生成增加，较高的压生成增加，较高的压缩比和放热率也将导致大负荷工况缩比和放热率也将导致大负荷工况NOX增多。增多。 3）微粒排放在小负荷、过渡工况和冷起动的情况下）微粒排放在小负荷、过渡工况和冷起动的情况下比传统的进气道喷射汽油机有较多的增加，但仍比柴比传统的进气道喷射汽油机有较多的增加，但仍比柴油机要低一个到几个数量级。油机要低一个到几个数量级。 成因：局部区域混合气过浓，缸内温度低。成因：局部区域混合气过浓，缸内温度低。缸内直接喷射式汽油机的排放对策缸内直接喷射式汽

8、油机的排放对策二阶段混合二阶段混合 进气冲程开始时第一次喷油，在缸内生成很稀的均质混进气冲程开始时第一次喷油，在缸内生成很稀的均质混合气，第二次喷射在压缩上止点前，在气缸滚流和活塞合气，第二次喷射在压缩上止点前，在气缸滚流和活塞顶形状的帮助下产生分层混合气，然后点火燃烧。顶形状的帮助下产生分层混合气，然后点火燃烧。3.3 低排放燃烧系统低排放燃烧系统稀薄燃烧系统稀薄燃烧系统v 使用过量空气的稀薄混合气，可以促进燃料的充分燃使用过量空气的稀薄混合气，可以促进燃料的充分燃 烧，提高燃料利用率，降低油耗；烧，提高燃料利用率，降低油耗；v 正常混合气的空燃比（正常混合气的空燃比（AF）为）为146，当

9、空燃比达，当空燃比达 到到22以上时油耗可降低以上时油耗可降低810；v 空燃比增加会带来燃烧的不稳定，需要对进气道和燃空燃比增加会带来燃烧的不稳定，需要对进气道和燃 烧室等进行精心的设计，以实现分层和均质燃烧，目烧室等进行精心的设计，以实现分层和均质燃烧，目 前世界最高水平的空燃比已达到前世界最高水平的空燃比已达到65左右。左右。分层燃烧系统分层燃烧系统v 如果稀燃技术的混合比达到如果稀燃技术的混合比达到25：1以上，按照常规是以上，按照常规是 无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。v 通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混

10、通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混 合气，混合比达到合气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气左右，外层逐渐稀薄。浓混合气 点燃后，燃烧迅速波及外层。点燃后，燃烧迅速波及外层。v 燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶 段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内 均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在 火花塞四周被点燃，实现分层燃烧。火花塞四周被点燃，实现分层燃烧。轴向分层燃烧系统1-活塞；活塞；2-气缸；

11、气缸；3-火花塞；火花塞；4-导气屏进气门；导气屏进气门；5-喷油器喷油器燃料在涡流作用下，沿气缸轴向产生上浓下稀的分层。高压缩比燃烧系统高压缩比燃烧系统v 采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内 形成较强的空气运动旋流，提高气流速度；形成较强的空气运动旋流，提高气流速度；v 将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离；将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离；v 燃料辛烷值允许的前提下尽可能用较高的压缩比，燃料辛烷值允许的前提下尽可能用较高的压缩比，以获得较好的功率和油耗指标。一味提高压缩比对以获得较好的功率和油耗指标。一味提高压缩比对排气净化不利。排气净

12、化不利。 3.4 废气再循环废气再循环废气混入的多少用废气混入的多少用EGR率表示，其定义如下：率表示，其定义如下：100%EGR返回废气量率= 进气量+返回废气量 废气再循环特点废气再循环特点用于用于Nox排放量随负荷的增加而增加，因而排放量随负荷的增加而增加，因而EGR也应随负也应随负荷增加而增加荷增加而增加怠速和小负荷时，怠速和小负荷时，Nox排放浓度低，为了保证稳定燃烧，排放浓度低，为了保证稳定燃烧，不进行不进行EGR暖机工况不进行暖机工况不进行EGR大负荷、高速时，为了保证较好的动力性，虽然温度很高，大负荷、高速时，为了保证较好的动力性，虽然温度很高，但氧浓度不足，排放生产物少，不进

13、行但氧浓度不足，排放生产物少，不进行ERG各缸各缸EGR率一致率一致3.5 其他机内净化措施其他机内净化措施涡轮增压技术涡轮增压技术多气门技术多气门技术使用低污染燃料使用低污染燃料1.涡轮增压技术涡轮增压技术符号符号在轿车尾部看到在轿车尾部看到Turbo或者或者T，即表明该车采用的发动机是即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。譬如奥迪涡轮增压发动机了。譬如奥迪A6的的1.8T，帕萨特帕萨特1.8T，宝宝来来1.8T等等。等等。涡轮增压的主要作用涡轮增压的主要作用v 提高了发动机进气量，在不增加发动机排量的基础上，提高了发动机进气量，在不增加发动机排量的基础上， 大幅度提高功率和扭矩，让车子

14、更有劲。大幅度提高功率和扭矩，让车子更有劲。v 发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器 的时候相比可以增加的时候相比可以增加40%甚至更高。这就意味着同样甚至更高。这就意味着同样 一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。v 对于对于1.8T涡轮增压发动机，经过增压之后，动力可以涡轮增压发动机，经过增压之后，动力可以 达到达到2.4L发动机的水平，但是耗油量却比发动机的水平，但是耗油量却比1.8发动机发动机 高很少，这说明提高了燃油经济性和降低尾气排放。高很少，这说明提高了燃油经济性和降低尾

15、气排放。涡轮增压的不足涡轮增压的不足v经过了增压之后，发动机在工作时候的压力和温度都大大经过了增压之后，发动机在工作时候的压力和温度都大大升高；升高；v发动机寿命会比没有经过增压的发动机要短；发动机寿命会比没有经过增压的发动机要短；v机械性能、润滑性能都会受到影响，在一定程度上限制了机械性能、润滑性能都会受到影响，在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。涡轮增压技术在发动机上的应用。 涡轮增压的原理涡轮增压的原理涡轮增压器利用发动涡轮增压器利用发动机排出的废气惯性冲机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送轴的叶轮，叶轮

16、压送由空气滤清器管道送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压来的空气，使之增压进入气缸。进入气缸。多气门技术多气门技术传统的发动机传统的发动机多是每缸一个进气门和一个排气门：多是每缸一个进气门和一个排气门：优点：优点：二气门配气机构相对比较简单，制造成本也低，对二气门配气机构相对比较简单，制造成本也低，对于输出功率要求不太高的普通发动机来说，就能获得较为于输出功率要求不太高的普通发动机来说，就能获得较为满意的发动机输出功率与扭矩性能满意的发动机输出功率与扭矩性能。多气门：多气门：每缸每缸3-5个气门（大多为个气门（大多为4气门），可提高功率，气门），可提高功率，改善燃烧质量，改善燃烧质量， 使用

17、低污染燃料使用低污染燃料v氢气氢气(H2)其排放物主要是其排放物主要是H2O、N2、O2和少量和少量NOx。主要缺点主要缺点为沸点低为沸点低(约约-253)，H2以液态方式储存时成本高，以液态方式储存时成本高，易受外部温度影响而蒸发，不适宜长期储存，还有爆炸、易受外部温度影响而蒸发，不适宜长期储存，还有爆炸、回火、早燃等问题尚待解决。若解决了成本及储存等问题，回火、早燃等问题尚待解决。若解决了成本及储存等问题，则有可能批量使用。则有可能批量使用。 v乙醇乙醇q 乙醇是最早开发的代用燃料，乙醇汽油混合燃料在美国乙醇是最早开发的代用燃料，乙醇汽油混合燃料在美国 已应用多年。已应用多年。q 纯乙醇作

18、燃料具有非常低的碳氢化合物纯乙醇作燃料具有非常低的碳氢化合物(HC)和有毒物排和有毒物排 放，被认为是理想的燃料。放，被认为是理想的燃料。q 乙醇可从谷物、纤维素等生物可再生资源中产生，但其乙醇可从谷物、纤维素等生物可再生资源中产生，但其 成本太高，约为汽油的两倍以上，若制作技术上无重大成本太高，约为汽油的两倍以上，若制作技术上无重大 突破，很难广泛推广。突破，很难广泛推广。v甲醇甲醇甲醇是从天然气、石油和煤炭中提取的，其中一半以上来甲醇是从天然气、石油和煤炭中提取的，其中一半以上来自天然气。自天然气。优点：优点：甲醇具有高辛烷值、低发热量、低污染和无排烟等特点。甲醇具有高辛烷值、低发热量、低

19、污染和无排烟等特点。甲醇燃烧完全，甲醇燃烧完全，HC的排放很低，颗粒物及的排放很低，颗粒物及NOX排放也很低。排放也很低。此外，其挥发性低，加油和行驶过程中蒸发损失小。此外，其挥发性低，加油和行驶过程中蒸发损失小。缺点：缺点：甲醇毒性大，有腐蚀性，其生产过程是从能源的一种状甲醇毒性大，有腐蚀性，其生产过程是从能源的一种状态转换到另一种状态，能源利用率低。态转换到另一种状态，能源利用率低。 v天然气天然气( CNG)组成：组成：甲烷甲烷(一般为一般为83%99%)及少量烃类和及少量烃类和CO2等。等。优点：优点：qCNG具有较高的辛烷值，与汽油相比，燃烧更完全。具有较高的辛烷值，与汽油相比，燃烧

20、更完全。据美国据美国EPA（Environmental Protection Agency的简称的简称,美国环境保护署美国环境保护署）报告，报告，CNG汽车可以降低汽车可以降低40%的的HC排放，排放，50%的的CO排放，无排烟，而且排放的排放，无排烟，而且排放的HC化合物化合物90%为甲烷类物质，光化学反应低，现有技术尚可进一步降低污为甲烷类物质，光化学反应低，现有技术尚可进一步降低污染物的排放。完全符合各国有关的环境排放标准。染物的排放。完全符合各国有关的环境排放标准。CNG汽车噪声小。汽车噪声小。q CNG一般比汽油、柴油价格低。一般比汽油、柴油价格低。qLNG制造成本相对较高，其储存容

21、器的绝热性制造成本相对较高，其储存容器的绝热性(甲烷易蒸发，沸点甲烷易蒸发，沸点-162)是制约其发展的重要原因之一。是制约其发展的重要原因之一。v 液化石油气液化石油气(LPG)组成：组成：LPG的主要成份是丙烷及少量丁烷、乙烷和极少量戊烷。的主要成份是丙烷及少量丁烷、乙烷和极少量戊烷。优点：优点：q LPG辛烷值较高，燃料费比液氢、酒精、汽油、柴油等便宜，辛烷值较高，燃料费比液氢、酒精、汽油、柴油等便宜，CO、NOX等气体排放量低于内燃机汽车，基本上不排黑烟和颗等气体排放量低于内燃机汽车，基本上不排黑烟和颗粒物粒物(PM)，且所排气体无臭味，发动机工作噪音低，完全能满且所排气体无臭味，发动

22、机工作噪音低，完全能满足足21世纪对现代汽车的使用要求。世纪对现代汽车的使用要求。q有试验表明，在有试验表明，在90km/h120km/h行驶状态下，能量消耗下行驶状态下，能量消耗下降了降了6%10%，HC排气污染下降了排气污染下降了49%，CO排放量下降了排放量下降了91%，NOX下降了下降了16%。v 新配方汽油新配方汽油q 新配方汽油是对汽油组成的重大改进。新配方汽油是对汽油组成的重大改进。美国美国EPA规定，新配方汽油至少含规定，新配方汽油至少含2%的氧、低于的氧、低于1%的的苯肼物、不含铅及任何其他重金属，同时加入高级活性剂，以苯肼物、不含铅及任何其他重金属，同时加入高级活性剂，以防

23、止组分沉淀。防止组分沉淀。q 与传统汽油相比，各种污染物排放可降低与传统汽油相比，各种污染物排放可降低15%17%，适用，适用于所有车辆，但制作成本略高。于所有车辆，但制作成本略高。美国美国EPA宣称，新配方汽油计划是继汽油中的铅被禁止宣称，新配方汽油计划是继汽油中的铅被禁止以来最重要的环境燃料计划。以来最重要的环境燃料计划。v复合燃料复合燃料植物油植物油植物油汽车的最大优点是不污染环境，其燃烧产物不含植物油汽车的最大优点是不污染环境，其燃烧产物不含SO2、CO2，碳粒碳粒也少，但含有害的乙醛。用其替代柴油时，汽车发动机不用改装。目前，已也少，但含有害的乙醛。用其替代柴油时，汽车发动机不用改装。目前，已研制成功并投入使用的植物油型燃料有菜籽油、棉籽油、豆油、甲醇酯混合研制成功并投入使用的植物油型燃料有菜籽油、棉籽油、豆油、