汽车发动机原理9章2(王建昕)

1、第9章 有害排放物的生成与控制9.1 9.1 有害排放物的生成机理与影响因素有害排放物的生成机理与影响因素9.2 9.2 排放法规及测试方法排放法规及测试方法9.3 9.3 汽油机的机内净化技术汽油机的机内净化技术9.4 9.4 柴油机的机内净化技术柴油机的机内净化技术9.5 9.5 汽油机排气后处理技术汽油机排气后处理技术9.6 9.6 柴油机排气后处理技术柴油机排气后处理技术排放污染物的机内净化技术降低排气降低排气污染技术污染技术机内净化机内净化（燃烧）（燃烧）机外净化机外净化（后处理）（后处理）清洁燃料清洁燃料（燃料）（燃料）柴油机柴油机汽油机汽油机柴油机柴油机汽油机汽油机常规汽油、柴油

2、常规汽油、柴油替代燃料：替代燃料：CNG、LPG、甲醇、甲醇、乙醇、二甲醚、甲酯乙醇、二甲醚、甲酯l右图是气体排放控制的基本依据右图是气体排放控制的基本依据 宏观宏观a应尽量大于应尽量大于1 加强气体扰动（涡流、湍流），加强气体扰动（涡流、湍流），避免局部避免局部a过浓过浓 抑制壁面抑制壁面/淬熄效应、循环波动及淬熄效应、循环波动及各缸不均匀各缸不均匀l 汽油机汽油机主要靠三效催化剂（见后）主要靠三效催化剂（见后）l 柴油机柴油机 CO排放排放 柴柴/汽汽 1/10 HC排放排放 柴柴/汽汽 1/3 1/5 因此，一般柴油机因此，一般柴油机CO和和HC不超标不超标（从混合气形成和燃烧考虑为什么

3、？）（从混合气形成和燃烧考虑为什么？）1、CO、HC排放的控制排放的控制柴油机主要控制PM、NOx（1）推迟喷油（点火）时间）推迟喷油（点火）时间主放热避开上止点主放热避开上止点 燃烧等容燃烧等容度下降度下降温度降低（对汽、柴油机温度降低（对汽、柴油机都适用）都适用）接近上止点时喷油接近上止点时喷油滞燃期缩短滞燃期缩短初期初期dQdQB B/dt /dt 降低降低燃烧温度燃烧温度降低（柴油）降低（柴油）2、NOx排放的控制排放的控制汽油机汽油机柴油机柴油机（1 1）推迟喷油（点火）时间）推迟喷油（点火）时间u问题：过度推迟会使问题：过度推迟会使i i、PMPM等恶化，即等恶化，即Trade o

4、ffTrade off关系，可关系，可调范围有限。调范围有限。2、NOx排放的控制排放的控制（2）废气再循环）废气再循环EGR（Exhaust Gas Recirculation）机理机理： CO2不活性气体不活性气体 、氧浓度下降、氧浓度下降 燃烧燃烧速度下降速度下降温度下降（如下图）温度下降（如下图） 混合气的比热容上升混合气的比热容上升温度下降温度下降p同理可用内部同理可用内部EGR？如何实现？如何实现？2、NOx排放的控制排放的控制nEGREGR的问题的问题 随随EGREGR率提高，率提高，PMPM和油和油耗等恶化（耗等恶化（Trade-offTrade-off）为此，随负荷变化，应为

5、此，随负荷变化，应改变改变EGREGR率，汽率，汽/ /柴油机柴油机也不同。也不同。EGREGR的效果的效果2、NOx排放的控制排放的控制柴油机柴油机汽油机汽油机同时采取混合均匀和稳定燃烧的措施同时采取混合均匀和稳定燃烧的措施（如图，加强混合及强化如图，加强混合及强化点火）。点火）。冷却冷却EGREGR可以降低进气温度，提高进气充量，有利于进一步降可以降低进气温度，提高进气充量，有利于进一步降低低NOxNOx和和PMPM。2、NOx排放的控制排放的控制产生涡流产生涡流（3）喷油规律优化）喷油规律优化燃烧特性控制基本思路燃烧特性控制基本思路前缓后急前缓后急（1 1）初期喷油速率高；）初期喷油速率

6、高；（2 2）初期喷油速率低；）初期喷油速率低；（3 3）预喷射（）预喷射（Pilot)Pilot)）；）；（4 4）预喷射低初喷率。）预喷射低初喷率。喷油规律控制基本思路喷油规律控制基本思路前缓后急前缓后急2、NOx排放的控制排放的控制汽油机是否需要控制喷油规律？汽油机是否需要控制喷油规律？喷油规律优化喷油规律优化-实例实例PilotPilot喷射对燃烧过程的影响喷射对燃烧过程的影响着火落后期着火落后期，初始放热率初始放热率，dp/d dp/d 燃烧温度燃烧温度，NOx NOx 4、降低、降低PM的基本原则的基本原则高温富氧高温富氧 提高燃烧速度（高温）提高燃烧速度（高温）增压（富氧）增压（

7、富氧）但容易导致与但容易导致与NO的的Tradeoff关系关系 混合均匀混合均匀 柴油机本来不缺氧、但非均质柴油机本来不缺氧、但非均质 加强雾化（高压喷射、减小喷孔）加强雾化（高压喷射、减小喷孔） 加强混合加强混合 同样与同样与NO产生产生Tradeoff 强化后期氧化强化后期氧化 （如右下图）（如右下图） 基本无基本无NO的的Trade off关系关系 减少润滑油消耗减少润滑油消耗柴油机喷雾燃烧高速摄影喷油后0.14ms普通喷射压力（60MPa）高压喷射（120MPa）0.42ms0.69ms0.97msl 提高喷油压力后，混合气形成加快，燃烧加快；提高喷油压力后，混合气形成加快，燃烧加快；

8、l 油气混合均匀程度提高，燃烧温度提高，碳烟和油气混合均匀程度提高，燃烧温度提高，碳烟和PM下降。下降。 ？会有什么负面影响会有什么负面影响Soot降低，降低，NOx升高；升高；NOx与与PM同时降低（同时降低（AVL例）例）高压喷射降低排放的效果高压喷射降低排放的效果高压喷射高压喷射并用并用EGR5 5、柴油机机内排放技术路线总结、柴油机机内排放技术路线总结增压增压EGR中冷中冷降低降低PM降低降低NOx降低降低NOx现代低排放柴油机现代低排放柴油机-实例实例Common Rail (1500-2200 Bar)高高压喷压喷油油降低降低PM小讨论小讨论为什么柴油机容易出现为什么柴油机容易出现

9、PM与与NOx的的Tradeoff关系？关系？ 汽油机是否出现汽油机是否出现PM与与NOx的的Tradeoff关系？关系？8章作业（章作业（1）将一台柴油机改装成火花点火将一台柴油机改装成火花点火CNGCNG发动机后，其发动机后，其THCTHC是增加是增加还是减少？为什么？还是减少？为什么？图图9-109-10中，为什么汽油机在中，为什么汽油机在aa1.11.1附近出现附近出现NOxNOx峰值，峰值，而不是而不是aa1 1？为什么在峰值左侧？为什么在峰值左侧,NOx,NOx、THCTHC、COCO之间呈之间呈相反变化关系？为什么柴油机要比汽油机在更稀的相反变化关系？为什么柴油机要比汽油机在更稀

10、的aa时时出现峰值（见图出现峰值（见图911911）？热效率和功率的峰值分别出现）？热效率和功率的峰值分别出现在在aa为多少的点？为什么？为多少的点？为什么？9-89-8题题8章作业（章作业（1）THCTHC在汽油机和柴油机中的生成机理有什么异同？其不同的原因与燃烧在汽油机和柴油机中的生成机理有什么异同？其不同的原因与燃烧方式有何关系？方式有何关系？图图8 81010中，为什么汽油机在中，为什么汽油机在aa1.11.1附近出现附近出现NOxNOx峰值，而不是峰值，而不是aa1？为什么在为什么在峰值峰值左侧左侧,NOx,NOx、THCTHC、COCO之间呈相反变化关系？为什么柴油之间呈相反变化关

11、系？为什么柴油机要比汽油机在更稀的机要比汽油机在更稀的a时出现时出现峰值（见图峰值（见图811811）？）？图图810810中，热效率和功率的峰值分别出现在中，热效率和功率的峰值分别出现在a为多少的点？为什么？为多少的点？为什么？与所谓与所谓“功率混合气功率混合气”、“经济混合气经济混合气”（参见（参见6.3.16.3.1）有什么关系？）有什么关系？结合表结合表8-58-5进行分析，为什么怠速时进行分析，为什么怠速时NOxNOx和和COCO排放高？加速和等速运行时排放高？加速和等速运行时NOxNOx排放高？而减速时排放高？而减速时THCTHC排放高？排放高？实际上，在三效催化剂中，既有可能发生（实际上，在三效催化剂中，既有可能发生（8-18-1）（）（8-38-3）