汽油机机内净化技术

1、汽油机机内净化技术秦海华机内净化就是指从有害排放物的生成机理及影响因素出发，以改进汽油机燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。1、大力推广汽油喷射电控系统汽油喷射电控系统就是利用各种传感器检测发动机的各种状态，经过微机判断和计算，来控制发动机在不同的工况下的喷油时刻、喷油量、点火提前角等，使发动机在不同工况下都能获得合适空燃比的混合气，提高燃油的燃烧效率，从而达到降低汽油机污染物排放的目的。(1)典型汽油喷射电控系统电控汽油喷射系统的特点：采用电控汽油喷射，用微机来控制每循环的喷油量和喷油时刻，可以按各种工况的要求对燃油量进行校正，其废气排放指标比化油器汽油机好得多。在电控多点喷

2、射系统中，每缸采用单独喷油器供油。这样，可提高各缸空燃比的均匀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，与汽油机的转速无关。因此，启动时仍能保持良好的雾化特性，起动性能良好，且起动时HC排放量少。进气系统中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。典型汽油喷射电控系统L-Jetronic系统；Motronic系统(2)喷油控制喷油时刻的控制方式：同时喷射、分组喷射、顺序喷射喷油量的控制：喷油量的控制亦即喷油持续时间的控制，其目的是使发动机燃烧混合气的空燃比符合各工况的需要。方式：起动喷油控制、运转喷油控制、断油控制（超速断油控制、减速断油控制）、反馈控制喷油

3、控制对排放的影响氧传感器及三效催化转化器闭环控制汽油机的空燃比接近理论空燃比时，三效催化器的转化效率最高，这是通过氧传感器闭环控制来实现的。具净化机理是当催化转化器达到起燃温度后，有害气体通过三效催化器时，在贵重金属催化剂作用下，发生氧化还原反应，转化为无害气体。冷起动及暖机阶段排放控制冷起动时，发动机不是工作组化学计量比附近，且催化剂处于低温状态，远未达到起燃温度（250-300C）,这就使HC排放很高。（3）点火系统的控制微机控制点火系的组成与控制策略组成：传感器、微电脑、点火器、点火线圈控制策略：起动时点火提前角的控制、怠速时点火提前角的控制、正常行驶时点火提前角的控制点火系统对排放的影

4、响a、火花品质决定点燃混合气的能力，火花越弱，失火的机会越大，HC排放增多b、推迟点火即减小点火提前角：一方面降低燃烧气体的最高燃烧温度和缸内最高燃烧压力；另一方面缩短了着火燃烧产物的反应时间。NO排放物降低，HC排放下降，但对汽油机的动力性和经济性会产生不利影响。点火提前角对NO的影响还与混合气空燃比有关，当混合气空燃比略大于化学计量比时，NO生成量最大。负荷一定时，CO排放物至于空燃比有关，点火提前角对其影响不大，但过分推迟点火时刻会使COW放因没充分时间氧化而明显增加。(4)怠速转速控制怠速自动控制系统怠速转速控制的实是对怠速时充气量的控制。怠速排放控制怠速工况下HCCO#放较高的根本原

5、因在于燃烧组织不良，所以燃烧完全程度是影响HCCO生成的直接因素。措施：提高怠速转速：怠速转速的提高不仅对改善怠速排放有利，还对从怠速平滑的向正常行驶工况过渡和缩短加速时的燃油滞后时间有利；高能点火：一是增大了初始火核半径，有助于提高燃烧速率和减小循环变动；而是降低了混合气较稀时的失火概率，使发动机可燃用较稀的混合气，从而减少HC的排放。增大气门间隙，减小气门重叠角：气门重叠角越大进入气缸的废气量就越多，HC排放就越多；气门间隙越大，HCCO#放浓度越低。(5)缸内直接喷射技术缸内直接喷射技术存在的问题：中小负荷工况未燃HC的排放较多；NO排放较多；微粒排放较多缸内直接喷射式汽油机的排放对策：

6、二阶段燃烧。但二阶段燃烧会导致燃油消耗率增加。二冲程缸内直喷稀燃汽油机2、低排放燃烧系统低排放燃烧技术主要是依靠稀薄燃烧技术和汽油直接喷射技术来完成的。分层燃烧技术是实现稀燃和汽油直接喷射的辅助措施。(1)稀薄燃烧系统稀薄燃烧对排放的影响：对C3E放量的影响：采用稀薄燃烧后，在a>1的某一范围内，CO的含量可以得到有效的控制。对HC排放量的影响：恰当的稀薄燃烧可以改善HC的排放。对NO排放量的影响：稀薄区域最高燃烧温度下降，有利于NO排放量的降低。实现稀燃的具体措施：应用可变涡流控制系统；采用结构紧凑的燃烧室；采用电控顺序喷射系统；应用高精度空燃比控制系统；应用分层燃烧技术；采用废气再循

7、环。(2)分层燃烧系统：复合涡流受控燃烧系统、轴向分层稀燃系统、滚流(纵流)分层稀燃系统(3)高压缩比燃烧系统3、废气再循环技术废气再循环技术是在将发动机排出的一部分废气再送回到进气管，和新鲜的空气或新鲜混合气混合后再次进入气缸参加燃烧。(1)工作原理废气再循环技术是氮氧化合物排放的主要措施，它将汽油机排出的一部分废气从新引入发动机进气系统，与混合气一起在进入汽缸燃烧。(2)废气再循环的控制策略随着EGR率的增加，燃烧开始不稳定，燃烧波动增加，HC排放上升，功率下降，燃油经济性趋于恶化。小负荷特别是怠速时进行EGR会使燃烧不稳定，甚至导致失火，使HC排放急增。全负荷追求最大动力性，使用EGR会

8、使最大功率降低，动力受损。故，必须对EGR率进行适当控制，使之在各种不同工况下，得到各种性能的最佳折中，实现NOx的控制目标。(3)内部废气再循环4、增压技术(1)增压原理：增压技术就是利用增压器将空气或可燃混合气预先进行压缩，再送入汽油机汽缸的过程。分类：机械增压、废气涡轮增压、气波增压、复合增压(2)涡轮增压技术废气涡轮增压器分类：径流式涡轮增压器、轴流式涡轮增压器离心式压气机的工作原理：有进气道、工作轮(含导风轮)、扩压器、出气蜗壳。径流式涡轮机的工作原理：涡轮机的作用是将排气拥有能尽可能多的转化为涡流旋转的机械功。涡流增压系统：定压涡轮增压系统、脉冲涡轮增压系统(3)增压对汽油机净化与

9、性能的影响汽油机采用增压技术与柴油机相比困难：汽油机增压易发生爆震：增压使压缩终了混合气的温度、压力趋于升高，致使爆震的倾向增大。汽油机增压热负荷大：热负荷大促使爆震倾向增大。汽油机与增压器匹配困难增压技术对汽油机的排放性能影响：对C3E放的影响：汽油机采用涡轮增压后过量空气系数增大，燃料雾化和混合进一步得到改善，汽油机的缸内温度能保证燃料更充分燃烧，co排放可进一步降低。对HC排放的影响：增压后进气密度增加、过量空气系数增大，可以提高燃油雾化质量，促进燃料燃烧，减少未然碳氢燃料，HC排放减少。对NO及微粒排放的影响：增压后，过量空气系数增大，但同时燃烧温度也明显升高，因此NO排放增加，而微粒

10、排放则减少。但汽油机NO及微粒排放量相对柴油机本来就较少，因此，增压对NO和微粒影响不大。5、汽油机均质压燃技术汽油机均质压燃技术是均质混合气压燃技术的一种，简单地说就是以往复式汽油机为基础的采用压燃方式的新型燃烧模式。(1)均质混合气的形成：进气道内汽油喷射；缸内直接喷射(2)燃烧特性汽油机HCCI燃烧方式的优点：由于采用均质燃烧混合气，保持了原汽油机比功率高的特点；由于节流损失减少且压缩比高，采用多点同时着火的燃烧方式使能量同时释放率较高，接近于理想的等容燃烧，热效率较高，改善了部分负荷下燃油经济性。(3)均质压燃汽油机的排放性能均质压燃技术对CO排放的影响：采用均质压燃技术的汽油机，其燃

11、烧过程在较稀的混合气下燃烧，气缸内燃烧温度较低，燃料和中间物质不能完全氧化成最终产物，燃烧室余隙中排出的HC也部分氧化成CO故CO#放增加。均质压燃技术对HC排放的影响：采用均质压燃技术的汽油机，虽然能够使均质可燃混合气充分的燃烧，但气缸内燃烧温度较低，燃料氧化不完全，因此是HC排放增加。均质压燃技术对NO排放的影响：采用均质压燃技术后，虽然混合气变稀，但由于多点燃烧的特性，燃烧温度降低，因此可有效降低NO的排放。(4)均质压燃技术存在的难点：冷起动时着火困难；运行工况范围有限；着火时刻和燃烧速率难以控制。6、可变气门正时技术(1)可变气门正时技术种类及原理可变凸轮相位的配气机构(VVT:有电

12、子才5制装置(ECU根据节气门的位置、转速及负荷等信号来度额定时间提前量。丰田智能型可变气门正时机构(VVT-i)(2)可变气门正时对汽油机净化与性能的影响VVT对CO排放的影响：在怠速工况下，可变气门正时机构通过控制进气门开启和排气门关闭的时刻，使气门重叠角达到最小缸内残余废气量减少，使缸内混合气燃烧更均匀稳定，有利于降低CO的排放；在瞬态工况下，可变气门正时机构通过改变气门重叠角和排气门迟闭角，直接或间接的控制参与废气量，是废气中的CO二次燃烧，从而减少CO的排放。VVTMHC排放的影响：可变气门正时技术对HC排放的控制，主要通过使缸内未然的HC和残余废气参与二次燃烧来实现。VVTMNO排

13、放的影响：a.残余废气稀释新鲜混合气，由于废气中HO及CO等三原子气体的比热容相比Q、N2等双原子气体大很多，从而降低了可燃混合气燃烧的最高温度。b.由于一部分空气被废气所取代，混合气中氧气的浓度相应降低，NO的生成收到抑制c.以上两种因素使燃烧速率降低，燃烧的热量得到了控制，从而进一步降低了最高燃烧温度，大幅度减少了NO的排放。VVT的不同实现方式对排放性能的影响方式：进气可变、排气可变、进排气等相位调节、进排气独立相位调节a.进气凸轮相位连续可变：通过调节进气相位，控制各工况下气门重叠角，从而影响缸内的残余废气系数，达到减少排放的目的。b.排气凸轮相位连续可变：通过控制内部EG睐降低排放。

14、c.进、排气门等相位调节：进、排气等相位调节的方法通过凸轮连续可变调节来实现，保持气门重叠角大小不变，至改变相位对于活塞运动的相位。d.进、排气独立相位调节：进、排气独立相位调节能够同时连续改变进排气门的开启和关闭时间，集成了进气和排气可变凸轮相位改善排放的优点。7、多气门技术多气门发动机是指一个气缸气门数目超过两个发动机，在采用多气门技术后，能保证较大的换气通流面积，减少泵气损失，增大充气量，保证较大的燃烧速率降低汽油机污染物的排放量。(1)气流组织滚流是多气门汽油机缸内气体流动的主要形式，通过对不同气门处的气流导向来实现。(2)多气门技术对汽油机净化与性能的影响扩大进、排气门的总流通截面积，增大汽油机的进、排气量，降低泵气损失，使汽油机的燃烧更彻底，功率升高。可实现关闭部分通道，形成与汽油机转速相适应的进气滚流强度，拓宽汽油机的高效工