汽车环境工程04

1、第第1 1章章 绪论绪论第第2 2章章 汽车排放污染物的生成汽车排放污染物的生成 机机理和影响因素理和影响因素第第3 3 章章 汽车发动机的排放特性汽车发动机的排放特性第第4 4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化第第5 5章章 车用柴油机机内净化车用柴油机机内净化第第6 6章章 车用汽油机后处理净化车用汽油机后处理净化 汽车排放污染及控制汽车排放污染及控制目录目录 第第7 7章章 车用柴油机后处理净化车用柴油机后处理净化第第8 8章章 燃料与排放燃料与排放第第9 9章章 汽车排放污染物净化方案及分析汽车排放污染物净化方案及分析第第1010章章 汽车排放及测试汽车排放及测试第第1111章

2、章 排放标准排放标准4.1 4.1 概述概述第第4 4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化4.2 4.2 汽油喷射电控系统汽油喷射电控系统4.3 4.3 低排放燃烧系统低排放燃烧系统4.5 4.5 其他机内净化措施其他机内净化措施4.4 4.4 废气再循环废气再循环第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化概述：主要内容概述：主要内容介绍汽油机机内净化技术，介绍汽油机机内净化技术，包括汽油喷射电控系统及包括汽油喷射电控系统及其对排放的影响、典型低其对排放的影响、典型低排放燃烧系统及其对排放排放燃烧系统及其对排放的影响、废气再循环系统的影响、废气再循环系统的工作原理及其对发动机的工作

3、原理及其对发动机性能的影响以及其他机内性能的影响以及其他机内净化技术。净化技术。 第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化机内净化所谓机内净化就是从有害排放物的生成所谓机内净化就是从有害排放物的生成机理及影响因素出发，以改进发动机燃机理及影响因素出发，以改进发动机燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。即降低污染物生成量生成的各种技术。即降低污染物生成量的技术，如改进发动机的燃烧室结构、的技术，如改进发动机的燃烧室结构、改进点火系统、改进进气系统、采用电改进点火系统、改进进气系统、采用电控汽油喷射、采用废气再循环技术等。控汽油喷射、采用废气

4、再循环技术等。机内净化被公认为是治理车用汽油机排机内净化被公认为是治理车用汽油机排气污染的治本措施。气污染的治本措施。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化 按燃烧过程的物理化学状态，可分为三个阶段：着火延迟期、明显燃烧期和补燃期着火延迟期、明显燃烧期和补燃期。汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化汽油车主要污染物一氧化碳（CO）氮氧化物（NOx）碳氢化合物（HC）铅化物以及二氧化硫等汽油车主要排放污染物汽油车主要排放污染物第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化汽油机机内净化的主要措施汽油机机内净化的主要措施大力推广汽油喷射电控系统

5、。大力推广汽油喷射电控系统。改善点火系统。改善点火系统。开发分层充气及均质稀燃的新型燃烧系统。开发分层充气及均质稀燃的新型燃烧系统。改进进气机构和燃烧室结构。改进进气机构和燃烧室结构。采用废气再循环控制。采用废气再循环控制。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化汽油喷射电控系统概述汽油喷射电控系统概述利用各种传感器检测发动机的各种状态，经微机的判断、计算，使发动机在不同工况下均能获得合适空燃比的混合气。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化典型汽油喷射电控系统典型汽油喷射电控系统第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化喷油控制喷油控制 喷油控制是发动机喷油控制是发动

6、机ECUECU的主要控制功能，它包的主要控制功能，它包括括喷油时刻控制喷油时刻控制和和喷油量控制喷油量控制。1. 1. 喷油时刻的控制喷油时刻的控制 对于多点喷射发动机，ECU以曲轴转角传感器的信号为依据进行喷油时刻的控制，使各缸喷油器能在设定的时刻喷油。 喷油时刻控制方式有三种：同时喷射、分组喷射和顺序喷射。2. 2. 喷油量的控制喷油量的控制 喷油量的控制，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。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化 起动喷油控制起动时，空气流量计不能精确检测。因此，起动时，ECU不以空气流量计的信号作为喷油量的计算依据，而是按预先设定的起动程序来进

7、行喷油控制。 运转喷油控制运转喷油控制 发动机运转时，ECU主要根据进气量和发动机转速来计算喷油量。喷油控制喷油控制第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化喷油控制喷油控制超速断油控制当发动机转速超过允许的最高转速时，由ECU自动中断喷油，减少有害物排放。减速断油控制当汽车在高速运转时突然减速，发动机仍在汽车惯性的带动下高速旋转。此时节气门已关闭，进入气缸的空气量很少，若继续正常喷油，则会造成燃烧不完全与废气中HC和CO排放物增多。减速断油控制的目的是为了控制急减速时有害物的排放，减少燃油消耗量，促使发动机转速尽快下降，有利于汽车减速。 断油控制断油控制 第第4章章 车用汽油机机内净化

8、车用汽油机机内净化 喷油控制喷油控制反馈控制在排气管上加装氧传感器，根据排气管中氧的含量，测定进入发动机燃烧室混合气的空燃比值，并输入给ECU。ECU将此信号与设定的目标空燃比值进行比较，不断修正喷油量，使空燃比保持在设定目标值附近。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化 喷油控制对排放的影响喷油控制对排放的影响第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化 冷起动及暖机阶段排放控制冷起动及暖机阶段排放控制 冷起动阶段：混合气浓度一般要低于化冷起动阶段：混合气浓度一般要低于化油器式发动机。油器式发动机。 暖机阶段：不要提供太浓的混合气。暖机阶段：不要提供太浓的混合气。 为了减小汽油

9、喷射发动机冷起动和暖机为了减小汽油喷射发动机冷起动和暖机阶段排放，要对开环控制的空燃比进行精确阶段排放，要对开环控制的空燃比进行精确的标定，不要过量供给燃油。的标定，不要过量供给燃油。点火系统的控制点火系统的控制 点火提前角由点火提前角由微机控制，使发动机微机控制，使发动机在各种工况下都能调在各种工况下都能调整至最佳点火时刻，整至最佳点火时刻，令发动机在动力性、令发动机在动力性、经济性、加速性和排经济性、加速性和排放等方面达到最优。放等方面达到最优。微机控制点火系传感器微处理机（ECU）点火线圈点火器 起动期间，点火提前角设为固定值。怠速时，起动期间，点火提前角设为固定值。怠速时，微机根据发动

10、机转速、冷却水温来控制点火提前角微机根据发动机转速、冷却水温来控制点火提前角的大小。正常行驶时，微机根据发动机转速和负荷的大小。正常行驶时，微机根据发动机转速和负荷信号，进行点火提前角的控制。部分负荷时，要根信号，进行点火提前角的控制。部分负荷时，要根据冷却液温度、进气温度和节气门位置等信号进行据冷却液温度、进气温度和节气门位置等信号进行修正。修正。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化 点火系统的控制点火系统的控制火花质量和点火正时对排放产生影响。火花质量和点火正时对排放产生影响。 1 1）火花越弱，出现失火的机会就越多，而失火将会生火花越弱，出现失火的机会就越多，而失火将会生成大

11、量的未燃成大量的未燃HCHC。 2 2）点火提前角对燃油消耗率）点火提前角对燃油消耗率和有害排放物的影响。和有害排放物的影响。推迟点火未燃HC排放下降NOx排放降低影响动力性和经济性点火提前角对燃油消耗率和点火提前角对燃油消耗率和有害排放物的影响有害排放物的影响 第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化怠速转速控制怠速转速控制发动机的怠速运转是排放很严重的工况。发动机的怠速运转是排放很严重的工况。汽油机在怠速工况下降低汽油机在怠速工况下降低HCHC和和COCO排放的方法排放的方法 提高怠速转速提高怠速转速 怠速转速越低，节气门开度越小，残余怠速转速越低，节气门开度越小，残余废气的稀释度

12、严重，就需要更浓的混合气，增加废气的稀释度严重，就需要更浓的混合气，增加了怠速时了怠速时COCO与与HCHC的排放。提高怠速转速可使混的排放。提高怠速转速可使混合气形成和燃烧均获得改善，这不仅是由于可燃合气形成和燃烧均获得改善，这不仅是由于可燃混合气在进气管中的移动速度增加所致，而且是混合气在进气管中的移动速度增加所致，而且是由于提高充气效率和减少残余废气的稀释度的结由于提高充气效率和减少残余废气的稀释度的结果。果。高能点火对高能点火对HCHC排放的作用排放的作用 提高燃烧速率和减提高燃烧速率和减小循环变动；小循环变动； 降低了混合气较降低了混合气较稀时的失火概率，使发动机稀时的失火概率，使发

13、动机可燃用稍稀的混合气，从而可燃用稍稀的混合气，从而减小了减小了HCHC的排放。的排放。 高能点火和普通点高能点火和普通点火对火对HCHC排放的影响排放的影响在怠速工况时，高能点火使在怠速工况时，高能点火使HCHC最低排放量的空燃最低排放量的空燃比增大到了比增大到了1313左右，左右，HCHC排放也有了明显的下降。排放也有了明显的下降。气门间隙对气门间隙对HCHC排放的作用排放的作用 增大气门间隙，减小增大气门间隙，减小气门重叠角。气门重叠角。 气门重叠角越大，气门重叠角越大，进入气缸的废气量就越多，进入气缸的废气量就越多，HCHC排放就越多。发动机进排排放就越多。发动机进排气门间隙影响气门重

14、叠角，气门间隙影响气门重叠角，从而影响气缸内残余废气的从而影响气缸内残余废气的比率。气门间隙越大，比率。气门间隙越大，HCHC、COCO排放浓度越低。排放浓度越低。气门间隙对气门间隙对HC和和CO排放的影响排放的影响缸内直接喷射缸内直接喷射缸内直接喷射汽油机与缸内直接喷射汽油机与一般汽油发动机的主要一般汽油发动机的主要区别在于汽油喷射的位区别在于汽油喷射的位置，它将喷油嘴安装在置，它将喷油嘴安装在燃烧室内，将汽油直接燃烧室内，将汽油直接喷射在燃烧室内。喷射在燃烧室内。关键在于产生与传统发动机不同的缸内气流运动状态，使喷入气缸的汽油与空气形成一种多层次的旋转涡流。因此缸内直喷采用了立式进气道、弯

15、曲顶面活塞、高压旋转喷射器等三种技术手段。直喷式发动机缸内空气流动纵向缸内空气流动纵向涡流即滚流。涡流即滚流。弯曲顶面活塞利用活弯曲顶面活塞利用活塞顶凸起形状，增强塞顶凸起形状，增强了滚流强度。了滚流强度。虽然混合比达到虽然混合比达到40:140:1，但聚集在火花塞周围但聚集在火花塞周围的混合气却很浓，很的混合气却很浓，很容易点火燃烧。容易点火燃烧。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化缸内直接喷射汽油机存在的问题缸内直接喷射汽油机存在的问题排放问题排放问题 1 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 2）分层燃烧时在火花塞附近出现混合气局

16、部过）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，使浓或浓混合气区域过大的状况，使NOxNOx生成增加，生成增加，较高的压缩比和放热率也将导致大负荷工况较高的压缩比和放热率也将导致大负荷工况NONOX X增多。增多。 3 3）微粒排放在小负荷、过渡工况和冷起动的情）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，况下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。但仍比柴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

17、汽油机的排放对策二阶段混合二阶段混合 进 气 冲 程 开进 气 冲 程 开始时第一次喷油，始时第一次喷油，在缸内生成很稀的在缸内生成很稀的均质混合气，第二均质混合气，第二次喷射在压缩上止次喷射在压缩上止点前，在气缸滚流点前，在气缸滚流和活塞顶形状的帮和活塞顶形状的帮助下产生分层混合助下产生分层混合气，然后点火燃烧。气，然后点火燃烧。1 抑制敲缸的发生2 促进炭烟烧尽3 稀NOx催化系统缸内直接喷射式汽油机的排放对策缸内直接喷射式汽油机的排放对策二阶段燃烧二阶段燃烧改善冷起动和小负荷运行时的改善冷起动和小负荷运行时的HCHC和和COCO的排放，的排放，COCO的氧化温度比的氧化温度比HCHC的低

18、，辅的低，辅助喷射燃烧首先使催化剂加热，然后助喷射燃烧首先使催化剂加热，然后使使COCO燃烧产生较高温度，再使燃烧产生较高温度，再使HCHC燃烧。燃烧。二冲程缸内直喷稀燃发动机 用压缩空气辅助喷射的喷油器的缸内用压缩空气辅助喷射的喷油器的缸内直喷式二冲程发动机。直喷式二冲程发动机。 经曲轴箱扫气进入气缸的是空气，经曲轴箱扫气进入气缸的是空气，汽油在喷油器中与少量空气混合后，以汽油在喷油器中与少量空气混合后，以0.62MPa0.62MPa的压力喷入气缸，喷雾粒度平均的压力喷入气缸，喷雾粒度平均达到达到5 5m m。通过喷雾特性、燃烧室形状、通过喷雾特性、燃烧室形状、气流运动的优化配合，可在空然比

19、为气流运动的优化配合，可在空然比为20205050的宽广范围内稳定运转。的宽广范围内稳定运转。稀薄燃烧系统 混合气较稀时，绝热指数混合气较稀时，绝热指数K K反而增大。从反而增大。从理论上讲，混合气越稀，理论上讲，混合气越稀，K K值越大，热效率也值越大，热效率也越大。在发动机不使其失火的前提下，应尽越大。在发动机不使其失火的前提下，应尽可能进行稀薄燃烧。可能进行稀薄燃烧。 在在a a11的某一范围内，的某一范围内，COCO的含量可以得的含量可以得到有效控制。到有效控制。 当空燃比超过当空燃比超过1818以上时，以上时，HCHC的排放量的排放量就因为熄火和部分燃烧而大大增加。所以进就因为熄火和

20、部分燃烧而大大增加。所以进行恰当的稀薄燃烧才可以改善行恰当的稀薄燃烧才可以改善HCHC的排放。的排放。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化实现稀燃的具体措施实现稀燃的具体措施可变涡流控制系统：部分负荷，较强涡流；全负荷，减小涡流甚至不用涡流紧凑的燃烧室，尽可能高的压缩比电控顺序喷射系统，扩展燃烧失火极限高精度空燃比控制系统分层燃烧技术废气再循环第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化分层燃烧系统分层燃烧系统分层燃烧的目的分层燃烧的目的分层燃烧就是要合理地组织气缸内混分层燃烧就是要合理地组织气缸内混合气分布，使在火花塞周围有较浓的混合合气分布，使在火花塞周围有较浓的混合气，而

21、在燃烧室内的大部分区域具有很稀气，而在燃烧室内的大部分区域具有很稀的混合气，以确保正常点火和燃烧，同时的混合气，以确保正常点火和燃烧，同时也扩展了稀燃失火极限，并可提高经济性，也扩展了稀燃失火极限，并可提高经济性，减少排放。减少排放。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化复合涡流受控燃烧系统复合涡流受控燃烧系统这种发动机拥有两个化油器或两这种发动机拥有两个化油器或两套进气管喷射装置，所以可以分套进气管喷射装置，所以可以分别提供不同过量空气系数的混合别提供不同过量空气系数的混合气给主、副室的进气系统。气给主、副室的进气系统。传 统 的 点 燃 式 发 动 机 只 能 在传 统 的 点

22、燃 式 发 动 机 只 能 在 a a0.950.951.151.15之间运行，之间运行，CVCCCVCC发动机采用发动机采用了这种燃烧方式，首先燃烧的那部分混了这种燃烧方式，首先燃烧的那部分混和气（在副室）具有小的过量空气系数，和气（在副室）具有小的过量空气系数，虽然出现较高的虽然出现较高的HCHC和和COCO浓度，但混合气浓度，但混合气所占容积很小，而后燃烧的混合气（在所占容积很小，而后燃烧的混合气（在主室）具有较高的过量空气系数。主室）具有较高的过量空气系数。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化轴向分层燃烧系统轴向分层燃烧系统1-1-活塞；活塞；2-2-气缸；气缸；3-3-火

23、花塞；火花塞；4-4-导气屏进气门；导气屏进气门；5-5-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。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化滚流（纵涡）分层稀燃系统滚流（纵涡）分层稀燃系统在进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线方向在进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线方向旋转的有组织的空气旋流，称为滚流，也称旋转的有组织的空气旋流，称为滚流，也称为纵涡或横向涡流。滚流在压缩过程中逐渐为纵涡或横向涡流。滚流在压缩过程中逐渐被压扁，在上止点附近破碎成许多小尺寸的被压扁，在上止点附近破碎成许多小尺寸的涡流和湍流，可大大改善混合气燃烧过程。涡流和湍流，可大大改善混合气燃烧过程。第第4

24、章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化高压缩比燃烧系统燃料辛烷值允许的前提下尽可能用较高的压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。缩比，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。一味提高压缩比对排气净化不利。电控点火系统的采用使精确控制点火定时成电控点火系统的采用使精确控制点火定时成为可能，为高压缩比点燃机在性能与排放方为可能，为高压缩比点燃机在性能与排放方面得到更好的折衷可提供很大的潜力。面得到更好的折衷可提供很大的潜力。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化废气再循环的工作原理废气再循环的工作原理废气再循环技术是控废气再循环技

25、术是控制氮氧化合物排放的制氮氧化合物排放的主要措施，它是将汽主要措施，它是将汽车排出的一部分废气车排出的一部分废气重新引入发动机进气重新引入发动机进气系统，与混合气一起系统，与混合气一起再进入气缸燃烧。再进入气缸燃烧。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化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EGREGR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 第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化EGREGR系统的控制要求系统的控制要求1 EGR量应随负荷的增加而增加。2 怠速和小负荷时，不进行EGR。3 冷机时不进行EGR。

26、4 大负荷、高速时通常也不进行EGR或减少EGR率。5 冷机时不进行EGR。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化内部废气再循环内部废气再循环发动机排气经过EGR阀进入进气歧管，与新鲜混合气混合在一起的方式称为外部EGR。与外部EGR相对应的称为内部EGR。滞留在缸内的废气量决定于配气相位重叠角的大小，重叠角大，则内部废气再循环量也大。过大的重叠角会使发动机燃烧不稳定、失火并使HC排放量增加等，因此在确定配气相位重叠角时必须对动力性、经济性和排放性能进行综合考虑。第第4章章 车用汽油机机内净化车用汽油机机内净化EGREGR率对汽油机净化与性能的影响率对汽油机净化与性能的影响废气再循环能有效地降低汽油发动机的废气再循环能有效地降低汽油发动机的NOxNOx排放排放, ,但进行但进行EGREGR时必须要考虑其对发动机时必须要考虑其对发动机动力性、经济性的影响。通常将动力性、经济性的影响。通常将EGREGR率控制率控制在在10%10%20%20%范围内较合适。范围内较合适。冷却冷却EGREGR技术技术再循环废气经冷却器冷却后再循环废气经冷却器冷却后再送入进气端，进一步降低再送入进气端，进一步降低进气温度，更有利于降低进气温度，更有利于降低NOxNOx排放，