车用发动机构造与原理：第13章 内燃机的污染与控制

1、12022/9/13第十三章 内燃机的污染与控制车用发动机构造与原理2022/9/132本章基本内容13.1 概述13.2 汽油机主要污染物及生成机理13.3 柴油机主要污染物及生成机理13.4 汽油机排放控制技术13.5 柴油机排放控制技术13.6 排放测量与排放法规2022/9/13313.1 概述一. 汽车污染的三个主要来源CO、HC、NOx、碳烟、SO2、铅化物。1排气管排出的废气2曲轴箱窜气HC3从油箱、油管接头等处蒸发的汽油蒸汽HC二. 有害排放污染物的危害1CO极易与血红细胞结合，阻止人体血液中的血红素与氧的结合；2022/9/13413.1 概述NO，NO2 刺激人眼粘膜，严重

2、时还会引起肺气肿；2NOx3HC对人眼和呼吸系统均有刺激作用；4HC、NOx在一定地理、温度、气象条件下，经强烈的阳光照射，会发生光化学反应，生成O3、醛类为主的过氧化物，光化学烟雾。5碳烟粘附SO2等，对人和动物的呼吸道极为有害。6铅化物损害造血功能，对消化系统和神经系统也有刺激。2022/9/13513.2 汽油机主要污染物及生成机理1汽油机排放污染物的来源CO、HC、NOx一. 汽油机排放污染物的来源2022/9/1361HC20%来自燃油系统与燃油箱的蒸发；2025%来自曲轴箱窜气；55%来自尾气； （1）汽缸激冷面的存在； （2）燃料不完全燃烧； （3）二冲程汽油机的扫气；2CO燃料

3、燃烧的中间产物，空气量不足或混合气不均匀。3NOX高温富氧高温下的滞留时间一. 汽油机排放污染物的来源13.2 汽油机主要污染物及生成机理2022/9/137二. 影响汽油机排气污染的主要因素1汽油机设计参数对排气污染的影响a（过量空气系数）转速与负荷的影响点火时刻的影响燃烧室的影响2汽油机运转状态对排气污染的影响怠速：CO，HC加速：HC，NOx减速：3断火HC13.2 汽油机主要污染物及生成机理2022/9/13813.3 柴油机主要污染物及生成机理一. 柴油机排放污染物的来源1HC燃烧环节产生，柴油机HC排放相对汽油机比较低； （1）燃烧室内存在太稀和太浓的混合气； （2）喷油器残油腔容

4、积的存在； （3）油膜蒸发型燃烧室柴油机的冷启动；2CO燃料燃烧的中间产物，混合不均匀。3NOX高温、富氧、高温下的滞留时间。4碳烟高温、缺氧；热裂解、碳凝聚。2022/9/13913.3 柴油机主要污染物及生成机理二. 过量空气系数对柴油机排放污染物的影响2022/9/131013.3 柴油机主要污染物及生成机理三. 燃烧对柴油机排放污染物的影响2022/9/131113.4 汽油机排放控制技术一. 机内净化措施1调温进气系统原理：将5%20%废气引入进气管，冲淡混合气，降低燃烧速度，降低燃烧温度，减少NOx。实施过程：在怠速、暖机及全负荷时，不进行废气再循环。3废气再循环（EGR）2点火系

5、统净化措施2022/9/131213.4 汽油机排气污染的净化措施二. 机外净化措施1催化转换器空气泵入排气歧管，HCCOO2CO2+H2O2空气喷射装置NOxO2N2，O2HCCOCO2+H2O条件： 理论空燃比； 一定的温度； 无断火； 无铅汽油3强制曲轴箱通风（PCV）4汽油蒸发控制（EEC）20%HC来自汽油蒸发，活性碳罐吸附HC。 将曲轴箱内的气体吸入进气歧管，重新燃烧，减少HC2022/9/131313.4 汽油机排气污染的净化措施三. 排放诊断系统1车载排放诊断系统（OBD）的概念排气催化转换器的监测；氧传感器的监测；燃油喷射系统的监测；点火系统失火监测；废气再循环监测；二次空气

6、系统监测；油箱通风系统监测。2OBD所包含的功能通过电子控制单元，监测汽车排放控制系统部件在运行过程中的性能变化，及时判断故障和故障处理。2022/9/131413.5 柴油机排放控制技术一. 燃烧系统的改善措施1不同燃烧室对柴油机排放的影响2燃烧系统的改善措施直喷式燃烧室 NOx和HC的排放量偏高。分隔式燃烧室 碳烟的排放量偏高。（1）分隔式燃烧室调整主燃烧室和副燃烧室的容积比；减小电热塞对气流的干扰；减小喷油器安装孔部位的流动死区。2022/9/131513.5 柴油机排放控制技术一. 燃烧系统的改善措施2燃烧系统的改善措施（2）直喷式燃烧室减少滞燃期内喷入的燃油量，控制NOx的生成；提高

7、喷射压力，改善油气混合，避免碳烟生成；充分利用剩余空气在后燃期对碳烟进行氧化；控制燃油喷射速率，如靴型喷射、多次喷射；合理设计燃烧室形状和喷油器孔径数量。2022/9/131613.5 柴油机排放控制技术二. 供油系统的改善措施1喷油泵提高喷油泵的压力；喷油规律可控；2喷油器减小喷油器残余油腔容积；采用双弹簧喷油器（靴型喷射）；3电子控制电控泵喷嘴和电控单体泵；高压共轨；2022/9/131713.5 柴油机排放控制技术三. 气流组织和多气门技术在充量系数和进气涡流之间进行折衷；四气门的结构设计能合理布置喷油器；四. 柴油机废气再循环直喷式柴油机EGR率达到40%；废气涡轮增压柴油机加装单向阀

8、；五. 柴油机排气后处理1微粒捕集器（DPF）2022/9/131813.5 柴油机排放控制技术五. 柴油机排气后处理2连续再生系统（CRT）2NO+O2=2NO2NO2+C=NO+CONO2+CO=NO+CO23氧化催化器（DOC）氧化HC和CO，消除微粒中的部分有机成分。4选择性催化还原技术（SCR）CO(NH2)2 NH32NH3+NO+NO2=2N2+3H2O2022/9/131913.6 汽车排放法规简介一. 排放测试方法1怠速法发动机怠速时，将探头插入排气管，一般仅测量CO和HC的排放。适合环保部门或汽修厂进行监测。优点：简便易行，测试装置价格便宜和便于携带，检测时间短。缺点：测量

9、结果缺乏全面代表性，测量精度较低。2工况法将汽车发动机在一个测试循环中排出的废气经稀释后收集起来，用废气分析仪测量出废气浓度并推算出每次测试或每公里平均的有害物排放量。优点：检测结果较全面地反映汽车排放水平，可测量多种废气排放成分。缺点：测试系统复杂，试验设备昂贵。2022/9/132013.6 汽车排放法规简介二. 工况法测试系统采用ECE+EUDC循环的主要国家和地区：中国、新加坡、马来西亚、泰国、沙特、土耳其、匈牙利、波兰、俄罗斯等。采用美国FTP-75循环的主要国家和地区：加拿大、阿根廷、巴西、智利、墨西哥、新西兰、韩国等。1转鼓试验台2废气稀释和采样系统3废气分析仪三. 测试循环1欧洲联盟测试循环2美国联邦测