汽車發(fā)動機原理

1、內(nèi)燃機排放物的種類極其復(fù)雜。依據(jù)其對大氣環(huán)境和人類健康的影響，分為無害排放物和有害排放物。從生成機理可知，降低有害排放物生成的本身是互相制約的。往往在降低CO和HC的同時，NOx卻增加了。柴油機有害排放物中CO和HC相對少得多，主要是NOx和微粒。措施分為機前處理、機內(nèi)控制和機后處理。排 氣 中 的 一 氧 化 碳（CO）是不完全燃燒的產(chǎn)物，混合氣中氧含量是影響CO生成的主要因素。第九章第九章 內(nèi)燃機有害排放物的控制內(nèi)燃機有害排放物的控制第一節(jié)第一節(jié)內(nèi)燃機內(nèi)燃機排放物排放物的的分類分類第三節(jié)第三節(jié)汽油機有害排汽油機有害排放物的控制放物的控制措措施施第二節(jié)第二節(jié)內(nèi)燃機有害排內(nèi)燃機有害排放物的生成

2、機放物的生成機理理第四節(jié)第四節(jié)柴油機有害排柴油機有害排放物的控制措放物的控制措施施總目錄總目錄 內(nèi)燃機燃用的是碳氫化合物燃料，在完全燃燒的情況下，燃燒產(chǎn)物基本是二氧化碳（CO2）和無害的水蒸氣（H2O）。以往CO2不被認為是污染物，但增加過快的CO2加劇了溫室效應(yīng)，已經(jīng)引起了人們的極大關(guān)注。 在實際內(nèi)燃機工作中，由于轉(zhuǎn)速一般很高，燃料燃燒過程占有的時間極短，燃料與空氣不可能實現(xiàn)完全均勻的混合，因此不可避免地存在不完全燃燒，排氣中出現(xiàn)不完全燃燒的產(chǎn)物；冷起動時燃料不易蒸發(fā)，很多燃料未經(jīng)燃燒就排出；存在燃料在高溫情況下燃燒的中間生成物，等等。這些隨排氣一起進入大氣的部分物質(zhì)，將對人類健康和大氣狀態(tài)

3、產(chǎn)生嚴重的影響，因而受到了世界范圍的重視。世界各國和國際組織都制定了一系列越來越嚴格的排放法規(guī)，以控制內(nèi)燃機排放物對大氣的污染。第一節(jié)第一節(jié) 內(nèi)燃機排放物的分類內(nèi)燃機排放物的分類一、內(nèi)燃機一、內(nèi)燃機排放物的分類排放物的分類 內(nèi)燃機排放物的種類極其復(fù)雜。依據(jù)其對大氣環(huán)境和人類健康的影響，分為無害排放物和有害排放物。 無害無害排放物：排放物：氮 （N2）、氧（O2）、二氧化碳（CO2）和水蒸氣（H2O）。二氧化碳盡管對人類無害，但對地球造成的溫室效應(yīng)，對人類及環(huán)境存在間接的影響。 有害有害排放物排放物：一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）和微粒（PM）。各國排放法規(guī)限制的排放物

4、主要為章目錄章目錄二、有害二、有害排放物的來源和危害性排放物的來源和危害性 1有害排放物的來源有害排放物的來源 汽油機汽油機有害排放物的來源： （1）排氣：CO、HC（約占HC總排放量的55）、NOx等。 （2）曲軸箱竄氣：HC（約占HC總排放量的25）。 （3）燃油蒸氣：HC（約占HC總排放量的20）。 柴油機柴油機有害排放物主要來自排氣。第一節(jié)第一節(jié) 內(nèi)燃機排放物的分類內(nèi)燃機排放物的分類2有害排放物對人類的有害排放物對人類的危害性危害性 （1）一氧化碳 影響氧氣輸送。一氧化碳（CO）是一種無色無味的氣體，吸入人體后，能以比氧強200300倍的親和力與血液中作為輸氧載體的血紅蛋白（Hb）結(jié)合

5、，形成牢固的碳氧血紅蛋白（COHb），影響氧氣輸送，使人感到疲勞，感覺功能衰退，惡心頭暈，甚至導(dǎo)致死亡。大氣中含一氧化碳濃度超過0.3時，將在一小時內(nèi)導(dǎo)致人死亡。為保護人類不受CO的毒害，24小時內(nèi)吸氣中CO濃度應(yīng)不超過（510）10-6（體積分數(shù)）。 （2）碳氫化合物 部分被確認為致癌物質(zhì)，也形成光化學(xué)煙霧。碳氫化合物（HC）包括碳氫燃料及其不完全燃燒產(chǎn)物、潤滑油及其裂解產(chǎn)物和部分氧化物，有200多種成分。其中，多環(huán)芳香烴（PAH）及其衍生物（如苯并芘等）被確認為致癌物質(zhì)，甲醛、苯甲醛對眼睛和呼吸器官有強烈的刺激性，烯烴是形成光化學(xué)煙霧的成分之一。 （3）氮氧化物 氮氧化物（NOx）主要是N

6、O（約占95），少量是NO2。 NO引起中樞神經(jīng)的癱瘓和痙攣。是無色、有輕度刺激性的氣體，在空氣中能氧化成NO2，低濃度時對人類健康無明顯影響，高濃度時能引起中樞神經(jīng)的癱瘓和痙攣。 NO2使血液輸氧能力下降，對心、肝、腎也有影響，也會形成光化學(xué)煙霧。是赤褐色并具有強烈的臭味，吸入人體后與血紅蛋白作用成為變性血紅蛋白，使血液輸氧的能力下降，它對心、肝、腎也有影響。人類在NO2含量為10010-615010-6環(huán)境中停留0.51小時，就會因肺氣腫死亡。NO2在陽光作用下會形成光化學(xué)煙霧，其二次污染物為臭氧、過氧乙?；跛猁}（PAN）和各種游離基根，PAN的毒性介于NO和NO2之間。第一節(jié)第一節(jié) 內(nèi)

7、燃機排放物的分類內(nèi)燃機排放物的分類 （4）微粒 微粒（PM）被定義為除純水以外其單個顆粒直徑大于0.002 m的任何固態(tài)或液態(tài)微顆粒或亞微顆粒。 內(nèi)燃機排氣中所含的微粒物質(zhì)主要有碳、碳氫化合物、硫化物、鉛化物和合金屬元素的灰粉等。 直徑小于0.1 m的微粒可在空氣中隨機運動，被人吸入肺部后附在肺細胞組織中，某些會被血液吸收。直徑大于1 m的微粒雖會被人吸入但其危害性不大。柴油機排氣中微粒分布峰值在0.1 m左右，可以長期懸浮在大氣中，對人體健康有很大威脅。排氣中的鉛化物一般直徑為0.2 m左右，人類吸入會通過腸、消化器官、皮膚等途徑在體內(nèi)逐漸積蓄起來，妨礙紅細胞的生長與發(fā)育并引發(fā)貧血、神經(jīng)麻痹

8、、肝功能障礙，增加便秘、血管疾病、腦溢血、慢性腎炎的發(fā)病率，重則出現(xiàn)四肢麻痹、嚴重絞痛、臉色蒼白甚至死亡。鉛化物、硫化物等還會吸附在排氣凈化裝置的催化劑表面，使催化劑“中毒”。 排放物排放物有害有害控制內(nèi)燃機排放物對大氣的污染碳氫碳氫化合物化合物一氧化碳一氧化碳微粒微粒 氮氧氮氧化合物化合物第二節(jié)第二節(jié) 內(nèi)燃機有害排放物的生成機理內(nèi)燃機有害排放物的生成機理章目錄章目錄第二節(jié)第二節(jié) 內(nèi)燃機有害排放物的生成機理內(nèi)燃機有害排放物的生成機理一、一氧化碳一、一氧化碳 一氧化碳（CO）是不完全燃燒的產(chǎn)物。 混合氣中氧含量是影響CO生成的主要因素。當(dāng)a 1時，排氣中將不存在CO，但實際上由于混合氣不均勻，燃

9、燒時局部缺氧，排氣中仍有少量CO存在。此外，CO2在燃燒后的高溫廢氣中會分解成CO和O2，未燃烴中的氫也會將CO2還原成CO。因此，CO多多少少地存在于排氣中。 柴油機CO的排放量比汽油機低得多。經(jīng)常在接近化學(xué)當(dāng)量比或過濃混合氣情況下工作的汽油機，其CO排放濃度較高，而柴油機由于過量空氣系數(shù)較大，在擴散燃燒過程中CO還能充分氧化，其CO的排放量比汽油機低得多。二、氮氧化物二、氮氧化物 排氣中的氮氧化物主要是由空氣中所含的氮在高溫下氧化形成的。內(nèi)燃機燃料中含氮不到0.02，NO的生成機理是擴展的澤耳多維奇（Zeldovich）機理，即 N 2O = NO O ， N2 O = NO N ， N

10、OH = NO H NO形成需要下列兩個條件： （1）有多余的氧氣。 （2）反應(yīng)物處在高溫下。 NO的生成量還與反應(yīng)持續(xù)時間有關(guān)。燃氣在富氧、高溫條件下停留的時間長，NO的生成量必然增加。隨著膨脹行程進行，缸內(nèi)溫度下降，NO的生成率也迅速下降，但其逆向反應(yīng)速率很低。 柴油機NO生成濃度一般接近或稍低于汽油機。直噴式柴油機的NO生成濃度高于非直噴式柴油機。汽油機的火焰燃燒速率很快，且集中在上止點附近，有較長的焰后反應(yīng)時間和較高的溫度，NO的生成量較大。柴油機由于過量空氣系數(shù)總是大于1，燃燒過程中燃料及其產(chǎn)物不斷地被稀釋，燃燒速率也比較低，NO生成率不會很高，但柴油機壓縮比較高，因此NO生成濃度一

11、般仍接近或稍低于汽油機。直噴式柴油機平均過量空氣系數(shù)比非直噴式柴油機高，燃燒最高溫度也較高，所以直噴式柴油機的NO生成濃度高于非直噴式柴油機。第二節(jié)第二節(jié) 內(nèi)燃機有害排放物的生成機理內(nèi)燃機有害排放物的生成機理三三 、碳氫化合物、碳氫化合物 碳氫化合物（HC）的排放與內(nèi)燃機工作參數(shù)（如空燃比、點火時間、壓縮比、燃燒室?guī)缀涡螤詈娃D(zhuǎn)速等因素）有關(guān)。 空燃比是影響HC生成的重要因素。氧氣不足，燃燒不完全，HC生成量增加；混合氣過濃，發(fā)熱量大，燃燒室內(nèi)溫度高，部分不能與氧反應(yīng)的燃料，在高溫下裂解生成各種低分子量的碳氫化合物。所以，無論是稀或濃混合氣，HC的排放量都很高，只有當(dāng)空燃比為18左右（a = 1

12、.2左右）時，HC的排放量才最小?？杖急容^大時，在膨脹過程中混合氣被冷卻降溫，火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?，碳氫燃料氧化速度慢以致燃燒停止，將?dǎo)致HC產(chǎn)生。 在正常工況下，在氣缸壁上的猝熄層和氣缸壁面縫隙處仍存在未燃混合氣（如圖9.1）。缸內(nèi)燃燒是完全的，但在氣缸壁上的猝熄層和氣缸壁面縫隙處仍存在未燃混合氣。研究表明，火焰不能傳播到靠近燃燒室壁面0.050.4 mm厚的混合氣中，會出現(xiàn)“壁猝熄” 。 柴油機HC排放濃度一般比汽油機低得多。柴油機由于接近壓縮終了時噴油，在縫隙和缸壁附近多為空氣，所以柴油機HC排放濃度一般比汽油機低得多。但是，在某些情況（冷起動、怠速和低負荷）下，燃油中部分大油滴不能及時蒸發(fā)，

13、嚴重后燃使HC排放增加。噴油嘴壓力室容積過大，針閥關(guān)閉后，留在壓力室內(nèi)的燃油在膨脹行程中，通過噴孔滲漏出來，也是柴油機形成HC的重要原因。起動不著火、竄機油和不正常噴射也會造成HC增加。圖9.1 氣缸內(nèi)猝熄層（1、2、3）和猝熄縫隙（4） 第二節(jié)第二節(jié) 內(nèi)燃機有害排放物的生成機理內(nèi)燃機有害排放物的生成機理四、微粒四、微粒 碳粒子。是燃料分子在氧氣不足的情況下高溫裂解或氧化裂解形成碳的燒結(jié)和凝結(jié)。因此，它與混合氣的濃度關(guān)系很大?；旌蠚庵刑佳醣龋–/O）大于某一臨界值（碳煙極限），碳煙就會生成。柴油機燃燒室中混合氣成分不均勻，總有一些區(qū)域碳氧比（C/O）較大，燃燒過程中又非常接近高溫火焰區(qū)，所以碳

14、煙生成是不可避免的。 碳氫化合物。來自燃油和機油中的未燃物，其成因主要是：燃燒室內(nèi)火焰熄滅；氣缸壁處火焰熄滅；液態(tài)燃料直接與冷缸壁接觸；燃料和機油的泄漏，低沸點的碳氫化合物以氣態(tài)形式排出，高沸點的碳氫化合物在排氣管中凝結(jié)，部分排入大氣，形成藍煙和白煙。 硫化物。為汽油中的硫產(chǎn)生的硫酸鹽， 鉛化物。是含鉛汽油機排氣微粒中的主要物質(zhì)。 合金元素微粒。主要來自燃油和潤滑油的添加劑及運動件摩擦所產(chǎn)生的磨屑。 汽油機排氣中的微粒（PM）主要是鉛化物和硫化物。 柴油機的微粒排放量一般比汽油機大幾十倍，當(dāng)排氣溫度高于500時，PM基本上是碳聚集體，稱為碳煙（DS），排氣溫度較低時，碳煙會吸附和凝聚多種有機物

15、，稱為有機可溶成分（SOF）。 從有害排放物的生成機理可知，降低有害排放物生成的本身是互相制約的。往往在降低CO和HC的同時，NOx卻增加了。不但如此，降低有害排放物，往往會導(dǎo)致內(nèi)燃機動力性和經(jīng)濟性變差。因此，應(yīng)根據(jù)內(nèi)燃機用途不同，采取相應(yīng)的折中措施。 對于汽油機，可以從以下幾個方面采取措施，控制減少有害排放物排入大氣。1一、機前處理一、機前處理 在 燃 燒 前 對燃料和混合氣進行預(yù)處理，稱為機前處理。2二、機內(nèi)控制二、機內(nèi)控制 控 制 燃 燒 過程中有害排放物的生成量，稱為機內(nèi)控制（或處理）。3三、機后處理三、機后處理 使 燃 燒 中 生成的有害排放物在排氣系統(tǒng)內(nèi)的排氣過程中得以減少，稱為機

16、后（或機外）處理。第三節(jié)第三節(jié) 汽油機有害排放物的控制措施汽油機有害排放物的控制措施章目錄章目錄第三節(jié)第三節(jié) 汽油機有害排放物的控制措施汽油機有害排放物的控制措施一、機前處理一、機前處理1. 燃油品質(zhì)燃油品質(zhì) （1）降低汽油中芳香烴的含量。汽油機中NOx的排放量隨芳香烴的含量增加而增加。 （2）降低汽油的蒸氣壓。減少汽油的蒸發(fā)損失，降低HC的排放。 （3）減少汽油中的鉛含量。采用無鉛汽油。圖9.3 汽油機NOx排放隨EGR率的變化（充量系數(shù)0.5，轉(zhuǎn)速1600r/min） 2. 排氣再循環(huán)（排氣再循環(huán)（EGR） 排氣再循環(huán)（EGR）能有效地降低NOx的生成量。是將少量排氣引入進氣管，使之與進氣

17、混合。根據(jù)內(nèi)燃機不同工況，對再循環(huán)的排氣量進行最佳的控制與調(diào)節(jié)，能有效地降低NOx的生成量。 作用原理：降低最高燃燒溫度。排氣中大量的N2和CO2可以起到稀釋氣缸內(nèi)反應(yīng)氣體的作用，減慢燃燒反應(yīng)速度，降低最高燃燒溫度。高熱容量的水蒸氣和CO2氣體溫度上升需吸收較多的熱量，也可以有效地降低氣缸內(nèi)的溫度，使NOx生成量減少。排氣再循環(huán)的程度用排氣再循環(huán)率（EGR率）來衡量，EGR率定義為再循環(huán)排氣質(zhì)量與新進氣量和再循環(huán)排氣量之和的質(zhì)量比。 圖9.3所示為EGR率對汽油機中等負荷下NOx排放的影響?？梢钥闯?，NOx排放降低得相當(dāng)多。一般10%的EGR率可以降低NOx排放50%70%。應(yīng)用EGR控制汽油

18、機NOx排放的技術(shù)關(guān)鍵是適當(dāng)控制EGR率，使其在各種不同工況下得到各種性能（如動力性、經(jīng)濟性、燃燒穩(wěn)定性、排放等）的綜合優(yōu)化。暖車過程中冷卻水溫較低（4550以下），不宜進行排氣再循環(huán)；EGR率一般隨負荷增加相應(yīng)增加；全速全負荷時，為保持汽油機的動力性，也不應(yīng)進行排氣再循環(huán)。依據(jù)汽油機的需要進行冷、熱EGR和內(nèi)、外EGR并嚴格控制汽油機在各種工況下的EGR率。 3. 采用汽油蒸發(fā)控制采用汽油蒸發(fā)控制裝置，控制汽油蒸發(fā)產(chǎn)生的裝置，控制汽油蒸發(fā)產(chǎn)生的HC排放。排放。 圖9.4為常用的活性炭罐式蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)。采用活性炭對燃油系統(tǒng)蒸發(fā)出來的燃油蒸汽予以吸收，在內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)時利用進氣管真空度使新鮮氣體

19、進入活性炭，將燃油分子送入燃燒室燒掉。第三節(jié)第三節(jié) 汽油機有害排放物的控制措施汽油機有害排放物的控制措施圖9.4 汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)1汽油箱 2濾網(wǎng) 3濾清器 4活性炭 5炭罐 6軟管 7進氣管8節(jié)氣門 9真空軟管 10清洗控制閥 11單向閥 4. 曲軸箱強制通風(fēng)（曲軸箱強制通風(fēng)（PCV）系統(tǒng)）系統(tǒng) 汽油機工作時，燃燒室中的可燃混合氣和已燃氣體會或多或少地通過活塞組與氣缸之間的間隙漏入曲軸箱空間內(nèi)（稱為竄氣），其含有大量未燃HC等有害物質(zhì)。為了防止這些有害物排入大氣造成污染，一般采用曲軸箱強制通風(fēng)（PCV）系統(tǒng)，將經(jīng)空氣濾清器的部分空氣引入曲軸箱，再經(jīng)PCV閥將竄入曲軸箱的氣體與空氣吸入進氣管并

20、進入氣缸燒掉，以減少HC的排放。 圖9.5所示為PCV系統(tǒng)的一個實例。曲軸箱空間一方面通過氣缸蓋罩9和通風(fēng)管7與進氣管4相通，另一方面又通過補氣管8與空氣濾清器1相通。在進氣管真空度吸引下，曲軸箱排放物通過通風(fēng)管7被吸入進氣管4，其流量受PCV閥的計量閥3控制。 PCV閥是一個變流通截面的單向閥。曲軸箱排放物流量隨內(nèi)燃機負荷和轉(zhuǎn)速的增加而增大。內(nèi)燃機負荷和轉(zhuǎn)速增加，進氣管真空度下降，內(nèi)燃機竄氣量增加，PCV閥的流通能力相應(yīng)增大。出現(xiàn)回火現(xiàn)象時，PCV閥門將關(guān)閉，防止進氣管回火進入曲軸箱。第三節(jié)第三節(jié) 汽油機有害排放物的控制措施汽油機有害排放物的控制措施圖9.5 曲軸箱強制通風(fēng)（PCV）系統(tǒng)1空

21、氣濾清器 2節(jié)氣門 3PCV閥 4進氣管5排氣管 6閉式呼吸口 7通風(fēng)管8補氣管 9氣缸蓋罩 二、機內(nèi)控制二、機內(nèi)控制 1. 燃燒系統(tǒng)的改善燃燒系統(tǒng)的改善 從降低排放出發(fā)，燃燒系統(tǒng)要求盡可能緊湊。燃燒室形狀緊湊，燃燒改善使不完全燃燒產(chǎn)物CO排放下降，面容比減小使未燃HC排放下降，但其燃燒快速，傳熱損失少，缸內(nèi)溫度上升，NOx生成量會增加。通過結(jié)合適當(dāng)推遲點火和采用EGR等方法，緊湊型燃燒室可以實現(xiàn)NOx排放降低，并不使內(nèi)燃機動力性和經(jīng)濟性明顯惡化。為了改善燃燒室形狀的緊湊性，應(yīng)采用較大的行程缸徑比。 2. 運行狀況運行狀況 冷起動時，混合氣很濃，CO和HC排放量顯著高于正常運轉(zhuǎn)工況。為了改善冷

22、起動排放，應(yīng)增大起動機功率，提高起動轉(zhuǎn)速，增大點火能量，盡量縮短起動時間。在起動前對內(nèi)燃機進行預(yù)熱，促進起動時缸內(nèi)完全燃燒也是十分重要的。第三節(jié)第三節(jié) 汽油機有害排放物的控制措施汽油機有害排放物的控制措施 緩機過程中， CO和HC排放較高。冷卻液和潤滑油溫度較低，進氣和燃燒系統(tǒng)表面溫度不高，混合氣形成不夠均勻，燃燒不很完全，所以CO和HC排放較高。為此，要盡量縮短暖機時間，使可燃混合氣盡快達到正常溫度。另外，通過內(nèi)燃機冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的合理設(shè)計，保證內(nèi)燃機起動后盡快達到正常的運轉(zhuǎn)溫度。 采用較高的怠速轉(zhuǎn)速。怠速工況在車用內(nèi)燃機使用中占較大比例，為了使怠速工況下省油，一般把怠速轉(zhuǎn)速調(diào)整到最低，

23、但是由于隨著怠速轉(zhuǎn)速提高，CO和HC排放量降低（如圖9.6），因此現(xiàn)代車用汽油機采用較高的怠速轉(zhuǎn)速，一般在8001000r/min之間。 負荷一定時，在低速區(qū)隨轉(zhuǎn)速升高，CO和HC排放下降。但是，如果轉(zhuǎn)速過高， CO和HC排放量將增加。缸內(nèi)湍流增強，改善了混合氣形成和燃燒，但是，如果轉(zhuǎn)速過高，湍流強度過強，有吹熄火焰作用，且燃燒所需時間的縮短造成混合氣來不及完全燃燒，CO和HC排放量將增加。 轉(zhuǎn)速一定時，負荷增加， HC和CO排放量下降。接近全負荷時， CO和HC排放量又會增加?？杖急仍龃?，混合氣變稀，HC和CO排放量下降。接近全負荷時，混合氣加濃，CO和HC排放量又會增加。 隨負荷增加， N

24、Ox排放量增加。大負荷時， NOx排放量將有所下降。燃燒溫度升高，NOx排放量增加。大負荷時，由于混合氣過濃氧含量減少，NOx排放量將有所下降。 3. 適時的點火時刻適時的點火時刻 圖9.7為一車用汽油機在常用的部分負荷工況下，點火時刻對燃油消耗率be和HC、NOx排放的影響。在常用過量空氣系數(shù)a下，推遲點火，排氣溫度提高，未燃HC在排氣后期氧化作用加強，使HC排放下降。NOx排放除受a影響外，點火時刻的影響非常明顯，點火提前使最高燃燒溫度提高，NOx排放量將增加。一般點火時刻需要考慮多種因素（如動力性、經(jīng)濟性和排放等）進行優(yōu)化。圖9.7 部分負荷下點火提前角對be和HC、NOx的影響 第三節(jié)

25、第三節(jié) 汽油機有害排放物的控制措施汽油機有害排放物的控制措施三、機后處理三、機后處理 機后處理技術(shù)主要是采用三效催化轉(zhuǎn)化器。這也是現(xiàn)在應(yīng)用最成功的內(nèi)燃機排氣后處理裝置。 只有當(dāng)內(nèi)燃機可燃混合氣成分以化學(xué)計量比下運行時，三效催化反應(yīng)器才會有理想的凈化效果。三效催化反應(yīng)器可以同時凈化CO、HC和NOx。但是，為此，需要采用電控閉環(huán)控制空燃比，應(yīng)用氧傳感器檢測廢氣中O2的成分，通過電控單元（ECU）不斷修正供給的燃油量以保證內(nèi)燃機用化學(xué)計量比的混合氣工作（如圖9.8）。第三節(jié)第三節(jié) 汽油機有害排放物的控制措施汽油機有害排放物的控制措施圖9.8 三效催化反應(yīng)系統(tǒng)圖9.9 三效催化轉(zhuǎn)化器構(gòu)造1外殼 2襯

26、墊 3催化劑 催化反應(yīng)器外形與消聲器相似（如圖9.9）。由金屬外殼、襯墊、載體和催化劑涂層組成。目前常用蜂窩狀陶瓷載體，載體上有無數(shù)小孔，可通過排氣。 催化劑基本成分目前主要是貴金屬鉑（Pt）、銠（Rh）和鈀（Pd）。銠用于促進NO還原成N2的反應(yīng)，鉑和鈀能促進CO和HC的氧化反應(yīng)。 在燃燒前對燃料和混合氣進行預(yù)處理，稱為機前處理。 控制燃燒過程中有害排放物的生成量，稱為機內(nèi)控制（或處理）。 使燃燒中生成的有害排放物在排氣系統(tǒng)內(nèi)的排氣過程中得以減少，稱為機后處理。柴油機有害排放物中CO和HC相比較汽油機少得多，主要是NOx和微粒。降低其有害排放物的措施與汽油機類似，可以分為機前處理、機內(nèi)控制和

27、機后處理。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機有害排放物的控制措施柴油機有害排放物的控制措施章目錄章目錄一、機前處理一、機前處理 1. 燃油品質(zhì)燃油品質(zhì) 使用低硫柴油。研究證明，柴油機微粒排放物的516是柴油中硫所形成的硫酸以及以微粒形式存在的多種金屬硫化物。硫酸還會加劇氣缸磨損，也增加了潤滑油導(dǎo)致的微粒排放量。 2 .燃油中摻加消煙添加劑燃油中摻加消煙添加劑 二茂鐵等。如圖9.10所示。二茂鐵Fe(C5H5)2是一種金屬有機物，柴油中摻入0.1的二茂鐵，煙度有明顯降低。功率越大，消煙效果越好。 甲茂基錳三碳酰是最有效的一種消煙添加劑，在柴油中加0.01mol/L，煙度可減少80， 3. 排氣再循環(huán)排氣再循環(huán)

28、 與汽油機類似，柴油機也可以通過排氣再循環(huán)（EGR）降低NOx排放。柴油機排氣中含氧量高于汽油機，所以柴油機一般可以用較大的EGR率。但是，大負荷時混合氣較濃，采用EGR會使PM排放上升，在較高轉(zhuǎn)速時用EGR也會造成類似的問題。柴油機的EGR控制比較復(fù)雜，尤其是增壓柴油機，一般都采用電子控制。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機有害排放物的控制措施柴油機有害排放物的控制措施圖910 添加劑對碳煙排放的影響 二、機內(nèi)控制二、機內(nèi)控制 1燃油噴射系統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng) （1）噴油時刻控制 如圖9.11?？刂茋娪蜁r刻對柴油機的性能和排放有顯著影響（）。推遲噴油可以非常有效地降低柴油機NOx排放，噴油提前角減小1CA，NO

29、x排放量可以減少20%左右。但是，推遲噴油是否可行還必須考慮PM排放和燃油消耗增加的影響。 （2）噴油量控制 多缸柴油機各缸噴油量的不均勻性將影響排放，小負荷時會導(dǎo)致HC排放增加，大負荷時導(dǎo)致PM排放加劇。柴油機冷起動時不應(yīng)過多噴油以限制起動時的HC排放。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機有害排放物的控制措施柴油機有害排放物的控制措施圖9.11 車用柴油機燃油消耗率be、排氣煙度SF、CO、HC和NOx隨噴油時刻inj的變化規(guī)律 （3）噴油規(guī)律優(yōu)化 要求的噴油規(guī)律為初期緩慢、中期急速和后期快斷。初期噴油速率低可以減少滯燃期形成的可燃混合氣數(shù)量，降低初期燃燒速率，減小最高燃燒壓力和溫度，抑制NOx的生成。噴油

30、中期急速噴油，加速擴散燃燒，以防止大量生成碳煙。噴油后期迅速結(jié)束，可避免噴油壓力低使燃油霧化質(zhì)量變差，導(dǎo)致燃燒不完全，增加HC和有機可溶成分（SOF）排放。上述復(fù)雜的噴油規(guī)律能通過采用電控噴油系統(tǒng)實現(xiàn)，目前電控高壓共軌噴油系統(tǒng)已經(jīng)可以實現(xiàn)每循環(huán)至少六段脈沖噴射，上止點前的脈沖噴射主要是降低并改善柴油機的NVH性，后期噴油主要為提高排氣溫度以有利于后處理催化器啟燃。柴油機的多脈沖噴射（包括脈沖頻率和間隔以及多脈沖噴射形態(tài)等）對柴油機的排放性能有重要影響。 （4）減小噴油器壓力室容積 圖9.12為不同壓力室結(jié)構(gòu)的噴嘴。噴油器噴嘴的壓力室容積大，噴油結(jié)束后，由于燃燒室的高溫，使壓力室內(nèi)燃油膨脹、汽化

31、而進入燃燒室，混合氣質(zhì)量差，不能完全燃燒，CO和HC排放量都將增加。所以，要盡量減小噴嘴的壓力室容積。目前已有無壓力室的噴油器，但價格較高，不易大量使用。圖9.12 壓力室結(jié)構(gòu)不同的噴嘴a）標(biāo)準(zhǔn)壓力室噴嘴 b）小壓力室噴嘴 c）無壓力室噴嘴 2增壓增壓 增壓柴油機的NOx、碳煙和微粒排放減少。增壓后進氣溫度提高，使增壓柴油機的NOx排放高于非增壓柴油機?？梢圆捎猛七t噴油辦法減少NOx排放。另外，采用增壓中冷技術(shù)，以降低進氣溫度和最高燃燒溫度，減少NOx排放。 增壓柴油機進氣量大，平均a大，因此碳煙和微粒排放下降。 3氣流組織氣流組織 適當(dāng)?shù)母變?nèi)氣流運動有利于燃燒室中燃油噴霧與空氣的混合，使燃燒更迅速更完全。 4燃燒室結(jié)構(gòu)燃燒室結(jié)構(gòu) 分隔式燃燒室優(yōu)于直噴式柴油機。由于強烈的進氣渦流和兩次混合、燃燒，混合氣質(zhì)量較好，燃燒壓力降低，都促進了完全燃燒，故其排放優(yōu)于直噴式柴油機。 對于直噴式燃燒室，要盡可能增大燃燒室有效容積比，提高缸內(nèi)空氣利用率，以降低碳煙和微粒排放。為此，應(yīng)避免采用短行程結(jié)構(gòu)，盡可能縮小活塞頂面到氣缸蓋底面之間的間隙。第四節(jié)第四節(jié) 柴油機有害排放物的控制措施柴油機有害排放物的控制措施 5新型燃燒方式新型燃燒方式 一