汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化精選

1、車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化概述所謂機(jī)內(nèi)凈化就是從有害排放物的生成機(jī)理及影響因素出發(fā)，以改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程 為核心，達(dá)到減少和抑制污染物生成的各種技術(shù)。簡(jiǎn)單說(shuō)就是降低污染物生成量的技術(shù)， 如改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)、改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)、改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)、采用電控汽油噴射、采用廢 氣再循環(huán)技術(shù)等。機(jī)內(nèi)凈化被公認(rèn)為是治理車(chē)用汽油機(jī)排氣污染的治本措施。圖4-1 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程-著火延遲期 -明顯燃燒期 - 補(bǔ)燃期1-火花塞跳火； 2-形成火焰中心； 3-最高壓力點(diǎn)/(1 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程 按燃燒過(guò)程的物理 化學(xué)狀態(tài)，將 燃燒過(guò)程分為三個(gè)階段：著火延遲期、 明顯燃燒期和補(bǔ)燃期。汽油機(jī)燃燒過(guò)程 的展開(kāi)示功圖如圖 4-1 所

2、示。汽油和空 氣按一定的比例組成的混合氣，進(jìn)入氣 缸后被壓縮受熱?；鸹ㄈ鸱烹姇r(shí)， 兩極電壓在 15000V 以上，電火花能量 40 80mJ，局部溫度達(dá) 2000，致使電 極周?chē)念A(yù)混合氣熱反應(yīng)加速，當(dāng)反應(yīng) 生成的熱積累使反應(yīng)區(qū)溫度急劇升高而 使火花塞電極附近的混合氣著火時(shí)，即 形成火焰中心。從電火花跳火到形成火 焰中心階段稱(chēng)為著火延遲期，如圖 4-1 中的 1 2點(diǎn)。這是燃燒的第 I 階段。燃燒第階段是指火焰由火焰中心 傳播至整個(gè)燃燒室，約 90%的燃料被燒掉。如圖 4-1 中的 23 點(diǎn)，被稱(chēng)為明顯燃燒期。在均質(zhì)預(yù)混合氣中，火焰核心形成后，即 以此為中心，由極薄的火焰層 （即火焰前鋒）

3、 開(kāi)始向四周未燃混合氣傳播，直到火焰前鋒掃 過(guò)整個(gè)燃燒室。這一期間的燃燒是急劇的，燃燒室的溫度和壓力急劇上升，通常將缸內(nèi)壓 力達(dá)到最大值時(shí)作為急燃期的終點(diǎn)。在此階段中壓力升高率和最高燃燒壓力到達(dá)時(shí)刻是兩 個(gè)重要指標(biāo)，會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放產(chǎn)生重大影響。從到達(dá)最高燃燒壓力點(diǎn) 3 至燃料基本完全燒完為止稱(chēng)為補(bǔ)燃期，即燃燒的第階段。此時(shí)混合氣燃燒速度已開(kāi)始降低，加上活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，缸內(nèi)壓力開(kāi)始下降。由于 90% 左右的燃燒放熱已完成，因而繼續(xù)燃燒的是火焰前鋒面掃過(guò)后未完全燃燒的燃料以及壁面 及其附近的未燃混合氣。2 汽油機(jī)的主要排放物汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的理想燃燒是指混合氣完全燃燒，汽車(chē)的排放物應(yīng)為

4、二氧化碳（CO2）、氮（N2）和水（ H2O）。但汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際工作過(guò)程中，混合氣燃燒往往是不完全的，燃燒 生成物除了以上三種之外，還有炭氫化合物（HC ）、一氧化碳（ CO）、氮氧化合物（ NOX ）、鉛化物以及二氧化硫等，這幾種排放物會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染、對(duì)人體造成危害。3 汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化的主要措施（ 1）大力推廣汽油噴射電控系統(tǒng)。 電控汽油噴射是取代傳統(tǒng)化油器供油方式的新技術(shù)。 我國(guó)目前生產(chǎn)的轎車(chē)用汽油機(jī)都采用汽油噴射電控系統(tǒng)。 它利用各種傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的信 息反饋，經(jīng)微機(jī)的判斷、 計(jì)算， 使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下均能獲得合適空然比的混合氣，從而 有效地改善燃油經(jīng)濟(jì)性和排氣凈化性能。（

5、2）改善點(diǎn)火系統(tǒng)。采用新的電控點(diǎn)火系統(tǒng)和無(wú)觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)，提高點(diǎn)火能量和點(diǎn)火 可靠性，對(duì)點(diǎn)火正時(shí)實(shí)行最佳調(diào)節(jié)，以改善燃燒過(guò)程，降低有害排放物的含量。（3）積極開(kāi)發(fā)分層充氣及均質(zhì)稀燃的新型燃燒系統(tǒng)。目前，美、日、德等國(guó)已開(kāi)發(fā)出 了不少新型燃燒系統(tǒng)，其凈化性能及中、小負(fù)荷時(shí)的經(jīng)濟(jì)性均較好。（4）選用結(jié)構(gòu)緊湊和面容比較小的燃燒室，縮短燃燒室狹縫長(zhǎng)度，適當(dāng)提高燃燒室壁 溫，以削弱縫隙和壁面對(duì)火焰?zhèn)鞑サ淖钃跖c淬熄作用， 可以降低 HC 、CO 的排放量。 采用 4 氣門(mén)或 5 氣門(mén)結(jié)構(gòu)， 組織進(jìn)氣渦流、 滾流或擠流， 并兼用電控配氣定時(shí)、可變進(jìn)氣流通截面 等可變技術(shù)，可以有效地改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和

6、排氣凈化性能。（ 5）采用廢氣再循環(huán)控制。 廢氣再循環(huán)是目前控制車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī) NOX 排放的常用和有效 措施。內(nèi)燃機(jī)的使用工況與排放性能密切相關(guān)。 作為車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)， 應(yīng)選擇有害排放物較低， 而 動(dòng)力、 經(jīng)濟(jì)性又較好的工況為常用工況。 因此，在汽車(chē)中就需要使用電子控制系統(tǒng)，它可根 據(jù)駕駛員對(duì)車(chē)速的要求及路面狀況的變化，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化控制。汽油噴射電控系統(tǒng)一、汽油噴射系統(tǒng)的發(fā)展20世紀(jì) 30年代用于軍用飛機(jī)上， 1954年德國(guó)奔馳公司在奔馳 300SL上裝了機(jī)械式汽油 噴射系統(tǒng)（ K 型）。20 世紀(jì) 60 年代在 K型的基礎(chǔ)上發(fā)展了機(jī)電組合式汽油噴射系統(tǒng)（KE型）。20 世紀(jì) 60 年

7、代后期，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，德國(guó)BOSCH公司研制出電控燃油噴射系統(tǒng)（EFI ）。電控燃油噴射技術(shù)經(jīng)歷了晶體管、集成電路、和微機(jī)處理三大發(fā)展進(jìn)程。二噴油控制噴油控制是發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 的主要控制功能，它包括噴油時(shí)刻控制和噴油量控制。1. 噴油時(shí)刻的控制對(duì)于多點(diǎn)噴射發(fā)動(dòng)機(jī)， ECU 以曲軸轉(zhuǎn)角傳感器的信號(hào)為依據(jù)進(jìn)行噴油時(shí)刻的控制， 使各缸噴油器能在設(shè)定的時(shí)刻噴油。 噴油時(shí)刻控制方式有三種， 即同時(shí)噴射、 分組噴射和順 序噴射。同時(shí)噴射將各氣缸的噴油器并聯(lián)， 所有噴油器由電腦的同一個(gè)指令控制， 同時(shí)噴油， 同時(shí)斷油。分組噴射將各氣缸的噴油器分成幾組，同一組噴油器同時(shí)噴油或斷油。順序噴射各噴油器由電腦

8、分別控制，按發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸的工作順序噴油。a）同時(shí)噴射b）分組噴射c）順序噴射2.噴油量控制 目的：使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行工況下，都能獲得最佳的噴油量，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性 和降低排放污染。當(dāng)噴油器的結(jié)構(gòu)和噴油壓差一定時(shí)，噴油量的多少取決于噴油時(shí)間。1起動(dòng)時(shí)的同步噴油量控制 在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于規(guī)定值或點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通位于STA（起動(dòng)）檔時(shí)，噴油時(shí)間的確定見(jiàn)圖， ECU根據(jù)冷卻液傳感器信號(hào) （THW信號(hào)）和冷卻液溫度噴油時(shí)間確定基本噴油時(shí)間， 根據(jù)進(jìn)氣溫度傳感器（ THA信號(hào)）對(duì)噴油時(shí)間作修正（延長(zhǎng)或縮短）。然后在根據(jù)蓄電池電 壓適當(dāng)延長(zhǎng)噴油時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)噴油量的進(jìn)一步的修正，即電壓修正。起動(dòng)時(shí)的基本噴油時(shí)間

9、 噴油時(shí)間的確定2起動(dòng)后的同步噴油量控制噴油持續(xù)時(shí)間 = 基本噴油持續(xù)時(shí)間噴油修正系數(shù) + 電壓修正值D型根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和進(jìn)氣管絕對(duì)壓力信號(hào)確定基本噴油時(shí)間。L 型根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和空氣流量計(jì)信號(hào)確定基本噴油時(shí)間。 噴油修正系數(shù)有：（ 1）起動(dòng)后加濃修正 根據(jù)冷卻液溫度確定噴油時(shí)間的初始修正值；（ 2）暖機(jī)加濃修正 在達(dá)到正常溫度之前，根據(jù)冷卻液溫度信號(hào)進(jìn)行噴油時(shí)間修正； （3）進(jìn)氣溫度修正 根據(jù)進(jìn)氣溫度傳感器提供的進(jìn)氣溫度信號(hào)（THA 信號(hào)），對(duì)噴油時(shí)間進(jìn)行修正；低于 20是空氣密度大， ECU適當(dāng)?shù)脑黾訃娪蜁r(shí)間，高于 20的適當(dāng)?shù)臏p 少?lài)娪蜁r(shí)間。（4）大負(fù)荷工況噴油量修正根據(jù) PIM

10、 信號(hào)和 Vs 信號(hào)以及節(jié)氣門(mén)位置傳感器輸送的全負(fù)荷信號(hào)（ PSW信號(hào)）或 VTA信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷狀況，大負(fù)荷時(shí)適當(dāng)增加噴油時(shí)間。（5）過(guò)渡工況噴油量修正主要根據(jù) PIM信號(hào)或 Vs信號(hào)、 Ne信號(hào)、 SPD信號(hào)、 VTA信號(hào)、 NSW信號(hào)判斷過(guò)渡工況，對(duì)噴油時(shí)間進(jìn)行修正。（6）怠速穩(wěn)定性修正 ECU 根據(jù) PIM 信號(hào)和 Ne信號(hào)對(duì)噴油量進(jìn)行修正，隨著進(jìn)氣管絕 對(duì)壓力增大或怠速降低，適當(dāng)增加噴油時(shí)間；反之，減少?lài)娪蜁r(shí)間。微機(jī)控制點(diǎn)火系的組成與控制策略1）組成 微機(jī)控制點(diǎn)火系主要由下列元件組成：監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況的傳感器，處理信號(hào)、發(fā) 出執(zhí)行指令的微處理機(jī)（ ECU ），響應(yīng)微機(jī)發(fā)出指令的點(diǎn)

11、火器、點(diǎn)火線圈等組成，如圖4-6所示。圖 4-6 微機(jī)控制點(diǎn)火系的組成簡(jiǎn)圖 微機(jī)控制點(diǎn)火系由于廢除了真空、離心點(diǎn)火提前裝置，點(diǎn)火提前角由微機(jī)控制，從而 使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下都能調(diào)整至最佳點(diǎn)火時(shí)刻，使發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、加速性和 排放等方面達(dá)到最優(yōu)。通過(guò)爆震傳感器，可以將點(diǎn)火提前角調(diào)整到發(fā)動(dòng)機(jī)剛好不至于產(chǎn)生 爆震的范圍。2）控制策略（ 1）起動(dòng)時(shí)點(diǎn)火提前角的控制，在起動(dòng)期間或發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在規(guī)定轉(zhuǎn)速（通常為 500r/min左右）以下時(shí)，由于進(jìn)氣歧管壓力或進(jìn)氣流量信號(hào)不穩(wěn)定，因此點(diǎn)火提前角設(shè)為固定值，通 常將此值定為初始點(diǎn)火提前角。（ 2）怠速時(shí)點(diǎn)火提前角的控制，此時(shí)，微機(jī)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻水

12、溫來(lái)控制點(diǎn)火提 前角的大小。為了保證怠速穩(wěn)定性，防止由于空燃比閉環(huán)控制造成轉(zhuǎn)速波動(dòng)，可在減速時(shí) 增加點(diǎn)火提前角。（3）正常行駛時(shí)點(diǎn)火提前角的控制，當(dāng)微機(jī)接收到節(jié)氣門(mén)位置傳感器的怠速觸點(diǎn)打開(kāi) 的信號(hào)時(shí)，即進(jìn)入正常行駛時(shí)點(diǎn)火提前角的控制模式。其值是微機(jī)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷 信號(hào)（歧管絕對(duì)壓力信號(hào)和空氣流量計(jì)的進(jìn)氣流量信號(hào)） 在存儲(chǔ)器中查到這一工況下運(yùn)行時(shí) 基本點(diǎn)火提前角。部分負(fù)荷時(shí)，要根據(jù)冷卻液溫、進(jìn)氣溫度和節(jié)氣門(mén)位置等信號(hào)進(jìn)行修 正；滿負(fù)荷時(shí)，要特別小心控制點(diǎn)火提前角，以免產(chǎn)生爆震。點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)排放的影響點(diǎn)火系統(tǒng)通過(guò)火花質(zhì)量和點(diǎn)火正時(shí)（點(diǎn)火提前角）對(duì)排放產(chǎn)生影響。1）火花質(zhì)量決定點(diǎn)燃混合氣的能力。

13、當(dāng)點(diǎn)燃稀薄混合氣時(shí)，火花的持續(xù)時(shí)間對(duì)有害排 放物的影響是非常大的。火花越弱，出現(xiàn)失火的機(jī)會(huì)就越多，而失火將會(huì)生成大量的未燃 HC。火花質(zhì)量主要取決于點(diǎn)火能量，此外還要求火花塞工作可靠?，F(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)上普遍采用高能點(diǎn)火系統(tǒng)，其二次電壓已高達(dá)30 40kV ，火花塞間隙已 達(dá) 1 1.5mm ，能保證可靠點(diǎn)火，增大火花強(qiáng)度，延長(zhǎng)火花持續(xù)時(shí)間，從而改善了混合氣燃 燒過(guò)程，降低了 HC 的排放。2）點(diǎn)火正時(shí)會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率、燃油消耗量、汽車(chē)驅(qū)動(dòng)性能和燃燒生成的有害排 放物。因此點(diǎn)火正時(shí)需對(duì)多種因素進(jìn)行優(yōu)化。圖 4-7 表示點(diǎn)火提前角對(duì)燃油消耗率和有害 排放物的影響。圖 4-7 點(diǎn)火提前角對(duì)燃油消耗率和

14、有害排放物影響圖 4-8 NOX 與點(diǎn)火提前角的關(guān)系推遲點(diǎn)火即減小點(diǎn)火提前角，一方面降低了燃燒氣體的最高燃燒溫度和缸內(nèi)最高燃燒 壓力，另一方面縮短了焰后燃燒產(chǎn)物的反應(yīng)時(shí)間。NOX 是高溫下的產(chǎn)物，因而可使 NOX 排放物降低。此外，推遲點(diǎn)火還使未燃 HC 排放下降，這是因在作功行程后期，燃?xì)鉁囟壬?高，未燃的 HC 會(huì)繼續(xù)燃燒所致。另外，推遲點(diǎn)火提高排溫也是加速催化劑起燃的有效手 段，尤其在冷起動(dòng)和暖機(jī)階段。但推遲點(diǎn)火對(duì)汽油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性會(huì)產(chǎn)生不利影響， 因此必須采取折衷的辦法，兼顧熱效率和排氣凈化兩方面的要求。如圖 4-8 所示，點(diǎn)火提前角對(duì) NOX 的影響還和混合氣空燃比有關(guān)，在化學(xué)計(jì)

15、量比附 近，點(diǎn)火提前角的影響最大。因?yàn)镹OX 是在富氧高溫條件下產(chǎn)生的，當(dāng)混合氣過(guò)濃時(shí)，由于缺氧， NOX不易生成；當(dāng)混合氣過(guò)稀時(shí)，燃燒速度慢，燃燒最高溫度低，NOX 也不易生成。只有當(dāng)混合氣空燃比略大于化學(xué)計(jì)量比時(shí)，NOX 生成量最大。因此當(dāng)采用電控汽油噴射加三效催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行閉環(huán)控制時(shí)，為了滿足更嚴(yán)格的排放法規(guī)的要求，可通過(guò)推遲點(diǎn) 火來(lái)降低 NOX 排放物。當(dāng)負(fù)荷一定時(shí)， CO 排放物只與空燃比有關(guān)，點(diǎn)火提前角對(duì)其影響不大。但是，過(guò)分 推遲點(diǎn)火時(shí)刻會(huì)使 CO 排放因沒(méi)有充分時(shí)間氧化而顯著增加。怠速轉(zhuǎn)速控制所謂怠速，通常是指發(fā)動(dòng)機(jī)在無(wú)負(fù)荷（對(duì)外無(wú)動(dòng)力輸出）情況下的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。發(fā) 動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)

16、轉(zhuǎn)要有滿意的燃油經(jīng)濟(jì)性、良好的驅(qū)動(dòng)舒適性和排放性能。為使怠速省油，傳 統(tǒng)上把怠速轉(zhuǎn)速調(diào)到盡可能低。但考慮到減少有害物的排放，怠速轉(zhuǎn)速又不能過(guò)低。另 外，還應(yīng)考慮所有怠速使用條件，如冷車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)與電器負(fù)荷、空調(diào)裝置、動(dòng)力轉(zhuǎn)向伺服機(jī)構(gòu) 的接入等情況，它們都會(huì)引起怠速轉(zhuǎn)速的變化，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定甚至出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。 因此，車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)怠速控制系統(tǒng)提出了很高的要求。1. 怠速自動(dòng)控制系統(tǒng) 怠速轉(zhuǎn)速控制的實(shí)質(zhì)是對(duì)怠速時(shí)充氣量的控制。怠速時(shí)噴油量的控制，一般仍按前面 介紹過(guò)的與充氣量相匹配的原則進(jìn)行增減，以達(dá)到適宜的空燃比混合氣。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，節(jié)氣門(mén)全閉，節(jié)氣門(mén)位置傳感器內(nèi)的怠速開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合， ECU 根

17、 據(jù)這一信號(hào)，開(kāi)始進(jìn)行怠速自動(dòng)控制，如圖 4-9 所示為怠速自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。怠 速時(shí)的進(jìn)氣是通過(guò)兩條繞過(guò)節(jié)氣門(mén)的旁通氣道進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的。一條旁通氣道的流通截面由 怠速調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整，在使用中保持不變；另一條旁通氣道的流通截面由怠速控制閥控制。圖 4-9 怠速自動(dòng)控制系統(tǒng)1-節(jié)氣門(mén)； 2-旁通氣道； 3-旁通閥； 4-怠速控制閥； 5-ECU ；6-轉(zhuǎn)速傳感器； 7-節(jié)氣門(mén)位置傳感器； 8-水溫傳感器 由于這一部分旁通空氣已經(jīng)過(guò)空氣流量計(jì)的計(jì)量，因此噴油量也會(huì)隨旁通空氣量的大 小作出相應(yīng)的變化。這樣，通過(guò)調(diào)整旁通空氣量就可使怠速轉(zhuǎn)速得到調(diào)整。2. 怠速排放控制 發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)是排放很?chē)?yán)重的

18、工況。汽油機(jī)在怠速工況運(yùn)行時(shí)，特別是在化油器 式發(fā)動(dòng)機(jī)中，化油器供給的是較濃的混合氣，由于部分燃料因缺氧而不能完全燃燒，造成 大量燃燒中間產(chǎn)物排出機(jī)外。所以怠速工況是汽油機(jī)HC 、CO 排放濃度很高的工況。不過(guò)，由于燃燒溫度很低，怠速時(shí) NOX 的排放很少。汽油機(jī)怠速工況下 HC 和 CO 排放較高的根本原因在于燃燒組織不良，所以燃燒完全程 度是影響 HC 和 CO 生成的最直接因素。因此，降低怠速排放的根本措施在于改善其燃燒過(guò) 程，下面敘述汽油機(jī)在怠速工況下降低 HC 和 CO 排放的方法。1）提高怠速轉(zhuǎn)速 怠速轉(zhuǎn)速對(duì)怠速排放有很大的影響。怠速轉(zhuǎn)速越低，就要求節(jié)氣門(mén)開(kāi)度越小，使得殘 余廢氣的

19、稀釋度嚴(yán)重，就需要更濃的混合氣，這就增加了怠速時(shí)CO與HC 的排放，如圖 4-11所示。怠速轉(zhuǎn)速與怠速所需的空燃比有直接關(guān)系，因?yàn)檗D(zhuǎn)速提高要對(duì)應(yīng)較大的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度 和較小的殘余廢氣系數(shù)，就可用較大的空燃比。提高怠速轉(zhuǎn)速可使混合氣形成和燃燒均獲 得改善，這不僅是由于可燃混合氣在進(jìn)氣管中的移動(dòng)速度增加所致，而且是由于提高充氣 效率和減少殘余廢氣的稀釋度的結(jié)果。近年來(lái)對(duì)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)舒適性要求越來(lái)越高，既要求發(fā)動(dòng)機(jī)怠速穩(wěn)定、不熄火，又要求有 良好的瞬態(tài)響應(yīng)，即一旦節(jié)氣門(mén)開(kāi)啟，發(fā)動(dòng)機(jī)就能迅速平穩(wěn)地過(guò)渡到所需要的任何工況， 如節(jié)氣門(mén)部分開(kāi)加速和節(jié)氣門(mén)全開(kāi)加速等工況。一般來(lái)說(shuō)，較高的怠速轉(zhuǎn)速有利于瞬態(tài)響 應(yīng)。此外

20、，汽車(chē)空調(diào)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，也要求發(fā)動(dòng)機(jī)以較高的轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)。 因此，怠速轉(zhuǎn)速的提高不僅對(duì)改善怠速排放有利，還對(duì)從怠速平滑地向正常行駛工況過(guò)渡 和燃油加速時(shí)縮短滯后時(shí)間也是有利的。圖4-11 汽油機(jī)怠速 CO、HC排放隨怠速轉(zhuǎn)速 n的變化圖4-12 高能點(diǎn)火對(duì) HC排放的影響 圖4-13氣門(mén)間隙對(duì) HC 和 CO 排放的影響綜上所述，對(duì)于怠速轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的觀點(diǎn)是把怠速轉(zhuǎn)速調(diào)到盡可能低，因?yàn)榈∷贂r(shí)的燃 料消耗量隨怠速轉(zhuǎn)速提高而增大。因此，怠速轉(zhuǎn)速多在400 500r/min 范圍內(nèi)。但在這樣低的怠速轉(zhuǎn)速下，降低怠速排放是很困難的。現(xiàn)代高速車(chē)用汽油機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速多在800 1000r/min ，使怠速排放

21、大大下降。較高的怠速，正如前面已提到的，對(duì)驅(qū)動(dòng)舒適性和附件 驅(qū)動(dòng)也很有利。2）高能點(diǎn)火 高能點(diǎn)火對(duì) HC 排放的作用有兩方面：一是增大了初始火核半徑，有助于提高燃燒速 率和減小循環(huán)變動(dòng)；二是降低了混合氣較稀時(shí)的失火概率，使發(fā)動(dòng)機(jī)可燃用稍稀的混合 氣，從而減小了 HC 的排放。圖 4-12所示為高能點(diǎn)火和普通點(diǎn)火時(shí) HC 排放量隨空燃比的變 化?？梢?jiàn)，在怠速工況時(shí)，高能點(diǎn)火使 HC最低排放量的空燃比增大到了 13左右， HC排放 也有了明顯的下降。3）增大氣門(mén)間隙，減小氣門(mén)重疊角 在進(jìn)排氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟時(shí)，怠速狀態(tài)進(jìn)氣管內(nèi)存在較大的真空度，排氣管內(nèi)一部分廢氣 便被吸入氣缸與新鮮混合氣混合，由于這部分

22、廢氣幾乎不能參與燃燒，重新進(jìn)入氣缸后使 燃燒溫度降低，易造成失火現(xiàn)象，故使怠速時(shí) HC 排放惡化。氣門(mén)重疊角越大，進(jìn)入氣缸 的廢氣量就越多， HC 排放就越多。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣門(mén)間隙影響氣門(mén)重疊角，從而影響氣缸內(nèi)殘余廢氣的比率。圖 4-13 給出 了氣門(mén)間隙對(duì) HC、CO 排放的影響規(guī)律?？梢?jiàn)，氣門(mén)間隙越大，HC、CO 排放濃度越低。此外，對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行預(yù)熱，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行定期維護(hù)，及時(shí)清除燃燒室內(nèi)積炭，對(duì)減少怠 速排放污染物也有重要作用。對(duì)于化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)，要進(jìn)一步改進(jìn)化油器怠速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高其制造精度，改善怠 速調(diào)整的一致性和耐久性，以降低怠速排放。對(duì)于電控汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)，怠速排放要比化油器式發(fā)動(dòng)

23、機(jī)少。這是因?yàn)椋哼@時(shí)霧化、 汽化的質(zhì)量大大改善； 各缸的空燃比均勻性好； 空燃比的控制程度高且穩(wěn)定； 點(diǎn)火時(shí)刻的精 確控制與點(diǎn)火能量的提高。 所有這些因素使進(jìn)氣道多點(diǎn)噴射的汽油機(jī)， 已經(jīng)可以在熱怠速時(shí) 使用過(guò)量空氣系數(shù) a 接近 1（空燃比閉環(huán)控制）的混合氣，而化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)，一般怠速時(shí)a =0.7 0.8。缸內(nèi)直接噴射缸內(nèi)直接噴射汽油機(jī)與一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于汽油噴射的位置， 它將噴油嘴安 裝在燃燒室內(nèi)，將汽油直接噴射在燃燒室內(nèi)。1. 缸內(nèi)直接噴射汽油機(jī)存在的問(wèn)題1）中小負(fù)荷工況未燃碳?xì)涞呐欧泡^多 其可能的原因是燃油噴霧碰到活塞頂和缸壁的機(jī)會(huì)較多，采用分層混合氣時(shí)引起火焰 由濃區(qū)向稀區(qū)

24、的熄滅，或缸內(nèi)溫度偏低，不利于未燃碳?xì)浜笕嫉取?） NOX 排放較多 因?yàn)榉謱尤紵龝r(shí)將不可避免地在火花塞附近出現(xiàn)混合氣局部過(guò)濃或濃混合氣區(qū)域過(guò)大 的狀況，這些區(qū)域恰恰是高溫區(qū)域，使NOX 生成增加，較高的壓縮比和放熱率也將導(dǎo)致大負(fù)荷工況 NOX 增多。另外，稀燃時(shí)由于排氣中始終處于氧化氛圍， 使 NOX 的還原比較困難。3）微粒排放較高 直噴式汽油機(jī)的微粒排放在小負(fù)荷、過(guò)渡工況和冷起動(dòng)的情況下比傳統(tǒng)的進(jìn)氣道噴射 汽油機(jī)有較多的增加，但仍比柴油機(jī)要低一個(gè)到幾個(gè)數(shù)量級(jí)，其形成的主要原因可能是局 部區(qū)域混合氣過(guò)濃或有類(lèi)似于柴油機(jī)的液態(tài)油滴擴(kuò)散燃燒，并且缸內(nèi)溫度低也造成了微粒 氧化不完全。2. 缸內(nèi)直

25、接噴射式汽油機(jī)的排放對(duì)策如圖 4-15 所示，在進(jìn)氣沖程開(kāi)始時(shí)第一次噴油，在缸內(nèi)生成很稀的均質(zhì)混合氣，第二 次噴射在壓縮上止點(diǎn)前， 在氣缸滾流和活塞頂形狀的幫助下產(chǎn)生分層混合氣， 然后點(diǎn)火燃燒。 這種混合氣生成法的好處是： 一、抑制敲缸的發(fā)生， 原因是第一次噴射均質(zhì)混合氣很稀不可 能產(chǎn)生敲缸； 第二次噴射燃油在缸內(nèi)停留的時(shí)間短， 來(lái)不及完成著火前的低溫氧化反應(yīng)。 二、 促進(jìn)炭煙燒盡， 分層燃燒產(chǎn)生炭煙， 但第一次噴射的稀混合氣中產(chǎn)生的過(guò)氧化物將支持燃燒， 此時(shí)的高溫炭煙將成為穩(wěn)定的點(diǎn)火源，將自己燃盡。至于NO X的排放仍依靠稀 NOX 催化系統(tǒng)，且要經(jīng)常應(yīng)用短期濃混合氣，來(lái)還原被捕捉的NOX。

26、圖 4-15 二階段混合示意圖圖 4-16 所示為二階段燃燒的示意圖。 其目的是改善冷起動(dòng)和小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的 HC 和 CO 的排放， CO 的氧化溫度比 HC 的低，因此輔助噴射燃燒首先使催化劑加熱，然后使 CO 燃 燒產(chǎn)生較高溫度，再使 HC 燃燒。 但是二階段燃燒會(huì)導(dǎo)致燃油消耗率增加， 所以應(yīng)盡量減少 二階段燃燒方式的應(yīng)用。圖 4-16 二階段燃燒示意圖廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)是指把發(fā)動(dòng)機(jī)排出的部分廢氣回送到進(jìn)氣歧管， 并與新鮮混合氣一起再次進(jìn) 入氣缸。由于廢氣中含有大量的 CO2，而 CO2 不能燃燒卻吸收大量的熱，使氣缸中混合氣 的燃燒溫度降低，從而減少了 NOx 的生成量。廢氣再循環(huán)（

27、EGR ）系統(tǒng)的開(kāi)啟狀態(tài)：EGR 閥（廢氣再循環(huán)閥）通常在下列條件下開(kāi)啟：1.發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 2.轉(zhuǎn)速超過(guò)怠速。 ECM 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫傳感器、 節(jié)氣門(mén)位 置傳感器和空氣流量傳感器來(lái)控制 EGR 系統(tǒng)。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在 重負(fù)下 時(shí)起作用，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)狀態(tài)時(shí)不起作用。 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)工作原理：廢氣再循環(huán) （EGR） 控制方式 , 發(fā)動(dòng)機(jī)控制電腦即 ECU 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷 （節(jié) 氣門(mén)開(kāi)度 ）、溫度、進(jìn)氣流量、排氣溫度控制電磁閥適時(shí)地打開(kāi)，進(jìn)氣管真空度經(jīng)電磁閥進(jìn) 入 EGR 閥真空膜室，膜片拉桿將 EGR 閥門(mén)打開(kāi)，排氣中的少部分廢氣經(jīng) EGR 閥進(jìn)入進(jìn)氣 系統(tǒng)， 與混合氣混合后

28、進(jìn)入氣缸參與燃燒。 少部分廢氣進(jìn)入氣缸參與混合氣的燃燒， 降低了 燃燒時(shí)氣缸中的溫度，因 NOX 是在高溫富氧的條件下生成的，故抑制了 NOX 的生成，從 而降低了廢氣中的 NOX 的含量。但是，過(guò)度的廢氣參與再循環(huán)，將會(huì)影響混合氣的著火、 性能，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、 低速、小負(fù)荷及冷機(jī)時(shí)，再循環(huán) 的廢氣會(huì)明顯地影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。所以，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速、低速、小負(fù)荷 及冷機(jī)時(shí)， ECU 控制廢氣不參與再循環(huán)， 避免發(fā)動(dòng)機(jī)性能受到影響； 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)超過(guò)一定的轉(zhuǎn)速、 負(fù)荷及達(dá)到 一定的溫度時(shí)， ECU 控制少部分廢氣參與再循環(huán)，而且，參與再循環(huán)的廢氣量根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度

29、及廢氣溫度的不同而不同，以達(dá)到廢氣中的 NOX 最低。其它機(jī)內(nèi)凈化措施渦輪增壓技術(shù)機(jī)械增壓系統(tǒng)： 這個(gè)裝置安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上并由皮帶與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連接， 從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出 軸獲得動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)增壓器的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)， 從而將空氣增壓吹到進(jìn)氣岐道里。 其優(yōu)點(diǎn)是渦輪轉(zhuǎn)速 和發(fā)動(dòng)機(jī)相同，因此沒(méi)有滯后現(xiàn)象，動(dòng)力輸出非常流暢。但是由于裝在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸里面， 因此還是消耗了部分動(dòng)力，增壓出來(lái)的效果并不高。氣波增壓系統(tǒng)： 利用高壓廢氣的脈沖氣波迫使空氣壓縮。 這種系統(tǒng)增壓性能好、 加速性 好但是整個(gè)裝置比較笨重，不太適合安裝在體積較小的轎車(chē)?yán)锩?。廢氣渦輪增壓系統(tǒng)： 這就是我們平時(shí)最常見(jiàn)的渦輪增壓裝置了， 增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)任何 機(jī)械聯(lián)系， 實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)， 通過(guò)壓縮空氣來(lái)增加進(jìn)氣量。 它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的 廢氣慣性沖力來(lái)推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪， 渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪， 葉輪壓送由空氣濾清器管道 送來(lái)的空氣， 使之增壓進(jìn)入氣缸。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增快， 廢氣排出速度與禍輪轉(zhuǎn)速也同步增快， 葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸， 空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料， 相應(yīng)增加燃 料量就可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。 一般而言， 加裝廢氣渦輪增壓器后的發(fā)動(dòng)機(jī)功率及扭矩 要增大 20%30%。但是廢氣渦輪增壓器技術(shù)也有其必須注意的地方，那就是泵