發(fā)動機排放控制課件

1、第三章第三章 車用汽油機機內(nèi)凈化車用汽油機機內(nèi)凈化3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 汽油噴射電控系統(tǒng)汽油噴射電控系統(tǒng)3.3 低排放燃燒系統(tǒng)低排放燃燒系統(tǒng)3.4 廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)3.5 其他機內(nèi)凈化措施其他機內(nèi)凈化措施目錄目錄3-1概述概述一、一、 汽油機的燃燒過程汽油機的燃燒過程二、柴油機的主要排放物二、柴油機的主要排放物三、汽油機機內(nèi)凈化的主要措施三、汽油機機內(nèi)凈化的主要措施 一、汽油機的燃燒過程一、汽油機的燃燒過程3121-火花塞跳火，火花塞跳火，2-形成火焰中心，形成火焰中心，3-最高壓力點最高壓力點1-2著火延遲期，著火延遲期，2-3明顯燃燒期。明顯燃燒期。3-補燃期補燃期二

2、、汽油機的主要排放物二、汽油機的主要排放物CO2N2H2OHCCONOx三、汽油機機內(nèi)凈化的主要措施三、汽油機機內(nèi)凈化的主要措施大力推廣汽油噴射電控系統(tǒng)大力推廣汽油噴射電控系統(tǒng)改善點火系統(tǒng)改善點火系統(tǒng)積極開發(fā)分層及均質(zhì)稀燃的新型燃燒系統(tǒng)積極開發(fā)分層及均質(zhì)稀燃的新型燃燒系統(tǒng)選用結(jié)構(gòu)緊湊和面容比較小的燃燒室，縮短燃燒室狹選用結(jié)構(gòu)緊湊和面容比較小的燃燒室，縮短燃燒室狹縫長度，適當提高燃燒室壁面溫度縫長度，適當提高燃燒室壁面溫度采用廢氣再循環(huán)控制采用廢氣再循環(huán)控制3.2 汽油噴射電控系統(tǒng)汽油噴射電控系統(tǒng)一、一、 概述概述 汽油噴射的位置。汽油噴射的位置。 1.進氣歧管或進氣管道上進氣歧管或進氣管道上

3、2.缸內(nèi)直噴式缸內(nèi)直噴式缸內(nèi)直噴式汽油發(fā)動機的優(yōu)點缸內(nèi)直噴式汽油發(fā)動機的優(yōu)點1.油耗量低油耗量低2.升功率大升功率大-混合比達到混合比達到40:1（一般（一般汽油汽油發(fā)動機的混合發(fā)動機的混合比是比是15:1），也就是人們所說的），也就是人們所說的“稀燃稀燃”。 二、電控噴射系統(tǒng)的特點二、電控噴射系統(tǒng)的特點用微機控制每循環(huán)的噴油量和噴油時刻，按各種工況對用微機控制每循環(huán)的噴油量和噴油時刻，按各種工況對燃油量進行校正，排放好燃油量進行校正，排放好在電控多點噴射系統(tǒng)中，每缸采用單獨噴油器供油，可在電控多點噴射系統(tǒng)中，每缸采用單獨噴油器供油，可提高各缸空然比的均勻性和噴油量的精確性提高各缸空然比的均勻

4、性和噴油量的精確性燃油霧化特性是由噴油器的特性決定的，與汽油機轉(zhuǎn)速燃油霧化特性是由噴油器的特性決定的，與汽油機轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此啟動時仍保持良好的霧化特性，無關(guān)。因此啟動時仍保持良好的霧化特性，HC少少進氣系統(tǒng)沒有化油器喉管的節(jié)流作用，減少了進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)沒有化油器喉管的節(jié)流作用，減少了進氣系統(tǒng)的阻力損失，充氣效率高的阻力損失，充氣效率高 三、電控汽油噴射系統(tǒng)的類型三、電控汽油噴射系統(tǒng)的類型按噴油器數(shù)目分：單點噴射、多點噴射按噴油器數(shù)目分：單點噴射、多點噴射按噴射區(qū)域分：進氣道噴射、缸內(nèi)噴射按噴射區(qū)域分：進氣道噴射、缸內(nèi)噴射按噴射方式分：連續(xù)噴射、間歇噴射按噴射方式分：連續(xù)噴射、間歇噴射按進氣量

5、檢測方法分：按進氣量檢測方法分：空氣流量型空氣流量型L和進氣壓力型和進氣壓力型D四、噴油控制四、噴油控制時刻的控制時刻的控制噴油量的控制噴油量的控制噴油控制對排放的影響噴油控制對排放的影響同時噴射同時噴射分組噴射分組噴射順序噴射順序噴射起動噴油控制起動噴油控制運轉(zhuǎn)噴油控制運轉(zhuǎn)噴油控制特殊控制斷油控制、減速控制特殊控制斷油控制、減速控制反饋控制反饋控制氧傳感器及三元催化器閉環(huán)控制氧傳感器及三元催化器閉環(huán)控制冷起動及暖機階段排放控制冷起動及暖機階段排放控制五、點火系統(tǒng)的控制五、點火系統(tǒng)的控制微機控制點火系統(tǒng)微機控制點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)對排放的影響點火系統(tǒng)對排放的影響v點火能量對排放的影響點火能量對排放

6、的影響v點火正時對排放的影響點火正時對排放的影響六、怠速轉(zhuǎn)速的控制六、怠速轉(zhuǎn)速的控制怠速自動控制系統(tǒng)充氣量怠速自動控制系統(tǒng)充氣量怠速排放的控制怠速排放的控制v提高怠速轉(zhuǎn)速提高怠速轉(zhuǎn)速v高能點火高能點火v減小氣門重疊角減小氣門重疊角 提高燃燒速率和減小循環(huán)變動；提高燃燒速率和減小循環(huán)變動； 降低了混合氣較稀時的失火概率，使發(fā)動機降低了混合氣較稀時的失火概率，使發(fā)動機可燃用稍稀的混合氣，從而減小了可燃用稍稀的混合氣，從而減小了HC的排放。的排放。 七、缸內(nèi)直接噴射七、缸內(nèi)直接噴射排放問題排放問題 1）缸內(nèi)溫度偏低，不利于未燃碳氫后燃等。）缸內(nèi)溫度偏低，不利于未燃碳氫后燃等。 2）分層燃燒時在火花塞

7、附近出現(xiàn)混合氣局部過濃或濃）分層燃燒時在火花塞附近出現(xiàn)混合氣局部過濃或濃混合氣區(qū)域過大的狀況，使混合氣區(qū)域過大的狀況，使NOx生成增加，較高的壓生成增加，較高的壓縮比和放熱率也將導(dǎo)致大負荷工況縮比和放熱率也將導(dǎo)致大負荷工況NOX增多。增多。 3）微粒排放在小負荷、過渡工況和冷起動的情況下）微粒排放在小負荷、過渡工況和冷起動的情況下比傳統(tǒng)的進氣道噴射汽油機有較多的增加，但仍比柴比傳統(tǒng)的進氣道噴射汽油機有較多的增加，但仍比柴油機要低一個到幾個數(shù)量級。油機要低一個到幾個數(shù)量級。 成因：局部區(qū)域混合氣過濃，缸內(nèi)溫度低。成因：局部區(qū)域混合氣過濃，缸內(nèi)溫度低。缸內(nèi)直接噴射式汽油機的排放對策缸內(nèi)直接噴射式汽

8、油機的排放對策二階段混合二階段混合 進氣沖程開始時第一次噴油，在缸內(nèi)生成很稀的均質(zhì)混進氣沖程開始時第一次噴油，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前，在氣缸滾流和活塞合氣，第二次噴射在壓縮上止點前，在氣缸滾流和活塞頂形狀的幫助下產(chǎn)生分層混合氣，然后點火燃燒。頂形狀的幫助下產(chǎn)生分層混合氣，然后點火燃燒。3.3 低排放燃燒系統(tǒng)低排放燃燒系統(tǒng)稀薄燃燒系統(tǒng)稀薄燃燒系統(tǒng)v 使用過量空氣的稀薄混合氣，可以促進燃料的充分燃使用過量空氣的稀薄混合氣，可以促進燃料的充分燃 燒，提高燃料利用率，降低油耗；燒，提高燃料利用率，降低油耗；v 正?；旌蠚獾目杖急龋ㄕ；旌蠚獾目杖急龋ˋF）為）為146，當

9、空燃比達，當空燃比達 到到22以上時油耗可降低以上時油耗可降低810；v 空燃比增加會帶來燃燒的不穩(wěn)定，需要對進氣道和燃空燃比增加會帶來燃燒的不穩(wěn)定，需要對進氣道和燃 燒室等進行精心的設(shè)計，以實現(xiàn)分層和均質(zhì)燃燒，目燒室等進行精心的設(shè)計，以實現(xiàn)分層和均質(zhì)燃燒，目 前世界最高水平的空燃比已達到前世界最高水平的空燃比已達到65左右。左右。分層燃燒系統(tǒng)分層燃燒系統(tǒng)v 如果稀燃技術(shù)的混合比達到如果稀燃技術(shù)的混合比達到25：1以上，按照常規(guī)是以上，按照常規(guī)是 無法點燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。無法點燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。v 通過缸內(nèi)空氣的運動在火花塞周圍形成易于點火的濃混

10、通過缸內(nèi)空氣的運動在火花塞周圍形成易于點火的濃混 合氣，混合比達到合氣，混合比達到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣 點燃后，燃燒迅速波及外層。點燃后，燃燒迅速波及外層。v 燃油噴射定時與分段噴射技術(shù)，即將噴油分成兩個階燃油噴射定時與分段噴射技術(shù)，即將噴油分成兩個階 段，進氣初期噴油，燃油首先進入缸內(nèi)下部隨后在缸內(nèi)段，進氣初期噴油，燃油首先進入缸內(nèi)下部隨后在缸內(nèi) 均勻分布，進氣后期噴油，濃混合氣在缸內(nèi)上部聚集在均勻分布，進氣后期噴油，濃混合氣在缸內(nèi)上部聚集在 火花塞四周被點燃，實現(xiàn)分層燃燒?；鸹ㄈ闹鼙稽c燃，實現(xiàn)分層燃燒。軸向分層燃燒系統(tǒng)1-活塞；活塞；2-氣缸；

11、氣缸；3-火花塞；火花塞；4-導(dǎo)氣屏進氣門；導(dǎo)氣屏進氣門；5-噴油器噴油器燃料在渦流作用下，沿氣缸軸向產(chǎn)生上濃下稀的分層。高壓縮比燃燒系統(tǒng)高壓縮比燃燒系統(tǒng)v 采用緊湊型燃燒室，通過進氣口位置改進使缸內(nèi)采用緊湊型燃燒室，通過進氣口位置改進使缸內(nèi) 形成較強的空氣運動旋流，提高氣流速度；形成較強的空氣運動旋流，提高氣流速度；v 將火花塞置于燃燒室中央，縮短點火距離；將火花塞置于燃燒室中央，縮短點火距離；v 燃料辛烷值允許的前提下盡可能用較高的壓縮比，燃料辛烷值允許的前提下盡可能用較高的壓縮比，以獲得較好的功率和油耗指標。一味提高壓縮比對以獲得較好的功率和油耗指標。一味提高壓縮比對排氣凈化不利。排氣凈

12、化不利。 3.4 廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)廢氣混入的多少用廢氣混入的多少用EGR率表示，其定義如下：率表示，其定義如下：100%EGR返回廢氣量率= 進氣量+返回廢氣量 廢氣再循環(huán)特點廢氣再循環(huán)特點用于用于Nox排放量隨負荷的增加而增加，因而排放量隨負荷的增加而增加，因而EGR也應(yīng)隨負也應(yīng)隨負荷增加而增加荷增加而增加怠速和小負荷時，怠速和小負荷時，Nox排放濃度低，為了保證穩(wěn)定燃燒，排放濃度低，為了保證穩(wěn)定燃燒，不進行不進行EGR暖機工況不進行暖機工況不進行EGR大負荷、高速時，為了保證較好的動力性，雖然溫度很高，大負荷、高速時，為了保證較好的動力性，雖然溫度很高，但氧濃度不足，排放生產(chǎn)物少，不進

13、行但氧濃度不足，排放生產(chǎn)物少，不進行ERG各缸各缸EGR率一致率一致3.5 其他機內(nèi)凈化措施其他機內(nèi)凈化措施渦輪增壓技術(shù)渦輪增壓技術(shù)多氣門技術(shù)多氣門技術(shù)使用低污染燃料使用低污染燃料1.渦輪增壓技術(shù)渦輪增壓技術(shù)符號符號在轎車尾部看到在轎車尾部看到Turbo或者或者T，即表明該車采用的發(fā)動機是即表明該車采用的發(fā)動機是渦輪增壓發(fā)動機了。譬如奧迪渦輪增壓發(fā)動機了。譬如奧迪A6的的1.8T，帕薩特帕薩特1.8T，寶寶來來1.8T等等。等等。渦輪增壓的主要作用渦輪增壓的主要作用v 提高了發(fā)動機進氣量，在不增加發(fā)動機排量的基礎(chǔ)上，提高了發(fā)動機進氣量，在不增加發(fā)動機排量的基礎(chǔ)上， 大幅度提高功率和扭矩，讓車子

14、更有勁。大幅度提高功率和扭矩，讓車子更有勁。v 發(fā)動機裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器發(fā)動機裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器 的時候相比可以增加的時候相比可以增加40%甚至更高。這就意味著同樣甚至更高。這就意味著同樣 一臺的發(fā)動機在經(jīng)過增壓之后能夠產(chǎn)生更大的功率。一臺的發(fā)動機在經(jīng)過增壓之后能夠產(chǎn)生更大的功率。v 對于對于1.8T渦輪增壓發(fā)動機，經(jīng)過增壓之后，動力可以渦輪增壓發(fā)動機，經(jīng)過增壓之后，動力可以 達到達到2.4L發(fā)動機的水平，但是耗油量卻比發(fā)動機的水平，但是耗油量卻比1.8發(fā)動機發(fā)動機 高很少，這說明提高了燃油經(jīng)濟性和降低尾氣排放。高很少，這說明提高了燃油經(jīng)濟性和降低尾

15、氣排放。渦輪增壓的不足渦輪增壓的不足v經(jīng)過了增壓之后，發(fā)動機在工作時候的壓力和溫度都大大經(jīng)過了增壓之后，發(fā)動機在工作時候的壓力和溫度都大大升高；升高；v發(fā)動機壽命會比沒有經(jīng)過增壓的發(fā)動機要短；發(fā)動機壽命會比沒有經(jīng)過增壓的發(fā)動機要短；v機械性能、潤滑性能都會受到影響，在一定程度上限制了機械性能、潤滑性能都會受到影響，在一定程度上限制了渦輪增壓技術(shù)在發(fā)動機上的應(yīng)用。渦輪增壓技術(shù)在發(fā)動機上的應(yīng)用。 渦輪增壓的原理渦輪增壓的原理渦輪增壓器利用發(fā)動渦輪增壓器利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動同渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送軸的葉輪，葉輪

16、壓送由空氣濾清器管道送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓來的空氣，使之增壓進入氣缸。進入氣缸。多氣門技術(shù)多氣門技術(shù)傳統(tǒng)的發(fā)動機傳統(tǒng)的發(fā)動機多是每缸一個進氣門和一個排氣門：多是每缸一個進氣門和一個排氣門：優(yōu)點：優(yōu)點：二氣門配氣機構(gòu)相對比較簡單，制造成本也低，對二氣門配氣機構(gòu)相對比較簡單，制造成本也低，對于輸出功率要求不太高的普通發(fā)動機來說，就能獲得較為于輸出功率要求不太高的普通發(fā)動機來說，就能獲得較為滿意的發(fā)動機輸出功率與扭矩性能滿意的發(fā)動機輸出功率與扭矩性能。多氣門：多氣門：每缸每缸3-5個氣門（大多為個氣門（大多為4氣門），可提高功率，氣門），可提高功率，改善燃燒質(zhì)量，改善燃燒質(zhì)量， 使用

17、低污染燃料使用低污染燃料v氫氣氫氣(H2)其排放物主要是其排放物主要是H2O、N2、O2和少量和少量NOx。主要缺點主要缺點為沸點低為沸點低(約約-253)，H2以液態(tài)方式儲存時成本高，以液態(tài)方式儲存時成本高，易受外部溫度影響而蒸發(fā)，不適宜長期儲存，還有爆炸、易受外部溫度影響而蒸發(fā)，不適宜長期儲存，還有爆炸、回火、早燃等問題尚待解決。若解決了成本及儲存等問題，回火、早燃等問題尚待解決。若解決了成本及儲存等問題，則有可能批量使用。則有可能批量使用。 v乙醇乙醇q 乙醇是最早開發(fā)的代用燃料，乙醇汽油混合燃料在美國乙醇是最早開發(fā)的代用燃料，乙醇汽油混合燃料在美國 已應(yīng)用多年。已應(yīng)用多年。q 純乙醇作

18、燃料具有非常低的碳氫化合物純乙醇作燃料具有非常低的碳氫化合物(HC)和有毒物排和有毒物排 放，被認為是理想的燃料。放，被認為是理想的燃料。q 乙醇可從谷物、纖維素等生物可再生資源中產(chǎn)生，但其乙醇可從谷物、纖維素等生物可再生資源中產(chǎn)生，但其 成本太高，約為汽油的兩倍以上，若制作技術(shù)上無重大成本太高，約為汽油的兩倍以上，若制作技術(shù)上無重大 突破，很難廣泛推廣。突破，很難廣泛推廣。v甲醇甲醇甲醇是從天然氣、石油和煤炭中提取的，其中一半以上來甲醇是從天然氣、石油和煤炭中提取的，其中一半以上來自天然氣。自天然氣。優(yōu)點：優(yōu)點：甲醇具有高辛烷值、低發(fā)熱量、低污染和無排煙等特點。甲醇具有高辛烷值、低發(fā)熱量、低

19、污染和無排煙等特點。甲醇燃燒完全，甲醇燃燒完全，HC的排放很低，顆粒物及的排放很低，顆粒物及NOX排放也很低。排放也很低。此外，其揮發(fā)性低，加油和行駛過程中蒸發(fā)損失小。此外，其揮發(fā)性低，加油和行駛過程中蒸發(fā)損失小。缺點：缺點：甲醇毒性大，有腐蝕性，其生產(chǎn)過程是從能源的一種狀甲醇毒性大，有腐蝕性，其生產(chǎn)過程是從能源的一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，能源利用率低。態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，能源利用率低。 v天然氣天然氣( CNG)組成：組成：甲烷甲烷(一般為一般為83%99%)及少量烴類和及少量烴類和CO2等。等。優(yōu)點：優(yōu)點：qCNG具有較高的辛烷值，與汽油相比，燃燒更完全。具有較高的辛烷值，與汽油相比，燃燒

20、更完全。據(jù)美國據(jù)美國EPA（Environmental Protection Agency的簡稱的簡稱,美國環(huán)境保護署美國環(huán)境保護署）報告，報告，CNG汽車可以降低汽車可以降低40%的的HC排放，排放，50%的的CO排放，無排煙，而且排放的排放，無排煙，而且排放的HC化合物化合物90%為甲烷類物質(zhì)，光化學反應(yīng)低，現(xiàn)有技術(shù)尚可進一步降低污為甲烷類物質(zhì)，光化學反應(yīng)低，現(xiàn)有技術(shù)尚可進一步降低污染物的排放。完全符合各國有關(guān)的環(huán)境排放標準。染物的排放。完全符合各國有關(guān)的環(huán)境排放標準。CNG汽車噪聲小。汽車噪聲小。q CNG一般比汽油、柴油價格低。一般比汽油、柴油價格低。qLNG制造成本相對較高，其儲存容

21、器的絕熱性制造成本相對較高，其儲存容器的絕熱性(甲烷易蒸發(fā)，沸點甲烷易蒸發(fā)，沸點-162)是制約其發(fā)展的重要原因之一。是制約其發(fā)展的重要原因之一。v 液化石油氣液化石油氣(LPG)組成：組成：LPG的主要成份是丙烷及少量丁烷、乙烷和極少量戊烷。的主要成份是丙烷及少量丁烷、乙烷和極少量戊烷。優(yōu)點：優(yōu)點：q LPG辛烷值較高，燃料費比液氫、酒精、汽油、柴油等便宜，辛烷值較高，燃料費比液氫、酒精、汽油、柴油等便宜，CO、NOX等氣體排放量低于內(nèi)燃機汽車，基本上不排黑煙和顆等氣體排放量低于內(nèi)燃機汽車，基本上不排黑煙和顆粒物粒物(PM)，且所排氣體無臭味，發(fā)動機工作噪音低，完全能滿且所排氣體無臭味，發(fā)動

22、機工作噪音低，完全能滿足足21世紀對現(xiàn)代汽車的使用要求。世紀對現(xiàn)代汽車的使用要求。q有試驗表明，在有試驗表明，在90km/h120km/h行駛狀態(tài)下，能量消耗下行駛狀態(tài)下，能量消耗下降了降了6%10%，HC排氣污染下降了排氣污染下降了49%，CO排放量下降了排放量下降了91%，NOX下降了下降了16%。v 新配方汽油新配方汽油q 新配方汽油是對汽油組成的重大改進。新配方汽油是對汽油組成的重大改進。美國美國EPA規(guī)定，新配方汽油至少含規(guī)定，新配方汽油至少含2%的氧、低于的氧、低于1%的的苯肼物、不含鉛及任何其他重金屬，同時加入高級活性劑，以苯肼物、不含鉛及任何其他重金屬，同時加入高級活性劑，以防

23、止組分沉淀。防止組分沉淀。q 與傳統(tǒng)汽油相比，各種污染物排放可降低與傳統(tǒng)汽油相比，各種污染物排放可降低15%17%，適用，適用于所有車輛，但制作成本略高。于所有車輛，但制作成本略高。美國美國EPA宣稱，新配方汽油計劃是繼汽油中的鉛被禁止宣稱，新配方汽油計劃是繼汽油中的鉛被禁止以來最重要的環(huán)境燃料計劃。以來最重要的環(huán)境燃料計劃。v復(fù)合燃料復(fù)合燃料植物油植物油植物油汽車的最大優(yōu)點是不污染環(huán)境，其燃燒產(chǎn)物不含植物油汽車的最大優(yōu)點是不污染環(huán)境，其燃燒產(chǎn)物不含SO2、CO2，碳粒碳粒也少，但含有害的乙醛。用其替代柴油時，汽車發(fā)動機不用改裝。目前，已也少，但含有害的乙醛。用其替代柴油時，汽車發(fā)動機不用改裝。目前，已研制成功并投入使用的植物油型燃料有菜籽油、棉籽油、豆油、甲醇酯混合研制成功并投入使用的植物油型燃料有菜籽油、棉籽油、豆油、