汽車環(huán)境工程高效培訓(xùn)教案

1、汽車環(huán)境工程高效培訓(xùn)教案第1章 緒論第2章 汽車排放污染物的生成 機理和影響因素第3 章 汽車發(fā)動機的排放特性第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化第5章 車用柴油機機內(nèi)凈化第6章 車用汽油機后處理凈化 ?汽車排放污染及控制?目錄 第7章 車用柴油機后處理凈化第8章 燃料與排放第9章 汽車排放污染物凈化方案及分析第10章 汽車排放及測試第11章 排放標準?汽車排放污染及控制?目錄課程內(nèi)容4.1 概述第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化4.2 汽油噴射電控系統(tǒng)4.3 低排放燃燒系統(tǒng)4.5 其他機內(nèi)凈化措施4.4 廢氣再循環(huán)第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化概述：主要內(nèi)容介紹汽油機機內(nèi)凈化技術(shù)，包括汽油噴射電控系統(tǒng)及其對排放的

2、影響、典型低排放燃燒系統(tǒng)及其對排放的影響、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的工作原理及其對發(fā)動機性能的影響以及其他機內(nèi)凈化技術(shù)。 第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化機內(nèi)凈化所謂機內(nèi)凈化就是從有害排放物的生成機理及影響因素出發(fā)，以改進發(fā)動機燃燒過程為核心，達到減少和抑制污染物生成的各種技術(shù)。即降低污染物生成量的技術(shù)，如改進發(fā)動機的燃燒室結(jié)構(gòu)、改進點火系統(tǒng)、改進進氣系統(tǒng)、采用電控汽油噴射、采用廢氣再循環(huán)技術(shù)等。機內(nèi)凈化被公認為是治理車用汽油機排氣污染的治本措施。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化 按燃燒過程的物理化學(xué)狀態(tài)，可分為三個階段：著火延遲期、明顯燃燒期和補燃期。汽油機的燃燒過程第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化汽油車主要污染物一氧

3、化碳（CO）氮氧化物（NOx）碳氫化合物（HC）鉛化物以及二氧化硫等汽油車主要排放污染物第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化汽油機機內(nèi)凈化的主要措施大力推廣汽油噴射電控系統(tǒng)。改善點火系統(tǒng)。開發(fā)分層充氣及均質(zhì)稀燃的新型燃燒系統(tǒng)。改進進氣機構(gòu)和燃燒室結(jié)構(gòu)。采用廢氣再循環(huán)控制。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化汽油噴射電控系統(tǒng)概述利用各種傳感器檢測發(fā)動機的各種狀態(tài)，經(jīng)微機的判斷、計算，使發(fā)動機在不同工況下均能獲得合適空燃比的混合氣。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化典型汽油噴射電控系統(tǒng)第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化噴油控制 噴油控制是發(fā)動機ECU的主要控制功能，它包括噴油時刻控制和噴油量控制。1. 噴油時刻的控制 對于多點噴射發(fā)

4、動機，ECU以曲軸轉(zhuǎn)角傳感器的信號為依據(jù)進行噴油時刻的控制，使各缸噴油器能在設(shè)定的時刻噴油。 噴油時刻控制方式有三種：同時噴射、分組噴射和順序噴射。2. 噴油量的控制 噴油量的控制，其目的是使發(fā)動機燃燒混合氣的空燃比符合各工況的需要。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化 起動噴油控制起動時，空氣流量計不能精確檢測。因此，起動時，ECU不以空氣流量計的信號作為噴油量的計算依據(jù)，而是按預(yù)先設(shè)定的起動程序來進行噴油控制。 運轉(zhuǎn)噴油控制 發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，ECU主要根據(jù)進氣量和發(fā)動機轉(zhuǎn)速來計算噴油量。噴油控制第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化噴油控制超速斷油控制當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過允許的最高轉(zhuǎn)速時，由ECU自動中斷噴油，減少有

5、害物排放。減速斷油控制當(dāng)汽車在高速運轉(zhuǎn)時突然減速，發(fā)動機仍在汽車慣性的帶動下高速旋轉(zhuǎn)。此時節(jié)氣門已關(guān)閉，進入氣缸的空氣量很少，假設(shè)繼續(xù)正常噴油，那么會造成燃燒不完全與廢氣中HC和CO排放物增多。減速斷油控制的目的是為了控制急減速時有害物的排放，減少燃油消耗量，促使發(fā)動機轉(zhuǎn)速盡快下降，有利于汽車減速。 斷油控制 第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化 噴油控制反響控制在排氣管上加裝氧傳感器，根據(jù)排氣管中氧的含量，測定進入發(fā)動機燃燒室混合氣的空燃比值，并輸入給ECU。ECU將此信號與設(shè)定的目標空燃比值進行比較，不斷修正噴油量，使空燃比保持在設(shè)定目標值附近。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化 噴油控制對排放的影響第4章

6、 車用汽油機機內(nèi)凈化 冷起動及暖機階段排放控制 冷起動階段：混合氣濃度一般要低于化油器式發(fā)動機。 暖機階段：不要提供太濃的混合氣。 為了減小汽油噴射發(fā)動機冷起動和暖機階段排放，要對開環(huán)控制的空燃比進行精確的標定，不要過量供給燃油。點火系統(tǒng)的控制 點火提前角由微機控制，使發(fā)動機在各種工況下都能調(diào)整至最正確點火時刻，令發(fā)動機在動力性、經(jīng)濟性、加速性和排放等方面到達最優(yōu)。微機控制點火系傳感器微處理機（ECU）點火線圈點火器 起動期間，點火提前角設(shè)為固定值。怠速時，微機根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、冷卻水溫來控制點火提前角的大小。正常行駛時，微機根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷信號，進行點火提前角的控制。局部負荷時，要根據(jù)冷卻

7、液溫度、進氣溫度和節(jié)氣門位置等信號進行修正。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化 點火系統(tǒng)的控制火花質(zhì)量和點火正時對排放產(chǎn)生影響。 1火花越弱，出現(xiàn)失火的時機就越多，而失火將會生成大量的未燃HC。 2點火提前角對燃油消耗率和有害排放物的影響。推遲點火未燃HC排放下降NOx排放降低影響動力性和經(jīng)濟性點火提前角對燃油消耗率和有害排放物的影響 第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化怠速轉(zhuǎn)速控制發(fā)動機的怠速運轉(zhuǎn)是排放很嚴重的工況。汽油機在怠速工況下降低HC和CO排放的方法 提高怠速轉(zhuǎn)速 怠速轉(zhuǎn)速越低，節(jié)氣門開度越小，剩余廢氣的稀釋度嚴重，就需要更濃的混合氣，增加了怠速時CO與HC的排放。提高怠速轉(zhuǎn)速可使混合氣形成和燃燒均獲

8、得改善，這不僅是由于可燃混合氣在進氣管中的移動速度增加所致，而且是由于提高充氣效率和減少剩余廢氣的稀釋度的結(jié)果。高能點火對HC排放的作用 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)動機可燃用稍稀的混合氣，從而減小了HC的排放。 高能點火和普通點火對HC排放的影響在怠速工況時，高能點火使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。氣門間隙對HC排放的作用 增大氣門間隙，減小氣門重疊角。 氣門重疊角越大，進入氣缸的廢氣量就越多，HC排放就越多。發(fā)動機進排氣門間隙影響氣門重疊角，從而影響氣缸內(nèi)剩余廢氣的比率。氣門間隙越大，HC、CO排放濃度越低。氣門間隙對

9、HC和CO排放的影響缸內(nèi)直接噴射缸內(nèi)直接噴射汽油機與一般汽油發(fā)動機的主要區(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)。關(guān)鍵在于產(chǎn)生與傳統(tǒng)發(fā)動機不同的缸內(nèi)氣流運動狀態(tài)，使噴入氣缸的汽油與空氣形成一種多層次的旋轉(zhuǎn)渦流。因此缸內(nèi)直噴采用了立式進氣道、彎曲頂面活塞、高壓旋轉(zhuǎn)噴射器等三種技術(shù)手段。直噴式發(fā)動機缸內(nèi)空氣流動縱向渦流即滾流。彎曲頂面活塞利用活塞頂凸起形狀，增強了滾流強度。雖然混合比到達40:1，但聚集在火花塞周圍的混合氣卻很濃，很容易點火燃燒。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化缸內(nèi)直接噴射汽油機存在的問題排放問題 1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

10、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NOx生成增加，較高的壓縮比和放熱率也將導(dǎo)致大負荷工況NOX增多。 3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。缸內(nèi)直接噴射式汽油機的排放對策二階段混合 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。1抑制敲缸的發(fā)生2促進炭煙燒盡3稀NOx催化系統(tǒng)缸內(nèi)直接噴射式汽油機的排放對策二階段燃燒改善冷起動和小負荷運行時的HC和CO的排放，CO的氧

11、化溫度比HC的低，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。二沖程缸內(nèi)直噴稀燃發(fā)動機 用壓縮空氣輔助噴射的噴油器的缸內(nèi)直噴式二沖程發(fā)動機。 經(jīng)曲軸箱掃氣進入氣缸的是空氣，汽油在噴油器中與少量空氣混合后，以0.62MPa的壓力噴入氣缸，噴霧粒度平均達到5m。通過噴霧特性、燃燒室形狀、氣流運動的優(yōu)化配合，可在空然比為2050的寬廣范圍內(nèi)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。稀薄燃燒系統(tǒng) 混合氣較稀時，絕熱指數(shù)K反而增大。從理論上講，混合氣越稀，K值越大，熱效率也越大。在發(fā)動機不使其失火的前提下，應(yīng)盡可能進行稀薄燃燒。 在a1的某一范圍內(nèi)，CO的含量可以得到有效控制。 當(dāng)空燃比超過18以上時，HC

12、的排放量就因為熄火和部分燃燒而大大增加。所以進行恰當(dāng)?shù)南”∪紵趴梢愿纳艸C的排放。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化實現(xiàn)稀燃的具體措施可變渦流控制系統(tǒng)：部分負荷，較強渦流；全負荷，減小渦流甚至不用渦流緊湊的燃燒室，盡可能高的壓縮比電控順序噴射系統(tǒng)，擴展燃燒失火極限高精度空燃比控制系統(tǒng)分層燃燒技術(shù)廢氣再循環(huán)第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化分層燃燒系統(tǒng)分層燃燒的目的分層燃燒就是要合理地組織氣缸內(nèi)混合氣分布，使在火花塞周圍有較濃的混合氣，而在燃燒室內(nèi)的大部分區(qū)域具有很稀的混合氣，以確保正常點火和燃燒，同時也擴展了稀燃失火極限，并可提高經(jīng)濟性，減少排放。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化復(fù)合渦流受控燃燒系統(tǒng)這種發(fā)動機擁有

13、兩個化油器或兩套進氣管噴射裝置，所以可以分別提供不同過量空氣系數(shù)的混合氣給主、副室的進氣系統(tǒng)。傳統(tǒng)的點燃式發(fā)動機只能在a0.951.15之間運行，CVCC發(fā)動機采用了這種燃燒方式，首先燃燒的那部分混和氣（在副室）具有小的過量空氣系數(shù)，雖然出現(xiàn)較高的HC和CO濃度，但混合氣所占容積很小，而后燃燒的混合氣（在主室）具有較高的過量空氣系數(shù)。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化軸向分層燃燒系統(tǒng)1-活塞；2-氣缸；3-火花塞；4-導(dǎo)氣屏進氣門；5-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。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化滾流縱渦分層稀燃系統(tǒng)在進氣過程中形成的繞垂直于氣缸軸線方向旋轉(zhuǎn)的有組織的空氣旋流，稱為滾

14、流，也稱為縱渦或橫向渦流。滾流在壓縮過程中逐漸被壓扁，在上止點附近破碎成許多小尺寸的渦流和湍流，可大大改善混合氣燃燒過程。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化高壓縮比燃燒系統(tǒng)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。一味提高壓縮比對排氣凈化不利。電控點火系統(tǒng)的采用使精確控制點火定時成為可能，為高壓縮比點燃機在性能與排放方面得到更好的折衷可提供很大的潛力。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化廢氣再循環(huán)的工作原理廢氣再循環(huán)技術(shù)是控制氮氧化合物排放的主要措施，它是將汽車排出的一部分廢氣重新引入發(fā)動機進氣系統(tǒng)，與混合氣一起再進入氣缸燃燒。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化廢氣再循環(huán)廢氣混入的多少用E

15、GR率表示，其定義如下：第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化EGR系統(tǒng)的控制要求1EGR量應(yīng)隨負荷的增加而增加。2怠速和小負荷時，不進行EGR。3冷機時不進行EGR。4大負荷、高速時通常也不進行EGR或減少EGR率。5冷機時不進行EGR。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化內(nèi)部廢氣再循環(huán)發(fā)動機排氣經(jīng)過EGR閥進入進氣歧管，與新鮮混合氣混合在一起的方式稱為外部EGR。與外部EGR相對應(yīng)的稱為內(nèi)部EGR。滯留在缸內(nèi)的廢氣量決定于配氣相位重疊角的大小，重疊角大，那么內(nèi)部廢氣再循環(huán)量也大。過大的重疊角會使發(fā)動機燃燒不穩(wěn)定、失火并使HC排放量增加等，因此在確定配氣相位重疊角時必須對動力性、經(jīng)濟性和排放性能進行綜合考慮。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化EGR率對汽油機凈化與性能的影響廢氣再循環(huán)能有效地降低汽油發(fā)動機的NOx排放,但進行EGR時必須要考慮其對發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性的影響。通常將EGR率控制在10%20%范圍內(nèi)較適宜。冷卻EGR技術(shù)再循環(huán)廢氣經(jīng)冷卻器冷卻后再送入進氣端，進一步降低進氣溫度，更有利于降低NOx排放，同時改善燃油經(jīng)濟性。第4章 車用汽油機機內(nèi)凈化作業(yè):4.1 汽油機機內(nèi)凈化的主要措施有哪些？ 4.2 噴油時刻的控制方式包括哪幾種，并說出各自的主要特點。4.3 不同工況下，汽油噴射電控系統(tǒng)是如何控制噴油量的