5内燃机机内净化.docx

第五章 机内净化第一节 汽油机机内净化技术主要污染物：CO、HC和NOx汽油机机内净化的主要措施 ：1. 燃烧系统的优化设计：减小面容比，紧凑燃烧室、快速燃烧加上优化的EGR和点火定时，可以给出动力性、经济性、NOx排放之间的最佳折中；一般在辛烷值允许情况下，采用尽可能高的压缩比，以获得较好的动力性和经济性。在电子控制系统中，可以通过控制点火正时来避免爆燃，为高压缩比汽油机在性能与排放取得折中提供了条件；提高缸内混合气的涡流和湍流程度，有助于加强油气混合，保证快速燃烧和完全燃烧，降低排放。燃烧室的缝隙区域对HC的生成影响很大，应尽量减少这些缝隙区域。L形活塞环基本可以布置得与活塞顶齐平，可消除产生HC排放的缝隙区域，减少HC排放。2. 点火系统点火提前角由微机控制，使发动机在各种工况下都能调整至最佳点火时刻，令发动机在动力性、经济性、加速性和排放等方面达到最优。火花越弱，出现失火的机会就越多，而失火将会生成大量的未燃HC，考虑采用高能点火降低排放。3. 进排气系统可变进气系统的功能：一定长度的进气管只能在某一转速区域得到最佳充气效率，单一进气系统不能兼顾高低速性能。自然进气的汽油发动机，利用可变进气系统，能够提高低、中转速及高转速时的转矩。在低、中速，空气经过较细长的进气岐管，由于进气流速快，且进气脉动惯性增压的结果，使较多的混合气进入气缸，提高转矩输出；在高速，空气经过较短的进气岐管，管径变大，进气阻力小，充填效率高，以维持高转矩输出。 可变配气相位：低速时，采用较小的气门叠开角以及较小的气门升程，防止出现缸内新鲜充量向进气系统的倒流，以便增加转矩，提高燃油经济性。高速时应具有最大的气门升程和进气门迟闭角，以最大限度地减小流动阻力，充分利用过后充气，提高充量系数，以满足动力性要求。配合以上变化，对进气门从开启到关闭的进气持续角也应进行调整，以实现最佳的进气定时。 4. 排气再循环是控制氮氧化合物排放的主要措施，它是将汽车排出的一部分废气重新引入发动机进气系统，与混合气一起再进入气缸燃烧。排气中氧含量很低，主要是由惰性气体N2和CO2构成，与新鲜混合气混合后，稀释了新鲜混合气中的氧浓度，导致燃烧速度降低，同时还使混合气的比热容提高，造成温度降低，抑制了NOx生成。废气再循环能有效地降低汽油发动机的NOx排放,但进行EGR时必须要考虑其对发动机动力性、经济性的影响。通常将EGR率控制在10%20%范围内较合适。发动机排气经过EGR阀进入进气歧管，与新鲜混合气混合在一起的方式称为外部EGR。与外部EGR相对应的称为内部EGR，即通过不充分排气以增大滞留在缸内的废气量。滞留在缸内的废气量决定于配气相位重叠角的大小，重叠角大，则内部废气再循环量也大。过大的重叠角会使发动机燃烧不稳定、失火并使HC排放量增加等，因此在确定配气相位重叠角时必须对动力性、经济性和排放性能进行综合考虑。5. 汽油喷射电控系统利用各种传感器检测发动机的各种状态，经微机的判断、计算，使发动机在不同工况下均能获得合适空燃比的混合气。起动时，空气流量计不能精确检测。因此，起动时，ECU不以空气流量计的信号作为喷油量的计算依据，而是按预先设定的起动程序来进行喷油控制。发动机运转时，ECU主要根据进气量和发动机转速来计算喷油量。排气管上加装氧传感器，根据排气管中氧的含量，测定进入发动机燃烧室混合气的空燃比值，并输入给ECU。ECU将此信号与设定的目标空燃比值进行比较，不断修正喷油量，形成闭循环，使空燃比保持在设定目标值附近。6. 分层稀燃和缸内直喷技术排气管上加装氧传感器，根据排气管中氧的含量，测定进入发动机燃烧室混合气的空燃比值，并输入给ECU。ECU将此信号与设定的目标空燃比值进行比较，不断修正喷油量，形成闭循环，使空燃比保持在设定目标值附近。分层燃烧就是要合理地组织气缸内混合气分布，使在火花塞周围有较浓的混合气，而在燃烧室内的大部分区域具有很稀的混合气，以确保正常点火和燃烧，同时也扩展了稀燃失火极限，并可提高经济性，减少排放。汽油缸内直喷（GDI：Gasoline Direct Injection）是指汽油机采用与柴油机燃料喷射相同的方式将燃料通过安装在缸盖上的喷油器直接喷到缸内使之燃烧的一种新型技术。当燃油直接喷到缸内时，可自由控制燃烧室内的燃油分布，利用优化设计的进气道与活塞形成空气流动，实现混合气在缸内分层分布，由此可获得在传统发动机中不可达到的稀空燃比（如40:1），实现超稀薄混合气稳定燃烧。这种系统主要的目的是实现汽油混合气在气缸内的分层燃烧，降低汽油机的燃油消耗率，特别是低负荷工况下的燃油消耗率，同时也能够实现较好的缸内排放净化效果。 可进一步改善燃油经济性，最大燃油消耗改善率可达25% 。这主要是由于泵气损失减小（无节气门，分层燃烧）、传热损失减少、压缩比提高所致；第二节 柴油机机内净化技术柴油机主要污染物 ：颗粒和NOx1. 低排放燃油喷射系统各种工况都有较高的喷油压力，提高雾化程度，改善排放；优化喷油规律，实现每循环多次喷射；每循环的喷油量能适应各种工况的实际需要；各种不同工况有合理的喷油正时，实现柴油机的动力性、经济性和排放性综合最优。喷油时刻：喷油提前角过大燃料在柴油机的压缩行程中燃烧的数量多，增加压缩负功，使燃油消耗率上升、功率下降。滞燃期较长，压力升高率和最高燃烧温度、压力迅速升高，使得柴油机工作粗暴、NOx排放量增加。喷油提前角过小燃料不能在上止点附近迅速燃烧，导致后燃增加，虽然最高燃烧温度和压力降低，但燃油消耗率和排气温度增高，发动机容易过热。喷油压力：高压喷射燃油能够提高油束速度，使燃油喷雾颗粒进一步细化，改善油气混合质量，使得燃烧更加迅速、彻底，控制燃烧温度，降低排放。喷油规律：柴油机理想燃烧方案应该是：由于预混合燃烧速度快，放热率大，直接决定了缸内最高温度，形成高温富氧环境促进NOx生成，所以需要抑制预混燃烧以降低NOx排放；而在扩散燃烧的前期应该保持快速燃烧速度和温度，从而降低碳烟排放；扩散燃烧后期缸内温度压力不足以对新生成的颗粒物进行氧化，需要缩短后期扩散过程，提高燃油经济性，降低烟度排放。柴油机结构一定时，放热规律取决于喷油规律。理想的柴油机喷油规律如下：喷油持续角为1635CA，喷油速率的变化要先缓后急，最后高速断油。滞燃期内的初期喷油量控制了初期热放率，从而影响最高燃烧压力和最大压力升高率，需要低速喷油。到了中期，为了提高热效率，应尽量减小喷油持续角并使放热中心接近上止点，需加大喷油量和最高喷油速率。在喷油后期，喷油率应快速下降以避免燃烧拖延，造成烟度及耗油量的加大。电子控制：在各种工况下对循环供油量进行精确控制，并保证各缸循环供（喷）油量的均匀性。预喷射小部分燃油喷入气缸缩短主喷射的着火延迟期缸内压力升高率和峰值压力下降发动机工作比较缓和缸内温度降低，NOx排放减小2. 低排放燃烧系统3. 低排放进排气系统适当组织缸内气流：进气涡流、挤压涡流、滚流、湍流。小缸径的高速柴油机，一般都要组织一定的缸内涡流或湍流。大、中型柴油机则向无涡流或弱涡流的方向发展。多气门技术：可增大进气门总的流通截面，增加循环进气量；可实现喷油嘴正中布置，使喷注分布和混合气形成更加合理；低速时可通过关闭一个进气道来提高缸内涡流速度，并经过特殊设计，充分利用进气惯性来提高低速进气量，从而改善动力性、经济性和排放性能。增压技术：增压