第11讲_汽油机的排放、新技术

第3节汽油机的有害排放物与控制一 有害排放的生成机理1 碳氢化合物 HC 是未燃混合气 主要3来源 1 废气排放 和燃烧过程有关 约占60 2 曲轴箱排放 3 燃油系统蒸发排放 HC的废气排放主要原因 缝隙效应 激冷效应 沉积物和润滑油的 吸附和释出 发动机断火 混合气过浓 燃烧温度过低等 缝隙效应 在压缩与燃烧过程中 缸内压力升高 未燃混合气压入与燃烧室相通的狭缝 如活塞环上面 内 火焰不能进入燃烧 而在膨胀和排气行程中 缸压降低 以未燃HC排出 吸附和释出 在进气和压缩过程中 缸内燃油蒸气浓度较高 燃烧室内多孔性炭质沉积物和润滑油膜吸收燃油蒸气 而在燃烧和排气过程中 缸内燃油蒸气浓度下降 吸附的燃油蒸气又被释放出来 激冷 quenching 效应 相对冷态的气缸壁对火焰产生的热量与活化基物质起着吸收作用 使链反应中断 紧靠壁面附近的火焰不能传播 在熄火层内存在一定数量的未燃烃 提高燃烧室温度 压力和工质湍流运动强度能减小熄火层厚度 另外 面容比小的燃烧室能减小激冷效应 第3节汽油机的有害排放物与控制一 有害排放的生成机理2 一氧化碳 CO 是无色无味无臭的气体 浓度达到0 3 时在30分钟就能致人死亡 发动机不允许在一个封闭的空间内运行 一氧化碳是碳氢燃料在燃烧过程中生成的重要中间产物 其生成机理比较复杂 CO在火焰中及火焰后以缓慢地速率氧化CO2 CO的生成率主要受混合气浓度的影响 即使在稀混合气中 1 由于燃烧产物CO2和H2O的高温离解反应 也可能生成一部分CO 在膨胀过程后期 随着燃烧气体温度降低 CO的氧化过程会冻结 3 氮氧化合物 NOX 一氧化氮 NO 为无色无味无臭气体 不过结合血红蛋白的能力比CO还强 更容易造成人体缺氧 二氧化氮 NO2 为红棕色有毒刺激性气体 氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成酸雨 它与碳氢化合物经过紫外线照射发生反应就形成了毒性很强的光化学烟雾 氮氧化合物是所有高温燃烧过程 空气中的氮气和氧气反应 都会产生的有害排放物 汽油机的主要排放物是NO 生成氮氧化合物的因素 高温 富氧和足够的反应时间 在发动机气缸内由于燃烧时间太短 NO的实际浓度由于逆向反应速率太低而几乎冻结 排出的浓度大大高于排气温度相应的平衡浓度 第3节汽油机的有害排放物与控制二 汽油机有害排放物的影响因素1 混合气的浓度HC的变化趋势是两端高 中间低 当混合气过稀时 燃烧温度下降及燃烧出现不稳定现象 致使HC及燃油消耗率又回升 由于CO是在缺氧条件下不完全燃烧的产物 随空燃比增加 CO的浓度下降 在大于理论空燃比以后 其浓度已经很低 NOX浓度呈现是两端低 中间高的趋势 其峰值出现在理论空燃比偏稀的一侧 反应出NOX的生成必须兼具高温和富氧的条件 不存在一种混合气浓度能同时降低三种有害排放物 不过采用稀薄燃烧 空燃比大于20 同时采取措施控制HC排放的增长可能取得较好的效果 第3节汽油机的有害排放物与控制二 汽油机有害排放物的影响因素2 工况汽油机的有害排放物与工况密切相关 因此各国排放法规均详细地规定了有害排放物的测试工况 冷启动和怠速工况下由于进气温度和燃烧室内温度低 燃油雾化不好 使HC和CO的排放增高 而且三元催化转化器的转化效率也不高 是排放最差的工况 HC排放在低负荷区域较高 CO排放在低负荷区域和高负荷区域较高 NOX排放在高速低负荷区域和接近满负荷工况较高 减小点火提前角 能降低燃烧温度和减少反应滞留时间 能降低NO 另外 点火推迟 膨胀过程缸内温度和排气温度上升 也能降低HC排放 第3节汽油机的有害排放物与控制三 汽油机有害排放物的控制措施1 三元催化转化器在三元催化转化器中 通过催化剂的作用能同时进行CO和HC的氧化 以及NOX的还原反应 只有在理论空燃比的狭窄范围内 三元催化转化器对三种催化转化器才有高的转化效率 化油器被淘汰的原因是无法满足三元催化转化器对空燃比的准确控制要求 2 排温较高的排温有利于催化反应加速进行 但受到催化剂及载体耐高温的可靠性及寿命的限制 在启动和怠速工况下 需要电加热来提高三元催化转化器的转化效率 第3节汽油机的有害排放物与控制三 汽油机有害排放物的控制措施3 其它措施1 氧化型催化转化器如铂 钯及稀土材料 2 点火提前角3 EGR引入废气参与燃烧 一方面可以降低燃烧室中氧气的浓度 另外 废气的热容量较高而大量吸热 可降低燃烧室中的燃烧温度 4 曲轴箱强制通风从空气滤清器引出一股新鲜空气进入曲轴箱 同时利用进气管内的真空度 再经PCV阀的调节 把窜入曲轴箱中的HC和空气的混合气一起吸入缸内燃烧 5 燃油蒸发污染物的控制当燃油系统中燃油蒸气压力大于炭罐吸附阀的开启压力时 燃油蒸气进入活性炭罐 绝大部分HC吸附在活性炭表面 其它成分气体通过炭罐的通气口直接排入大气 可以通过电控单元开启脱附阀 空气流经炭罐内的活性炭表面 将表面吸附的HC脱附掉 进入发动机参与燃烧 第4节汽油机混合气形成和燃烧技术发展一 汽油机电控优化二 稀薄燃烧与分层燃烧汽油机与柴油机相比较 经济性较差 特别在部分负荷工况 其主要原因有 受爆震燃烧的限制 压缩比较低 采用量调节 节气门的存在增加泵气损失 按理论空燃比运行 中低负荷时通过稀燃改善经济性难实现 稀薄燃烧的困难在于全负荷工况下保证足够的动力性而不能采用