汽车发动机原理9章2(王建昕)

第9章有害排放物的生成与控制 9 1有害排放物的生成机理与影响因素9 2排放法规及测试方法9 3汽油机的机内净化技术9 4柴油机的机内净化技术9 5汽油机排气后处理技术9 6柴油机排气后处理技术 排放污染物的机内净化技术 降低排气污染技术 机内净化 燃烧 机外净化 后处理 清洁燃料 燃料 柴油机汽油机 柴油机汽油机 常规汽油 柴油替代燃料 CNG LPG 甲醇 乙醇 二甲醚 甲酯 右图是气体排放控制的基本依据宏观 a应尽量大于1加强气体扰动 涡流 湍流 避免局部 a过浓抑制壁面 淬熄效应 循环波动及各缸不均匀 汽油机主要靠三效催化剂 见后 柴油机CO排放柴 汽 1 10HC排放柴 汽 1 3 1 5因此 一般柴油机CO和HC不超标 从混合气形成和燃烧考虑为什么 1 CO HC排放的控制 柴油机主要控制PM NOx 1 推迟喷油 点火 时间主放热避开上止点 燃烧等容度下降 温度降低 对汽 柴油机都适用 接近上止点时喷油 滞燃期缩短 初期dQB dt降低 燃烧温度降低 柴油 2 NOx排放的控制 汽油机 柴油机 1 推迟喷油 点火 时间问题 过度推迟会使 i PM等恶化 即Tradeoff关系 可调范围有限 2 NOx排放的控制 2 废气再循环EGR ExhaustGasRecirculation 机理 CO2不活性气体 氧浓度下降 燃烧速度下降 温度下降 如下图 混合气的比热容上升 温度下降同理可用内部EGR 如何实现 2 NOx排放的控制 EGR的问题随EGR率提高 PM和油耗等恶化 Trade off 为此 随负荷变化 应改变EGR率 汽 柴油机也不同 EGR的效果 2 NOx排放的控制 柴油机 汽油机 同时采取混合均匀和稳定燃烧的措施 如图 加强混合及强化点火 冷却EGR可以降低进气温度 提高进气充量 有利于进一步降低NOx和PM 2 NOx排放的控制 产生涡流 3 喷油规律优化 燃烧特性控制基本思路 前缓后急 1 初期喷油速率 高 2 初期喷油速率 低 3 预喷射 Pilot 4 预喷射 低初喷率 喷油规律控制基本思路 前缓后急 2 NOx排放的控制 汽油机是否需要控制喷油规律 喷油规律优化 实例 Pilot喷射对燃烧过程的影响 着火落后期 初始放热率 dp d 燃烧温度 NOx 4 降低PM的基本原则 高温富氧 提高燃烧速度 高温 增压 富氧 但容易导致与NO的Trade off关系 混合均匀 柴油机本来不缺氧 但非均质加强雾化 高压喷射 减小喷孔 加强混合同样与NO产生Trade off 强化后期氧化 如右下图 基本无NO的Trade off关系 减少润滑油消耗 柴油机喷雾燃烧高速摄影 喷油后0 14ms 普通喷射压力 60MPa 高压喷射 120MPa 0 42ms 0 69ms 0 97ms 提高喷油压力后 混合气形成加快 燃烧加快 油气混合均匀程度提高 燃烧温度提高 碳烟和PM下降 会有什么负面影响 Soot降低 NOx升高 NOx与PM同时降低 AVL例 高压喷射降低排放的效果 高压喷射并用EGR 5 柴油机机内排放技术路线总结 增压 EGR 中冷 降低PM 降低NOx 降低NOx 现代低排放柴油机 实例 CommonRail 1500 2200Bar 小讨论 为什么柴油机容易出现PM与NOx的Trade off关系 汽油机是否出现PM与NOx的Trade off关系 8章作业 1 将一台柴油机改装成火花点火CNG发动机后 其THC是增加还是减少 为什么 图9 10中 为什么汽油机在 a 1 1附近出现NOx峰值 而不是 a 1 为什么在峰值左侧 NOx THC CO之间呈相反变化关系 为什么柴油机要比汽油机在更稀的 a时出现峰值 见图9 11 热效率和功率的峰值分别出现在 a为多少的点 为什么 9 8题 8章作业 1 THC在汽油机和柴油机中的生成机理有什么异同 其不同的原因与燃烧方式有何关系 图8 10中 为什么汽油机在 a 1 1附近出现NOx峰值 而不是 a 1 为什么在峰值左侧 NOx THC CO之间呈相反变化关系 为什么柴油机要比汽油机在更稀的 a时出现峰值 见图8 11 图8 10中 热效率和功率的峰值分别出现在 a为多少的点 为什么 与所谓 功率混合气 经济混合气 参见6 3 1 有什么关系 结合表8 5进行分析 为什么怠速时NOx和CO排放高 加速和等速运行时NOx排放高 而减速时THC排放高 实际上 在三效催化剂中 既有