第八章 发动机排放与控制23427

第八章发动机排放与控制,本章要求：了解：发动机有害排放物的组成及其危害。理解：影响有害排放物生成的主要因素。掌握：降低发动机有害排放物的主要措施。,第1节发动机有害排放物的生成及危害,发动机主要有害排放物：,CO、HC、NOx和微粒（碳烟）。,一、发动机有害排放物及其危害,1、一氧化碳（CO）,特点：,无色、无味、有毒（引起窒息）。,CO与血红蛋白的亲合力是氧的300倍，而分离速度却是氧的1/3600，并会阻碍氧的释放。,2、碳氢化合物（HC）,成分：,未燃、不完全燃烧的烃类及其部分氧化物组成，如烷烃、稀烃、芳香烃、醛、酮等。,无害,有害,3、氮氧化合物（NOx，如）,NO、NO2、N2O3、N205等。,危害：,1、直接引起人类中毒；,2、形成酸雨，破坏生态；,3、在紫外线作用下，与HC反应形成光化学烟雾。,浅蓝色烟雾（O3和PAN），易在中午日照最强时产生，其毒性较NOx更强。,4、微粒（碳烟）,危害：,1、微粒（80%）:,供给浓混合气，燃烧温度和排温高，故NOx排放高而HC排放低；但由于氧不足，CO排放高。,4、转速,对于CO、HC:,转速高，气流运动强，可以改善燃烧（减少冷激效应），故HC和CO排放低。,对于NOx:,燃烧速度快，转速越高，散热损失越少，燃烧温度高，故NOx排放高；,燃烧速度慢，转速越高，燃烧对应曲轴转角越大，结果燃烧温度降低，故NOx排放低。,（1）浓混合气时：,（2）稀混合气时：,5、工况,6、废气再循环（EGR率）,EGR率与排放的关系,EGR率高，对降低NOx有利，但过高会影响燃烧，使HC排放和油耗增大。,二、降低排放的措施,1、废气再循环EGR,目的：,引入部分废气，降低燃烧温度（废气比热容大）和氧的浓度，抑制NOx的生成。,需要注意事项：,EGR率过大，影响燃烧，使油耗和HC排放增大；EGR率过小，NOx抑制效果差，且易引发爆燃等不正常现象。,目的：,降低CO、HC的排放。,2、改善冷起动、暖机和怠速,提高点火能量、增大起动机功率、采用进气加热、提高怠速转速等。,措施：,3、合理选择压缩比,目的：,提高压缩终了温度，降低冷激效应，改善经济性和HC、CO的排放。,需要注意事项：,压缩大，燃烧温度高，NOx排放高的同时易引发爆燃，故需与EGR、点火提前角控制相结合。,措施：,采用紧凑燃烧室，减少缝隙容积和燃烧室表面积，合理选择火花塞位置，并适当组织进气运动，加速燃烧，降低HC和CO的排放。,4、改善燃烧系统,需要注意事项：,加速燃烧会使燃烧温度升高，对抑制NOx不利，必须与其它控制措施结合。,5、改善换气过程,采用多气门结构、进气增压和合理的气门相位（如可变气门升程和正时），改善燃烧，减少油耗和HC排放。,降低油耗和NOx的排放。,7、采用稀薄燃烧技术,6、采用电控燃油技术,8、提高燃油品质,9、采用曲轴强制通风,实现空燃比的闭环控制。,10、采用燃油蒸发控制系统（活性碳罐）,11、安装三元催化器（TWC）,全面降低HC、CO和NOx的排放。,为了取得好的转化效果，需要与氧传感器配合（理论空燃比），并防止三元催化中毒（铅、硫）。,目的：,需要注意事项：,第3节影响柴油机排放的主要因素及控制,一、影响因素,1、混合气成分,过量空气系数对柴油机排放的影响,过量空气系数大，HC、CO和R（碳烟）的排放低。,喷油时间长，后燃严重，使CO、HC和R（碳烟）排放增多；同时由于燃烧温度高，NOx排放也高。,（1）中、小负荷,（2）满负荷,2、喷油提前角,喷油提前角对排放的影响,延迟喷油（减小喷油提前角）时，可以降低最高燃烧温度，抑制NOx生成；但会使后燃严重，不仅提高油耗，还会使碳烟（R）排放增加。,1、废气涡轮增压与中冷,目的：,提高进气量，使燃烧充分，降低CO、HC和碳烟。,需要注意事项：,二、降低排放的措施,增压会使燃烧温度提高，增加NOx的排放，故需与中冷技术配合使用，全面降低碳烟和NOx。,2、改进进气系统,措施：,降低进气阻力，增加进气充量，并组织适当涡流，改善混合和燃烧，降低CO、HC和碳烟的排放。,需要注意事项：,过强的气流运动会降低进气充量，使碳烟增加，并影响动力性与经济性。,3、改进喷油系统,通过减少喷油器压力室容积，提高喷射压力，减少喷孔直径，增加喷孔数量，采用高压共轨喷射等措施来改善喷射和雾化，降低HC、碳烟和油耗。,需要注意事项：,燃烧加速会使燃烧温度增大，NOx排放增加。,措施：,4、改进燃烧系统,采用大的燃烧室容积比、大的S/D、大的燃烧室口径比（dk/D）和缩口型燃烧室，提高空气利用率，降低碳烟和油耗。,5、提高压缩比,提高压缩，不仅可以提高动力性、经济性，降低CO、HC和碳烟的排放；但会因燃烧温度的提高使NOx排放增加。,6、废气再循环,采用EGR，抑制NOx的生成。但需要根据不同工况对EGR率进行控制（一般来说，柴油机的EGR率可较汽油机大）。,7、减少气缸机油的窜入量,8、提高燃油品质（十六烷值、含硫量等）,9、采用微粒捕集器（DPF）、HC、CO和NOx的催化转化器。,复习思考题：