环保型汽车发动机论文

1、 发动机原理大作业专 业:车辆工程姓名:佟麟学号:0807130221环保型绿色汽车发动机的研究作者:佟麟 单位:辽宁工程技术大学摘要在21世纪的今天，汽车已经成为人类生活中最常见的交通运输工具。自从1886年第一辆汽车诞生以来，它给人们的生活和工作带来了极大的便利，也已经发展成为近现代物质文明的支柱之一。但是，我们也应该看到，在汽车产业高速发展、汽车产量和保有量不断增加的同时，汽车也带来了大气污染，尤其是汽车尾气污染，使汽车排放对环境的危害日益加剧。研究汽车排放污染的防治技术刻不容缓。本文分析了汽车排放污染与人类生存环境的关系，介绍了应从发动机燃烧、结构设计、燃料提供等技术及加强车辆维修保养

2、、开发新型环保汽车等措施着手，控制汽车排放，减少大气污染。 关键词：污染物成分，环保汽车 ，危害控制 ，尾气净化。ABSTRACTIn the 21st century, cars have become the most common human life of transportation. Since 1886 first cars since birth, it brought people's life and work brought great convenience, also has developed into one of the pillars of moder

3、n material civilization. But, we should also see, in the car industry high-speed development, auto production and quantities has increased, car also brought atmospheric pollution, especially automobile exhaust pollution to the environment, the harm of car emissions aggravating. Research emission pol

4、lution prevention and control technologies car etc. This paper analyzes auto emission pollution and human survival environment, this paper introduces the relationship from engine combustion, structural design, fuel provide technology and strengthen vehicle maintenance, developing new environmental p

5、rotection measures such as car to control car emissions, reduce air pollution.Key Words: Pollutant compositions, environmental hazard control, car, purify exhaust gas引言：在人声鼎沸车水马龙的城市街头，时常会见到一股股烟气从一辆辆机动车尾部喷出，这种废气严重影响人的健康和环境，随着汽车的日益增加，这种新型污染已经引起了世界的广泛重视，目前环保型汽车发动机的研究在一些发达国家已经卓有成效，虽然我国在传统内燃机特别是柴油机技术上，落后

6、于世界先进水平1520年，而在新型能源发动机研发上则不然。有专家指出，我国在环保型发动机的研制上，与国际先进水平仅有约5年的差距，某些方面可能还略有优势。话虽如此，环保型发动机在研究上存在的一系列问题也亟待解决，如何研发设计环保型发动机并解决技术上的问题成了重点。1.废气再循环技术1.1废气再循环技术的原理氮氧化物（NOx）是燃烧过程中形成的多种氮氧化物，对人体健康危害极大，可引起心，肺，肝，肾等多种脏器的疾病，同时也是酸雨的主要来源。废气再循环(EGR)是目前常用于控制内燃机NOx排放的有效措施之一。它把一定数量的废气（5%20%）引入发动机的进气系统，使发动机混合气中惰性气体的比例增加。一

7、部分废气的再循环，减少了排气总量，由于这些惰性气体有较高比热，使经再循环废气稀释的混合气的比热增高，致使发动机最高燃烧温度下降，由于再循环废气对新混合气的稀释，降低了混合气中氧气的浓度，因而废气再循环破坏了NOx的生成条件，从而有效抑制了NOx的生成。示意图如下： 图1 1.2 EGR率废气混入的多少,用EGR率来表示,其定义为: 随EGR率的增加,NOx的排放量会迅速下降。新鲜混合气混入废气后,其热值下降,燃烧速度和燃烧温度下降,发动机在全负荷时的最大输出功率会有所下降;中等负荷时,采用较大的EGR率会使燃油消耗率升高,HC排放上升;小负荷,特别是怠速时,使用EGR使燃烧不稳定甚至导致缺火&

8、quot;为了使EGR系统能更有效地发挥作用,保证发动机的动力性能,其关键在于根据发动机的温度及负荷的大小控制EGR率,使之在不同工况下得到各种性能的最佳折中,实现减少NOx生成量的控制目标。当发动机启动!暖机时冷却水温和进气温度较低或发动机怠速或小负荷运转时,NOx的生成量很少,通常不使用EGR;当发动机水温达到正常工作温度、负荷增大运转时,燃烧室内温度升高,促使NOx的生成,此时最好的方法是降低燃烧室温度,采用EGR,由于NOx生成量随负荷的增大而增大,随负荷的增大应相应增大EGR率,一般不超过20%"由此NOx的排放可降低50%70%"如果EGR率超过这个界限,燃烧速

9、度太慢,燃烧波动增加,HC排放增加,动力性和经济性就随之恶化"但在全负荷运行时,由于最大输出功率会下降,为保持发动机的动力性,即使NOx生成量多,也不宜采用EGR。此外,要保证再循环的废气在各缸之间分配均匀。为了精确控制EGR率,最好采用电子控制EGR阀系统"为提高降低NOx的排放效果,可采取中冷EGR,将废气冷却后再还流回气缸使进气温度降低。中冷EGR技术不仅可以降低NOx排放,还可使其他有害排放降低。1.3车用汽油机EGR的控制系统车用汽油机常用真空控制，电控真空控制，闭环电控三种EGR控制系统,如图2。在真空控制EGR系统中,除切断EGR用温度控制阀5实现以外,其余控

10、制全靠进气管节气门后的真空度和真空驱动EGR阀的构造来保证。如EGR阀1是简单的膜片阀,而节气门后的真空度随负荷的减小而加大,因而EGR阀的开度将随负荷的减小而加大,这显然不符合要求"为此改用双膜片阀。双膜片阀的主膜片保持最大负荷下驱动真空度小时EGR阀关闭"发动机转速降低时,排气背压降低,副膜片在小弹簧作用下下移,打开控制阀,使主膜片室内的真空度流失,EGR阀开度减小。若全靠真空控制,EGR阀设计得再巧妙也不能达到理想的控制"电控真空驱动的EGR系统用预先标定的脉谱通过电控真空调节器6控制EGR阀1的开度,大大提高了控制的自由度"闭环电控EGR系统应用

11、了带传感器8的线性位移电磁式EGR阀9,进一步提高了控制精度。图21.4 柴油机EGR的效果及控制由于柴油机燃烧时过量空气系数总是大于1,排气中的氧含量比汽油机高得多,CO2浓度要小得多,因而必须使用比汽油机更大的EGR率才能有效降低NOx。一般汽油机的EGR率不超过20%,而直喷式和非直喷式柴油机的EGR率可分别超过40%和25%。由于废气的温度比新鲜空气的温度高,随着EGR率的增加,进气温度会提高;而柴油机负荷和排气温度的增加又会进一步提高引入废气的温度,随着EGR率的增加,进气温度会进一步增加。由于废气的引入使进气的温度升高,在低负荷时因喷入柴油机的燃油量较少,使着火延长期减少; 而在大

12、负荷时,因喷入的燃油量增大,由于废气的引入使燃气中的氧浓度变小而对着火不利,使着火延长期增大。采用EGR可使NOx明显降低的原因除由于大量隋性气体阻碍了燃烧的快速进行及混合气的比热容增大使燃烧温度降低(EGR率为20%和25%时,燃烧最高温度比无EGR时分别低50e和100e左右)外,EGR对进气加热和稀释造成实际的过量空气系数下降也是重要原因。因此,在NOx降低的同时,尤其在较大负荷时,碳烟和油耗会随之恶化,可采用冷却EGR的方法使发动机性能恶化的趋势受到抑制。由于燃烧速度的减慢,可使压力升高比下降,既可改善柴油机工作的粗暴性,且随EGR率的增大而更明显,还可使最高爆发压力降低,且最高爆发压

13、力的出现角度前移。而且EGR对发动机性能的负面影响,主要表现在大中负荷时,而小负荷时影响不大,甚至油耗和HC排放还略有改善。实际应用时,应随工况的不同而改变EGR率。高速大负荷时,停用EGR;随负荷及转速的降低逐步加大EGR率"各种工况的最佳EGR率应由试验来确定。对EGR率的控制,国外多用电子控制系统,图3这种方法称做内部EGR"它可通过调整进气相位角即为一实用化的EGR系统。图3电控系统根据发动机的转速信号，油泵齿条位移信号(供油量)和水温信号等,按预先设定的脉谱图改变EGR率。柴油机还流管的直径比汽油机的大得多,这是由于柴油机进排气管之间的压差较小, 所需的EGR还流

14、量又远大于汽油机。另外,为提高排气再循环量,在柴油机的进气门上加上了节气门，以便在低负荷时通过进气节流的方法增大排气管与进气管之间的压差。在增压柴油机中,经常会出现增压压力大于排气压力的现象。为确保排气再循环,在排气再循环阀前应加一个单向阀,以便利用排气脉冲进行排气再循环。 1.5 小结：1.技术是降低内燃机,特别是柴油机废气中排放的有效措施,可降低20%50%。2.随工况的不同,其最佳率也不同。因此应对不同工况进行细致的匹配,采用电控(计算机控制)最好。3.柴油机的率可比汽油机大,但一般以不超过30%为宜,否则会使功率和油耗恶化。4.采用后,柴油机工作的粗暴性可得到明显改善。2.三元催化转换

15、技术三元催化转换器中装有促使废气中有害物进行氧化或还原反应的催化剂（铂、铑和钯）。当废气流经催化器时，通过化学反应使有害气体转化为无害气体。催化转换器的净化效果受混合气浓度和工作环境温度的影响。为提高转化效率，可采用以下措施：2.1 冷机时稀薄燃烧 发动机冷机时，催化剂活性较差，不利于降低HC 的排放。这时，降低HC 的排放成为主要课题。在采用的方法中，稀薄燃烧技术最为有效。为保证空燃比的稀薄化，在进气口内设置涡流控制阀，改善发动机进气系统，提高充气效率；改进发动机燃烧系统，合理组织燃烧室内的气体流动，促进火焰传播，改善着火稳定性，使发动机在稀混合气下维持稳定燃烧，从而降低HC 的排放量。2.

16、2减少未燃HC 活塞的第一道环岸脊(指第一道环槽至活塞顶之间的区域)和气缸壁之间，燃烧的火焰不能达到，此区域内的未燃HC 直接从气缸内排出。提高第一道活塞环的位置，即减小第一道活塞环岸的高度，可以减少活塞环与缸壁间的容积，从而减少未燃HC 的排放。为减少活塞环槽的磨损，一般情况下，对活塞表面实施氧化铝镀膜处理，但由于在活塞表面易形成许多细孔，被吸附的HC 在发动机排气行程时排出机外。为解决这一矛盾，在对活塞表面实施氧化铝镀膜处理时，只对活塞环槽进行处理，活塞顶面不进行处理，有利于进一步降低HC 的排放。2.3提高催化剂的早期活性为促使催化剂的早期活性，有效的方法是提高其升温特性和降低其活性温度

17、。提高升温特性的主要方法是采用双重排气管和使用“薄壁式”催化剂载体。合理选择低温特性好的贵重金属，如在催化剂中提高铂的含量，同时提高空燃比的稀薄化，是降低催化剂活性温度的有效手段。2.4催化剂强制加热使用电加热催化剂(EHC)和在排气管内利用排放气体的燃烧产生的热量，促使催化剂升温，即排气燃烧器(EGC)能进一步提高催化剂的早期活性。EHC 采用电流预热的方法，可使金属载体的催化器在发动机起动后的510s 内达到催化剂的起燃温度，从而减少起动后最初几分钟内的有害物的排放。EHC 已达到实用化水平，但其电气系统较复杂。EGC 的原理是在发动机起动后，在浓空燃比状态下产生的CO 等可燃成分与二次空气供给的氧气相混合，形成可燃混合气，在排气系统中设置排气燃烧器，通过火花塞点火装置，点燃未燃混合气，利用燃烧产生的热量提高催化剂的早期活性，同时还能燃烧净化发动机起动后的未燃HC 成分。EGC技术虽然处于研制阶段，但其催化转化效率高，大有超过EHC 之势。结论环保型发动机是指安装了三元催化器净化尾气系统、通过氧传感器反馈控制空燃比、使用微电脑对发动机工作性能及尾气排放全方位系统控制的发动机，它能精确控制混合汽空燃比。 环保型发动机与化油器发动机相比具有以下先进性：(1)任何工况下都能获得精确的空燃比混合汽；(2)加速性能好；(3)由于它使用多点电控喷射系统，保证了在汽