汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

1、汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)秦海華機(jī)內(nèi)凈化就是指從有害排放物的生成機(jī)理及影響因素出發(fā)，以改進(jìn)汽油機(jī)燃燒過程為核心，達(dá)到減少和抑制污染物生成的各種技術(shù)。1、大力推廣汽油噴射電控系統(tǒng)汽油噴射電控系統(tǒng)就是利用各種傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種狀態(tài)，經(jīng)過微機(jī)判斷和計(jì)算，來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的工況下的噴油時(shí)刻、噴油量、點(diǎn)火提前角等，使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下都能獲得合適空燃比的混合氣，提高燃油的燃燒效率，從而達(dá)到降低汽油機(jī)污染物排放的目的。(1) 典型汽油噴射電控系統(tǒng)電控汽油噴射系統(tǒng)的特點(diǎn)：采用電控汽油噴射，用微機(jī)來(lái)控制每循環(huán)的噴油量和噴油時(shí)刻，可以按各種工況的要求對(duì)燃油量進(jìn)行校正，其廢氣排放指標(biāo)比化油器汽油機(jī)好得多。 在電控多

2、點(diǎn)噴射系統(tǒng)中，每缸采用單獨(dú)噴油器供油。這樣，可提高各缸空燃比的均勻性和噴油量的精確性。燃油霧化特性是由噴油器的特性決定的，與汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。因此，啟動(dòng)時(shí)仍能保持良好的霧化特性，起動(dòng)性能良好，且起動(dòng)時(shí)HC排放量少。進(jìn)氣系統(tǒng)中沒有化油器喉管的節(jié)流作用，減少了進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力損失，充氣效率高。典型汽油噴射電控系統(tǒng)L-Jetronic系統(tǒng)；Motronic系統(tǒng)噴油控制噴油時(shí)刻的控制方式：同時(shí)噴射、分組噴射、順序噴射噴油量的控制：噴油量的控制亦即噴油持續(xù)時(shí)間的控制，其目的是使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒混合氣的空燃比符合各工況的需要。方式：起動(dòng)噴油控制、運(yùn)轉(zhuǎn)噴油控制、斷油控制（超速斷油控制、減速斷油控制）、反饋控制噴油控

3、制對(duì)排放的影響 氧傳感器及三效催化轉(zhuǎn)化器閉環(huán)控制汽油機(jī)的空燃比接近理論空燃比時(shí)，三效催化器的轉(zhuǎn)化效率最高，這是通過氧傳感器閉環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其凈化機(jī)理是當(dāng)催化轉(zhuǎn)化器達(dá)到起燃溫度后，有害氣體通過三效催化器時(shí)，在貴重金屆催化劑作用下，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為無(wú)害氣體。 冷起動(dòng)及暖機(jī)階段排放控制冷起動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不是工作組化學(xué)計(jì)量比附近，且催化劑處丁低溫狀態(tài)，遠(yuǎn)未達(dá)到起燃溫度（250-300C），這就使HC排放很高。（3）點(diǎn)火系統(tǒng)的控制微機(jī)控制點(diǎn)火系的組成與控制策略組成：傳感器、微電腦、點(diǎn)火器、點(diǎn)火線圈控制策略：起動(dòng)時(shí)點(diǎn)火提前角的控制、怠速時(shí)點(diǎn)火提前角的控制、正常行駛時(shí)點(diǎn)火提前角的控制 點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)排放

4、的影響a、火花品質(zhì)決定點(diǎn)燃混合氣的能力，火花越弱，失火的機(jī)會(huì)越大，HC排放增多b、推遲點(diǎn)火即減小點(diǎn)火提前角：一方面降低燃燒氣體的最高燃燒溫度和缸內(nèi)最高燃燒壓力；另一方面縮短了著火燃燒產(chǎn)物的反應(yīng)時(shí)間。NO排放物降低，HC排放下降，但對(duì)汽油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性會(huì)產(chǎn)生不利影響。點(diǎn)火提前角對(duì)NO的影響還與混合氣空燃比有關(guān)，當(dāng)混合氣空燃比略大丁化學(xué)計(jì)量比時(shí),NO生成量最大。負(fù)荷一定時(shí)，CO排放物至丁空燃比有關(guān)，點(diǎn)火提前角對(duì)其影響不大，但過分推遲點(diǎn)火時(shí)刻會(huì)使CO#放因沒充分時(shí)間氧化而明顯增加。(4) 怠速轉(zhuǎn)速控制怠速自動(dòng)控制系統(tǒng)怠速轉(zhuǎn)速控制的實(shí)是對(duì)怠速時(shí)充氣量的控制。怠速排放控制怠速工況下HCCO#放較高的

5、根本原因在丁燃燒組織不良，所以燃燒完全程度是影響HCCO生成的直接因素。措施：提高怠速轉(zhuǎn)速：怠速轉(zhuǎn)速的提高不僅對(duì)改善怠速排放有利，還對(duì)從怠速平滑的向正常行駛工況過渡和縮短加速時(shí)的燃油滯后時(shí)間有利； 高能點(diǎn)火：一是增大了初始火核半徑，有助丁提高燃燒速率和減小循環(huán)變動(dòng)；而是降低了混合氣較稀時(shí)的失火概率，使發(fā)動(dòng)機(jī)可燃用較稀的混合氣，從而減少HC的排放。 增大氣門間隙，減小氣門重疊角：氣門重疊角越大進(jìn)入氣缸的廢氣量就越多，HC排放就越多；氣門間隙越大，HCCO#放濃度越低。(5) 缸內(nèi)直接噴射技術(shù)缸內(nèi)直接噴射技術(shù)存在的問題：中小負(fù)荷工況未燃HC的排放較多；NO排放較多；微粒排放較多缸內(nèi)直接噴射式汽油機(jī)

6、的排放對(duì)策：二階段燃燒。但二階段燃燒會(huì)導(dǎo)致燃油消耗率增加。二沖程缸內(nèi)直噴稀燃汽油機(jī)2、低排放燃燒系統(tǒng)低排放燃燒技術(shù)主要是依靠稀薄燃燒技術(shù)和汽油直接噴射技術(shù)來(lái)完成的。分層燃燒技術(shù)是實(shí)現(xiàn)稀燃和汽油直接噴射的輔助措施。(1) 稀薄燃燒系統(tǒng)稀薄燃燒對(duì)排放的影響： 對(duì)COE放量的影響：采用稀薄燃燒后，在中a>1的某一范圍內(nèi)，CO的含量可以得到有效的控制。 對(duì)HC排放量的影響：恰當(dāng)?shù)南”∪紵梢愿纳艸C的排放。對(duì)NO排放量的影響：稀薄區(qū)域最高燃燒溫度下降，有利丁NO排放量的降低。實(shí)現(xiàn)稀燃的具體措施：應(yīng)用可變渦流控制系統(tǒng)；采用結(jié)構(gòu)緊湊的燃燒室；采用電控順序噴射系統(tǒng)；應(yīng)用高精度空燃比控制系統(tǒng)；應(yīng)用分層燃

7、燒技術(shù)；米用廢氣再循環(huán)。(2) 分層燃燒系統(tǒng)：復(fù)合渦流受控燃燒系統(tǒng)、軸向分層稀燃系統(tǒng)、滾流(縱流)分層稀燃系統(tǒng)高壓縮比燃燒系統(tǒng)3、廢氣再循環(huán)技術(shù)廢氣再循環(huán)技術(shù)是在將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的一部分廢氣再送回到進(jìn)氣管，和新鮮的空氣或新鮮混合氣混合后再次進(jìn)入氣缸參加燃燒。(1)工作原理廢氣再循環(huán)技術(shù)是氮氧化合物排放的主要措施，它將汽油機(jī)排出的一部分廢氣從新引入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，與混合氣一起在進(jìn)入汽缸燃燒。(2) 廢氣再循環(huán)的控制策略隨著EGR率的增加，燃燒開始不穩(wěn)定，燃燒波動(dòng)增加，HC排放上升，功率下降，燃油經(jīng)濟(jì)性趨丁惡化。小負(fù)荷特別是怠速時(shí)進(jìn)行EGR會(huì)使燃燒不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致失火，使HC排放急增。全負(fù)荷追求最大動(dòng)

8、力性，使用EGR會(huì)使最大功率降低，動(dòng)力受損。故，必須對(duì)EGR率進(jìn)行適當(dāng)控制，使之在各種不同工況下，得到各種性能的最佳折中，實(shí)現(xiàn)NOx的控制目標(biāo)。(3) 內(nèi)部廢氣再循環(huán)4、增壓技術(shù)(1)增壓原理：增壓技術(shù)就是利用增壓器將空氣或可燃混合氣預(yù)先進(jìn)行壓縮，再送入汽油機(jī)汽缸的過程。分類：機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓、氣波增壓、復(fù)合增壓(2) 渦輪增壓技術(shù)廢氣渦輪增壓器分類：徑流式渦輪增壓器、軸流式渦輪增壓器離心式壓氣機(jī)的工作原理：有進(jìn)氣道、工作輪(含導(dǎo)風(fēng)輪)、擴(kuò)壓器、出氣蝸殼。徑流式渦輪機(jī)的工作原理：渦輪機(jī)的作用是將排氣擁有能盡可能多的轉(zhuǎn)化為渦流旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功。渦流增壓系統(tǒng)：定壓渦輪增壓系統(tǒng)、脈沖渦輪增壓系統(tǒng)增

9、壓對(duì)汽油機(jī)凈化與性能的影響汽油機(jī)采用增壓技術(shù)與柴油機(jī)相比困難： 汽油機(jī)增壓易發(fā)生爆震：增壓使壓縮終了混合氣的溫度、壓力趨丁升高，致使爆震的傾向增大。 汽油機(jī)增壓熱負(fù)荷大：熱負(fù)荷大促使爆震傾向增大。 汽油機(jī)與增壓器匹配困難增壓技術(shù)對(duì)汽油機(jī)的排放性能影響：對(duì)coE放的影響：汽油機(jī)采用渦輪增壓后過量空氣系數(shù)增大，燃料霧化和混合進(jìn)一步得到改善，汽油機(jī)的缸內(nèi)溫度能保證燃料更充分燃燒，co排放可進(jìn)一步降低。對(duì)HC排放的影響：增壓后進(jìn)氣密度增加、過量空氣系數(shù)增大，可以提高燃油霧化質(zhì)量，促進(jìn)燃料燃燒，減少未然碳?xì)淙剂希琀C排放減少。 對(duì)NO及微粒排放的影響：增壓后，過量空氣系數(shù)增大，但同時(shí)燃燒溫度也明顯升高，

10、因此NO排放增加，而微粒排放則減少。但汽油機(jī)NO及微粒排放量相對(duì)柴油機(jī)本來(lái)就較少，因此，增壓對(duì)NO和微粒影響不大。5、汽油機(jī)均質(zhì)壓燃技術(shù)汽油機(jī)均質(zhì)壓燃技術(shù)是均質(zhì)混合氣壓燃技術(shù)的一種，簡(jiǎn)單地說就是以往復(fù)式汽油機(jī)為基礎(chǔ)的采用壓燃方式的新型燃燒模式。均質(zhì)混合氣的形成：進(jìn)氣道內(nèi)汽油噴射；缸內(nèi)直接噴射燃燒特性汽油機(jī)HCCI燃燒方式的優(yōu)點(diǎn)： 由丁采用均質(zhì)燃燒混合氣，保持了原汽油機(jī)比功率高的特點(diǎn)； 由丁節(jié)流損失減少且壓縮比高，采用多點(diǎn)同時(shí)著火的燃燒方式使能量同時(shí)釋放率較高，接近丁理想的等容燃燒，熱效率較高，改善了部分負(fù)荷下燃油經(jīng)濟(jì)性。(1) 均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的排放性能均質(zhì)壓燃技術(shù)對(duì)CO排放的影響：采用均質(zhì)壓燃

11、技術(shù)的汽油機(jī)，其燃燒過程在較稀的混合氣下燃燒，氣缸內(nèi)燃燒溫度較低，燃料和中間物質(zhì)不能完全氧化成最終產(chǎn)物，燃燒室余隙中排出的HC也部分氧化成CO故CO#放增加。均質(zhì)壓燃技術(shù)對(duì)HC排放的影響：采用均質(zhì)壓燃技術(shù)的汽油機(jī)，雖然能夠使均質(zhì)可燃混合氣充分的燃燒，但氣缸內(nèi)燃燒溫度較低，燃料氧化不完全，因此是HC排放增加。均質(zhì)壓燃技術(shù)對(duì)NO排放的影響：采用均質(zhì)壓燃技術(shù)后，雖然混合氣變稀，但由丁多點(diǎn)燃燒的特性，燃燒溫度降低，因此可有效降低NO的排放。(2) 均質(zhì)壓燃技術(shù)存在的難點(diǎn)：冷起動(dòng)時(shí)著火困難；運(yùn)行工況范圍有限；著火時(shí)刻和燃燒速率難以控制。(1) 6、可變氣門正時(shí)技術(shù)可變氣門正時(shí)技術(shù)種類及原理 可變凸輪相位

12、的配氣機(jī)構(gòu)(VVT:有電子控制裝置(ECU根據(jù)節(jié)氣門的位置、轉(zhuǎn)速及負(fù)荷等信號(hào)來(lái)度額定時(shí)間提前量。(2) 豐田智能型可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)(VVT-i)可變氣門正時(shí)對(duì)汽油機(jī)凈化與性能的影響VVT對(duì)CO排放的影響：在怠速工況下，可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)通過控制進(jìn)氣門開啟和排氣門關(guān)閉的時(shí)刻，使氣門重疊角達(dá)到最小缸內(nèi)殘余廢氣量減少，使缸內(nèi)混合氣燃燒更均勻穩(wěn)定，有利丁降低CO的排放；在瞬態(tài)工況下，可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)通過改變氣門重疊角和排氣門遲閉角，直接或間接的控制參與廢氣量，是廢氣中的CO二次燃燒，從而減少CO的排放。 VVT對(duì)HC排放的影響：可變氣門正時(shí)技術(shù)對(duì)HC排放的控制，主要通過使缸內(nèi)未然的HC和殘余廢氣參與二次

13、燃燒來(lái)實(shí)現(xiàn)。 VVT對(duì)NO排放的影響：a. 殘余廢氣稀釋新鮮混合氣，由丁廢氣中HO及CO等三原子氣體的比熱容相比Q、N2等雙原子氣體大很多，從而降低了可燃混合氣燃燒的最高溫度。b. 由丁一部分空氣被廢氣所取代，混合氣中氧氣的濃度相應(yīng)降低，NO的生成收到抑制。c. 以上兩種因素使燃燒速率降低，燃燒的熱量得到了控制，從而進(jìn)一步降低了最高燃燒溫度，大幅度減少了NO的排放。VVT的不同實(shí)現(xiàn)方式對(duì)排放性能的影響方式：進(jìn)氣可變、排氣可變、進(jìn)排氣等相位調(diào)節(jié)、進(jìn)排氣獨(dú)立相位調(diào)節(jié)a. 進(jìn)氣凸輪相位連續(xù)可變：通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣相位，控制各工況下氣門重疊角，從而影響缸內(nèi)的殘余廢氣系數(shù)，達(dá)到減少排放的目的。b. 排氣凸輪相

14、位連續(xù)可變：通過控制內(nèi)部EGM降低排放。c. 進(jìn)、排氣門等相位調(diào)節(jié)：進(jìn)、排氣等相位調(diào)節(jié)的方法通過凸輪連續(xù)可變調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，保持氣門重疊角大小不變，至改變相位對(duì)丁活塞運(yùn)動(dòng)的相位。d. 進(jìn)、排氣獨(dú)立相位調(diào)節(jié)：進(jìn)、排氣獨(dú)立相位調(diào)節(jié)能夠同時(shí)連續(xù)改變進(jìn)排氣門的開啟和關(guān)閉時(shí)間，集成了進(jìn)氣和排氣可變凸輪相位改善排放的優(yōu)點(diǎn)。7、多氣門技術(shù)多氣門發(fā)動(dòng)機(jī)是指一個(gè)氣缸氣門數(shù)目超過兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，在采用多氣門技術(shù)后，能保證較大的換氣通流面積，減少泵氣損失，增大充氣量，保證較大的燃燒速率降低汽油機(jī)污染物的排放量。(1) 氣流組織滾流是多氣門汽油機(jī)缸內(nèi)氣體流動(dòng)的主要形式，通過對(duì)不同氣門處的氣流導(dǎo)向來(lái)實(shí)現(xiàn)。(2) 多氣門技術(shù)對(duì)汽油機(jī)凈化與性能的影響 擴(kuò)大進(jìn)、排氣門的總流通截面積，增大汽油機(jī)的進(jìn)、排氣量，降低泵氣損失，使汽油機(jī)的燃燒更徹底，功率升高。可實(shí)現(xiàn)關(guān)閉部分通道，形成與汽油機(jī)轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的進(jìn)氣滾流強(qiáng)度，拓寬汽油機(jī)的高效