汽油機機內(nèi)凈化技術(shù)

1、汽油機機內(nèi)凈化技術(shù)秦海華機內(nèi)凈化就是指從有害排放物的生成機理及影響因素出發(fā)，以改進汽油機燃燒過程為核心，達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發(fā)動機的各種狀態(tài)，經(jīng)過微機判斷和計算，來控制發(fā)動機在不同的工況下的噴油時刻、噴油量、點火提前角等，使發(fā)動機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，從而達到降低汽油機污染物排放的目的。(1) 典型汽油噴射電控系統(tǒng)電控汽油噴射系統(tǒng)的特點：采用電控汽油噴射，用微機來控制每循環(huán)的噴油量和噴油時刻，可以按各種工況的要求對燃油量進行校正，其廢氣排放指標(biāo)比化油器汽油機好得多。 在電控多

2、點噴射系統(tǒng)中，每缸采用單獨噴油器供油。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，與汽油機的轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此，啟動時仍能保持良好的霧化特性，起動性能良好，且起動時HC排放量少。進氣系統(tǒng)中沒有化油器喉管的節(jié)流作用，減少了進氣系統(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)噴油控制噴油時刻的控制方式：同時噴射、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)時間的控制，其目的是使發(fā)動機燃燒混合氣的空燃比符合各工況的需要。方式：起動噴油控制、運轉(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)控制汽油機的空燃比接近理論空燃比時，三效催化器的轉(zhuǎn)化效率最高，這是通過氧傳感器閉環(huán)控制來實現(xiàn)的。其凈化機理是當(dāng)催化轉(zhuǎn)化器達到起燃溫度后，有害氣體通過三效催化器時，在貴重金屆催化劑作用下，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為無害氣體。 冷起動及暖機階段排放控制冷起動時，發(fā)動機不是工作組化學(xué)計量比附近，且催化劑處丁低溫狀態(tài)，遠未達到起燃溫度（250-300C），這就使HC排放很高。（3）點火系統(tǒng)的控制微機控制點火系的組成與控制策略組成：傳感器、微電腦、點火器、點火線圈控制策略：起動時點火提前角的控制、怠速時點火提前角的控制、正常行駛時點火提前角的控制 點火系統(tǒng)對排放

4、的影響a、火花品質(zhì)決定點燃混合氣的能力，火花越弱，失火的機會越大，HC排放增多b、推遲點火即減小點火提前角：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)時間。NO排放物降低，HC排放下降，但對汽油機的動力性和經(jīng)濟性會產(chǎn)生不利影響。點火提前角對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)計量比時,NO生成量最大。負荷一定時，CO排放物至丁空燃比有關(guān)，點火提前角對其影響不大，但過分推遲點火時刻會使CO#放因沒充分時間氧化而明顯增加。(4) 怠速轉(zhuǎn)速控制怠速自動控制系統(tǒng)怠速轉(zhuǎn)速控制的實是對怠速時充氣量的控制。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)速的提高不僅對改善怠速排放有利，還對從怠速平滑的向正常行駛工況過渡和縮短加速時的燃油滯后時間有利； 高能點火：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；而是降低了混合氣較稀時的失火概率，使發(fā)動機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

6、的排放對策：二階段燃燒。但二階段燃燒會導(dǎo)致燃油消耗率增加。二沖程缸內(nèi)直噴稀燃汽油機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)來完成的。分層燃燒技術(shù)是實現(xiàn)稀燃和汽油直接噴射的輔助措施。(1) 稀薄燃燒系統(tǒng)稀薄燃燒對排放的影響： 對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HC排放量的影響：恰當(dāng)?shù)南”∪紵梢愿纳艸C的排放。對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)動機排出的一部分廢氣再送回到進氣管，和新鮮的空氣或新鮮混合氣混合后再次進入氣缸參加燃燒。(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，它將汽油機排出的一部分廢氣從新引入發(fā)動機進氣系統(tǒng)，與混合氣一起在進入汽缸燃燒。(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，燃燒波動增加，HC排放上升，功率下降，燃油經(jīng)濟性趨丁惡化。小負荷特別是怠速時進行EGR會使燃燒不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致失火，使HC排放急增。全負荷追求最大動

8、力性，使用EGR會使最大功率降低，動力受損。故，必須對EGR率進行適當(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)先進行壓縮，再送入汽油機汽缸的過程。分類：機械增壓、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的工作原理：有進氣道、工作輪(含導(dǎo)風(fēng)輪)、擴壓器、出氣蝸殼。徑流式渦輪機的工作原理：渦輪機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、壓對汽油機凈化與性能的影響汽油機采用增壓技術(shù)與柴油機相比困難： 汽油機增壓易發(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。 汽油機增壓熱負荷大：熱負荷大促使爆震傾向增大。 汽油機與增壓器匹配困難增壓技術(shù)對汽油機的排放性能影響：對coE放的影響：汽油機采用渦輪增壓后過量空氣系數(shù)增大，燃料霧化和混合進一步得到改善，汽油機的缸內(nèi)溫度能保證燃料更充分燃燒，co排放可進一步降低。對HC排放的影響：增壓后進氣密度增加、過量空氣系數(shù)增大，可以提高燃油霧化質(zhì)量，促進燃料燃燒，減少未然碳氫燃料，HC排放減少。 對NO及微粒排放的影響：增壓后，過量空氣系數(shù)增大，但同時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NO及微粒排放量相對柴油機本來就較少，因此，增壓對NO和微粒影響不大。5、汽油機均質(zhì)壓燃技術(shù)汽油機均質(zhì)壓燃技術(shù)是均質(zhì)混合氣壓燃技術(shù)的一種，簡單地說就是以往復(fù)式汽油機為基礎(chǔ)的采用壓燃方式的新型燃燒模式。均質(zhì)混合氣的形成：進氣道內(nèi)汽油噴射；缸內(nèi)直接噴射燃燒特性汽油機HCCI燃燒方式的優(yōu)點： 由丁采用均質(zhì)燃燒混合氣，保持了原汽油機比功率高的特點； 由丁節(jié)流損失減少且壓縮比高，采用多點同時著火的燃燒方式使能量同時釋放率較高，接近丁理想的等容燃燒，熱效率較高，改善了部分負荷下燃油經(jīng)濟性。(1) 均質(zhì)壓燃汽油機的排放性能均質(zhì)壓燃技術(shù)對CO排放的影響：采用均質(zhì)壓燃

11、技術(shù)的汽油機，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HC排放的影響：采用均質(zhì)壓燃技術(shù)的汽油機，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：冷起動時著火困難；運行工況范圍有限；著火時刻和燃燒速率難以控制。(1) 6、可變氣門正時技術(shù)可變氣門正時技術(shù)種類及原理 可變凸輪相位

12、的配氣機構(gòu)(VVT:有電子控制裝置(ECU根據(jù)節(jié)氣門的位置、轉(zhuǎn)速及負荷等信號來度額定時間提前量。(2) 豐田智能型可變氣門正時機構(gòu)(VVT-i)可變氣門正時對汽油機凈化與性能的影響VVT對CO排放的影響：在怠速工況下，可變氣門正時機構(gòu)通過控制進氣門開啟和排氣門關(guān)閉的時刻，使氣門重疊角達到最小缸內(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，可變氣門正時機構(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HC排放的影響：可變氣門正時技術(shù)對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、燃燒來實現(xiàn)。 VVT對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的不同實現(xiàn)方式對排放性能的影響方式：進氣可變、排氣可變、進排氣等相位調(diào)節(jié)、進排氣獨立相位調(diào)節(jié)a. 進氣凸輪相位連續(xù)可變：通過調(diào)節(jié)進氣相位，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、排氣門等相位調(diào)節(jié)：進、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)來實現(xiàn)，保持氣門重疊角大小不變，至改變相位對丁活塞運動的相位。d. 進、排氣獨立相位調(diào)節(jié)：進、排氣獨立相位調(diào)節(jié)能夠同時連續(xù)改變進排氣門的開啟和關(guān)閉時間，集成了進氣和排氣可變凸輪相位改善排放的優(yōu)點。7、多氣門技術(shù)多氣門發(fā)動機是指一個氣缸氣門數(shù)目超過兩個發(fā)動機，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污染物的排放量。(1) 氣流組織滾流是多氣門汽油機缸內(nèi)氣體流動的主要形式，通過對不同氣門處的氣流導(dǎo)向來實現(xiàn)。(2) 多氣門技術(shù)對汽油機凈化與性能的影響 擴大進、排氣門的總流通截面積，增大汽油機的進、排氣量，降低泵氣損失，使汽油機的燃燒更徹底，功率升高?？蓪崿F(xiàn)關(guān)閉部分通道，形成與汽油機轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的進氣滾流強度，拓寬汽油機的高效