内燃机排放与污染控制第三章.ppt

第三章 汽油机的排放特性和低排放设计 汽油机的排气主要是N2,O2,CO2,水蒸气和有害排放污染物组成，其中有害排放污染物主要有CO，HC,和NOX等，这些排放物对人体健康和环境都造成了极大的影响。 3.1 汽油机的排放特性 3.1.1 稳态排放特性 负荷很小时（pme0.2MPa)，为保证燃烧稳定，混合气适当加浓，导致CO排放略有上升，当负荷超过全负荷的95%左右时，CO的比排放量开始急剧上升，原因是，为使发动机能发出较大的功率和转矩，混合气显著加浓。 HC的排放与CO的类似，都是中等负荷时比排放量小，大负荷和小负荷时排放相对较大，HC增加量不如CO严重。 N OX的排放规律与CO，HC不同。当转速一定时，NOX比排放量随负荷增大而不断下降，当接近全负荷时下降更快。在中等负荷时，由于燃烧温度增加，NOX的绝对排放量随负荷增大而增加，NOX的增加没有与负荷成正 比，所以比排放量逐渐下降。当负荷接近全负荷时，因混 合气加浓，氧不足，NOX生成受限，NOX绝对生成量开始下降，导致比排放量下降更快。当负荷一定时，NOX的比排放量随转速升高而增大，绝对排放量增加更快。 3.1.2 瞬态排放特性 1.冷启动 汽油机冷启动时，由于进气系统和气缸温度很低，汽油很难完全蒸发，较多的汽油沉积在进气系统和气缸壁上，形成油膜，同时由于改动机转速很低，气体流速很低，燃油蒸气与空气混合也不均匀。为使点火时能火花塞附近形成可点燃的混合气，要求供给很浓的混合气即额外加大供油量。形成油膜的汽油有些在燃烧结束后从壁面上蒸发，没有来得及完全燃烧被排出机外，造成HC 排量增加，一量燃烧逐步趋于正常，过浓的混合气又会导致CO大量生成。由于温度低及氧不足，所以，NOX排放量小 2.暖机过程 汽油机启动以后，需要一个暖机过程，这时需要浓混合气，以弥补汽油在进气通道和燃烧室壁面上的冷凝，保证燃烧的稳定，所以此时CO和HC排放量很高。由于暖机过程属于怠速运转，发动机温度不高，所以NOX排放量不高。 3.加速过程 汽油机加速工况，迅速开启节气门增加转矩到最大值，使转速急剧提高，对化油器供油的汽油机需要额外供油使缸内形成浓混合气，造成一个CO和HC排放的高峰。燃油喷射的汽油机除外。 4.减速过程 此时，节气门迅速关闭，改动机反拖，在较高转速下空转。化油器气式发动机如果 没有高怠速停油装置，将由于进气管中突然出现的高真空状态，大量汽油从怠速供油系吸入进气管，加上进气系统壁面上的液态油膜因压力下降而迅速蒸发，会形成一段时间的过浓混合气，造成高的CO和HC排放。汽油喷射式发动机除外。 3.2燃烧系统优化设计 3.2.1燃烧室形状 不同的燃烧室形状会使汽油机性能有很大差别。汽油机要提高动力性，改善燃料经济性，燃烧室构造要尽可能紧凑，即燃烧室的面容比尽可能小。紧凑的燃烧室散热损失小，火焰传播距离短，燃烧速率高，所以热效率高。 但紧凑燃烧室的快速燃烧使最高燃烧温度上升，导致NOX生成量增加。但快速燃烧又是采取EGR和推迟点火等手段降低NOX措施获得成功的必要前提。紧凑燃烧室的快速燃烧加上优化的EGR和点火正时，可能给出动力性、经济性、NOX排放之间的最佳折中。 3.2.2压缩比 汽油机的压缩比是改动机最重要的结构参数之一，一般都是在燃料辛烷值允许的前提下尽可能采用较高的压缩比，以获得较好的动力性和经济性。但压缩比提高使燃烧室更扁平，面容比增大，导致未燃HC增加；排气温度下降，未燃HC的后氧化减弱；最高燃烧温度高，使NOX生成量增加，热分解产生的CO也增加很多。电控点火系统的采用使任意控制点火定时成为可能，为高压缩比汽油机在性能与排放方面得到更好的折中提供很大的潜力。 3.2.3改善缸内气流运动 提高缸内混合气的涡流和湍流程度，有助于加强油气混合，保证快速燃烧和完全燃烧。另外适当的气流运动可以改善燃烧的循环波动，而循环波动也是HC排放及动力经济性恶化的重要原因。 3.2.4气门布置和火花塞位置 增加气门布置，可以明显增加充量系数、减小泵气损失，改善发动机性能，降低CO2和污染物比排放量，而且可以把火花塞布置在气缸中央或接近中央位置，缩短火焰传播距离，加速燃烧过程，带来与紧凑燃烧室类似的优点。 3.2.5减小不参与燃烧的缝隙容积 在燃烧室和活塞组设计中尽量减小缝隙容积，以减小壁面淬熄效应，降低HC排放。 3.2.6活塞组设计 活塞、活塞环与气缸壁间形成的缝隙对汽油机的HC排放有很大影响。在工作可靠的前提下，尽量缩小火力岸与气