汽車發(fā)動機原理9章2(王建昕)

1、第9章 有害排放物的生成與控制9.1 9.1 有害排放物的生成機理與影響因素有害排放物的生成機理與影響因素9.2 9.2 排放法規(guī)及測試方法排放法規(guī)及測試方法9.3 9.3 汽油機的機內凈化技術汽油機的機內凈化技術9.4 9.4 柴油機的機內凈化技術柴油機的機內凈化技術9.5 9.5 汽油機排氣后處理技術汽油機排氣后處理技術9.6 9.6 柴油機排氣后處理技術柴油機排氣后處理技術排放污染物的機內凈化技術降低排氣降低排氣污染技術污染技術機內凈化機內凈化（燃燒）（燃燒）機外凈化機外凈化（后處理）（后處理）清潔燃料清潔燃料（燃料）（燃料）柴油機柴油機汽油機汽油機柴油機柴油機汽油機汽油機常規(guī)汽油、柴油

2、常規(guī)汽油、柴油替代燃料：替代燃料：CNG、LPG、甲醇、甲醇、乙醇、二甲醚、甲酯乙醇、二甲醚、甲酯l右圖是氣體排放控制的基本依據右圖是氣體排放控制的基本依據 宏觀宏觀a應盡量大于應盡量大于1 加強氣體擾動（渦流、湍流），加強氣體擾動（渦流、湍流），避免局部避免局部a過濃過濃 抑制壁面抑制壁面/淬熄效應、循環(huán)波動及淬熄效應、循環(huán)波動及各缸不均勻各缸不均勻l 汽油機汽油機主要靠三效催化劑（見后）主要靠三效催化劑（見后）l 柴油機柴油機 CO排放排放 柴柴/汽汽 1/10 HC排放排放 柴柴/汽汽 1/3 1/5 因此，一般柴油機因此，一般柴油機CO和和HC不超標不超標（從混合氣形成和燃燒考慮為什么

3、？）（從混合氣形成和燃燒考慮為什么？）1、CO、HC排放的控制排放的控制柴油機主要控制PM、NOx（1）推遲噴油（點火）時間）推遲噴油（點火）時間主放熱避開上止點主放熱避開上止點 燃燒等容燃燒等容度下降度下降溫度降低（對汽、柴油機溫度降低（對汽、柴油機都適用）都適用）接近上止點時噴油接近上止點時噴油滯燃期縮短滯燃期縮短初期初期dQdQB B/dt /dt 降低降低燃燒溫度燃燒溫度降低（柴油）降低（柴油）2、NOx排放的控制排放的控制汽油機汽油機柴油機柴油機（1 1）推遲噴油（點火）時間）推遲噴油（點火）時間u問題：過度推遲會使問題：過度推遲會使i i、PMPM等惡化，即等惡化，即Trade o

4、ffTrade off關系，可關系，可調范圍有限。調范圍有限。2、NOx排放的控制排放的控制（2）廢氣再循環(huán)）廢氣再循環(huán)EGR（Exhaust Gas Recirculation）機理機理： CO2不活性氣體不活性氣體 、氧濃度下降、氧濃度下降 燃燒燃燒速度下降速度下降溫度下降（如下圖）溫度下降（如下圖） 混合氣的比熱容上升混合氣的比熱容上升溫度下降溫度下降p同理可用內部同理可用內部EGR？如何實現？如何實現？2、NOx排放的控制排放的控制nEGREGR的問題的問題 隨隨EGREGR率提高，率提高，PMPM和油和油耗等惡化（耗等惡化（Trade-offTrade-off）為此，隨負荷變化，應為

5、此，隨負荷變化，應改變改變EGREGR率，汽率，汽/ /柴油機柴油機也不同。也不同。EGREGR的效果的效果2、NOx排放的控制排放的控制柴油機柴油機汽油機汽油機同時采取混合均勻和穩(wěn)定燃燒的措施同時采取混合均勻和穩(wěn)定燃燒的措施（如圖，加強混合及強化如圖，加強混合及強化點火）。點火）。冷卻冷卻EGREGR可以降低進氣溫度，提高進氣充量，有利于進一步降可以降低進氣溫度，提高進氣充量，有利于進一步降低低NOxNOx和和PMPM。2、NOx排放的控制排放的控制產生渦流產生渦流（3）噴油規(guī)律優(yōu)化）噴油規(guī)律優(yōu)化燃燒特性控制基本思路燃燒特性控制基本思路前緩后急前緩后急（1 1）初期噴油速率高；）初期噴油速率

6、高；（2 2）初期噴油速率低；）初期噴油速率低；（3 3）預噴射（）預噴射（Pilot)Pilot)）；）；（4 4）預噴射低初噴率。）預噴射低初噴率。噴油規(guī)律控制基本思路噴油規(guī)律控制基本思路前緩后急前緩后急2、NOx排放的控制排放的控制汽油機是否需要控制噴油規(guī)律？汽油機是否需要控制噴油規(guī)律？噴油規(guī)律優(yōu)化噴油規(guī)律優(yōu)化-實例實例PilotPilot噴射對燃燒過程的影響噴射對燃燒過程的影響著火落后期著火落后期，初始放熱率初始放熱率，dp/d dp/d 燃燒溫度燃燒溫度，NOx NOx 4、降低、降低PM的基本原則的基本原則高溫富氧高溫富氧 提高燃燒速度（高溫）提高燃燒速度（高溫）增壓（富氧）增壓（

7、富氧）但容易導致與但容易導致與NO的的Tradeoff關系關系 混合均勻混合均勻 柴油機本來不缺氧、但非均質柴油機本來不缺氧、但非均質 加強霧化（高壓噴射、減小噴孔）加強霧化（高壓噴射、減小噴孔） 加強混合加強混合 同樣與同樣與NO產生產生Tradeoff 強化后期氧化強化后期氧化 （如右下圖）（如右下圖） 基本無基本無NO的的Trade off關系關系 減少潤滑油消耗減少潤滑油消耗柴油機噴霧燃燒高速攝影噴油后0.14ms普通噴射壓力（60MPa）高壓噴射（120MPa）0.42ms0.69ms0.97msl 提高噴油壓力后，混合氣形成加快，燃燒加快；提高噴油壓力后，混合氣形成加快，燃燒加快；

8、l 油氣混合均勻程度提高，燃燒溫度提高，碳煙和油氣混合均勻程度提高，燃燒溫度提高，碳煙和PM下降。下降。 ？會有什么負面影響會有什么負面影響Soot降低，降低，NOx升高；升高；NOx與與PM同時降低（同時降低（AVL例）例）高壓噴射降低排放的效果高壓噴射降低排放的效果高壓噴射高壓噴射并用并用EGR5 5、柴油機機內排放技術路線總結、柴油機機內排放技術路線總結增壓增壓EGR中冷中冷降低降低PM降低降低NOx降低降低NOx現代低排放柴油機現代低排放柴油機-實例實例Common Rail (1500-2200 Bar)高高壓噴壓噴油油降低降低PM小討論小討論為什么柴油機容易出現為什么柴油機容易出現

9、PM與與NOx的的Tradeoff關系？關系？ 汽油機是否出現汽油機是否出現PM與與NOx的的Tradeoff關系？關系？8章作業(yè)（章作業(yè)（1）將一臺柴油機改裝成火花點火將一臺柴油機改裝成火花點火CNGCNG發(fā)動機后，其發(fā)動機后，其THCTHC是增加是增加還是減少？為什么？還是減少？為什么？圖圖9-109-10中，為什么汽油機在中，為什么汽油機在aa1.11.1附近出現附近出現NOxNOx峰值，峰值，而不是而不是aa1 1？為什么在峰值左側？為什么在峰值左側,NOx,NOx、THCTHC、COCO之間呈之間呈相反變化關系？為什么柴油機要比汽油機在更稀的相反變化關系？為什么柴油機要比汽油機在更稀

10、的aa時時出現峰值（見圖出現峰值（見圖911911）？熱效率和功率的峰值分別出現）？熱效率和功率的峰值分別出現在在aa為多少的點？為什么？為多少的點？為什么？9-89-8題題8章作業(yè)（章作業(yè)（1）THCTHC在汽油機和柴油機中的生成機理有什么異同？其不同的原因與燃燒在汽油機和柴油機中的生成機理有什么異同？其不同的原因與燃燒方式有何關系？方式有何關系？圖圖8 81010中，為什么汽油機在中，為什么汽油機在aa1.11.1附近出現附近出現NOxNOx峰值，而不是峰值，而不是aa1？為什么在為什么在峰值峰值左側左側,NOx,NOx、THCTHC、COCO之間呈相反變化關系？為什么柴油之間呈相反變化關

11、系？為什么柴油機要比汽油機在更稀的機要比汽油機在更稀的a時出現時出現峰值（見圖峰值（見圖811811）？）？圖圖810810中，熱效率和功率的峰值分別出現在中，熱效率和功率的峰值分別出現在a為多少的點？為什么？為多少的點？為什么？與所謂與所謂“功率混合氣功率混合氣”、“經濟混合氣經濟混合氣”（參見（參見6.3.16.3.1）有什么關系？）有什么關系？結合表結合表8-58-5進行分析，為什么怠速時進行分析，為什么怠速時NOxNOx和和COCO排放高？加速和等速運行時排放高？加速和等速運行時NOxNOx排放高？而減速時排放高？而減速時THCTHC排放高？排放高？實際上，在三效催化劑中，既有可能發(fā)生（實際上，在三效催化劑中，既有可能發(fā)生（8-18-1）（）（8-38-3）