汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放技術(shù)研究

1、廣西科技大學(xué)汽車系發(fā)動(dòng)機(jī)排放技術(shù)的應(yīng)用分析與探討班201200205021陳善*2014/11/25發(fā)動(dòng)機(jī)排放技術(shù)的應(yīng)用分析與探討摘 要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛和人民生活水平的大幅度提高，汽車產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展。隨著汽車保有量的增加，汽車排放污染物導(dǎo)致的大氣污染日趨嚴(yán)重，汽車排放控制技術(shù)和治理成為汽車技術(shù)研究和保證人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。本文針對(duì)我國(guó)汽車排放污染控制技術(shù)的實(shí)際狀況，依據(jù)汽車排放污染物產(chǎn)生機(jī)理和控制基本方法，通過實(shí)驗(yàn)分析和計(jì)算機(jī)模擬分析，對(duì)汽車排放控制技術(shù)的機(jī)內(nèi)處理技術(shù)和機(jī)外凈化技術(shù)進(jìn)行探討:首先研究汽車排放技術(shù)研究的意義所在，再結(jié)合現(xiàn)階段的排放控制現(xiàn)狀，深入的進(jìn)行探討發(fā)動(dòng)機(jī)排放

2、技術(shù)的應(yīng)用分析。關(guān)鍵詞危害，發(fā)動(dòng)機(jī)，排放，技術(shù)，分析，探討目錄關(guān)鍵詞2引言11 發(fā)動(dòng)機(jī)排放技術(shù)研究的意義11.1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的成分11.2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的危害11.3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放技術(shù)的研究意義32 我國(guó)汽車排放的現(xiàn)狀33 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放技術(shù)的應(yīng)用分析4機(jī)內(nèi)技術(shù)43.1 燃油電控噴射系統(tǒng)43.2 多氣門技術(shù)53.3 渦輪增壓技術(shù)53.4 廢氣再循環(huán)技術(shù)63.5 低排放燃燒系統(tǒng)63.5.1 汽油機(jī)6稀薄燃燒系統(tǒng)6分層燃燒系統(tǒng)，73.5.2柴油機(jī)7直噴燃燒系統(tǒng)，7機(jī)外技術(shù)73.6汽油機(jī)三效催化轉(zhuǎn)化技術(shù)73.7汽油機(jī)熱反應(yīng)技術(shù)83.8柴油機(jī)的DPF(微粒捕集)83.9柴油機(jī)氧化催化（DO

3、C或者OCC）9引言汽車作為現(xiàn)代化交通工具，給予了人們的生產(chǎn)與生存帶來十分方便的同時(shí)，可是它的尾氣排放物，給大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和城市汽車保有量的增加，環(huán)境問題日益突出。在我們獲益于汽車發(fā)展提高生活質(zhì)量的同時(shí)，應(yīng)盡量避免由此帶來的排放污染惡化我們的環(huán)境。在汽車工業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間，需要尋求新的平衡。隨著汽車保有量迅速增加，我國(guó)城市大氣污染日益嚴(yán)重，其中部分城市干道空氣中的二氧化碳， 一氧化碳和一氧化氮濃度超過了國(guó)家規(guī)定的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：在沿海的一些城市，汽車排放污染已成為城市空氣污染的主要因素。1 發(fā)動(dòng)機(jī)排放技術(shù)研究的意義1.1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的成分汽車的排放污染物主

4、要包括：二氧化碳(c02)、一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)、氮氧化合物(NOx)、微粒物(由碳煙、鉛氧化物等重金屬氧化物等組成)和硫化物等。這些污染物由汽車的排氣管、曲軸箱和燃油系統(tǒng)排出。分別稱為尾氣排放污染物、曲軸箱污染物和燃油蒸發(fā)污染物。它們是燃料和空氣完全燃燒后的產(chǎn)物，從毒物學(xué)的觀點(diǎn)看排氣中的這些成分是無害的。除上述基本成分外，內(nèi)燃機(jī)排氣中還含有不完全燃燒的產(chǎn)物和燃燒反應(yīng)的中間產(chǎn)物，包括CO、HC、NOX、s02、固體顆粒等。雖然這些成分的質(zhì)量總和在內(nèi)燃機(jī)排放氣中所占的比例不大(汽油機(jī)中只占5、柴油機(jī)中不到1)，但是它們都是有害的，因此被列為有害排放物。1.2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的危

5、害(1)COCO是一種無色無味的有毒氣體，它不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而成為大氣成份中比較穩(wěn)定的組成部分，能停留23年。當(dāng)人們吸入過多的CO后，會(huì)中毒死亡，因?yàn)镃O可與血液中的血紅素結(jié)合阻礙血液吸收氧氣。它引起的公害稱為汽車尾氣第一排氣公害。(2)HCHC包括未燃燒和完全燃燒的燃油、潤(rùn)滑油及其裂解后一部分氧化產(chǎn)物，如烷烴、烯烴、環(huán)烷烴、芳烴、醛、酮、有機(jī)酸等數(shù)幾種成分。烷烴基本上無味，對(duì)于它在空氣中可能存在的濃度，沒有發(fā)現(xiàn)對(duì)人體健康有什么直接影響。烯烴略帶甜味，有麻醉作用,對(duì)黏膜有刺激，經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化會(huì)轉(zhuǎn)變成對(duì)基因有毒的環(huán)氧衍生物。烯烴是與氮氧化物一起形成有害的光化學(xué)煙霧的罪魁禍?zhǔn)字弧７紵N有芳香味，

6、有危險(xiǎn)的毒性，苯在較高的濃度下可能引起白血病，有損肝臟和中樞神經(jīng)系統(tǒng)。多環(huán)芳烴及其衍生物有致癌作用。來自尾氣排放中的醛類主要有甲醛、乙醛和丙烯醛。它們都刺激眼黏膜、喉和支氣管，對(duì)血液有毒害，可能還有遺傳毒性和致癌活性，碳?xì)浠衔锊粌H危害人與動(dòng)物，而且還會(huì)使生態(tài)環(huán)境遭到破壞，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)，使農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。它成為汽車尾氣排放的第二公害。(3)NOx汽車排放的NOx絕大部分是一氧化氮(N0)，少量是二氧化氮(N02)。NO是無色氣體。與血液中的血紅素的結(jié)合能力比C0還強(qiáng)。容易使人們中毒而死亡。高濃度的NO能引起中樞神經(jīng)的障礙，會(huì)影響肺的功能。NO在空氣中氧化比較緩慢，而在紫外線作用下迅速地氧化成

7、N02。N02是褐色氣體，有特殊的刺激性氣味，被吸入人體后與水分結(jié)合生成硝酸，引起咳嗽，氣喘，甚至肺氣腫。它也是產(chǎn)生酸雨和引起氣候變化產(chǎn)生煙霧的主要原因。(4)硫化物發(fā)動(dòng)機(jī)燃料中的硫燃燒后產(chǎn)生S02它在空氣中會(huì)緩慢轉(zhuǎn)化為三氧化硫(S03)，而在氧化催化劑作用下會(huì)快速轉(zhuǎn)化為S03。S02是無色氣體，是一種中等程度的刺激劑，有很強(qiáng)的親水性，與水結(jié)合生成亞硫酸對(duì)人的口鼻黏膜有強(qiáng)烈的刺激性，S02氧化生成的硫酸鹽微粒會(huì)深入肺內(nèi)造成長(zhǎng)期影響，硫化物又是造成大氣中酸雨的元兇。燃料中含硫量可能成為將來排放控制的難點(diǎn)。(5)微粒(PM，Particulate Matter)微粒(也稱“顆粒)，英文簡(jiǎn)寫為PM，

8、通常被定義為經(jīng)空氣稀釋后的柴油機(jī)排氣，在低于517的溫度下流過帶有聚四氟乙烯樹脂的濾紙時(shí)，被濾紙所過濾下來的所有物質(zhì)，汽車排放的PM，主要成分是碳，其粒度一般小于O瓤m?？缮钊肴梭w肺部造成機(jī)械性超負(fù)荷，損傷肺內(nèi)各種通道的自凈機(jī)制，從而使其它化合物容易發(fā)揮致癌作用。碳粒上還吸附有多種有機(jī)物，具有不同程度的致癌作用。(6)光化學(xué)煙霧光化學(xué)煙霧是由汽車內(nèi)燃機(jī)排氣中的NO。和HC排入大氣后在太陽(yáng)光的紫外線作用下發(fā)生的光化學(xué)反應(yīng)，生成N02氧化劑、氣溶膠等二次污染物，這些一次及二次污染物的混合物成為光化學(xué)煙霧，刺激咽喉和眼睛。煙霧還具有氧化性，能使橡膠開裂，植物變黃和枯死。在機(jī)動(dòng)車排放的幾種污染物中，影

9、響較大的污染物是CO、HC、NOx和可吸入顆粒物。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，一些大城市機(jī)動(dòng)車產(chǎn)生的污染物排放量占污染物總排放量的比例分別為CO：60，HC：86，NOx：54。根據(jù)預(yù)測(cè)，2010年汽車排放污染物總量將占空氣污染源的64。1.3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放技術(shù)的研究意義汽車作為現(xiàn)代化交通工具，給予了人們的生產(chǎn)與生存帶來十分方便的同時(shí)，可是它的尾氣排放物，給大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和城市汽車保有量的增加，環(huán)境問題日益突出。在我們獲益于汽車發(fā)展提高生活質(zhì)量的同時(shí)，應(yīng)盡量避免由此帶來的排放污染惡化我們的環(huán)境。在汽車工業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間，需要尋求新的平衡。隨著汽車保有量迅速增加，我國(guó)城市大氣污

10、染日益嚴(yán)重，其中部分城市干道空氣中的二氧化碳， 一氧化碳和一氧化氮濃度超過了國(guó)家規(guī)定的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：在沿海的一些城市，汽車排放污染已成為城市空氣污染的主要因素。汽車對(duì)大氣的污染主要源自發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣，三種有害排放物co、NOx和約占60%的hc都是由發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管排出的。此外，曲軸箱氣體和燃油蒸氣的hc排放各約占汽車hc總排放的20%。對(duì)汽車排放的控制，就是通過改善燃燒、降低燃燒溫度、阻斷曲軸箱氣體和燃油蒸氣排放、凈化排氣管廢氣等手段，使汽車對(duì)大氣的污染減小到最低的限度，以緩解汽車保有量增加對(duì)環(huán)境所帶來的負(fù)面影響，滿足人類對(duì)環(huán)境質(zhì)量不斷提高的要求。2 我國(guó)汽車排放的現(xiàn)狀20世紀(jì)90年代初以

11、前，我國(guó)大氣污染屬于煤煙型，主要污染源來自工業(yè)廢氣排放。2000年全國(guó)有燃煤工業(yè)鍋爐50多萬臺(tái)，年耗煤占全國(guó)的1/3；這些鍋爐構(gòu)成了煤煙排放的主要部分。2000年6月份的統(tǒng)計(jì)資料顯示，全國(guó)23.8萬家有污染工業(yè)企業(yè)中，達(dá)標(biāo)率88.6%；工業(yè)污染的65%集中在17925家重點(diǎn)企業(yè)，其中達(dá)標(biāo)率78.9%88。20世紀(jì)90年代后期，機(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)引起的尾氣型污染（如NOX、CO、SO2等）在許多城市逐漸取代了煤煙型污染89，成為城市大氣污染的主要來源；同時(shí)，由于我國(guó)部分大城市人口過度集中、城市建筑物高以及道路擁擠等，導(dǎo)致污染物不容易擴(kuò)散，所以機(jī)動(dòng)車污染物的排放密度及其造成的大氣污染物濃度高出發(fā)達(dá)國(guó)家好幾

12、倍90，進(jìn)一步加劇了機(jī)動(dòng)車尾氣對(duì)人體健康的危害。 2005年，我國(guó)絕大部分監(jiān)測(cè)城市的NO2濃度低于國(guó)家二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的濃度限值0.08mg/m3（不同成分污染物的我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，見表2.5），然而在北京市、上海市和廣州市等大城市，NO2濃度仍然較高，見表2.6。此外，在2005年，北京市和廣州市的CO年平均濃度分別達(dá)到了2.0 mg/m3和1.63 mg/m3，說明這兩個(gè)城市的CO的污染濃度相對(duì)較高；在2005年，北京市、上海市和廣州市三個(gè)城市的PM濃度最高達(dá)到了0.103 mg/m3，最低為0.06 mg/m390。因此，大城市的機(jī)動(dòng)車尾氣污染物排放尤其需要給予重視。3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排

13、放技術(shù)的應(yīng)用分析機(jī)內(nèi)技術(shù)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)主要是指通過改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)本身的設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程來降低排放。主要措施有燃燒系統(tǒng)優(yōu)化、電子控制技術(shù)、汽油機(jī)直噴技術(shù)(GDI)、可變進(jìn)排氣系統(tǒng)和廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)等。這些措施大部分通過發(fā)動(dòng)機(jī)精確的電控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。3.1 燃油電控噴射系統(tǒng)汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)與化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，突出的優(yōu)點(diǎn)是能準(zhǔn)確控制混合氣的質(zhì)量，保證汽缸內(nèi)的燃料燃燒完全，使廢氣排放物和燃油消耗都能夠降得下來，同時(shí)它還提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。電子控制燃油噴射裝置的缺點(diǎn)就是成本比化油器高一點(diǎn)，因此價(jià)格也就貴一些，故障率雖低,一旦壞了就難以修復(fù)（電腦件只能整件更換），但是與它的

14、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性相比，這些缺點(diǎn)就微不足道了。分類汽油噴射型式分為機(jī)械式和電子控制式兩種。機(jī)械式汽油噴射裝置是一種以機(jī)械液力控制的噴射技術(shù)，早在30年代就應(yīng)用在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，50年代開始應(yīng)用在德國(guó)奔馳300BL轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上。集成電路的出現(xiàn)使電子技術(shù)能在發(fā)動(dòng)機(jī)上得到應(yīng)用，一種更好的汽油噴射裝置電子控制汽油噴射技術(shù)也就應(yīng)運(yùn)而生了。 結(jié)構(gòu)任何一種電子控制汽油噴射裝置，都是由噴油油路，傳感器組和電子控制單元(微型電腦)三大部分組成。當(dāng)噴射器安裝在原來化油器位置上，稱為單點(diǎn)電控燃油噴射裝置；當(dāng)噴射器安裝在每個(gè)氣缸的進(jìn)氣管上，稱為多點(diǎn)電控燃油噴射裝置。原理噴油油路由電動(dòng)油泵，燃油濾清器，油壓調(diào)節(jié)器，噴射器等

15、組成，電控單元發(fā)出的指令信號(hào)可將噴射器頭部的針閥打開，將燃油噴出。傳感器好似人的眼耳鼻等器官，專門接受溫度，混合氣濃度，空氣流量和壓力，曲軸轉(zhuǎn)速等數(shù)值并傳送給"中樞神經(jīng)"的電子控制單元。電子控制單元是一個(gè)微計(jì)算機(jī)，內(nèi)有集成電路以及其它精密的電子元件。它匯集了發(fā)動(dòng)機(jī)上各個(gè)傳感器采集的信號(hào)和點(diǎn)火分電器的信號(hào)，在千分之幾十秒內(nèi)分析和計(jì)算出下一個(gè)循環(huán)所需供給的油量，并及時(shí)向噴射器發(fā)出噴油的指令，使燃油和空氣形成理想的混合氣進(jìn)入氣缸燃燒產(chǎn)生動(dòng)力。歷史從60年代起，隨著汽車數(shù)量的日益增多，汽車廢氣排放物與燃油消耗量的不斷上升困擾著人們，迫使人們?nèi)ふ乙环N能使汽車排氣凈化，節(jié)約燃料的新技

16、術(shù)裝置去取替已有幾十年歷史的化油器，汽油噴射技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用，使人們這一理想能以實(shí)現(xiàn)。早在1967年，德國(guó)波許公司成功地研制了D型電子控制汽油噴射裝置，用在大眾轎車上。這種裝置是以進(jìn)氣管里面的壓力做參數(shù)，但是它與化油器相比，仍然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。針對(duì)這些缺點(diǎn)，波許公司又開發(fā)了一種稱為L(zhǎng)型電子控制汽油噴射裝置，它以進(jìn)氣管內(nèi)的空氣流量做參數(shù)，可以直接按照進(jìn)氣流量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系確定進(jìn)氣量，據(jù)此噴射出相應(yīng)的汽油。這種裝置由于設(shè)計(jì)合理，工作可靠，廣泛為歐洲和日本等汽車制造公司所采用，并奠定了今天電子控制燃油噴射裝置的鄒型。至1979年起美 國(guó)的通用，福特，日本的豐田，三菱，日產(chǎn)等汽

17、車公司都推出了各自的電子控制汽油噴射裝置，尤其是多氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的推廣，使電子控制噴射技術(shù)得到迅速的普及和應(yīng)用。到目前為止，歐美日等主要汽車生產(chǎn)大國(guó)的轎車燃油供給系統(tǒng)，95%以上安裝了燃油噴射裝置。3.2 多氣門技術(shù)采用多氣門技術(shù)，減少進(jìn)氣阻力，提高充量系數(shù)。還采用氣門連續(xù)可變正時(shí)控制和升程控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)隨轉(zhuǎn)速和工況的變化達(dá)到最佳的充氣效率。這是使氣排放達(dá)到歐排放限值的重要技術(shù)。3.3 渦輪增壓技術(shù)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)：這就是我們平時(shí)最常見的渦輪增壓裝置了，增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)無任何機(jī)械聯(lián)系，實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過壓縮空氣來增加進(jìn)氣量。它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性沖力來推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶

18、動(dòng)同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與禍輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量就可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器后的發(fā)動(dòng)機(jī)功率及扭矩要增大20%30%。但是廢氣渦輪增壓器技術(shù)也有其必須注意的地方，那就是泵輪和渦輪由一根軸相連，也就是轉(zhuǎn)子，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣驅(qū)動(dòng)泵輪，泵輪帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)后給進(jìn)氣系統(tǒng)增壓。增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣一側(cè)，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速非常高，可達(dá)到每分鐘十幾萬轉(zhuǎn)，如此高的轉(zhuǎn)速和溫度使得常見的機(jī)

19、械滾針或滾珠軸承無法為轉(zhuǎn)子工作，因此渦輪增壓器普遍采用全浮動(dòng)軸承，由機(jī)油來進(jìn)行潤(rùn)滑，還有冷卻液為增壓器進(jìn)行冷卻。3.4 廢氣再循環(huán)技術(shù)廢氣再循環(huán)技術(shù)是一項(xiàng)廣泛應(yīng)用的技術(shù)，用來降低NOx。EGR通過使一部分廢氣流回進(jìn)氣管來降低最高燃燒溫度，抑制NO的生成。但EGR率過大會(huì)使燃燒惡化，燃油消耗率增大，HC排放上升。電子控制廢氣再循環(huán)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)非線性控制，控制范圍和自由度大，更符合凈化的實(shí)際需要。3.5 低排放燃燒系統(tǒng)3.5.1 汽油機(jī)稀薄燃燒系統(tǒng)取消機(jī)械節(jié)氣門，利用廢氣控制加熱進(jìn)氣來達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的目的。采用無節(jié)氣門進(jìn)氣預(yù)熱的方式來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷比用機(jī)械節(jié)氣門來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷可使發(fā)動(dòng)機(jī)中、

20、低負(fù)荷下的熱效率至少提高10以上，混合氣溫度的提高使燃料稀燃限變寬，發(fā)動(dòng)機(jī)可在很稀的當(dāng)量比下穩(wěn)定工作并且不會(huì)發(fā)生爆震，但燃燒的最高溫度卻大大低于化學(xué)當(dāng)量比燃燒的溫度，導(dǎo)致NOx排放大大降低。由于閉環(huán)電噴系統(tǒng)是犧牲經(jīng)濟(jì)性為前提，稀薄燃燒技術(shù)是為了兼顧汽車排放經(jīng)濟(jì)性和排放而開發(fā)的，稀薄燃燒技術(shù)主要采用稀燃、速燃和層燃技術(shù)。采用稀薄混合氣，可較全面地降低有害排放物和提高壓縮比，既減少了污染物排放，又提高了汽車的經(jīng)濟(jì)性。分層燃燒系統(tǒng)，缸內(nèi)直噴GDI(Gasoline Directhiection)汽油機(jī)(采用分層稀燃技術(shù))。優(yōu)點(diǎn)：部分負(fù)荷燃油經(jīng)濟(jì)性好；輸出功率高；空燃比控制精確；瞬態(tài)響應(yīng)能力好；快速冷

21、起動(dòng)和減速快速斷油能力好。高壓縮比燃燒系統(tǒng)。3.5.2柴油機(jī)直噴燃燒系統(tǒng)，直噴式柴油機(jī)采用四氣門技術(shù)是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。歐以前的重型柴油機(jī)一般都是2氣門，由于結(jié)構(gòu)的限制，2氣門柴油機(jī)的噴油器不能垂直布置在氣缸中心，造成噴油的不均勻。采用四氣門后，可以使噴油器中置，噴油嘴噴出的油束處于均勻分布的理想狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)最佳的空氣利用率和燃?xì)饣旌稀Ａ硗?，四氣門機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化關(guān)閉部分通道，形成和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷相適應(yīng)的渦流強(qiáng)度，使氣缸內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)在整個(gè)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍內(nèi)保持最佳，改善燃燒過程，有效降低排放。噴油器也基本上采用5孔以上的孔數(shù)，孔徑一般在018ram以下，噴嘴為無壓力室式11l。這

22、樣可以得到較高的燃油與空氣的相對(duì)速度：噴油更加細(xì)化，更加均勻，還可以減少燃燒后期進(jìn)入燃燒室的燃油，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)使HC排放量顯著下降。柴油機(jī)的燃燒室應(yīng)盡可能產(chǎn)生適當(dāng)?shù)耐牧鬟\(yùn)動(dòng)，以使燃油和空氣混合良好，避免局部混合氣過濃或過稀。目前，國(guó)外轎車用小型高速柴油機(jī)燃燒室的發(fā)展趨勢(shì)是由深坑型向淺盆型，由較小的縮口直徑向較大的縮口直徑發(fā)展。此外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要滿足高效低排放、高氣缸內(nèi)最高燃燒爆發(fā)壓力和高熱負(fù)荷的要求，許多重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念特別是5C(缸蓋、缸體、曲軸、連桿和凸輪軸)和5S(噴油系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和前后輪系)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都具有關(guān)鍵性的影響。機(jī)外技術(shù)3.6汽油機(jī)三效

23、催化轉(zhuǎn)化技術(shù)三效催化轉(zhuǎn)化器是目前應(yīng)用最多的汽車廢氣后處理裝置。如圖21所示，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，廢氣經(jīng)排氣管進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器，其中氮氧化物與廢氣中的一氧化碳、氫氣等還原性氣體在催化作用下分解成氮?dú)夂脱鯕?；而碳?xì)浠衔锖鸵谎趸荚诖呋饔孟鲁浞盅趸啥趸己退魵?。三效催化轉(zhuǎn)化器的載體一般采用蜂窩結(jié)構(gòu)，蜂窩表面有涂層和活性組分，與廢氣的接觸面積非常大，所以其凈化效率高，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比在理論空燃比附近時(shí)，三效催化劑可將90的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸技?0的氮氧化物同時(shí)凈化。3.7汽油機(jī)熱反應(yīng)技術(shù)熱反應(yīng)器通常是一種大型容器，備有絕熱良好的隔熱套，取代了常規(guī)排氣歧管，被安裝在緊靠發(fā)動(dòng)機(jī)排氣道出口處。它是

24、通過均質(zhì)氣體的非催化反應(yīng)來氧化汽油機(jī)排氣中烴和CO的裝置。當(dāng)排出的廢氣經(jīng)過熱反應(yīng)器時(shí)，使CO和HC在其中保持高溫（800-900）并停留一段時(shí)間（平均為100ms），使之能得到充分的氧化，從而降低CO和HC的排放量。3.8柴油機(jī)的DPF(微粒捕集)顆粒捕集器也稱柴油機(jī)捧氣顆粒過濾器(DPF，Diesel Particulate Filter)，是國(guó)內(nèi)外近些年的研究熱點(diǎn)。顆粒捕集器的過濾材料要求具有高的過濾效率、低的排氣流動(dòng)阻力和較高的機(jī)械強(qiáng)度，一般為陶瓷蜂窩載體、陶瓷纖維編織物、金屬蜂窩載體或金屬纖維編織物。目前應(yīng)用最多的是壁流式蜂窩陶瓷顆粒捕集器，其壁內(nèi)小孔的尺寸都在微米級(jí)，排氣通過顆粒捕集

25、器后，PM會(huì)被過濾在捕集器的通道壁面上。它對(duì)PM的過濾效率可達(dá)90以上，同時(shí)也能部分收集高沸點(diǎn)的HC。顆粒捕集器只是一種物理性的降低排氣顆粒的方法。隨著過濾下來的顆粒的積累，過濾體逐漸被堵塞，造成排氣系統(tǒng)阻力增大，排氣背壓增加，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性惡化。因此，必須及時(shí)清除沉積在過濾體中的顆粒，以便繼續(xù)工作。顆粒捕集器的再生技術(shù)是當(dāng)前的難點(diǎn)，可分主動(dòng)再生和被動(dòng)再生。主動(dòng)再生是指用外界能量來提高捕集器內(nèi)的溫度，使顆粒著火燃燒。被動(dòng)再生一般利用燃油添加劑或催化劑來降低顆粒的著火溫度，使顆粒能在正常的柴油機(jī)排氣溫度下著火燃燒?，F(xiàn)在常傾向于被動(dòng)再生與主動(dòng)再生相結(jié)合，如法國(guó)PSA標(biāo)致雪鐵龍公司使用的

26、后處理系統(tǒng)中利用燃油添加劑降低顆粒的著火溫度，并且結(jié)合高壓共軌噴射系統(tǒng)產(chǎn)生二次噴射來提高尾氣溫度，使捕集器再生。3.9柴油機(jī)氧化催化（DOC或者OCC）氧化催化器面世已經(jīng)30多年，在柴油機(jī)上應(yīng)用較多，技術(shù)也較成熟。氧化催化器主要用于降低排氣中的CO和HC，對(duì)NOx沒有明顯效果，對(duì)PM的作用表現(xiàn)在它能夠氧化掉PM中的一部分可溶性有機(jī)物，但同時(shí)也會(huì)將尾氣中的部分二氧化硫氧化成硫酸鹽，使PM攤放中的硫酸鹽比例增大。因此柴油中硫含量的高低對(duì)氧化催化器的工作效能有很大影響。如果使用含硫量過高的柴油，由于可溶性有機(jī)物降低與硫酸鹽增加的矛盾，甚至?xí)筆M排放的總量增加。另外柴油中的硫還會(huì)引起催化劑中毒，降低氧化催化器的凈化效果和使用壽命。典型豹氧化催化器外殼由不銹鋼罐構(gòu)成，內(nèi)含蜂窩狀催化劑載體。催化劑主要是陶瓷或鉑(Pt)、銠(Rh)、鈀(Pd)等貴會(huì)屬，通常還在催化劑表面涂上一層多孔的氧化鋁涂層，以降低有害物的排放。為了既抑制硫酸鹽的生成，又要維持催化器對(duì)于HC和CO的高活性，Johnson Matthey公司研究出了兩種方法，一是將PtA1203催化劑在1050"C的高