第三章車用汽油機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化

第三章車用汽油機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化

由前面的分析知，汽車排氣污染物的產(chǎn)生原因主要有二，即：其一是燃油燃燒不充分；其二是在高溫高壓的環(huán)境下，多余空氣中的N2和O2結(jié)合生成NOx。由此可見，燃油在機(jī)內(nèi)充分燃燒及減小燃燒室中燃燒后的溫度和壓力，是減小汽車排氣污染最有效且直接的方法。以此減小汽車排放污染者，稱為機(jī)內(nèi)凈化。欲達(dá)到此目的，需對發(fā)動機(jī)各部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和采取一系列新技術(shù)。第一節(jié)進(jìn)排氣系統(tǒng)及燃燒室的優(yōu)化設(shè)計

一、進(jìn)、排氣系統(tǒng)

由《發(fā)動機(jī)原理》知，減小進(jìn)、排氣阻力，增加進(jìn)氣及擠氣渦流，不僅可以提高充氣效率，而且還可以使油、氣的混合更加均勻，使燃燒更加充分。那末，如何才能減小進(jìn)、排氣阻力，增加進(jìn)氣及擠氣渦流呢？

設(shè)計新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)

1、設(shè)計流場分析，對進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計；利用進(jìn)氣動態(tài)效應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計減小進(jìn)、排氣阻力的結(jié)構(gòu)設(shè)計避免進(jìn)、排氣管截面的突變；進(jìn)、排氣管彎道處應(yīng)避免轉(zhuǎn)折過急；對進(jìn)、排氣系統(tǒng)的流場進(jìn)行分析，設(shè)計出阻力最小的進(jìn)、排氣系統(tǒng)。利用進(jìn)氣動態(tài)效應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

發(fā)動機(jī)的間歇進(jìn)氣，在進(jìn)氣管中存在壓力波。在特定的近氣管條件下，可已利用此壓力波來提高進(jìn)氣門關(guān)閉前的進(jìn)氣壓力，提高進(jìn)氣效率，這就稱之為進(jìn)氣管的動態(tài)效應(yīng)。2、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)多氣門技術(shù)；可變技術(shù)：可變進(jìn)氣道、可變凸輪相位、可變進(jìn)氣持續(xù)時間等。多氣門技術(shù)可變進(jìn)氣道可變進(jìn)氣道可變進(jìn)氣持續(xù)時間可變凸輪相位雙VVT系統(tǒng)

采用氣門相位連續(xù)可變的雙VVT（VariableValveTiming）系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過配備的控制及執(zhí)行系統(tǒng)，對發(fā)動機(jī)凸輪的相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使得氣門開啟、關(guān)閉的時間隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，以提高充氣效率，增加發(fā)動機(jī)功率。最新技術(shù)——電控電驅(qū)動氣門技術(shù)

電控系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況的實(shí)際需要控制氣門的開、閉。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：①取消了氣門的機(jī)械驅(qū)動裝置，氣門的開、閉直接由電驅(qū)動系統(tǒng)完成；②配氣相位和氣門開啟的持續(xù)時間均按需實(shí)時調(diào)節(jié)；③氣門的開、閉比機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)更迅速；④進(jìn)氣更充分、排氣更徹底。二、燃燒室產(chǎn)生較大的進(jìn)氣和擠氣渦流減小燃燒室的面容比分層給氣式燃燒室——缸內(nèi)噴射分隔式燃燒室

1、產(chǎn)生較大的進(jìn)氣和擠氣渦流

2、減小燃燒室的面容比球形燃燒室半球形燃燒室多球形燃燒室3、分層給氣式燃燒室——缸內(nèi)噴射將汽油機(jī)的質(zhì)調(diào)節(jié)改為量調(diào)節(jié)；混合氣在氣缸中分層，在火化塞附近為濃混合氣，以便汽油發(fā)動機(jī)能有效而穩(wěn)定工作。4、分隔式燃燒室

將燃燒室分成兩部分，即主室和副室。副室的容積很小，約占燃燒室總?cè)莘e的20%左右。主、副室之間用一狹小的通道相連。主、副室分別有各自的進(jìn)氣門，供給副室的可燃混合氣比供給主室的可燃混合氣濃?；鸹ㄈ鸆VCC發(fā)動機(jī)分隔式燃燒室安裝在副室上，副室的可燃混合氣被電火花點(diǎn)燃燃燒后經(jīng)主副室間的通道高速噴入主室，使主室中的可燃混合氣迅速燃燒。4、分隔式燃燒室

分隔室燃燒室對減小汽車的排氣污染有明顯的效果。第二節(jié)廢氣再循環(huán)（EGR）廢氣再循環(huán)的凈化原理廢氣再循環(huán)的控制策略EGR系統(tǒng)及EGR閥內(nèi)部廢氣再循環(huán)一、廢氣再循環(huán)的凈化原理

將一部分燃燒后的廢氣引入燃燒室，由于廢氣占了一定的氣缸容積，它不僅降低了可燃混合氣的燃燒速度，而且還減少了進(jìn)入氣缸的混合氣進(jìn)氣量，如此便降低了燃燒產(chǎn)物的溫度和壓力。從而達(dá)到降低NOx濃度之目的。二、廢氣再循環(huán)的控制策略

盡管廢氣再循環(huán)可以降低NOx的排放量，但它同時會對發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性構(gòu)成不利影響。若參與再循環(huán)的廢氣量太多還會使CO和HC的排放量上升，嚴(yán)重時還會影響到發(fā)動機(jī)的正常燃燒。所以應(yīng)按照發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況的特點(diǎn)對再循環(huán)的廢氣量進(jìn)行控制。三、EGR系統(tǒng)及EGR閥

目前，車用汽油機(jī)所用的EGR系統(tǒng)有三種不同的類型，即：真空控制的EGR系統(tǒng)、電控真空驅(qū)動的EGR系統(tǒng)和電控的EGR系統(tǒng)，見下圖。四、內(nèi)部廢氣循環(huán)系統(tǒng)

將燃燒后的廢氣留一部分在缸內(nèi)，使其和下一循環(huán)進(jìn)入缸內(nèi)的可燃混合氣混合，其效果和廢氣再循環(huán)相當(dāng)，所以將其稱為內(nèi)部廢氣再循環(huán)。第三節(jié)廢氣渦輪增壓技術(shù)

利用發(fā)動機(jī)排出廢氣的動能和熱能，增加進(jìn)入氣缸新鮮空氣的壓力，提高發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，改善可燃混合氣的質(zhì)量，從而達(dá)到降低CO和HC排出量的目的。廢氣渦輪增壓還可以降低發(fā)動機(jī)的噪聲，其原因是，在燃燒過程中，增壓發(fā)動機(jī)的壓力升高率比普通非增壓發(fā)動機(jī)小。廢氣渦輪增壓系統(tǒng)最新技術(shù)——雙渦輪增壓最新技術(shù)——雙渦輪增壓（續(xù)）傳統(tǒng)渦輪增壓系統(tǒng)的重要缺點(diǎn)是遲緩的加速響應(yīng)性能，為了改善渦輪增壓器的遲滯性，需采用低慣性阻力的渦輪增壓系統(tǒng)，并配合缸內(nèi)直噴技術(shù)，提高動力輸出的延展性，以維持全速域的動力輸出。第四節(jié)電控燃油噴射技術(shù)按工況的需要準(zhǔn)確供油；進(jìn)入各缸的可燃混合氣較為均衡；進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力小，充氣效率高；燃油霧化良好，油、氣混合均勻；尤其是λ閉環(huán)控制系統(tǒng)，它可使發(fā)動機(jī)在絕大多數(shù)工況和時間內(nèi)燃用α=1的可燃混合氣。

一、電控發(fā)機(jī)排放污染小的原因傳統(tǒng)化油器式汽油發(fā)動機(jī)存在的問題傳統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)存在的問題電控燃油噴射式發(fā)動機(jī)的排氣凈化原理高壓共軌柴油發(fā)動機(jī)的排氣凈化原理1、傳統(tǒng)化油器式汽油發(fā)動機(jī)存在的問題可燃混和氣相對較濃；可燃混和氣不夠均勻；進(jìn)氣不夠充分。過量空氣系數(shù)：實(shí)際供給的空氣量與燃燒所需的理論空氣量之比。充氣系數(shù)：實(shí)際進(jìn)入氣缸的空氣量與充滿氣缸所需的空氣量之比。1、傳統(tǒng)化油器式汽油發(fā)動機(jī)存在的問題點(diǎn)火強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)速而變化；點(diǎn)火正時不夠準(zhǔn)確；觸點(diǎn)易磨損、燒蝕2、傳統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)存在的問題供油量不可能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)噴油提前角不夠準(zhǔn)確可燃混和氣的質(zhì)量不夠好3、電控燃油噴射式發(fā)動機(jī)排氣凈化原理進(jìn)氣充分；燃油霧化良好，可燃混合氣混合均勻；根據(jù)工況變化的實(shí)際需要精確供油；進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力小，充氣效率高；尤其是λ閉環(huán)控制系統(tǒng)，它可使發(fā)動機(jī)在絕大多數(shù)工況和時間內(nèi)燃用α=1的可燃混合氣。4、高壓共軌柴油發(fā)動機(jī)排氣凈化原理噴油量精確,壓力高(120～200MPa）,燃油霧化良好按照發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況的實(shí)際需要，實(shí)時準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)噴油提前角可實(shí)現(xiàn)理想的噴油規(guī)律,多次噴射，達(dá)到在降低Nox排放量的前提下,獲得良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性二、最新技術(shù)——缸內(nèi)直噴壁面控制燃燒系統(tǒng)

在壁面控制的燃燒系統(tǒng)中，噴油器和火花塞相隔較遠(yuǎn)，噴油器將油束噴到活塞凹坑中，然后油氣流將燃油送往火花塞。為了避免溫度過高，噴