內(nèi)燃機(jī)污染物的生成與控制

1、南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理第八章第八章 排氣污染與控制排氣污染與控制 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理8-1 概述概述 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理環(huán)保與節(jié)能 環(huán)境問題 能源危機(jī)南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理汽車排放占大氣污染物比例南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 1、CO：無色無臭無味的氣體，破壞造血功能，呈中毒癥狀。 2、NOx：指NO和NO2，NO2是褐色有刺激性的氣體。 3、HC：包括未燃和未完全燃燒的燃油、潤滑油及其裂解產(chǎn)物和部分氧化產(chǎn)物。某些醛類和多環(huán)芳香烴對(duì)人體有嚴(yán)重危害。 光化

2、學(xué)煙霧：其中最主要的生成物是臭氧O3，它具有很強(qiáng)的氧化力和特殊的臭味，使橡膠裂開，植物受損，可見度降低，并刺激眼睛及咽喉。 汽車的主要排放污染物南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 排氣中的微粒是指經(jīng)空氣稀釋后的排氣，它是在低于52溫度下，在涂有聚四氟乙烯的玻璃纖維濾紙上沉積的除水以外的物質(zhì)，如柴油機(jī)的碳煙粒子，汽油機(jī)的鉛及硫酸鹽等。 微粒排放南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 1 1排放物的濃度排放物的濃度C C 在一定排氣容積中，有害排放物所占的容積（或在一定排氣容積中，有害排放物所占的容積（或質(zhì)量）比例，稱為排放物的濃度。質(zhì)量）比例，稱為排放物的濃度。 pp

3、mppm、或、或mgmgm m3 3，濃度較大時(shí)用，而濃度，濃度較大時(shí)用，而濃度較小時(shí)用較小時(shí)用ppm ppm （1ppm=0.00011ppm=0.0001）。）。 2 2排放物的質(zhì)量排放量排放物的質(zhì)量排放量G G 用單位時(shí)間內(nèi)（或一次試驗(yàn)）有害排放物的質(zhì)量用單位時(shí)間內(nèi)（或一次試驗(yàn)）有害排放物的質(zhì)量排放量排放量G G來衡量，單位是來衡量，單位是 g gh h（或（或 g g試驗(yàn)）。試驗(yàn)）。 3 3排放物的比排放量排放物的比排放量g g 每單位功率小時(shí)排出污染物的質(zhì)量稱為比排放量每單位功率小時(shí)排出污染物的質(zhì)量稱為比排放量gg（kWhkWh） 。排放指標(biāo)排放指標(biāo)南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-

4、2-4內(nèi)燃機(jī)原理燃油在高溫缺氧下燃燒時(shí)易形成碳煙。燃油在高溫缺氧下燃燒時(shí)易形成碳煙。減少黑煙的主要措施：減少黑煙的主要措施：1）增加過量空氣系數(shù)）增加過量空氣系數(shù)，但與提高柴油機(jī)的動(dòng)力性，但與提高柴油機(jī)的動(dòng)力性相矛盾。相矛盾。2）改善混合氣的形成，與改善柴油機(jī)工作的柔和性）改善混合氣的形成，與改善柴油機(jī)工作的柔和性相矛盾。相矛盾。排氣冒黑煙排氣冒黑煙主要發(fā)生在大負(fù)荷工況時(shí)，如加速，爬坡時(shí)。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理暖機(jī)時(shí)，一般先冒白煙，后冒藍(lán)煙，然后變?yōu)闊o暖機(jī)時(shí)，一般先冒白煙，后冒藍(lán)煙，然后變?yōu)闊o色。色。排氣冒藍(lán)煙、白煙排氣冒藍(lán)煙、白煙 冷起動(dòng)及怠速、低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣缸

5、內(nèi)溫度低，冷起動(dòng)及怠速、低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)溫度低，燃燒不良，不同直徑的柴油微粒隨廢氣排出受光線燃燒不良，不同直徑的柴油微粒隨廢氣排出受光線的反射呈現(xiàn)出不同的顏色，白煙是由的反射呈現(xiàn)出不同的顏色，白煙是由0.61m的顆的顆粒構(gòu)成，而藍(lán)煙是由粒構(gòu)成，而藍(lán)煙是由0.6m以下的顆粒構(gòu)成。以下的顆粒構(gòu)成。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理第二節(jié)第二節(jié) 有害排放物的生成有害排放物的生成 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 主要是NO，NO2排出量較少。 NO的產(chǎn)生：可以認(rèn)為，氮的氧化反應(yīng)發(fā)生在燃料燃燒反應(yīng)所形成的環(huán)境中，其主導(dǎo)反應(yīng)過程是一、氮氧化物一、氮氧化物ON2NON

6、 NO2NOO南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 （1）高溫 （2）富氧 （3）充足的反應(yīng)時(shí)間促使促使NO生成的因素生成的因素南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理燃燒過程中生成的重要的中間產(chǎn)物。生成的機(jī)理比較復(fù)雜，一般經(jīng)歷如下步驟： RHRRO2RCHORCOCOCO在火焰中及火焰后，以緩慢的速率氧化成CO2。 主要影響因素：混合氣濃度。二、一氧化碳二、一氧化碳CO南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理生成與排出有三個(gè)渠道： 廢氣（尾氣）：占6O以上 曲軸箱竄氣由排出：占25 燃油蒸氣漏泄：占1520左右三、未燃碳?xì)浠衔锶?、未燃碳?xì)浠衔铮℉C）南京

7、航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 HC的生成與排出有三個(gè)渠道，其中的生成與排出有三個(gè)渠道，其中HC總量的總量的60%以上由廢氣排出，以上由廢氣排出，25%由曲軸箱竄氣，由曲軸箱竄氣，15%20%左右從油箱、化油器等處漏泄。左右從油箱、化油器等處漏泄。燃燒過程中燃燒過程中HC生成的主要途徑生成的主要途徑南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 1)活塞頂端氣環(huán)與氣缸壁之間形成的夾縫內(nèi)的可活塞頂端氣環(huán)與氣缸壁之間形成的夾縫內(nèi)的可燃混合氣因火焰不能及時(shí)到達(dá)，而不能完全燃燒。燃混合氣因火焰不能及時(shí)到達(dá)，而不能完全燃燒。2)相對(duì)冷態(tài)的氣缸壁對(duì)火焰產(chǎn)生的熱與活化基物質(zhì)相對(duì)冷態(tài)的氣缸

8、壁對(duì)火焰產(chǎn)生的熱與活化基物質(zhì)起著吸收的作用，促使火焰?zhèn)鞑ブ袛?，即火焰在起著吸收的作用，促使火焰?zhèn)鞑ブ袛啵椿鹧嬖跉飧妆诒砻娈a(chǎn)生激冷與淬熄現(xiàn)象。氣缸壁表面產(chǎn)生激冷與淬熄現(xiàn)象。3)燒機(jī)油燒機(jī)油(潤滑油）。潤滑油）。4)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變工況時(shí)，點(diǎn)火定時(shí)、空燃比以及排氣發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變工況時(shí)，點(diǎn)火定時(shí)、空燃比以及排氣再循環(huán)值均不處于最佳狀態(tài)，燃燒惡化再循環(huán)值均不處于最佳狀態(tài)，燃燒惡化，HC排放排放量增加，尤其是減速及怠速工況。量增加，尤其是減速及怠速工況。5)燃燒室中沉積物的影響。燃燒室中沉積物的影響。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 柴油機(jī)微粒

9、的主要成分：碳煙粒子。它是燃料在燃燒過程中經(jīng)歷了一系列物理化學(xué)變化后形成的。四、微粒四、微粒南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理第三節(jié)第三節(jié) 影響汽油機(jī)有害排放影響汽油機(jī)有害排放物生成的主要因素物生成的主要因素 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 汽油機(jī)：預(yù)混燃汽油機(jī)：預(yù)混燃燒，其可燃混合氣濃燒，其可燃混合氣濃度范圍比較窄，在一度范圍比較窄，在一些工況下（如怠速、些工況下（如怠速、滿負(fù)荷等）經(jīng)常處于滿負(fù)荷等）經(jīng)常處于濃混合氣工作，因而濃混合氣工作，因而混合氣成分是影響排混合氣成分是影響排放的最主要的因素。放的最主要的因素。 一、混合氣成分一、混合氣成分南京航空航天

10、大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 CO：空燃比：空燃比AF增加，增加，CO濃度逐漸下濃度逐漸下降；降； NONOx x：濃度兩頭低，濃度兩頭低，中間高，中間高，NONO生成必須兼生成必須兼具高溫、富氧兩個(gè)條件。具高溫、富氧兩個(gè)條件。 HC：兩頭高，中兩頭高，中間低，與燃油消耗率的間低，與燃油消耗率的變化趨勢(shì)基本一致。變化趨勢(shì)基本一致。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 減少點(diǎn)火提前角：降低NO及HC均有利，但以犧牲動(dòng)力性為代價(jià)。二、點(diǎn)火正時(shí)二、點(diǎn)火正時(shí)南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 廢氣再循環(huán)：廢氣再循環(huán)：NONO濃度逐漸下降，濃度逐漸下降，但燃燒的有

11、效性降但燃燒的有效性降低，動(dòng)力性變差。低，動(dòng)力性變差。三、吸入廢氣量的影響三、吸入廢氣量的影響南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 對(duì)于不同的運(yùn)行工況，各種有害排放物的差異很大。 怠速與減速工況，是HC生成的主要工況。四、工況四、工況南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理五、負(fù)荷五、負(fù)荷 負(fù)荷是通過混合氣成分對(duì)燃燒產(chǎn)物中有害物負(fù)荷是通過混合氣成分對(duì)燃燒產(chǎn)物中有害物質(zhì)產(chǎn)生影響的。質(zhì)產(chǎn)生影響的。 怠速與小負(fù)荷，混合氣偏濃，是怠速與小負(fù)荷，混合氣偏濃，是HCHC、COCO生成生成的主要工況。的主要工況。 中等負(fù)荷，供給經(jīng)濟(jì)混合氣，中等負(fù)荷，供給經(jīng)濟(jì)混合氣，HCHC、COCO

12、含量低，含量低，但但NOxNOx生成量增多。生成量增多。 大負(fù)荷，供給濃混合氣，大負(fù)荷，供給濃混合氣，HCHC在排氣中燃燒了，在排氣中燃燒了，COCO、NOxNOx排放增多。排放增多。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理六、轉(zhuǎn)速六、轉(zhuǎn)速 隨著轉(zhuǎn)速的升高，混合氣經(jīng)過進(jìn)氣系統(tǒng)的流隨著轉(zhuǎn)速的升高，混合氣經(jīng)過進(jìn)氣系統(tǒng)的流速及活塞運(yùn)動(dòng)速度升高，速及活塞運(yùn)動(dòng)速度升高，COCO、HCHC排放減少。排放減少。 NOxNOx與混合氣的成分有關(guān)，濃混合氣時(shí)缸內(nèi)溫與混合氣的成分有關(guān)，濃混合氣時(shí)缸內(nèi)溫度較高，度較高，NOxNOx含量增加，稀混合氣時(shí)，缸內(nèi)溫度含量增加，稀混合氣時(shí)，缸內(nèi)溫度較低，較低，NO

13、xNOx生成量減少。生成量減少。 提高怠速轉(zhuǎn)速使混合氣變稀，提高怠速轉(zhuǎn)速使混合氣變稀，COCO、HCHC排放減排放減少。少。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理第四節(jié)第四節(jié) 影響柴油機(jī)有害排放影響柴油機(jī)有害排放物生成的主要因素物生成的主要因素 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 柴油機(jī)燃燒：一種多相非均勻混合物的不穩(wěn)定的燃燒過程。 噴霧過程、油束形成、混合氣的濃度與分布以及燃燒室形式等，對(duì)排放物生成均有復(fù)雜的影響。一、柴油機(jī)燃燒及排放物生成的特點(diǎn)一、柴油機(jī)燃燒及排放物生成的特點(diǎn)南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 由于油霧及油蒸氣在由于油霧及油蒸氣在

14、空間濃度分布不同，可大空間濃度分布不同，可大致分為致分為稀燃火焰熄滅區(qū)、稀燃火焰熄滅區(qū)、稀燃火焰區(qū)、油束心部，稀燃火焰區(qū)、油束心部，油束尾部和后噴部油束尾部和后噴部以及壁以及壁面油膜，從油束邊緣到油面油膜，從油束邊緣到油束核心部分，局部空燃比束核心部分，局部空燃比可從無窮大變到零。根據(jù)可從無窮大變到零。根據(jù)負(fù)荷不同，各區(qū)排放物生負(fù)荷不同，各區(qū)排放物生成的性質(zhì)也不一樣。成的性質(zhì)也不一樣。 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 未燃未燃HCHC：在：在低低負(fù)荷時(shí)，主要產(chǎn)生在負(fù)荷時(shí)，主要產(chǎn)生在稀燃火焰熄滅稀燃火焰熄滅區(qū)；區(qū)；在在高高負(fù)荷時(shí)，主要產(chǎn)生在負(fù)荷時(shí)，主要產(chǎn)生在油束心部、油束尾部

15、和后噴部油束心部、油束尾部和后噴部及壁面油膜及壁面油膜處。處。 COCO：低低負(fù)荷時(shí)，主要在稀負(fù)荷時(shí)，主要在稀燃火焰熄滅燃火焰熄滅區(qū)及稀燃火區(qū)及稀燃火焰區(qū)的交界面上生成焰區(qū)的交界面上生成COCO；高高負(fù)荷時(shí)，在油束負(fù)荷時(shí)，在油束心心部、油部、油束束尾尾部及部及后噴后噴部，因局部缺氧而產(chǎn)生部，因局部缺氧而產(chǎn)生COCO。 NONOx x：在燃燒完全、供氧充分及溫度較高的稀燃火：在燃燒完全、供氧充分及溫度較高的稀燃火焰區(qū)及油束心部產(chǎn)生較多。焰區(qū)及油束心部產(chǎn)生較多。 碳煙：高負(fù)荷時(shí)，在油束心部、油束尾部和后噴部碳煙：高負(fù)荷時(shí)，在油束心部、油束尾部和后噴部的氧濃度低，氣體溫度高，燃油分子容易發(fā)生高溫裂解

16、的氧濃度低，氣體溫度高，燃油分子容易發(fā)生高溫裂解而形成碳煙。而形成碳煙。 醛類：主要在稀燃火焰熄滅區(qū)，由于低溫氧化而產(chǎn)醛類：主要在稀燃火焰熄滅區(qū)，由于低溫氧化而產(chǎn)生醛類中間產(chǎn)物。生醛類中間產(chǎn)物。 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理二、影響因素二、影響因素1、混合氣成分、混合氣成分南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 COCO：柴油機(jī)過量空氣系數(shù)柴油機(jī)過量空氣系數(shù)11，加上柴油蒸發(fā)性，加上柴油蒸發(fā)性比汽油小，因此柴油機(jī)的比汽油小，因此柴油機(jī)的 HCHC及及COCO排放濃度一般比汽排放濃度一般比汽油機(jī)低得多，但在接近滿負(fù)荷時(shí)（油機(jī)低得多，但在接近滿負(fù)荷時(shí)（A AF F

17、減?。?，減小），COCO濃度驟增。濃度驟增。 NONO：生成率最高處仍出現(xiàn)在油量較大的高負(fù)荷生成率最高處仍出現(xiàn)在油量較大的高負(fù)荷工況。與汽油機(jī)不同的是，柴油機(jī)工況。與汽油機(jī)不同的是，柴油機(jī)NONO2 2的生成濃度較的生成濃度較高。高。NONO2 2濃度隨濃度隨 A AF F增加而減少。增加而減少。 碳煙：碳煙：混合氣變濃，排煙濃度增多。混合氣變濃，排煙濃度增多。 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 2、噴油時(shí)刻、噴油時(shí)刻南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 延遲噴油是降低延遲噴油是降低NONOx x的主要措施之一。的主要措施之一。 為了在延遲噴油以后燃燒不致惡化，

18、加強(qiáng)為了在延遲噴油以后燃燒不致惡化，加強(qiáng)缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)、促進(jìn)混合氣形成、提高噴油速缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)、促進(jìn)混合氣形成、提高噴油速率以及改善噴霧質(zhì)量是很有必要的。率以及改善噴霧質(zhì)量是很有必要的。 延遲噴油的同時(shí)提高噴油速率，要比單純延遲噴油的同時(shí)提高噴油速率，要比單純延遲噴油定時(shí)的效果好。延遲噴油定時(shí)的效果好。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理3、燃燒室類型、燃燒室類型南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 分隔式燃燒室生成的分隔式燃燒室生成的NONOx x、COCO、HCHC

19、和碳煙的和碳煙的排放濃度均低于直噴式的，特別是排放濃度均低于直噴式的，特別是NONOx x排放濃度排放濃度一般比直噴式燃燒室的低一般比直噴式燃燒室的低5050左右。左右。原因：這種燃燒室的燃燒及排放物的生成分兩原因：這種燃燒室的燃燒及排放物的生成分兩個(gè)階段進(jìn)行。個(gè)階段進(jìn)行。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理第五節(jié)第五節(jié) 有害排放物的控制有害排放物的控制 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 1）以降低排放為目標(biāo)，通過改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程為主的機(jī)內(nèi)處理方法。 2）對(duì)燃燒排出的有害物，在排氣系統(tǒng)等處進(jìn)行后處理。 3）對(duì)曲軸箱竄氣或油蒸氣部分進(jìn)行處理。2）、3）又稱為機(jī)外

20、處理方法?？刂拼胧┓诸惪刂拼胧┓诸惸暇┖娇蘸教齑髮W(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 使少量廢氣（使少量廢氣（5%20%）再次循環(huán)進(jìn)入氣缸，因廢氣中）再次循環(huán)進(jìn)入氣缸，因廢氣中含有大量的惰性氣體不參與燃燒，但能吸收熱量，這樣就含有大量的惰性氣體不參與燃燒，但能吸收熱量，這樣就降低了燃燒溫度，可抑制降低了燃燒溫度，可抑制NOx排放。排放。 過量的廢氣再循環(huán)會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，混合過量的廢氣再循環(huán)會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，混合氣的燃燒將變得不穩(wěn)定，著火性變差，發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、氣的燃燒將變得不穩(wěn)定，著火性變差，發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性會(huì)隨之惡化，動(dòng)力性會(huì)隨之惡化，HC的排放也會(huì)增加，因此，應(yīng)按發(fā)的排

21、放也會(huì)增加，因此，應(yīng)按發(fā)動(dòng)機(jī)工況和工作條件對(duì)再循環(huán)的廢氣量進(jìn)行合理控制。動(dòng)機(jī)工況和工作條件對(duì)再循環(huán)的廢氣量進(jìn)行合理控制。這樣，就引入了廢氣再循環(huán)率（這樣，就引入了廢氣再循環(huán)率（EGR率）的概念：率）的概念：一、汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)一、汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)1、廢氣再循環(huán)、廢氣再循環(huán)南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 EGR率的控制方法有不同的結(jié)構(gòu)形式，有進(jìn)氣負(fù)壓率的控制方法有不同的結(jié)構(gòu)形式，有進(jìn)氣負(fù)壓控制式、排氣壓力控制式、負(fù)荷比例式及電子控制式控制式、排氣壓力控制式、負(fù)荷比例式及電子控制式， EGR率在率在5%20%。100%EGR氣體量吸入空氣量EGR氣體量EGR率 南京航空航天

22、大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 應(yīng)根據(jù)不同工況和運(yùn)行條件決定是否采用廢氣再循環(huán)，或應(yīng)根據(jù)不同工況和運(yùn)行條件決定是否采用廢氣再循環(huán)，或確定再循環(huán)系統(tǒng)的控制要點(diǎn)：確定再循環(huán)系統(tǒng)的控制要點(diǎn)：1）發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、怠速、低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷及處于冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，）發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、怠速、低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷及處于冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，燃燒的溫度低，燃燒的溫度低，NOx排放低，而節(jié)氣門開度小，氣缸內(nèi)廢氣排放低，而節(jié)氣門開度小，氣缸內(nèi)廢氣稀釋現(xiàn)象嚴(yán)重，不應(yīng)進(jìn)行廢氣再循環(huán)。稀釋現(xiàn)象嚴(yán)重，不應(yīng)進(jìn)行廢氣再循環(huán)。2）在高負(fù)荷、高速或油門全開時(shí)，

23、追求發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最高的動(dòng)）在高負(fù)荷、高速或油門全開時(shí)，追求發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最高的動(dòng)力輸出，因此，不希望進(jìn)行再循環(huán)。力輸出，因此，不希望進(jìn)行再循環(huán)。3）要求隨著負(fù)荷增加，廢氣再循環(huán)量應(yīng)增加到允許的極限值。）要求隨著負(fù)荷增加，廢氣再循環(huán)量應(yīng)增加到允許的極限值。4）接近全負(fù)荷時(shí)，為使發(fā)動(dòng)機(jī)保持足夠的動(dòng)力性能，即使）接近全負(fù)荷時(shí)，為使發(fā)動(dòng)機(jī)保持足夠的動(dòng)力性能，即使NOX 排放很高，也不允許進(jìn)行排放很高，也不允許進(jìn)行EGR。5）為了實(shí)現(xiàn)）為了實(shí)現(xiàn)EGR的最佳效果，要保證各缸的的最佳效果，要保證各缸的EGR率一致。率一致。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 使少量廢氣（使少量廢氣（520）再次循環(huán)

24、進(jìn)入氣缸，）再次循環(huán)進(jìn)入氣缸，降低燃燒溫度，可抑制降低燃燒溫度，可抑制NOx生成。應(yīng)根據(jù)不同生成。應(yīng)根據(jù)不同工況決定是否采用廢氣再循環(huán)，或確定廢氣再工況決定是否采用廢氣再循環(huán)，或確定廢氣再循環(huán)量的多少。循環(huán)量的多少。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理2、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)1）冷起動(dòng)、暖機(jī)）冷起動(dòng)、暖機(jī) 汽油機(jī)汽油機(jī) 冷起動(dòng)時(shí)冷起動(dòng)時(shí)CO和和HC 排放量顯著高于正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況。應(yīng)排放量顯著高于正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況。應(yīng)增大起動(dòng)機(jī)功率，提高起動(dòng)轉(zhuǎn)速，增大點(diǎn)火能量，盡量縮增大起動(dòng)機(jī)功率，提高起動(dòng)轉(zhuǎn)速，增大點(diǎn)火能量，盡量縮短起動(dòng)時(shí)間。在起動(dòng)前對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行預(yù)熱，促進(jìn)起動(dòng)時(shí)缸短起動(dòng)時(shí)間。在

25、起動(dòng)前對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行預(yù)熱，促進(jìn)起動(dòng)時(shí)缸內(nèi)完全燃燒。內(nèi)完全燃燒。發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑系和冷卻系要保證發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后盡快達(dá)到正常發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑系和冷卻系要保證發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后盡快達(dá)到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度。（冬天和夏天不同）的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度。（冬天和夏天不同）南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理2)怠速排放控制怠速排放控制 怠速時(shí)低轉(zhuǎn)速省油，排放不好。怠速時(shí)低轉(zhuǎn)速省油，排放不好。 汽油機(jī)汽油機(jī) 較高怠速轉(zhuǎn)速可降低較高怠速轉(zhuǎn)速可降低排放。排放。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理隨著混合氣調(diào)稀，隨著混合氣調(diào)稀，CO排排放不斷下降，而放不斷下降，而HC又又

26、不斷上升。不斷上升。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理3）壓縮比）壓縮比壓縮比增加，使燃燒室內(nèi)溫度增加，使壓縮比增加，使燃燒室內(nèi)溫度增加，使NOx排排放增加。放增加。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理4）燃燒系統(tǒng)）燃燒系統(tǒng)燃燒室的形狀主要影響未燃混合氣的燃燒室的形狀主要影響未燃混合氣的HC排放物排放物濃度。濃度。5）進(jìn)氣系統(tǒng)）進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性外也進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性外也影響污染物的生成，特別是影響污染物的生成，特別是HC。理想的燃燒室形狀應(yīng)緊湊、表面積小，并帶有理想的燃燒室形狀應(yīng)緊湊、表面積小，并帶有一定的進(jìn)氣旋流。一

27、定的進(jìn)氣旋流。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理6）活塞組件）活塞組件活塞、活塞環(huán)與氣缸壁之間的間隙，對(duì)汽油機(jī)活塞、活塞環(huán)與氣缸壁之間的間隙，對(duì)汽油機(jī)的的HC排放有很大的影響，主要是排放有很大的影響，主要是HC。7）分層稀薄燃燒）分層稀薄燃燒NOx排放增加排放增加南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理3、電子控制燃油噴射系統(tǒng)、電子控制燃油噴射系統(tǒng)4、提高燃油的品質(zhì)、提高燃油的品質(zhì)南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理二、汽油機(jī)機(jī)外凈化技術(shù)二、汽油機(jī)機(jī)外凈化技術(shù)1、曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)、曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)從空氣濾清器

28、引出部分新鮮空氣進(jìn)入曲軸箱，而曲軸從空氣濾清器引出部分新鮮空氣進(jìn)入曲軸箱，而曲軸箱內(nèi)由活塞環(huán)與氣缸壁間隙泄漏下來的燃燒廢氣和箱內(nèi)由活塞環(huán)與氣缸壁間隙泄漏下來的燃燒廢氣和新鮮混合氣經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥（新鮮混合氣經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥（PCV閥）被吸入氣缸燒閥）被吸入氣缸燒掉。掉。 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 PCV閥的作用閥的作用是用真空操作和可變噴嘴控制的閥。是用真空操作和可變噴嘴控制的閥。在怠速、低速小負(fù)荷時(shí)減少送入氣缸的抽氣量，避在怠速、低速小負(fù)荷時(shí)減少送入氣缸的抽氣量，避免混合氣過稀而造成失火。在節(jié)氣門全開時(shí)，氣缸免混合氣過稀而造成失火。在節(jié)氣門全開時(shí)，氣缸竄氣量大，竄氣量大，

29、PCV閥能提供足夠的流量送入氣缸，從閥能提供足夠的流量送入氣缸，從而顯著降低了排氣中的而顯著降低了排氣中的CO和和HC的濃度。的濃度。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 怠速或減速或低負(fù)荷時(shí)，進(jìn)氣管真空度較大，雖然怠速或減速或低負(fù)荷時(shí)，進(jìn)氣管真空度較大，雖然PCV閥閥升程很高，但由于可變噴嘴截面積的原因，升程很高，但由于可變噴嘴截面積的原因，PCV閥開度很小，閥開度很小，進(jìn)入氣缸的曲軸箱氣體流量很?。贿M(jìn)入氣缸的曲軸箱氣體流量很??； 大負(fù)荷時(shí)，即進(jìn)氣管真空度低，雖然大負(fù)荷時(shí)，即進(jìn)氣管真空度低，雖然PCV閥升程不高，但閥升程不高，但PCV閥開度很大，進(jìn)入氣缸的曲軸箱氣體流量很大；閥

30、開度很大，進(jìn)入氣缸的曲軸箱氣體流量很大； 進(jìn)氣管發(fā)生回火或停機(jī)時(shí)，進(jìn)氣管發(fā)生回火或停機(jī)時(shí)，PCV閥關(guān)閉。閥關(guān)閉。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理2、燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)、燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 從油箱和化油器浮子室蒸發(fā)出來的汽從油箱和化油器浮子室蒸發(fā)出來的汽油蒸汽，經(jīng)儲(chǔ)氣罐油蒸汽，經(jīng)儲(chǔ)氣罐3流入炭罐流入炭罐5被活性炭所被活性炭所吸附，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由進(jìn)氣負(fù)壓控制吸附，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由進(jìn)氣負(fù)壓控制開啟凈化控制閥開啟凈化控制閥2，在炭罐內(nèi)被吸附的汽油，在炭罐內(nèi)被吸附的汽油蒸汽與從炭罐下部（帶濾網(wǎng)）流入的新鮮蒸汽與從炭罐下部（帶濾網(wǎng)）流入

31、的新鮮空氣一起被吸入進(jìn)氣管，降低燃油箱和化空氣一起被吸入進(jìn)氣管，降低燃油箱和化油器浮子室向大氣的油器浮子室向大氣的HC排放。排放。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理1）炭罐頂部的凈化控制閥）炭罐頂部的凈化控制閥2（圖中的限流閥（圖中的限流閥8），用來控制進(jìn)入），用來控制進(jìn)入進(jìn)氣支管的汽油蒸汽和空氣的流量：進(jìn)氣支管的汽油蒸汽和空氣的流量： 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，傳送到限流閥發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，傳送到限流閥8膜片室的進(jìn)氣管真空度很膜片室的進(jìn)氣管真空度很小，膜片下移，致使孔徑為小，膜片下移，致使孔徑為1.40mm的限流小孔關(guān)閉，只有少量的限流小孔關(guān)閉，只有少量的汽油蒸汽和空氣從的汽油蒸汽和空氣從0

32、.76mm的限流小孔進(jìn)入進(jìn)氣支管，以免破的限流小孔進(jìn)入進(jìn)氣支管，以免破壞怠速時(shí)混合氣的空燃比（可能造成怠速不穩(wěn)或熄火）；大負(fù)壞怠速時(shí)混合氣的空燃比（可能造成怠速不穩(wěn)或熄火）；大負(fù)荷或高轉(zhuǎn)速時(shí)，同時(shí)經(jīng)兩個(gè)限流孔進(jìn)入進(jìn)氣支管。炭罐底部濾荷或高轉(zhuǎn)速時(shí)，同時(shí)經(jīng)兩個(gè)限流孔進(jìn)入進(jìn)氣支管。炭罐底部濾網(wǎng)堵塞會(huì)造成混合氣過濃現(xiàn)象。網(wǎng)堵塞會(huì)造成混合氣過濃現(xiàn)象。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理2）燃油箱頂部的儲(chǔ)氣罐）燃油箱頂部的儲(chǔ)氣罐3（圖中的氣（圖中的氣-液分離器液分離器3）的作用是用）的作用是用來分離液態(tài)汽油和汽油蒸汽，以防止液態(tài)汽油流入炭罐。來分離液態(tài)汽油和汽油蒸汽，以防止液態(tài)汽油流入炭罐。

33、三根出口朝上的通氣管分別接在油箱的中央和兩側(cè)，這樣，三根出口朝上的通氣管分別接在油箱的中央和兩側(cè)，這樣，不管汽車如何傾斜，至少有一根通氣管高于汽油液面，使不管汽車如何傾斜，至少有一根通氣管高于汽油液面，使汽油蒸汽得以經(jīng)汽油蒸汽管汽油蒸汽得以經(jīng)汽油蒸汽管4進(jìn)入炭罐，分離出來的液態(tài)汽進(jìn)入炭罐，分離出來的液態(tài)汽油從回油管油從回油管2流回燃油箱。流回燃油箱。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 各類催化轉(zhuǎn)換器均由金屬外殼和活性催化材料組各類催化轉(zhuǎn)換器均由金屬外殼和活性催化材料組成。成。 常見的有兩種結(jié)構(gòu)形式：一類是整體陶瓷峰窩結(jié)常見的有兩種結(jié)構(gòu)形式：一類是整體陶瓷峰窩結(jié)構(gòu)，它在作為載體的

34、多孔性氧化鋁陶瓷表面滲透一層構(gòu)，它在作為載體的多孔性氧化鋁陶瓷表面滲透一層活性催化劑；另一類是顆粒式結(jié)構(gòu)，它將催化材料浸活性催化劑；另一類是顆粒式結(jié)構(gòu)，它將催化材料浸透在大量直徑為透在大量直徑為23mm的多孔性陶瓷小球表面。的多孔性陶瓷小球表面。 這兩類轉(zhuǎn)換器均應(yīng)保證排氣流暢，并使氣流與催這兩類轉(zhuǎn)換器均應(yīng)保證排氣流暢，并使氣流與催化劑有較大的接觸面積。但催化劑的材料不同，轉(zhuǎn)換化劑有較大的接觸面積。但催化劑的材料不同，轉(zhuǎn)換器的功能也不一樣。器的功能也不一樣。 3、催化轉(zhuǎn)化器、催化轉(zhuǎn)化器南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 氧化催化轉(zhuǎn)

35、換器的作用是把排氣中的氧化催化轉(zhuǎn)換器的作用是把排氣中的CO和和HC氧化成氧化成CO2和和H2O。由于貴金屬內(nèi)在活性。由于貴金屬內(nèi)在活性高，低溫高，低溫時(shí)的活性損失小，同時(shí)抗燃料中硫污染的能力強(qiáng)，時(shí)的活性損失小，同時(shí)抗燃料中硫污染的能力強(qiáng)，因此最適合于用作催化材料。目前應(yīng)用最廣泛的氧因此最適合于用作催化材料。目前應(yīng)用最廣泛的氧化催化材料是鉑（化催化材料是鉑（PtPt）和鈀（）和鈀（PdPd）的混合物。這些）的混合物。這些氧化催化劑的轉(zhuǎn)換效率隨溫度而變化，如圖所示。氧化催化劑的轉(zhuǎn)換效率隨溫度而變化，如圖所示。在溫度足夠高時(shí)使用新的催化劑，對(duì)在溫度足夠高時(shí)使用新的催化劑，對(duì)COCO的轉(zhuǎn)換效率的轉(zhuǎn)換效

36、率可達(dá)可達(dá)98989999，對(duì)，對(duì)HCHC的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)9595，但在，但在溫度低于溫度低于25O25O300300時(shí)，其轉(zhuǎn)換效率急劇下降。時(shí)，其轉(zhuǎn)換效率急劇下降。 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理 三元催化劑包含鉑（三元催化劑包含鉑（Pt）和銠（）和銠（Rh），），PtRh在在217的范圍內(nèi)，此外還含有的范圍內(nèi)，此外還含有Al2O3、NIO、CeO2（氧化鈰），用氧化鋁作為載體材料。使用（氧化鈰），用氧化鋁作為載體材料。使用三元催化劑時(shí)，應(yīng)將混合氣成分嚴(yán)格控制在理論三元催化劑時(shí)，應(yīng)將混合氣成分嚴(yán)格控制在理論空燃

37、比附近（空燃比附近（1），這樣催化劑才能促使），這樣催化劑才能促使CO及及HC的氧化反應(yīng)和的氧化反應(yīng)和NOx的還原反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，生的還原反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，生成成CO2、H2O及及N2。而且，只有在接近理論空燃。而且，只有在接近理論空燃比的窄狹范圍內(nèi)，對(duì)這三種有害成分才有高的轉(zhuǎn)比的窄狹范圍內(nèi)，對(duì)這三種有害成分才有高的轉(zhuǎn)換效率。這是目前車用汽油機(jī)上應(yīng)用最廣泛的機(jī)換效率。這是目前車用汽油機(jī)上應(yīng)用最廣泛的機(jī)外凈化措施。外凈化措施。 三元催化轉(zhuǎn)換器三元催化轉(zhuǎn)換器南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理三、柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)三、柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)1、

38、增壓中冷技術(shù)、增壓中冷技術(shù)采用增壓中冷技術(shù)可以降低混合氣的采用增壓中冷技術(shù)可以降低混合氣的濃度，降低濃度，降低HC、CO和和NOx的排放。的排放。南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理2、改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)、改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)1）進(jìn)氣組織）進(jìn)氣組織2）多氣門）多氣門南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理3、改進(jìn)噴油系統(tǒng)、改進(jìn)噴油系統(tǒng)1）高壓噴射）高壓噴射2）推遲噴油提前角）推遲噴油提前角3）減小噴孔直徑）減小噴孔直徑4）減小噴嘴壓力室容積）減小噴嘴壓力室容積5）高壓共軌電控燃油噴射）高壓共軌電控燃油噴射南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理4、改進(jìn)燃燒系統(tǒng)、改進(jìn)燃燒系統(tǒng)

39、1）燃燒室容積比）燃燒室容積比2）燃燒室口徑比）燃燒室口徑比3）燃燒室形狀）燃燒室形狀4）適當(dāng)提高壓縮比）適當(dāng)提高壓縮比南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理5、降低機(jī)油消耗、降低機(jī)油消耗6、廢氣再循環(huán)、廢氣再循環(huán)7、提高燃油品質(zhì)、提高燃油品質(zhì)南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院2022-2-4內(nèi)燃機(jī)原理四、柴油機(jī)機(jī)外凈化技術(shù)四、柴油機(jī)機(jī)外凈化技術(shù)1、微粒捕集器、微粒捕集器整體多孔陶瓷催化過濾器整體多孔陶瓷催化過濾器- -燃燒器再生系統(tǒng)。微粒過燃燒器再生系統(tǒng)。微粒過濾器由多孔陶瓷材料制成，濾器由多孔陶瓷材料制成，其過濾效率較高。在過濾其過濾效率較高。在過濾器入口前，設(shè)置一燃燒器，器入口前，設(shè)置一燃燒器，靠泵及噴油器向燃燒器供靠泵及噴油器向燃燒器供給少量燃油，利用排氣的給少量燃油，利用排氣的氧或另外供給空氣，用火氧或另外供給空氣，用火花塞或電熱塞點(diǎn)燃，由高花塞或電熱塞點(diǎn)燃