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1、第八章发动机排放与控制本讲稿第一页，共二十六页第第1 1节节 发动机有害排放物的生成及危害发动机有害排放物的生成及危害发动机主要有害排放物：发动机主要有害排放物：CO CO、HCHC、NOxNOx和微粒（碳烟）。和微粒（碳烟）。一、发动机有害排放物及其危害一、发动机有害排放物及其危害1 1、一氧化碳（、一氧化碳（COCO）特点：特点：无色、无味、无色、无味、有毒（引起窒息）有毒（引起窒息）。CO CO与血红蛋白的亲合力是氧的与血红蛋白的亲合力是氧的300300倍，而分离速度却是氧的倍，而分离速度却是氧的1/36001/3600，并会阻碍氧的释放。，并会阻碍氧的释放。2 2、碳氢化合物（、碳氢化
2、合物（HCHC）成分：成分：未燃、不完全燃烧的烃类及其部分氧化物组成，未燃、不完全燃烧的烃类及其部分氧化物组成，如如烷烃、稀烃、芳香烃、醛、酮等。烷烃、稀烃、芳香烃、醛、酮等。无害无害有害有害本讲稿第二页，共二十六页3 3、氮氧化合物（、氮氧化合物（NOxNOx，如，如 ）NONO、NONO2 2、N N2 2O O3 3、N N2 20 05 5等。等。危害：危害：1 1、直接引起人类中毒；、直接引起人类中毒；2 2、形成酸雨，破坏生态；、形成酸雨，破坏生态；3 3、在紫外线作用下，与、在紫外线作用下，与HCHC反应形成反应形成光化学烟雾光化学烟雾。浅蓝色烟雾（浅蓝色烟雾（O O3 3和和P
3、ANPAN），易在中午日照最强时产生，其毒），易在中午日照最强时产生，其毒性较性较NOxNOx更强。更强。4 4、微粒（碳烟）、微粒（碳烟）危害：危害：1 1、微粒（、微粒（0.1m)0.1m)破坏呼吸和血液循环系统；破坏呼吸和血液循环系统；2 2、微粒上的附着物（、微粒上的附着物（SOSO2 2、NOxNOx、HCHC等）引起中毒、至癌等。等）引起中毒、至癌等。通常，柴油机的碳烟排放量约为汽油机的通常，柴油机的碳烟排放量约为汽油机的3030倍以上。倍以上。本讲稿第三页，共二十六页二、排放标准二、排放标准法规生效日期汽油机柴油机COHCNOxCOHCNOx微粒欧119922.270.970.9
4、72.720.970.970.14欧219952.20.50.5非直喷1.00.700.700.08直喷1.00.900.900.10欧320002.30.20.150.640.560.500.05欧420051.00.10.080.500.300.250.025单位（单位（g/km)g/km)我国制定的国我国制定的国3 3标准在数值上与欧标准在数值上与欧3 3标准基本一致，但增加标准基本一致，但增加了强制安装了强制安装OBDOBD诊断接口的要求（诊断排放自诊断）。诊断接口的要求（诊断排放自诊断）。本讲稿第四页，共二十六页三、有害排放物的生成机理三、有害排放物的生成机理1 1、COCO的生成的
5、生成来源：来源：1 1、不完全燃烧（包括局部缺氧燃烧）；、不完全燃烧（包括局部缺氧燃烧）；2 2、高温、高温COCO2 2与与H H2 2O O的裂解反应（的裂解反应（20002000以上）。以上）。对于柴油机，过量空气系数大（富氧），且燃烧温度也对于柴油机，过量空气系数大（富氧），且燃烧温度也较低，故其较低，故其COCO排放低；排放低；COCO（%,%,体积分数）：汽油机体积分数）：汽油机0.10.16 6；柴油机柴油机0.050.050.50.5。柴油机与汽油机比较：柴油机与汽油机比较：而汽油机，过量空气系数偏小（氧少），且燃烧温度高，而汽油机，过量空气系数偏小（氧少），且燃烧温度高，CO
6、CO排放较大。排放较大。本讲稿第五页，共二十六页2 2、HCHC的生成的生成1 1、未燃和不完全燃烧；、未燃和不完全燃烧；冷激与缝隙效应（冷激与缝隙效应（50%50%70%)70%)润滑油膜和沉积物的吸附（润滑油膜和沉积物的吸附（303040%)40%)过浓或过稀造成的火焰淬熄过浓或过稀造成的火焰淬熄 2 2、曲轴箱的窜气及燃油、曲轴箱的窜气及燃油系统的蒸发泄露。系统的蒸发泄露。本讲稿第六页，共二十六页柴油机与汽油机的比较：柴油机与汽油机的比较：1 1、柴油机燃油是在压、柴油机燃油是在压缩接近终了时才喷射，因而缩接近终了时才喷射，因而冷激、缝隙与吸附效应的影冷激、缝隙与吸附效应的影响小，响小，
7、故故HCHC排放较汽油机低；排放较汽油机低；2 2、柴油机、柴油机HCHC主要来源于主要来源于混合不均匀造成的过浓或过混合不均匀造成的过浓或过稀及喷油器压力室容积内的稀及喷油器压力室容积内的残留燃油。残留燃油。HCHC（%）：汽油机）：汽油机0.20.2；柴油机柴油机0.020.020.10.1。本讲稿第七页，共二十六页 由于部分由于部分HCHC在排气过程中会被氧化，在排气过程中会被氧化，因此，提高排气温度因此，提高排气温度（如推迟点火（如推迟点火/喷油、排气绝热等）有助于降低喷油、排气绝热等）有助于降低HCHC的排放。的排放。3 3、NOxNOx的生成的生成来源：来源：高温、富氧燃烧。高温、
8、富氧燃烧。抑制抑制NOxNOx的生成必然与的生成必然与燃油经济性相矛盾。燃油经济性相矛盾。柴油机与汽油机的比较：柴油机与汽油机的比较：由于柴油机的最高燃烧温度较汽油机低，故由于柴油机的最高燃烧温度较汽油机低，故NOxNOx的排放量较汽油的排放量较汽油机少。机少。NOxNOx的生成与温度的关系的生成与温度的关系NOxNOx（%）：汽油机）：汽油机0.2-0.40.2-0.4；柴油机柴油机0.070.070.20.2。本讲稿第八页，共二十六页4 4、微粒（碳烟）的生成、微粒（碳烟）的生成来源：来源：高温、缺氧燃烧。高温、缺氧燃烧。由于大部分碳烟在燃烧后期及排气过程中会被氧化，由于大部分碳烟在燃烧后
9、期及排气过程中会被氧化，因因此，提高排气温度有助于降低碳烟的排放。此，提高排气温度有助于降低碳烟的排放。对于汽油机，采用无铅汽油时基本不排放碳烟；对于汽油机，采用无铅汽油时基本不排放碳烟；柴油机与汽油机比较：柴油机与汽油机比较：而柴油机，由于采用缸内喷射、边喷边烧的工作模式，较而柴油机，由于采用缸内喷射、边喷边烧的工作模式，较容易产生局部高温缺氧燃烧，故碳烟生成量较汽油机大得多容易产生局部高温缺氧燃烧，故碳烟生成量较汽油机大得多（3030倍以上）。倍以上）。微粒（微粒（g/mg/m3 3）：汽油机）：汽油机0.0050.005；柴油机柴油机0.150.150.30.3。本讲稿第九页，共二十六页
10、第第2 2节节 影响汽油机排放的主要因素及控制影响汽油机排放的主要因素及控制一、影响因素一、影响因素1 1、混合气成分、混合气成分（主要影响因素）（主要影响因素）空燃比对排放的影响空燃比对排放的影响 混合气浓（混合气浓（14.914.914.9）时：）时：缺氧燃烧，缺氧燃烧，COCO和和HCHC排放大排放大,NOx,NOx排放小；排放小；燃烧迅速、充分，燃烧迅速、充分，COCO和和HCHC排放低，排放低，但但NOxNOx排放高；排放高；燃烧速度慢、温度低，燃烧速度慢、温度低，COCO和和NOxNOx排放低，排放低，但淬熄现象增加使但淬熄现象增加使HCHC排放高。排放高。本讲稿第十页，共二十六页
11、2 2、点火提前角、点火提前角点火提前角对排放的影响点火提前角对排放的影响点火推迟点火推迟(减小提前角）减小提前角）:后燃严重，最高燃烧温度低，后燃严重，最高燃烧温度低，NOxNOx排排放少；同时，由于排温高，有助于放少；同时，由于排温高，有助于HCHC的的氧化，但动力性与经济性差。氧化，但动力性与经济性差。点火提前点火提前(增大提前角）增大提前角）:放热集中，燃烧温度高，而排温放热集中，燃烧温度高，而排温低，对低，对NOxNOx和和HCHC排放均不利。排放均不利。本讲稿第十一页，共二十六页3 3、负荷、负荷怠速、小负荷怠速、小负荷(节气门开度小）节气门开度小）:混合气偏浓而废气多，燃烧变差，
12、温度低，混合气偏浓而废气多，燃烧变差，温度低，HCHC、COCO排放排放高而高而NOxNOx排放低。排放低。中等负荷中等负荷(节气门开度节气门开度25%-80%25%-80%）:供给经济混合气且残余废气少，燃烧迅速、充分，供给经济混合气且残余废气少，燃烧迅速、充分，HC HC、COCO排放低；但燃烧温度高，排放低；但燃烧温度高，NOxNOx排放高。排放高。大负荷大负荷(节气门开度节气门开度80%80%）:供给浓混合气，燃烧温度和排温高，故供给浓混合气，燃烧温度和排温高，故NOxNOx排放高而排放高而HCHC排放低；但由于氧不足，排放低；但由于氧不足，COCO排放高。排放高。本讲稿第十二页，共二
13、十六页4 4、转速、转速对于对于COCO、HC:HC:转速高，气流运动强，可以改善燃烧（减少冷激效应），转速高，气流运动强，可以改善燃烧（减少冷激效应），故故HCHC和和COCO排放低。排放低。对于对于NOx:NOx:燃烧速度快，转速越高，散热损失越少，燃烧温度高，故燃烧速度快，转速越高，散热损失越少，燃烧温度高，故NOxNOx排排放高；放高；燃烧速度慢，转速越高，燃烧对应曲轴转角越大，结燃烧速度慢，转速越高，燃烧对应曲轴转角越大，结果燃烧温度降低，故果燃烧温度降低，故NOxNOx排放低。排放低。（1 1）浓混合气时：）浓混合气时：（2 2）稀混合气时：）稀混合气时：本讲稿第十三页，共二十六页
14、5 5、工况、工况 工况（km/h）排放量怠速0定速40加速040减速400CO(%)4.0-10.00.5-1.00.7-5.01.5-4.5HC(10-6)300-2000200-400300-6001000-3000NOx(10-6)50-1001000-30001000-40005-50本讲稿第十四页，共二十六页6 6、废气再循环（、废气再循环（EGREGR率）率）EGREGR率与排放的关系率与排放的关系 EGREGR率高，对降低率高，对降低NOxNOx有利，但过高会影响燃烧，使有利，但过高会影响燃烧，使HCHC排放和油耗排放和油耗增大。增大。本讲稿第十五页，共二十六页二、降低排放的措
15、施二、降低排放的措施1 1、废气再循环、废气再循环EGREGR 目的：目的：引入部分废气，降低燃烧温度（废气比热容大）和氧的引入部分废气，降低燃烧温度（废气比热容大）和氧的浓度，浓度，抑制抑制NOxNOx的生成的生成。需要注意事项：需要注意事项：EGR EGR率过大，影响燃烧，使油耗和率过大，影响燃烧，使油耗和HCHC排放增大；排放增大；EGREGR率过小，率过小，NOxNOx抑制效果差，且易引发爆燃等不正常现象。抑制效果差，且易引发爆燃等不正常现象。目的：目的：降低降低COCO、HCHC的排放。的排放。2 2、改善冷起动、暖机和怠速、改善冷起动、暖机和怠速 提高点火能量、增大起动机功率、采用
16、进气加提高点火能量、增大起动机功率、采用进气加热、提高怠速转速等。热、提高怠速转速等。措施：措施：本讲稿第十六页，共二十六页3 3、合理选择压缩比、合理选择压缩比 目的：目的：提高压缩终了温度，降低冷激效应，改善经济性和提高压缩终了温度，降低冷激效应，改善经济性和HCHC、COCO的排放。的排放。需要注意事项：需要注意事项：压缩大，燃烧温度高，压缩大，燃烧温度高，NOxNOx排放高的同时易引排放高的同时易引发爆燃，故需与发爆燃，故需与EGREGR、点火提前角控制相结合。、点火提前角控制相结合。措施：措施：采用紧凑燃烧室，减少缝隙容积和燃烧室表面积，采用紧凑燃烧室，减少缝隙容积和燃烧室表面积，合
17、理选择火花塞位置，并适当组织进气运动，合理选择火花塞位置，并适当组织进气运动，加速燃烧，降低加速燃烧，降低HCHC和和COCO的排放。的排放。4 4、改善燃烧系统、改善燃烧系统 需要注意事项：需要注意事项：加速燃烧会使燃烧温度升高，对抑制加速燃烧会使燃烧温度升高，对抑制NOxNOx不利，必须与其它控制措施结合。不利，必须与其它控制措施结合。本讲稿第十七页，共二十六页5 5、改善换气过程、改善换气过程 采用多气门结构、进气增压和合理的气门相位（如可变气门升程采用多气门结构、进气增压和合理的气门相位（如可变气门升程和正时），和正时），改善燃烧，减少油耗和改善燃烧，减少油耗和HCHC排放。排放。降低
18、油耗和降低油耗和NOxNOx的排放。的排放。7 7、采用稀薄燃烧技术、采用稀薄燃烧技术6 6、采用电控燃油技术、采用电控燃油技术8 8、提高燃油品质、提高燃油品质9 9、采用曲轴强制通风、采用曲轴强制通风 实现空燃比的闭环控制。实现空燃比的闭环控制。本讲稿第十八页，共二十六页1010、采用燃油蒸发控制系统（活性碳罐）、采用燃油蒸发控制系统（活性碳罐）本讲稿第十九页，共二十六页1111、安装三元催化器（、安装三元催化器（TWCTWC）全面降低全面降低HCHC、COCO和和NOxNOx的排放。的排放。为了取得好的转化效果，需要与氧传感器配合（理论为了取得好的转化效果，需要与氧传感器配合（理论空燃比
19、），并防止三元催化中毒（铅、硫）。空燃比），并防止三元催化中毒（铅、硫）。目的：目的：需要注意事项：需要注意事项：本讲稿第二十页，共二十六页第第3 3节节 影响柴油机排放的主要因素及控制影响柴油机排放的主要因素及控制一、影响因素一、影响因素1 1、混合气成分、混合气成分过量空气系数对柴油机排放的影响过量空气系数对柴油机排放的影响 过量空气系数大，过量空气系数大，HCHC、COCO和和R R（碳（碳烟）的排放低。烟）的排放低。喷油时间长，后燃严重，使喷油时间长，后燃严重，使COCO、HCHC和和R R（碳烟）排放增多；同时由于燃（碳烟）排放增多；同时由于燃烧温度高，烧温度高，NOxNOx排放也高
20、。排放也高。（1 1）中、小负荷）中、小负荷（2 2）满负荷）满负荷本讲稿第二十一页，共二十六页2 2、喷油提前角、喷油提前角喷油提前角对排放的影响喷油提前角对排放的影响 延迟喷油（减小喷油提前角）时，延迟喷油（减小喷油提前角）时，可以降低最高燃烧温度，抑制可以降低最高燃烧温度，抑制NOxNOx生成；但会使后燃严重，不仅提高生成；但会使后燃严重，不仅提高油耗，还会使碳烟（油耗，还会使碳烟（R R）排放增加。）排放增加。1 1、废气涡轮增压与中冷、废气涡轮增压与中冷 目的：目的：提高进气量，使燃烧充分，降低提高进气量，使燃烧充分，降低COCO、HCHC和碳烟。和碳烟。需要注意事项：需要注意事项：
21、二、降低排放的措施二、降低排放的措施 增压会使燃烧温度提高，增加增压会使燃烧温度提高，增加NOxNOx的排放，的排放，故需与中冷技术配合使用，全面降低碳烟和故需与中冷技术配合使用，全面降低碳烟和NOxNOx。本讲稿第二十二页，共二十六页2 2、改进进气系统、改进进气系统 措施：措施：降低进气阻力，增加进气充量，并组织适当涡流，降低进气阻力，增加进气充量，并组织适当涡流，改善改善混合和燃烧，降低混合和燃烧，降低COCO、HCHC和碳烟的排放。和碳烟的排放。需要注意事项：需要注意事项：过强的气流运动会降低进气充量，使碳烟过强的气流运动会降低进气充量，使碳烟增加，并影响动力性与经济性。增加，并影响动
22、力性与经济性。3 3、改进喷油系统、改进喷油系统 通过减少喷油器压力室容积，提高喷射压力，减通过减少喷油器压力室容积，提高喷射压力，减少喷孔直径，增加喷孔数量，采用高压共轨喷射等措施来少喷孔直径，增加喷孔数量，采用高压共轨喷射等措施来改善喷射和雾化，降低改善喷射和雾化，降低HCHC、碳烟和油耗。、碳烟和油耗。需要注意事项：需要注意事项：燃烧加速会使燃烧温度增大，燃烧加速会使燃烧温度增大，NOxNOx排放增排放增加。加。措施：措施：本讲稿第二十三页，共二十六页4 4、改进燃烧系统、改进燃烧系统 采用大的燃烧室容积比、大的采用大的燃烧室容积比、大的S/DS/D、大的燃烧室口径比、大的燃烧室口径比（
23、d dk k/D/D）和缩口型燃烧室，）和缩口型燃烧室，提高空气利用率，降低碳烟和油提高空气利用率，降低碳烟和油耗。耗。5 5、提高压缩比、提高压缩比 提高压缩，不仅可以提高压缩，不仅可以提高动力性、经济性，降低提高动力性、经济性，降低COCO、HCHC和和碳烟的排放；碳烟的排放；但会因燃烧温度的提高使但会因燃烧温度的提高使NOxNOx排放增加。排放增加。6 6、废气再循环、废气再循环 采用采用EGREGR，抑制抑制NOxNOx的生成。的生成。但需要根据不同工况对但需要根据不同工况对EGREGR率进率进行控制行控制（一般来说，柴油机的（一般来说，柴油机的EGREGR率可较汽油机大）。率可较汽油
24、机大）。本讲稿第二十四页，共二十六页7 7、减少气缸机油的窜入量、减少气缸机油的窜入量8 8、提高燃油品质（十六烷值、含硫量等）、提高燃油品质（十六烷值、含硫量等）9 9、采用微粒捕集器（、采用微粒捕集器（DPFDPF）、）、HCHC、COCO和和NOxNOx的催化转化器。的催化转化器。本讲稿第二十五页，共二十六页复习思考题：复习思考题：1 1、发动机有害排放物主要有哪些？分别对人体会造成哪、发动机有害排放物主要有哪些？分别对人体会造成哪些危害？些危害？2 2、简述汽油机有害排放物的生成机理？、简述汽油机有害排放物的生成机理？4 4、降低汽油机有害排放的主要措施有哪些？、降低汽油机有害排放的主要措施有哪些？5 5、降低柴油机有害排放的主要措施有哪些？、降低柴油机有害排放的主要措施有哪些？3 3、简述柴油机有害排放物的生成机理？、简述柴油机有害排放物的生成机理？本讲稿第二十六页，共二十六页