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1、内燃机资料内燃机资料第四章第四章 汽油机的燃烧过程及排放控制汽油机的燃烧过程及排放控制l 正常燃烧过程正常燃烧过程l 不正常燃烧不正常燃烧l 汽油机的排气净化汽油机的排气净化l 汽油机的燃烧室汽油机的燃烧室2023/3/142.急燃期急燃期(明显燃烧期，火焰传播期明显燃烧期，火焰传播期)：2-3l火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段段l压力升高很快，压力升高率压力升高很快，压力升高率dp/d，代表发动机工作粗暴的程度、振动和代表发动机工作粗暴的程度、振动和噪声水平噪声水平l火焰传播速率高的可燃混合气能促使火焰传播速率高的可燃混合气能促使dp/d增加，火花塞位置、燃
2、烧室型增加，火花塞位置、燃烧室型式对压力升高率也有影响式对压力升高率也有影响l急燃期终点一般为最高压力点急燃期终点一般为最高压力点3，一，一般使般使3点出现在上止点后点出现在上止点后1215oCA一、汽油机的燃烧过程一、汽油机的燃烧过程3.后燃期（补燃期）后燃期（补燃期）l急燃期终点急燃期终点3至燃料基本上完全燃至燃料基本上完全燃烧点烧点4为止为止l急燃期中没有完全燃烧掉的燃料以急燃期中没有完全燃烧掉的燃料以及附在气缸壁面上的混合气层继续及附在气缸壁面上的混合气层继续燃烧。燃烧。l汽油机燃烧产物中汽油机燃烧产物中CO2和和H2O的离的离解现象比柴油机严重，在膨胀过程解现象比柴油机严重，在膨胀过
3、程中温度下降后又部分复合而放出热中温度下降后又部分复合而放出热量，一般也作后燃看待量，一般也作后燃看待一、汽油机的燃烧过程一、汽油机的燃烧过程二、燃烧速度二、燃烧速度l定义：定义：单位时间燃烧的混合气量单位时间燃烧的混合气量，表示为：，表示为：l意义：影响急燃期长短及其相对曲轴转角的位置。意义：影响急燃期长短及其相对曲轴转角的位置。未燃混合气密度；未燃混合气密度；火焰传播速度，火焰传播速度，火焰前锋面积。火焰前锋面积。l燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素1）火焰传播速度火焰传播速度vT：火焰前锋相对于未燃混合气推进的速度。火焰前锋相对于未燃混合气推进的速度。A、燃烧室中气体紊流运动燃烧室中气
4、体紊流运动;紊流运动强，火焰传播速度增加紊流运动强，火焰传播速度增加二、燃烧速度二、燃烧速度B、混合气成分混合气成分：较浓时（过量空气系数较浓时（过量空气系数0.80.9），火焰传播速率最大；低于和高于此值，火焰），火焰传播速率最大；低于和高于此值，火焰传播速度下降，热效率和功率均降低。传播速度下降，热效率和功率均降低。过稀时，过稀时，1.31.4时，火焰难以传播（火焰传播下限）；过浓时，时，火焰难以传播（火焰传播下限）；过浓时，0.40.5，火焰也不能传播（火焰传播上限）。，火焰也不能传播（火焰传播上限）。一般：可靠工作：一般：可靠工作：0.51.3。C、混合气初始温度混合气初始温度 高，火
5、焰速度增加。高，火焰速度增加。2）火焰前火焰前锋锋面面积积AT 利利用用燃燃烧烧室室几几何何形形状状及及其其与与火火花花塞塞位位置置的的配配合合，可可以以改改变变不不同同时时期期火火焰焰前前锋锋扫过扫过的面的面积积，以，以调调整燃整燃烧烧速度。速度。二、燃烧速度二、燃烧速度3 3）可燃混合气密度可燃混合气密度增增大大未未燃燃混混合合气气密密度度，可可以以提提高高燃燃烧烧速速度度，因因此此增增大大压压缩缩比比和和进进气气压压力等，均可加大燃烧速度。力等，均可加大燃烧速度。三、使用因素对燃烧的影响三、使用因素对燃烧的影响1.混合气混合气浓浓度度=0.8-0.9时时,由于燃由于燃烧烧温度最高，火焰温
6、度最高，火焰传传播速度最快，播速度最快，压压力升高率大，力升高率大，动动力性力性好，但爆燃好，但爆燃倾倾向增大（功率混合气）向增大（功率混合气）=1.03-1.1时时，由于燃，由于燃烧烧完全，完全，经济经济性性最好，但温度高和富氧，最好，但温度高和富氧，NOx上升（上升（经济经济混合气）混合气）1时时,燃燃烧烧不完全，不完全，CO排放量增大排放量增大1.2时时火焰速度慢，部分燃料火焰速度慢，部分燃料可能来不及燃可能来不及燃烧烧，经济经济性差，性差，HC排量增排量增大大 点点火火提提前前角角过过小小，燃燃烧烧延延长长到到膨膨胀胀过过程程，最最高高压压力力和和温温度度下下降降，传传热损热损失增大，
7、失增大，热热效率下降，但爆燃效率下降，但爆燃倾倾向降低，向降低，NOx降低。降低。2.点火提前角点火提前角 点火提前角点火提前角过过大，大，大部分可燃混合气在大部分可燃混合气在压缩过压缩过程燃程燃烧烧，消耗，消耗的的压缩压缩功增大，且最功增大，且最高高压压力升高。力升高。三、使用因素对燃烧的影响三、使用因素对燃烧的影响三、使用因素对燃烧的影响三、使用因素对燃烧的影响3.转速转速l转速增加，气缸中紊流增强转速增加，气缸中紊流增强,火焰传火焰传播速度增加，以秒计燃烧过程缩短，播速度增加，以秒计燃烧过程缩短，但由于循环时间亦缩短，燃烧过程但由于循环时间亦缩短，燃烧过程相当的曲轴转角增加，应增大点火相
8、当的曲轴转角增加，应增大点火提前角提前角4.负负荷荷 负负荷荷 节节气气门门开度开度 进进入气缸的混合气入气缸的混合气 残余残余废废气量基本不气量基本不变变废废气的比例相气的比例相对对混合气稀混合气稀释释程度程度 火焰速度火焰速度，着火延，着火延迟迟 增大点火提前角增大点火提前角四、汽油机的不规则燃烧四、汽油机的不规则燃烧l汽油机的不规则燃烧是指在稳定正常运转情况下，各循环之间的汽油机的不规则燃烧是指在稳定正常运转情况下，各循环之间的循环变动循环变动和各缸之间的和各缸之间的燃烧差异燃烧差异。a）b）1.燃烧的循环变动燃烧的循环变动1.燃烧的循环变动燃烧的循环变动l产生原因产生原因：气流状态、速
9、度变动，空燃比变动等造成着火时间变动。：气流状态、速度变动，空燃比变动等造成着火时间变动。l后果后果：油耗上升，功率下降，不正常燃烧倾向增加。：油耗上升，功率下降，不正常燃烧倾向增加。l采取措施采取措施：1）加大点火能量，采用多点点火；）加大点火能量，采用多点点火；2）组织进气涡流，加强进气运动；）组织进气涡流，加强进气运动；3）采用理论空燃比或较浓混合气。）采用理论空燃比或较浓混合气。l循环变动系数循环变动系数：四、汽油机的不规则燃烧四、汽油机的不规则燃烧2.各缸间的燃烧差异各缸间的燃烧差异四、汽油机的不规则燃烧四、汽油机的不规则燃烧l产生原因产生原因：进入各缸的混合气的浓度和数量不同。：进
10、入各缸的混合气的浓度和数量不同。l影响因素影响因素：进气系统设计及安装位置，造成不一样的阻力情况；：进气系统设计及安装位置，造成不一样的阻力情况；l后果后果：1 1）动力性、经济性下降；）动力性、经济性下降；2 2）个别气缸寿命缩短；）个别气缸寿命缩短；3 3）低速、低负荷时，）低速、低负荷时，工作不稳定，增加排放。工作不稳定，增加排放。四、汽油机的不规则燃烧四、汽油机的不规则燃烧五、燃烧室壁面的熄火作用五、燃烧室壁面的熄火作用l燃烧室壁面的熄火作用：燃烧室壁面的熄火作用：壁面的冷却作用壁面的冷却作用使火焰温度降低而使火焰温度降低而造成造成熄火熄火，中断火焰传播；，中断火焰传播；l是未燃是未燃
11、HC排放的主要来源之一；排放的主要来源之一；l影响因素影响因素理论混合气附近理论混合气附近，熄火厚度最小；，熄火厚度最小；负荷负荷减小，熄火厚度增加；减小，熄火厚度增加；温度温度、压力压力提高，提高，紊流紊流加强，熄火厚度减小。加强，熄火厚度减小。*/19第四章第四章 汽油机的燃烧过程及排放控制汽油机的燃烧过程及排放控制l 正常燃烧过程正常燃烧过程l 不正常燃烧不正常燃烧l 汽油机的排气净化汽油机的排气净化l 汽油机的燃烧室汽油机的燃烧室一、爆震燃烧一、爆震燃烧l正常燃烧：有明显的火焰前锋，且逐层向外传播，直至燃烧完毕正常燃烧：有明显的火焰前锋，且逐层向外传播，直至燃烧完毕l爆燃产生机理：火焰
12、前锋未到，未燃混合气的温度达到其自燃温度爆燃产生机理：火焰前锋未到，未燃混合气的温度达到其自燃温度而着火燃烧，形成新的火焰中心，产生新的火焰传播。而着火燃烧，形成新的火焰中心，产生新的火焰传播。l轻微爆燃轻微爆燃 100 300 m/s；强烈爆燃；强烈爆燃 800 1000 m/s 一、爆震燃烧一、爆震燃烧发生条件发生条件：l燃料性质：辛烷值高，抗爆能力强。燃料性质：辛烷值高，抗爆能力强。l末端混合气的压力和温度：高，爆燃倾向增大。末端混合气的压力和温度：高，爆燃倾向增大。l火焰前锋传播到末端混合气的时间：短，有利于避免爆燃。火焰前锋传播到末端混合气的时间：短，有利于避免爆燃。l焰前反应的程度
13、，程度大，放热多，爆燃倾向大焰前反应的程度，程度大，放热多，爆燃倾向大特征：特征：l发出金属振音（敲缸）发出金属振音（敲缸）l轻微爆震时，功率略有增加；强烈爆震时，功率下降，工作不稳轻微爆震时，功率略有增加；强烈爆震时，功率下降，工作不稳定，转速下降，机体有较大的震动定，转速下降，机体有较大的震动l冷却系统过热，冷却水，润滑油温度均上升冷却系统过热，冷却水，润滑油温度均上升一、爆震燃烧一、爆震燃烧爆燃造成的危害爆燃造成的危害（1）输出功率降低、比油耗升高输出功率降低、比油耗升高l压力脉冲使发动机产生高频振动，破坏壁面层流边界层压力脉冲使发动机产生高频振动，破坏壁面层流边界层l传热量增加，冷却损
14、失增加传热量增加，冷却损失增加（2）气缸过热气缸过热l高温导致气缸盖、活塞发生局部金属变软、熔化或烧损高温导致气缸盖、活塞发生局部金属变软、熔化或烧损l局部温度局部温度,出现高温分解出现高温分解,生成生成CO,H2,O2,NO等，等，严重时析出游严重时析出游离炭粒离炭粒。（3）零件的机械负荷增加零件的机械负荷增加l压力升高率和最大爆发压力压力升高率和最大爆发压力（4）磨损加剧磨损加剧 一、爆震燃烧一、爆震燃烧二、爆震的影响因素二、爆震的影响因素lt1：火焰中心形成到正常火焰传播到末端混合气所需时间：火焰中心形成到正常火焰传播到末端混合气所需时间lt2：火焰中心形成到末端混合气自燃所需时间：火焰
15、中心形成到末端混合气自燃所需时间l若若 t1 t2，爆震发生，爆震发生l使使t1减小，减小，t2增加的因素，减轻爆震倾向增加的因素，减轻爆震倾向1.运转因素的影响运转因素的影响l点火提前角点火提前角点火提前角点火提前角，t2，爆震，爆震倾向倾向 16：点火提前角：点火提前角1060 oCA二、爆震的影响因素二、爆震的影响因素l转速转速 转速转速 火焰传播速度火焰传播速度 t1转速转速 末端混合气温度末端混合气温度 t2 l负荷负荷转速一定，负荷转速一定，负荷充量系数充量系数残余废气系数残余废气系数 t2 爆爆震倾向震倾向l混合气混合气浓浓度度=0.8-0.9时时，由于燃，由于燃烧烧温度最高，火
16、焰温度最高，火焰传传播速度最快，播速度最快，压压力力升高率大，升高率大，动动力性好，但爆燃力性好，但爆燃倾倾向增大向增大l燃烧室沉积物燃烧室沉积物燃烧室内壁的高温积碳作为热源加热末端混合气燃烧室内壁的高温积碳作为热源加热末端混合气爆震倾向爆震倾向 爆震倾向爆震倾向二、爆震的影响因素二、爆震的影响因素2.结构因素的影响结构因素的影响l气缸直径气缸直径 气缸直径气缸直径 火焰传播距离火焰传播距离 t1 气缸直径气缸直径 燃烧室冷却面积与容积比燃烧室冷却面积与容积比 t2l火花塞位置火花塞位置火花塞位置影响火焰传播距离，从而影响末端混合气的温度火花塞位置影响火焰传播距离，从而影响末端混合气的温度l燃
17、燃烧烧室室结结构构燃烧室形状燃烧室形状气流运动气流运动紊流强度紊流强度火焰传播速度火焰传播速度燃烧室形状燃烧室形状火焰传播距离火焰传播距离燃烧室形状燃烧室形状散热量散热量末端混合气量和温度末端混合气量和温度l气缸盖和活塞的材料气缸盖和活塞的材料轻合金因导热性好优于铸铁轻合金因导热性好优于铸铁爆震倾向爆震倾向 二、爆震的影响因素二、爆震的影响因素3.预防爆燃发生常用措施：预防爆燃发生常用措施：l推迟点火推迟点火 l缩短火焰传播距离缩短火焰传播距离l末端混合气体冷却末端混合气体冷却l增加气流运动，提高火焰传播速度，冷却排气门增加气流运动，提高火焰传播速度，冷却排气门三、三、表面点火表面点火l在火花
18、点火式发动机中在火花点火式发动机中,凡是不依靠电火花点火凡是不依靠电火花点火,而是由于炽热表面而是由于炽热表面 （如如过热的绝缘体电极、排气过热的绝缘体电极、排气门门,尤其是燃烧室表面炽尤其是燃烧室表面炽热的沉积物热的沉积物 ）点燃混合点燃混合气的不正常燃烧现象。气的不正常燃烧现象。（1 1）后火（后燃）后火（后燃）l在火花塞点燃混合气以后在火花塞点燃混合气以后,炽热表面炽热表面才点燃混合气的现象；才点燃混合气的现象；l对发动机影响不大对发动机影响不大（2 2）早火（早燃）早火（早燃）l发生在火花塞点火以前；发生在火花塞点火以前；l压力升高率比正常值高压力升高率比正常值高5 5倍，最高燃倍，最
19、高燃烧压力比正常值高烧压力比正常值高l50%l50%1-1-早火；早火；2-2-正常点火；正常点火；3-3-后火；后火；4-4-倒拖倒拖三、三、表面点火表面点火爆燃和表面点火的比较：爆燃和表面点火的比较：l爆燃时火焰以冲击的速度传播，爆燃时火焰以冲击的速度传播，有尖锐的敲缸声，表面点火时有尖锐的敲缸声，表面点火时火焰传播速度正常，敲缸声比火焰传播速度正常，敲缸声比较沉闷。较沉闷。l 爆燃促使以后循环的炽热表面爆燃促使以后循环的炽热表面易点火，而表面点火亦促使循易点火，而表面点火亦促使循环的爆燃倾向增加。环的爆燃倾向增加。*/31第四章第四章 汽油机的燃烧过程及排放控制汽油机的燃烧过程及排放控制
20、l 正常燃烧过程正常燃烧过程l 不正常燃烧不正常燃烧l 汽油机的排气净化汽油机的排气净化l 汽油机的燃烧室汽油机的燃烧室汽油机排放污染物及其危害汽油机排放污染物及其危害（1）一氧化碳一氧化碳COl种无色无味的气体，与血液中种无色无味的气体，与血液中输输送氧的送氧的载载体血体血红红蛋白的蛋白的亲亲和力和力是氧的是氧的300倍。倍。lCO与血与血红红蛋白蛋白结结合生成碳基血合生成碳基血红红蛋白，就剥蛋白，就剥夺夺了血了血红红蛋白蛋白对对人人体体组织组织的供氧能力。的供氧能力。l空气中空气中CO的体的体积积分数超分数超过过0.1时时就会就会导导致人体中毒；超致人体中毒；超过过0.3时时，则则可在可在
21、30min内使人致命。内使人致命。（2）碳）碳氢氢化合物化合物HC:包括未燃和未完全燃包括未燃和未完全燃烧烧的燃料、的燃料、润润滑油及其裂解滑油及其裂解和部分氧化和部分氧化产产物。如物。如烷烃烷烃、烯烃烯烃、芳香、芳香烃烃、醛醛、酮酮、酸等数百种成、酸等数百种成分。分。l烷烃烷烃基本上无味，基本上无味，对对人体健康不人体健康不产产生直接影响。生直接影响。l烯烃烯烃略略带带甜味，有麻醉作用，甜味，有麻醉作用，对对粘膜有刺激，粘膜有刺激，经经代代谢转谢转化会化会变变成成对对基因有毒的氧化衍生物。基因有毒的氧化衍生物。烯烃烯烃是与氮氧化物一起在太阳光的紫外是与氮氧化物一起在太阳光的紫外线线作用下形成
22、有毒的作用下形成有毒的“光化烟光化烟雾雾”的罪魁的罪魁祸祸首之一。首之一。l芳香芳香烃对烃对血液和神血液和神经经系系统统有害，特有害，特别别是多是多环环芳香芳香烃烃（PAH）及其衍）及其衍生物有致癌作用。生物有致癌作用。l醛类醛类是刺激性物是刺激性物质质，对对眼、呼吸道、血液有毒害。眼、呼吸道、血液有毒害。汽油机排放污染物及其危害汽油机排放污染物及其危害（3）氮氧化物）氮氧化物NOxlNOx中中绝绝大部分是大部分是NO，少量是，少量是NO2；lNO是无色气体，本身毒性不大，是无色气体，本身毒性不大，在大气中在大气中缓缓慢氧化成慢氧化成NO2，NO2呈呈褐色，有褐色，有强强烈的刺激味；烈的刺激味
23、；l和一氧化碳相似，氮的氧化物也和一氧化碳相似，氮的氧化物也趋趋向于存在血液中，与肺中的水气向于存在血液中，与肺中的水气结结合而形成稀硝酸，合而形成稀硝酸，长时间长时间后果将日后果将日趋严趋严重（咳嗽、气喘、肺气重（咳嗽、气喘、肺气肿肿）；）；lNOx是形成光化烟是形成光化烟雾雾的主要因素之的主要因素之一；一；汽油机排放污染物及其危害汽油机排放污染物及其危害1.NO的生成机理：的生成机理：l内燃机排出的内燃机排出的NOx主要是主要是NO，约约占占90%，NO2占占510%l靠大气中氮生成靠大气中氮生成NO的化学机理是的化学机理是扩扩展的展的Zeldovitch机理。在汽油机机理。在汽油机均均质
24、质混合气燃混合气燃烧烧有关有关NO主要反主要反应为应为l最后一个反最后一个反应应主要主要发发生在非常生在非常浓浓的混合气中。的混合气中。一、有害排放物生成机理一、有害排放物生成机理lNO生成条件：高温、富氧、高温持生成条件：高温、富氧、高温持续时间续时间l控制控制NO排放的原排放的原则则：减小混合气中的减小混合气中的O2（或（或N2）的含量）的含量降低燃降低燃烧烧温度温度缩缩短高温燃短高温燃烧烧滞留的滞留的时间时间2.CO的生成机理的生成机理l 1时时，CO排放量很少排放量很少一、有害排放物生成机理一、有害排放物生成机理3.HC的生成机理的生成机理l缸内壁面淬冷效缸内壁面淬冷效应应燃燃烧烧室壁
25、面室壁面对对火焰的迅速冷却使火焰前火焰的迅速冷却使火焰前锋锋面的温度降到自燃温面的温度降到自燃温度以下，燃度以下，燃烧烧反反应链应链中断，使化学反中断，使化学反应缓应缓慢或停止。慢或停止。l缝缝隙效隙效应应汽油机燃汽油机燃烧烧室中各种狭窄室中各种狭窄缝缝隙如活塞、活塞隙如活塞、活塞环环与气缸壁之与气缸壁之间间，火花塞周火花塞周围围等地方，生成的等地方，生成的HC占占总总量的量的5070%。l积积碳和壁面油膜的吸附效碳和壁面油膜的吸附效应应在在进进气和气和压缩压缩行程，气缸套壁面和活塞行程，气缸套壁面和活塞顶顶上的上的润润滑油膜会吸附滑油膜会吸附未燃混合气，在燃未燃混合气，在燃烧烧末期油膜会蒸末
26、期油膜会蒸发发，但燃，但燃烧烧不完全，造成不完全，造成HC排放增加。排放增加。一、有害排放物生成机理一、有害排放物生成机理3.HC的生成机理的生成机理l不完全燃不完全燃烧烧局部混合气局部混合气过浓过浓，局部缺氧，局部缺氧局部混合气局部混合气过过稀，温度稀，温度过过低低l失火失火失火条件：局部混合气失火条件：局部混合气过浓过浓或或过过稀，超稀，超过过着火界限；点火着火界限；点火时时刻刻不当；点火系故障不当；点火系故障一、有害排放物生成机理一、有害排放物生成机理二、影响汽油机有害排放物生成的因素二、影响汽油机有害排放物生成的因素1.混合气混合气浓浓度度l对对NOx的影响的影响l过过量空气系数量空气
27、系数，NOx先增后减先增后减lNOx排放峰排放峰值值出出现现在在 1.031.1范范围围内的内的经经济济混合气中混合气中l小于此范小于此范围时围时，氧，氧浓浓度低，度低，抑止了抑止了NOx的生成的生成l大于此范大于此范围时围时，燃，燃烧烧温度降温度降低起主低起主导导作用作用二、影响汽油机有害排放物生成的因素二、影响汽油机有害排放物生成的因素l对对HC和和CO的影响的影响l 1时，时，提高提高HC和和CO排放迅速降低排放迅速降低l达到理达到理论论混合气后，混合气后，HC和和CO随随变化不变化不大大二、影响汽油机有害排放物生成的因素二、影响汽油机有害排放物生成的因素2.点火提前角点火提前角l推推迟
28、迟点火、降低最高燃点火、降低最高燃烧烧温度并温度并缩缩短已燃气体停留在高温中的短已燃气体停留在高温中的时时间间，可减少，可减少NOx排放排放l推推迟迟点火、提高排温，也有利于点火、提高排温，也有利于HC的后期氧化，但有的后期氧化，但有损损于于发动发动机机燃油耗率和比功率燃油耗率和比功率l点火提前角点火提前角对对CO排放没有明排放没有明显显影影响响二、影响汽油机有害排放物生成的因素二、影响汽油机有害排放物生成的因素3.转转速速l转转速增加，紊流增速增加，紊流增强强，燃，燃烧烧速度加快，所用速度加快，所用时间缩时间缩短，短，NOx降低降低l低速区，低速区，转转速增加，速增加，CO和和HC降低；降低
29、；转转速速过过高，高，HC和和CO排放反排放反而升高而升高4.负负荷荷l在中小在中小负负荷区，荷区，负负荷增加，燃荷增加，燃烧烧温度提高，温度提高，HC和和CO排放降低，排放降低，NOx排放升高排放升高l接近全接近全负负荷荷时时，混合气加，混合气加浓浓，含氧量减小，含氧量减小，HC和和CO排放升高，排放升高，NOx排放降低排放降低三、汽油机排放控制技术三、汽油机排放控制技术l对燃烧排出的有害物，在排气系统进行后处理对燃烧排出的有害物，在排气系统进行后处理l通过改进燃烧过程来降低排放的机内处理通过改进燃烧过程来降低排放的机内处理l对曲轴箱窜气和燃油蒸发气体等的前处理对曲轴箱窜气和燃油蒸发气体等的
30、前处理三、汽油机排放控制技术三、汽油机排放控制技术1.排气后处理排气后处理三元催化转换器三元催化转换器l能同时净化能同时净化NOx、CO、HC 3种有种有害气体排放，是汽油机排气废气后害气体排放，是汽油机排气废气后处理种最有效的方法处理种最有效的方法l为了同时处理这为了同时处理这3种气体，必须保种气体，必须保证证NOx还原所需的还原所需的CO、HC等还原等还原性气体和为保证性气体和为保证CO、HC氧化反应氧化反应所需的所需的O2。允许的空燃比范围非常。允许的空燃比范围非常窄，接近理论空燃比。窄，接近理论空燃比。氧化反氧化反应应：还还原反原反应应：三、汽油机排放控制技术三、汽油机排放控制技术三、
31、汽油机排放控制技术三、汽油机排放控制技术l载体材料：蜂窝状陶瓷（载体材料：蜂窝状陶瓷（MgO2/AL2O3/SiO2）l催化剂：催化剂：Pt：Rh=217；Pt促进促进HC和和CO氧氧化；化；Rh促进促进NOx冷机状态下采取的措施：冷机状态下采取的措施：l提高催化剂的低温活化性，改善低温净化效果提高催化剂的低温活化性，改善低温净化效果l采取两级催化转化器采取两级催化转化器l采用低热容量或电加热的催化转化器采用低热容量或电加热的催化转化器热机状态下提高净化能力措施热机状态下提高净化能力措施l合理选用催化剂合理选用催化剂l采用高密度的蜂窝催化剂载体采用高密度的蜂窝催化剂载体l实现最佳空燃比控制实现
32、最佳空燃比控制*/48第四章第四章 汽油机的燃烧过程及排放控制汽油机的燃烧过程及排放控制l 正常燃烧过程正常燃烧过程l 不正常燃烧不正常燃烧l 汽油机的排气净化汽油机的排气净化l 汽油机的燃烧室汽油机的燃烧室一、燃烧室的设计要点及要求一、燃烧室的设计要点及要求1.压缩比压缩比l缩短火焰传播距离缩短火焰传播距离l利用适当强度的紊流，加快火焰传播速度利用适当强度的紊流，加快火焰传播速度l离火花塞较远的区域设置冷却面积，降低可燃混合气温度离火花塞较远的区域设置冷却面积，降低可燃混合气温度l燃烧室内应减少易受高温影响而产生热点和表面沉积物的因素燃烧室内应减少易受高温影响而产生热点和表面沉积物的因素2.
33、燃烧室的面容比（燃烧室的面容比（F/V）lF/V大，燃烧室结构不紧凑，火焰传播距离长，容易爆震大，燃烧室结构不紧凑，火焰传播距离长，容易爆震3.燃烧室形状燃烧室形状l影响气流运动，影响混合气浓度分布影响气流运动，影响混合气浓度分布l满足快速燃烧的要求满足快速燃烧的要求l适用于布置较大直径气门及多气门适用于布置较大直径气门及多气门一、燃烧室的设计要点及要求一、燃烧室的设计要点及要求4.火花塞位置火花塞位置l应靠近排气门，使受灼热表面加热的混合气及早燃烧应靠近排气门，使受灼热表面加热的混合气及早燃烧l间隙处的残余废气能充分排出，使混合气容易着火间隙处的残余废气能充分排出，使混合气容易着火5.燃烧室
34、内的气体流动燃烧室内的气体流动l适当强度紊流的好处适当强度紊流的好处加快火焰传播速度加快火焰传播速度扩大混合气体的着火界限，可以燃烧更稀的混合气扩大混合气体的着火界限，可以燃烧更稀的混合气减少燃烧的循环变动率减少燃烧的循环变动率降低降低HC排放排放一、燃烧室的设计要点及要求一、燃烧室的设计要点及要求l进气涡流进气涡流利用进气口和进气道的形状在进利用进气口和进气道的形状在进气过程中造成气流绕气缸中心线气过程中造成气流绕气缸中心线的旋转运动，加快火焰传播速度，的旋转运动，加快火焰传播速度，提高燃烧速率；提高燃烧速率；进气阻力增加，充气效率下降，进气阻力增加，充气效率下降，在低速低负荷时难以获得良好
35、的在低速低负荷时难以获得良好的进气涡流。故只依靠进气涡流的进气涡流。故只依靠进气涡流的燃烧室非常少，通常配合组织进燃烧室非常少，通常配合组织进气挤流。气挤流。一、燃烧室的设计要点及要求一、燃烧室的设计要点及要求l压缩挤流压缩挤流当活塞接近压缩行程终点时，利用其顶部当活塞接近压缩行程终点时，利用其顶部和缸盖底面之间的狭小间隙和缸盖底面之间的狭小间隙(称挤气间隙）称挤气间隙）将混合气挤入燃烧室中央而产生；将混合气挤入燃烧室中央而产生；最大速度出现在压缩行程上止点前，加快最大速度出现在压缩行程上止点前，加快了明显期内的火焰传播，使燃烧迅速；了明显期内的火焰传播，使燃烧迅速；离火花塞最远的边缘气体因受
36、两个冷表面离火花塞最远的边缘气体因受两个冷表面的影响，容易散热，对抗爆性有利；的影响，容易散热，对抗爆性有利；不会引起充量系数下降，且可在节气门开不会引起充量系数下降，且可在节气门开度小时获得良好的紊流效果。度小时获得良好的紊流效果。二、典型燃烧室二、典型燃烧室l半球形燃烧室：形状大致呈半球形或蓬形，结构紧凑，面容比最小，半球形燃烧室：形状大致呈半球形或蓬形，结构紧凑，面容比最小，火花塞布置于燃烧室中央，火焰传播距离最短；火花塞布置于燃烧室中央，火焰传播距离最短；l楔型燃烧室：火花塞在楔形高侧的进排气门之间，可在火花塞附近形楔型燃烧室：火花塞在楔形高侧的进排气门之间，可在火花塞附近形成较强的气
37、流，保证低速低负荷性能良好。结构紧凑，火焰传播距成较强的气流，保证低速低负荷性能良好。结构紧凑，火焰传播距离短，挤气面积较大，对末端混合气冷却作用较强，使爆燃倾向减离短，挤气面积较大，对末端混合气冷却作用较强，使爆燃倾向减小。但同时由于挤气面积内的熄火区增大，小。但同时由于挤气面积内的熄火区增大，HC排放量较多。排放量较多。l碗形燃烧室：布置在活塞中的一个回转体。采用平底气缸盖，工艺碗形燃烧室：布置在活塞中的一个回转体。采用平底气缸盖，工艺性好。燃烧室全部机械加工而成，有精确的形状和容积，燃烧室表性好。燃烧室全部机械加工而成，有精确的形状和容积，燃烧室表面光滑、紧凑、挤流效果好，压缩比可高达面
38、光滑、紧凑、挤流效果好，压缩比可高达11；l浴盆形燃烧室：形状像椭圆形浴盆，在双侧或单侧设置挤气面。高浴盆形燃烧室：形状像椭圆形浴盆，在双侧或单侧设置挤气面。高度相同，宽度略大于气缸范围，以便于加大气门直径。度相同，宽度略大于气缸范围，以便于加大气门直径。二、典型燃烧室二、典型燃烧室三、分层稀薄燃烧系统三、分层稀薄燃烧系统l分层稀薄燃烧系统：在火花间隙周围局部形成具有良好着火条分层稀薄燃烧系统：在火花间隙周围局部形成具有良好着火条件的较浓混合气，空燃比在件的较浓混合气，空燃比在1213.4左右，而在燃烧室的大部左右，而在燃烧室的大部分区域是较稀的混合气，混合气浓度从火花塞开始由浓到稀逐分区域是
39、较稀的混合气，混合气浓度从火花塞开始由浓到稀逐步过渡；步过渡；l进气道喷射的分层燃烧方式（轴向分层和横向分层）进气道喷射的分层燃烧方式（轴向分层和横向分层）（1）轴向分层燃烧系统）轴向分层燃烧系统在进气过程的中、晚期喷射，配合缸内组织强烈的涡流，实在进气过程的中、晚期喷射，配合缸内组织强烈的涡流，实现混合气浓度沿气缸轴向的梯度分布现混合气浓度沿气缸轴向的梯度分布（2）横向分层稀薄燃烧）横向分层稀薄燃烧采用滚流气道及有助于生成滚流的燃烧室形状采用滚流气道及有助于生成滚流的燃烧室形状向两个进气门之间喷油，火花塞布置在气缸中央，在滚流的作向两个进气门之间喷油，火花塞布置在气缸中央，在滚流的作用下，形
40、成以火花塞为中心的横向梯度分布用下，形成以火花塞为中心的横向梯度分布三、分层稀薄燃烧系统三、分层稀薄燃烧系统（3）存在的问题）存在的问题仍然保留节气门，中小仍然保留节气门，中小负荷泵气损失大，充气负荷泵气损失大，充气效率低；效率低；存在进气道壁面黏附油存在进气道壁面黏附油膜的现象，油耗增加，膜的现象，油耗增加，且由于其不可控性，影且由于其不可控性，影响快速启动、加速响应响快速启动、加速响应及混合气浓度控制；及混合气浓度控制；稀薄燃烧系统的混合气稀薄燃烧系统的混合气浓度范围有限，通常空浓度范围有限，通常空燃比燃比A/F27三、分层稀薄燃烧系统三、分层稀薄燃烧系统三、分层稀薄燃烧系统三、分层稀薄燃
41、烧系统l缸内直喷式分层稀薄燃烧缸内直喷式分层稀薄燃烧 混合气形成：气流运动（进气系统和燃烧室形状）、喷油参数（喷混合气形成：气流运动（进气系统和燃烧室形状）、喷油参数（喷油压力、喷油时刻、喷油位置）和点火参数（点火时刻、火花塞位油压力、喷油时刻、喷油位置）和点火参数（点火时刻、火花塞位置）的配合置）的配合l缸内直喷的特点：缸内直喷的特点：l混合气采用质调节，取消节气门，中低负荷泵气损失降低混合气采用质调节，取消节气门，中低负荷泵气损失降低l有利于充气效率提高，易于提高压缩比有利于充气效率提高，易于提高压缩比l外围稀混合气起到隔热作用，传热损失小外围稀混合气起到隔热作用，传热损失小l浓度分层明显
42、，易实现稀混合气的稳定燃烧浓度分层明显，易实现稀混合气的稳定燃烧l空燃比控制及过度工况控制更加精确空燃比控制及过度工况控制更加精确l存在问题存在问题l需要喷油时刻与喷油量、点火时刻、空气运动、喷雾特性和燃烧室形状的良需要喷油时刻与喷油量、点火时刻、空气运动、喷雾特性和燃烧室形状的良好匹配好匹配l低负荷低负荷HCHC排放仍然较多，高负荷时排放仍然较多，高负荷时NOxNOx排放较多，混合不均匀可能产生碳烟排放较多，混合不均匀可能产生碳烟l三效催化转换器不宜采用三效催化转换器不宜采用l汽油燃料粘度低，造成喷油器磨损和堵塞，长期使用影响雾化特性汽油燃料粘度低，造成喷油器磨损和堵塞，长期使用影响雾化特性l气缸和供油系统的磨损增加气缸和供油系统的磨损增加三、分层稀薄燃烧系统三、分层稀薄燃烧系统2023/3/14结束！结束！