汽车发动机原理9章2(王建昕).ppt

第9章 有害排放物的生成与控制,9.1 有害排放物的生成机理与影响因素9.2 排放法规及测试方法9.3 汽油机的机内净化技术9.4 柴油机的机内净化技术9.5 汽油机排气后处理技术9.6 柴油机排气后处理技术,排放污染物的机内净化技术,降低排气污染技术,机内净化（燃烧）机外净化（后处理）清洁燃料（燃料）,柴油机汽油机,柴油机汽油机,常规汽油、柴油替代燃料：CNG、LPG、甲醇、乙醇、二甲醚、甲酯,右图是气体排放控制的基本依据 宏观a应尽量大于1 加强气体扰动（涡流、湍流），避免局部a过浓 抑制壁面/淬熄效应、循环波动及各缸不均匀,汽油机主要靠三效催化剂（见后）,柴油机 CO排放 柴/汽 1/10 HC排放 柴/汽 1/3 1/5 因此，一般柴油机CO和HC不超标（从混合气形成和燃烧考虑为什么？）,1、CO、HC排放的控制,柴油机主要控制PM、NOx,（1）推迟喷油（点火）时间主放热避开上止点 燃烧等容度下降温度降低（对汽、柴油机都适用）接近上止点时喷油滞燃期缩短初期dQB/dt 降低燃烧温度降低（柴油）,2、NOx排放的控制,汽油机,柴油机,（1）推迟喷油（点火）时间问题：过度推迟会使i、PM等恶化，即Trade off关系，可调范围有限。,2、NOx排放的控制,（2）废气再循环EGR（Exhaust Gas Recirculation）机理：CO2不活性气体、氧浓度下降 燃烧速度下降温度下降（如下图）混合气的比热容上升温度下降同理可用内部EGR？如何实现？,2、NOx排放的控制,EGR的问题 随EGR率提高，PM和油耗等恶化（Trade-off）为此，随负荷变化，应改变EGR率，汽/柴油机也不同。,EGR的效果,2、NOx排放的控制,柴油机,汽油机,同时采取混合均匀和稳定燃烧的措施（如图，加强混合及强化点火）。冷却EGR可以降低进气温度，提高进气充量，有利于进一步降低NOx和PM。,2、NOx排放的控制,产生涡流,（3）喷油规律优化,燃烧特性控制基本思路前缓后急,（1）初期喷油速率高；（2）初期喷油速率低；（3）预喷射（Pilot)）；（4）预喷射低初喷率。,喷油规律控制基本思路前缓后急,2、NOx排放的控制,汽油机是否需要控制喷油规律？,喷油规律优化-实例,Pilot喷射对燃烧过程的影响,着火落后期，初始放热率，dp/d 燃烧温度，NOx,4、降低PM的基本原则,高温富氧 提高燃烧速度（高温）增压（富氧）但容易导致与NO的Tradeoff关系,混合均匀 柴油机本来不缺氧、但非均质 加强雾化（高压喷射、减小喷孔）加强混合 同样与NO产生Tradeoff,强化后期氧化（如右下图）基本无NO的Trade off关系,减少润滑油消耗,柴油机喷雾燃烧高速摄影,喷油后0.14ms,普通喷射压力（60MPa）,高压喷射（120MPa）,0.42ms,0.69ms,0.97ms,提高喷油压力后，混合气形成加快，燃烧加快；油气混合均匀程度提高，燃烧温度提高，碳烟和PM下降。？会有什么负面影响,Soot降低，NOx升高；NOx与PM同时降低（AVL例）,高压喷射降低排放的效果,高压喷射并用EGR,5、柴油机机内排放技术路线总结,增压EGR中冷,降低PM,降低NOx,降低NOx,现代低排放柴油机-实例,Common Rail(1500-2200 Bar),小讨论,为什么柴油机容易出现PM与NOx的Tradeoff关系？,汽油机是否出现PM与NOx的Tradeoff关系？,8章作业（1）,将一台柴油机改装成火花点火CNG发动机后，其THC是增加还是减少？为什么？图9-10中，为什么汽油机在a1.1附近出现NOx峰值，而不是a1？为什么在峰值左侧,NOx、THC、CO之间呈相反变化关系？为什么柴油机要比汽油机在更稀的a时出现峰值（见图911）？热效率和功率的峰值分别出现在a为多少的点？为什么？9-8题,8章作业（1）,THC在汽油机和柴油机中的生成机理有什么异同？其不同的原因与燃烧方式有何关系？图810中，为什么汽油机在a1.1附近出现NOx峰值，而不是a1？为什么在峰值左侧,NOx、THC、CO之间呈相反变化关系？为什么柴油机要比汽油机在更稀的a时出现峰值（见图811）？图810中，热效率和功率的峰值分别出现在a为多少的点？为什么？与所谓“功率混合气”、“经济混合气”（参见）有什么关系？结合表8-5进行分析，为什么怠速时NOx和CO排放高？加速和等速运行时NOx排放高？而减速时THC排放高？实际上，在三效催化剂中，既有可能发生（8-1）（8-3）反应，也有可能发生（8-4）（8-6）反应，试分析它们各在什么条件下发生？三效催化剂高效率净化排气污染的工作条件有哪两个？柴油机不能使用三效催化剂的原因是什么？有无解决对策？,