1、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)凈化機(jī)內(nèi)凈化。欲達(dá)到此目的，需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì) 一、進(jìn)、排氣系統(tǒng)一、進(jìn)、排氣系統(tǒng) 由發(fā)動(dòng)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

2、進(jìn)、排氣阻力，增加進(jìn)氣及擠氣渦流呢？ 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)新結(jié)構(gòu)、新技術(shù) 1、設(shè)計(jì)流場(chǎng)分析，對(duì)進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；流場(chǎng)分析，對(duì)進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；利用進(jìn)氣動(dòng)態(tài)效應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用進(jìn)氣動(dòng)態(tài)效應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減小進(jìn)、排氣阻力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免進(jìn)、排氣管截面的突變；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(guò)急；進(jìn)、排氣管彎道處應(yīng)避免轉(zhuǎn)折過(guò)急；對(duì)進(jìn)、排氣系統(tǒng)的流場(chǎng)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)對(duì)進(jìn)、排氣系統(tǒng)的流場(chǎng)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出阻力最小的進(jìn)、排氣系統(tǒng)出阻力最小的進(jìn)、排氣系統(tǒng)。利用進(jìn)氣動(dòng)態(tài)效應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)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(lái)提高進(jìn)氣門關(guān)閉前的進(jìn)氣

3、壓力，提高進(jìn)氣效率，這就稱之為進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。2、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)多氣門技術(shù)；多氣門技術(shù)；可可 變變 技技 術(shù)術(shù)：可變進(jìn)氣道、可變凸輪相位、可變進(jìn)氣持續(xù)時(shí)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(shí)間可變凸輪相位雙VV T 系統(tǒng) 采用氣門相位連續(xù)可變的雙采用氣門相位連續(xù)可變的雙VV T（Variable Valve Timing）系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)配備的控制及執(zhí)行）系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)配備的控制及執(zhí)行系統(tǒng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪的相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使得氣系統(tǒng)，對(duì)發(fā)動(dòng)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(shí)間隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，門開啟、關(guān)閉的時(shí)間隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，以提

4、高充氣效率，增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率。以提高充氣效率，增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率。最新技術(shù)最新技術(shù)電控電驅(qū)動(dòng)氣門技術(shù)電控電驅(qū)動(dòng)氣門技術(shù) 電控系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)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：取消了氣門的機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置，氣門的開、閉直接由電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完成；配氣相位和氣門開啟的持續(xù)時(shí)間均按需實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)；氣門的開、閉比機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更迅速；進(jìn)氣更充分、排氣更徹底。二、燃燒室產(chǎn)生較大的進(jìn)氣和擠氣渦流產(chǎn)生較大的進(jìn)氣和擠氣渦流減小燃燒室的面容比減小燃燒室的面容比分層給氣式燃燒室分層給氣式燃燒室缸內(nèi)噴射缸內(nèi)噴射分隔式燃燒室分隔式燃燒室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球形燃燒室半球形燃燒室半球形

5、燃燒室多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)；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(dòng)機(jī)能有效而穩(wěn)濃混合氣，以便汽油發(fā)動(dòng)機(jī)能有效而穩(wěn)定工作。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。火花塞 CVCC發(fā)動(dòng)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

6、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(duì) 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)的凈化原理廢氣再循環(huán)的控制策略廢氣再循環(huán)的控制策略EGR系統(tǒng)及系統(tǒng)及EGR閥閥內(nèi)部廢氣再循環(huán)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(shí)會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性構(gòu)成不利影響。若參與再循

7、環(huán)的廢氣量太多還會(huì)使CO和HC的排放量上升，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的正常燃燒。所以應(yīng)按照發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的特點(diǎn)對(duì)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(dòng)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(dòng)機(jī)排出廢氣的動(dòng)能和熱能，增加進(jìn)入氣缸新鮮空氣的壓力，提高發(fā)動(dòng)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

8、氣渦輪增壓還可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲，其原因是， 在燃燒過(guò)程中，增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力升高率比普通非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)小。廢氣渦輪增壓系統(tǒng)最新技術(shù)最新技術(shù)雙渦輪增壓雙渦輪增壓 最新技術(shù)最新技術(shù)雙渦輪增壓（續(xù)）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(dòng)力輸出的延展性，以維持全速域的動(dòng)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；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)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；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；

9、燃油霧化良好，油、氣混合均勻；尤其是尤其是閉環(huán)控制系統(tǒng)，它可使發(fā)動(dòng)機(jī)在絕大閉環(huán)控制系統(tǒng)，它可使發(fā)動(dòng)機(jī)在絕大多數(shù)工況和時(shí)間內(nèi)燃用多數(shù)工況和時(shí)間內(nèi)燃用=1的可燃混合氣。的可燃混合氣。 一、電控發(fā)機(jī)排放污染小的原因一、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(dòng)機(jī)存在的問(wèn)題傳統(tǒng)化油器式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)存在的問(wèn)題傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)存在的問(wèn)題傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)存在的問(wèn)題電控燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化原理電控燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化原理高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化原理高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化原理1、傳統(tǒng)化油器式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)存在的問(wèn)題、傳統(tǒng)化油器式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)存在的問(wèn)題可燃混和氣相對(duì)可燃混和氣相對(duì)較濃；較濃；可燃混和氣

10、不夠可燃混和氣不夠均勻；均勻；進(jìn)氣不夠充分。進(jìn)氣不夠充分。過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)量空氣系數(shù) ：實(shí)：實(shí)際供給的空氣量與際供給的空氣量與燃燒所需的理論空燃燒所需的理論空氣量之比。氣量之比。充氣系數(shù)充氣系數(shù) ：實(shí)際進(jìn)：實(shí)際進(jìn)入氣缸的空氣量與入氣缸的空氣量與充滿氣缸所需的空充滿氣缸所需的空氣量之比。氣量之比。1、傳統(tǒng)化油器式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)存在的問(wèn)題、傳統(tǒng)化油器式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)存在的問(wèn)題點(diǎn)火強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)速而變點(diǎn)火強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)速而變化；化；點(diǎn)火正時(shí)不夠準(zhǔn)確；點(diǎn)火正時(shí)不夠準(zhǔn)確；觸點(diǎn)易磨損、燒蝕觸點(diǎn)易磨損、燒蝕2、傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)存在的問(wèn)題、傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)存在的問(wèn)題供油量不可供油量不可能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)噴油提前角噴油提前

11、角不夠準(zhǔn)確不夠準(zhǔn)確可燃混和氣可燃混和氣的質(zhì)量不夠的質(zhì)量不夠好好3 3、電控燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化原理、電控燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化原理進(jìn)氣充分；進(jìn)氣充分；燃油霧化良好，可燃燃油霧化良好，可燃混合氣混合均勻；混合氣混合均勻；根據(jù)工況變化的實(shí)際根據(jù)工況變化的實(shí)際需要精確供油；需要精確供油；進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力小，進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力小，充氣效率高；充氣效率高；尤其是尤其是閉環(huán)控制系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)，它可使發(fā)動(dòng)機(jī)在絕大它可使發(fā)動(dòng)機(jī)在絕大多數(shù)工況和時(shí)間內(nèi)燃多數(shù)工況和時(shí)間內(nèi)燃用用=1的可燃混合氣。的可燃混合氣。4 4、高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化原理、高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化原理噴油量精確噴油量精確,壓力壓力高高

12、(120200MPa）,燃油霧化良好燃油霧化良好按照發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行按照發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的實(shí)際需要，工況的實(shí)際需要，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)噴油提前角噴油提前角可實(shí)現(xiàn)理想的噴可實(shí)現(xiàn)理想的噴油規(guī)律油規(guī)律,多次噴射，多次噴射，達(dá)到在降低達(dá)到在降低Nox排排放量的前提下放量的前提下,獲獲得良好的燃油經(jīng)得良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性濟(jì)性和動(dòng)力性二、最新技術(shù)二、最新技術(shù)缸內(nèi)直噴缸內(nèi)直噴壁面控制燃燒系統(tǒng)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)，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(guò)高，噴油器不應(yīng)布置在排氣側(cè)而應(yīng)在進(jìn)塞。為了避免溫度過(guò)高，噴油器不應(yīng)布置在排氣側(cè)而應(yīng)在進(jìn)氣側(cè)，活塞凹坑的開口也指向進(jìn)氣側(cè)。氣側(cè)，活塞凹坑的開口也指向進(jìn)氣側(cè)。氣流控制燃燒系統(tǒng)氣流控制燃燒系統(tǒng) 在氣流控制的燃燒系統(tǒng)中，利用