第4章 汽油机机内净化技术

第4章 汽油机机内净化技术
增压技术
所谓增压，就是利用增压器将空气或可燃混合气进行压缩，再送 入发动机气缸的过程。
机械增压
• 增压器的转子，由发动机曲轴通过齿轮增速箱或其它传动装置 来驱动，将气体压缩并送入发动机气缸。 • 利用发动机排出的具有一定能量的废气进入涡轮并膨胀作功， 废气涡轮的全部功率用于驱动与涡轮机同轴旋转的压气机
1 2 3
• 抑制敲缸的发生
• 促进炭烟烧尽 • 稀NOx催化系统
第4章 汽油机机内净化技术
缸内直接喷射式汽油机的排放对策 二阶段燃烧
目的：改善冷起动和小负荷运行时的 HC和CO的排放。 辅助喷射燃烧首先使催化剂加热，然后
使CO 燃烧产生较高温度，再使HC燃烧。
第4章 汽油机机内净化技术
二冲程缸内直喷稀燃发动机 概念：喷油器用压缩空气辅助喷射的缸内直 喷式二冲程发动机。
第4章 汽油机机内净化技术
EGR率对汽油机净化与性能的影响 废气再循环能有效地降低汽油发动机的 NOx 排放,但进行EGR时必须要考虑其对发动机动 力性、经济性的影响。通常将EGR率控制在 10%～20%范围内较合适。 冷却 EGR 技术 再循环废气经冷却器冷却后 再送入进气端，进一步降低 进气温度，更有利于降低NOx 排放，同时改善燃油经济性。
该发动机拥有两个化油器或两套进气 管喷射装置，所以可以分别提供不同 过量空气系数的混合气给主、副室的 进气系统。
第4章 汽油机机内净化技术
轴向分层燃烧系统
1-火花塞；2-气缸；3-活塞；4-导气屏进气门；5-喷油器
燃料在涡流作用下，沿气缸轴向产生上浓下 稀的分层。
第4章 汽油机机内净化技术
滚流（纵涡）分层稀燃系统 在进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线方 向旋转的有组织的空气旋流，称为滚流， 也称为纵涡或横向涡流。滚流在压缩过程 中逐渐被压扁，在上止点附近破碎成许多
气门间隙对HC和CO 排放的影响
第4章 汽油机机内净化技术
缸内直接喷射
与一般汽油发动机的主要区别：
汽油喷射的位置不同，喷油嘴 安装在燃烧室内，将汽油直接 喷射在燃烧室内。
第4章 汽油机机内净化技术
直喷式发动机
缸内空气流动－纵向涡流 即滚流。弯曲顶面活塞利 用活塞顶凸起形状，增强 了滚流强度。 虽然混合比达到40:1，但 聚集在火花塞周围的混 合气却很浓，很容易点 火燃烧。
根本措施：在于改善其燃烧过程。
第4章 汽油机机内净化技术
怠速转速控制
汽油机在怠速工况下降低HC和CO排放的方法：
提高怠速转速
提高怠速转速可使混合气形成和燃烧均获得
改善，可燃混合气在进气管中的移动速度增加、
充气效率提高、残余废气的稀释度减少。
第4章 汽油机机内净化技术
高能点火对HC排放的作用 ① 提高了燃烧速率、减小
发动机排放污染及控制
主讲人 龚金科等
2016年3月19日
第4章 汽油机机内净化技术 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 概述 汽油喷射电控系统 低排放燃烧系统 废气再循环 增压技术 汽油机均质压燃技术 可变气门正时技术 多气门技术
汽油机机内净化技术用汽 第4 章 汽油机机内净化技术
第4章 汽油机机内净化技术
喷油控制 反馈控制
排气管上氧传感器
氧含量
空燃比
ECU
喷油量保持 设定值附近
修正喷油量
与设定空燃比值比较
第4章 汽油机机内净化技术
喷油控制对排放的影响 1）氧传感器及三效催化转化器闭环控制 汽油机的空燃比接近理论空燃比时，三效催 化器的转化率最高，这需要通过氧传感器闭 环控制来实现的
与化油器式发动机相比： （1）采用ECU来控制每循环的喷油量和喷油时刻。 （2）每缸采用单独喷油器供油，这样，可以提高各缸 空燃比的均匀性和喷油量的精确性。 （3）燃油雾化特性是由喷油器的特性决定的，与汽油 机的转速无关。 （4）进气系统中没有化油器喉管的节流作用，减少了 进气系统的阻力损失，充气效率高。
第4章 汽油机机内净化技术
缸内直接喷射汽油机存在的问题
1
• 缸内温度偏低，不利于未燃碳氢后燃
2 3 4
• 分层燃烧时在火花塞附近混合气局部过浓 • 较高的压缩比和放热率使NOx增加
• 微粒排放比传统的进气道喷射汽油机有较多增 加
第4章 汽油机机内净化技术
缸内直接喷射式汽油机的排放对策 二阶段混合进气 冲程开始时第一次 喷油，在缸内生成 很稀的均质混合气， 第二次喷射在压缩 上止点前，在气缸 滚流和活塞顶形状 的帮助下产生分层 混合气，然后点火 燃烧。
第4章 汽油机机内净化技术
喷油控制对排放的影响 2） 冷起动及暖机阶段排放控制 冷起动阶段：对开环控制的空燃比进行精 确标定，保障不过量供油。混合气浓度一 般要低于化油器式发动机。
暖机阶段：不要提供太浓的混合气。
第4章 汽油机机内净化技术
点火系统的控制
目的：使发动机在各种工况下都能调整至最佳点 火时刻，令发动机在动力性、经济性、加速性和 排放均达到最优。
第4章 汽油机机内净化技术
稀薄燃烧系统
1 稀薄燃烧对排放的影响 NOX：理论空燃比某处 右侧，排放量最多， 燃料浓，氧含量少；燃 料稀，最高燃烧温度下 降
实现稀燃的具体措施
可变涡流控制系统：部分负荷，较强涡 流；全负荷，减小涡流甚至不用涡流
紧凑的燃烧室，尽可能高的压缩比 电控顺序喷射系统，扩展燃烧失火极限
第4章 汽油机机内净化技术
废气再循环的工作原理
废气再循环技术是控制 氮氧化合物排放的主要 措施，它是将汽车排出 的一部分废气重新引入 发动机进气系统，与混 合气一起再进入气缸燃 烧。
第4章 汽油机机内净化技术
废气再循环
废气混入的多少用EGR率表示，其定义如下：
返回废气量 EGR率= 100% 进气量+返回废气量
高精度空燃比控制系统
分层燃烧技术
废气再循环
第4章 汽油机机内净化技术
分层燃烧系统 分层燃烧的目的
合理地组织气缸内混合气分布，使在火花塞周
围有较浓的混合气，而在燃烧室内的大部分区域
具有很稀的混合气，以确保正常点火和燃烧，同
时也扩展了稀燃失火极限，并可提高经济性，减
少排放。
第4章 汽油机机内净化技术
复合涡流受控燃烧系统
大。在发动机不使其失火的前提下，应尽可
能进行稀薄燃烧。
第4章 汽油机机内净化技术
稀薄燃烧系统
1 稀薄燃烧对排放的影响 CO：在过量空气系数>1 的某一范围内，CO的含 量可以得到有效控制。 HC：在实际空燃比稍大 于理论空燃比的情况下， 尾气中未燃HC的含量较 少，但是当空燃比小于或 大大超过理论空燃比的时 候，未燃HC的排放量就 会提高。
第4章 汽油机机内净化技术
汽油机的燃烧过程 按燃烧过程的物理—化学状态，分为三个阶段： 着火延迟期、明显燃烧期、补燃期
第4章 汽油机机内净化技术
汽油车主要排放污染物
汽油车主要污染物
一氧化碳 （CO）
氮氧化物
（NOx）
碳氢化合物 （HC）
第4章 汽油机机内净化技术
汽油机机内净化的主要措施
大力推广汽油喷射电控系统。 改善点火系统。
第4章 汽油机机内净化技术
汽油喷射电控系统分类
分类方式
按喷油器数目分
主要类别
单点喷射（SPI） 多点喷射（MPI） 按喷射区域分 进气（管)道喷射 缸内喷射 连续喷射 按喷射方式分 间歇喷射 按进气量检测方法分 空气流量型 进气压力型
第4章 汽油机机内净化技术
典型汽油喷射电控系统
1） L－Jetronic系统
小尺寸的涡流和湍流，可大大改善混合气
燃烧过程。
第4章 汽油机机内净化技术
高压缩比燃烧系统 燃料辛烷值允许的前提下尽可能用较高的压 缩比，以获得较好的功率和油耗指标。 一味提高压缩比对排气净化不利。 电控点火系统的采用使精确控制点火定时成 为可能，为高压缩比点燃机在性能与排放方 面得到更好的折中可提供很大的潜力。
第4章 汽油机机内净化技术
喷油控制
起动喷油控制
起动时，空气流量计不 能精确检测，ECU按预先 设定的起动程序来进行 喷油控制。
运转喷油控制
发动机运转时， ECU根据进气量和 发动机转速计算
喷油量。
第4章 汽油机机内净化技术
喷油控制 断油控制
超速断油控制——发动机转速超过允许最高转速时， ECU自动中断喷油，减少有害物排放。 减速断油控制——控制急减速时有害物的排放，减 少燃油消耗量，促使发动机转速尽快下降，有利于 汽车减速。
了循环变动； ② 降低了混合气较稀
时的失火概率，使发动 机可燃用稍稀的混合气， 从而减小了HC的排放。
高能点火和普通点火 对HC排放的影响
第4章 汽油机机内净化技术
气门重叠角对HC排放的作用 增大气门间隙，减小气门重 叠角，HC下降。 气门重叠角越大，进入气缸 的废气量就越多，HC排放就 越多。 气门间隙越大， HC 、 CO 排 放浓度越低。
微处理机 （ECU）
传感 器 点火 器
wenku.baidu.com
微机控 制点火 系
点火 线圈
第4章 汽油机机内净化技术
点火系统的控制
控 制 策 略
（1）起动时点火提前角的控制
（2）怠速时点火提前角的控制 （3）正常行驶时点火提前角的控制
第4章 汽油机机内净化技术
点火系统的控制
火花质量和点火正时对排放产生影响：
1）火花质量决定点燃混合气的能力。
第4章 汽油机机内净化技术
EGR系统的控制要求
1
• EGR量应随负荷的增加而增加。 • 怠速和小负荷时，不进行EGR。 • 冷机时不进行EGR。
• 大负荷、高速时通常也不进行EGR或减少EGR率。
2 3 4 5
• 保证各缸的EGR率一致。
第4章 汽油机机内净化技术
内部废气再循环
发动机排气经过 EGR 阀进入进气歧管，与新 鲜混合气混合在一起的方式称为外部 EGR 。 EGR 的这种效果也可以通过不充分排气以增 大滞留于缸内的废气量来实现，称为内部 EGR。
特点：经曲轴箱扫气进入气缸的是空气，汽
油在喷油器中与少量空气混合后，以
0.62MPa的压力喷入气缸，喷雾粒度平均达
到5μm。
第4章 汽油机机内净化技术
稀薄燃烧系统
稀薄燃烧就是使过量空气系数从1左右提高 到远远超过1.1的水平。 混合气较稀时，绝热指数 K 反而增大。从理
论上讲，混合气越稀，K值越大，热效率也越
火花越弱，出现失火的机会就越多，而失火将会 生成大量的未燃HC。
第4章 汽油机机内净化技术
点火系统的控制
2）点火提前角对燃油消耗 率和有害排放物的影响。
推迟点火
未燃 HC排 放下降 NOx排 放降低 影响动 力性和 经济性
点火提前角对燃油消耗率 和有害排放物的影响 第4章 汽油机机内净化技术
怠速控制
开发分层充气及均质稀燃的新型燃烧系统。
改进进气机构和燃烧室结构。 采用废气再循环控制。
第4章 汽油机机内净化技术
汽油喷射电控系统
汽油喷射电控系统概述
利用各种传感器检测发动机各 种状态，经微机的判断、计算，
使发动机在不同工况下均能获
得合适空燃比的混合气。
第4章 汽油机机内净化技术
汽油喷射电控系统概述
第4章 汽油机机内净化技术
•喷油的控制
喷油控制 喷油控制是发动机ECU的主要控制功能，它包括 喷油时刻控制和喷油量控制。
1. 喷油时刻的控制
ECU以曲轴转角传感器的信号为依据进行喷油时刻的控制。 喷油时刻控制方式：同时喷射、分组喷射和顺序喷射。
2. 喷油量的控制
使发动机燃烧混合气的空燃比符合各工况的需要。
• 1. 怠速自动控制系统 • 怠速转速控制的实质是对怠速时充气量的控 制。 • 发动机怠速运转时，节气门全闭，节气门位 置传感器内的怠速开关触点闭合，ECU根据 这一信号，开始进行怠速自动控制。
第4章 汽油机机内净化技术
怠速排放控制
• 2怠速排放控制
怠速工况是汽油机HC、CO排放浓度很高的工况。 不过，由于燃烧温度很低，怠速时NOx的排放很少。 主要原因：燃烧组织不良，燃烧完全程度是影响HC 和CO生成的最直接因素。
1-电动燃油泵 2-燃油滤清器 3-压力调节器 4-喷油器5-空气流量 计 6-水温传感器 7-怠速旁通空气阀 8-节气门位置传感器 9-氧传 感器 10-电子控制单元
第4章 汽油机机内净化技术
典型汽油喷射电控系统 2） Motronic系统
1-电动燃油泵 2-燃油滤清器 3a-节气门位置传感器 3b-压力调节器 3c-喷油器 3d-进气温度传感器连 接柱塞 3e-节气门怠速控制器 4-发动机温度传感器 5-氧传感器 6-电子控制单元
概述：主要内容
1
• 汽油喷射电控系统 • 典型低排放燃烧系统 • 废气再循环系统
2 3
4
• 其他机内净化技术
第4章 汽油机机内净化技术
机内净化
机内净化：从有害排放物的生成机理及影响因素出 发，以改进发动机燃烧过程为核心，达到减少和抑 制污染物生成的各种技术。
机内净化被公认为是治理车用 汽油机排放污染的治本措施。