总复习(汽车环境工程)
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。二是小负荷时HC比排放量随负荷的减小增加的程度更加明显。
18
汽油机在稳态下NOx的排放特性： 当转速一定时，NOx的比排放量随负荷增大而不断减小 ，而实际上在中等负荷区，随着负荷的增大，由于燃烧 温度提高了，NOx绝对排放量增加，但NOx的增加与负
荷是不成正比的，因而NOx比排放量却是逐渐下降的。
在大负荷时，由于混合气过浓，氧气不足，不利于NOx 的生成，NOx绝对排放量下降，比排放量下降更快。当 负荷一定时，随着转速的增加，NOx的比排放量增大， 其绝对排放量显著增加。
19
柴油机在稳态下CO的排放特性： 涡轮增压直喷柴油机在整个工况范围CO的排放都很少，在大 多数工况下，CO比排放量都比较小，在中速、中负荷工况下 ，柴油机的CO排放量最少。柴油机CO的高排放量出现在小负 荷工况区。 柴油机在稳态下HC的排放特性： 柴油机未燃HC排放比汽油机少得多，未燃HC的比排放量随 负荷的上升而下降，小负荷工况下，HC比排放量明显增大。 柴油机在稳态下NOx的排放特性： 柴油机NOx的高排放区主要出现在小负荷和高速工况。 柴油机在稳态下微粒的排放特性： 当转速不变时，不透光度线性分度N基本上是随着负荷增大 而增大的；当负荷不变时，柴油机的不透光度线性分度N先降 后升，在某一转速时达到最小值；PT排放浓度由低速小负荷 向高速大负荷增加，在接近最大功率时明显增加； PT比排放 量在小负荷和高速大负荷时较高。
对于一台汽油发动机来说，将汽油送入汽缸，并与空
气混合，再使油气混合物充分燃烧才能获得强大的动
力，因此油气混合技术也是发动机的关键之一。在经
历了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段之后，油 气混合技术终于进入了缸内直喷时代，越来越多的车 型开始采用缸内直喷发动机，
26
低排放燃烧系统
低排放燃烧主要依靠稀燃技术和汽油直接喷射技术
来完成的。
分层燃烧技术是实现稀燃和汽油直接喷射的辅助措 施。
稀薄燃烧系统 低排放 燃烧系统 分层燃烧系统 高压缩比燃烧系统
27
稀薄燃烧系统
稀薄燃烧对排放的影响
28
实现稀燃的具体措施
1）应用可变涡流控制系统
在部分负荷工况下，产生较强的涡流， 得到高的输出转矩，在全负荷时，为了 得到高的充气效率，保证高功率输出， 要减小涡流强度甚至不用涡流
7
影响HC生成的因素
未燃HC排放主要是由于缸内混合气过浓、过稀或局部混合气 不均引起燃烧不完全而导致的。造成不完全燃烧的因素如下： 混合气质量
混合气均匀 性越差， HC排放越 多
运行条件 汽 油 机 点 火 时 刻 柴 油 机
负 荷
转 速
壁 温
燃烧 室面 容比
喷 油 时 刻
喷油 嘴喷 孔面 积
冷却 水进 水温 度
20
汽油机起动工况
HC CO 常温起动时 ，由于空气流动速度低，壁面温度低， 汽油蒸发雾化差，混合气质量差，为了能够顺利起 动，必须向汽油机供给较浓的混合气，此时较浓的 NOx 混合气、低的压缩温度、低的壁面温度，均使得燃 NOx 烧不完全，所以HC和CO排放浓度较高；低温、浓混 合气均不利于NOx的生成，因此NOx量较低，之后 增加，与时间增加、缸内温度升高有关。 热起动时，由于混合气较浓，CO排放量较高，HC CO 量降低（缸壁温度升高，淬熄等作用减弱）；HC NOx 量由于温度高，排放量增加。
21
汽油机加减速工况
加速工况： 指迅速开起节气门增加转矩到最大值，使转速急 剧提高的过程。 汽油喷射发动机由于不需要特别的加浓混合气， 其排放与相应的各稳定工况相似。 减速工况： 指节气门迅速关闭，发动机由汽车倒拖，在较高 转速下空转的过程。 汽油喷射发动机在减速时不再供油，所以HC和 CO的排放很少。
⑤燃烧室面容比的影响： 降低燃烧室面容比，HC排放
量下。
9
柴油机运行条件的影响
①喷油时刻的影响：增大喷油提前角，可使缸内温度升 高，从而HC排放量下降。 ②喷油嘴喷孔面积的影响： 减小喷孔面积，燃油混合质 量变好，燃烧得到改善，HC排放量下降。
③冷却液进口温度的影响：冷却液温度相对较高，会导
致气缸内温度升高，HC排放量会相对降低。
进 气 密 度
8
汽油机运行条件的影响
①负荷的影响：当空燃比和转速保持不变，并按最大功率
调节点火时刻时，负荷改变对HC的相对排放浓度几乎
没有影响。但当负荷增加时，HC排放量绝对值将随废 气流量变大而几乎呈线性增加。 ②转速的影响：明显 转速增加时，HC排放量下降。
③点火时刻的影响： 减小点火提前角，HC排放量下降。 ④壁温的影响： 提高壁温，HC排放量下降。
④进气密度的影响：进气密度增大，会使缸内空气量增
大，燃烧得到改善，HC排放量会下降。
10
氮氧化物(NOx)
NOx的生成机理
生成: 车用发动机排气中的氮氧化物NOx包含NO和NO2，其中 大部分是NO，它们是N2在燃烧高温下的产物。
影响因素: 温度和过量空气系数。
11
结论：
高温富氧
在稀混合气区NO的生成主要是温度起作用；
面覆盖SOF 。若柴油机排气中未燃HC含量高，则冷凝作用就强烈。
当然最容易凝结的是未燃燃油中的重馏分、已经热解但未在燃烧过 程中消耗的不完全燃烧有机物以及窜入燃烧室中的润滑油。
15
影响PM生成的因素
（1）负荷与转速的影响
（2）燃料的影响
（3）喷油参数的影响
喷油定时，喷油规律，喷油嘴不正常喷射， 喷油压力
5
汽油机未然HC的生成机理 冷起动、暖机和 怠焰 速不 等能 工进 况入 下各 ， 火 进 气 、 压 缩 过 程 火焰在壁面淬冷 壁狭 面窄 温的 度间 较隙 低， ， 种 中 ， 润 滑 油 膜 溶 沉积物使 HC 排放 淬 熄 层 较 厚 ， 壁。 便会产生未燃 HC 狭隙效应 解 和 吸 收 了 进 入 增加。 面 火要 焰的 淬因 熄素 是， 此 最 主 气 缸 的 碳 氢 化 合 润滑油膜对燃油蒸 类工况下未燃 HC 占 HC 尾排总量的 • 可能有吸附解吸作用。 物。 汽的吸附与解吸 的重要来源。 50%--70% •气门积碳导致关闭不严，损 燃烧室内沉积物 燃烧室中压力 和 失气缸压力，使燃油不能充 燃烧过程中， HC 分燃烧； 的影响 温已 度燃 下气 降解 太吸 快直 ， 向 •喷油嘴积碳造成雾化不良 可膨 能胀 使、 火排 焰气 熄过 灭。 至 •传感器误差增大使控制紊乱， 体积淬熄 各部分配合失调，导致整体 程结束。约占 HC 性能下降 尾排总量的25%
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。
在浓混合气区主要是氧浓度起作用。
生成NOx的三要素 温度
氧浓度
持续时间
12
影响NOX生成的因素
影 响 汽 油 机
NOX
过量空气系数和燃烧室温度的影响
Φa <1时，由于缺氧，即使燃烧室内温度很高， NO 残余废气分数的影响 X的生成量仍会随着Φa的降低而降低，此时
生 成 的 因 素
氧浓度起着决定性作用。 Φa>1时，温度起着决定性作用，NOX生成量 废气分数增大，减小了可燃气的发热量，增 随温度升高而迅速增大。最高温度通常出现在 大了混合气的比热容，使最高燃烧温度下降， Φa点火时刻的影响 ≈1.1，且有适量的氧浓度，故NOX排放浓 NO 排放降低。 度出现峰值。Φa进一步增大，温度下降的作用 占优势，NO生成量减少。 适当减小点火提前角，NO排放量降低。
CO2 H2O
3
影响CO生成的因素
进气温度 大气压力 影响 一氧 化碳 生成 因素 进气管真 空度 进气温度上升，空燃比α变小，排 出的CO将增加。 进气管压力降低，空气密度下降， 空燃比下降，CO排放量增大。
急减速时，进气管形成较高真空度，燃料 急剧挥发，混和气瞬时过浓，CO排放浓度 将显著增加。
大力推广汽油喷射电控系统
改善点火系统
开发分层充气及均质稀燃的新型燃烧系统 选用结构紧凑和面容比较小的燃烧室 采用废气再循环 采用增压技术
采用可变气门正时技术
多气门技术 均质压燃技术
25
缸内直接喷射（GDI）
缸内直接喷射汽油机与一般汽油发动机的主要区 别在于汽油喷射的位置，它将喷油嘴安装在燃烧室内， 将汽油直接喷射在燃烧室内。
13
影响NOX生成的因素
影 响 柴 油 机 NO X生 成 的 因 素
喷油定时的影响
喷油提前角减小，燃烧推迟，燃烧温度较低， 生成的NOX较少。
负荷与转速的影响
NOX排放随负荷增大而显著增加。 转速对 NOX排放的影响比负荷的影响小。 放热规律的影响 传统模式 低排放放热模式
14
微粒（PM）生成机理
2）采用结构紧凑的燃烧室，提高燃烧速率，减小热损失， 并采用尽可能高的压缩比 3）采用电控顺序喷射系统，扩展稀燃失火界限 4）应用高精度空燃比控制系统，把NOx降到足够低的 水平 5）应用分层燃烧技术，在火花塞周围形成较浓混合气，使 着火稳定
6）采用废气再循环 进一步降低NOx排放
29
分层燃烧系统
荷时，为了使发动机能发出较大的功率和转矩，混合气被显著加浓，
CO的比排放量开始急剧升高，而绝对排放浓度和质量则上升更快。 汽油机在稳态下HC的排放特性： HC的变化趋势和CO比较相似，中等负荷时比排放量较小，大负荷和小 负荷时相对增加。但有两个不同之处：一是HC在全负荷时其排放没有
像CO那样显著增加，只是稍有增加，基本和中等负荷时保持同一水平
怠速转速
发动机工 况
提高怠速转速，空气流量增加，CO 浓度降低 发动机负荷一定时，CO排放量随转 速增加（空气流量增加）而降低， 到一定转速后，变化不大。
4
碳氢化合物（HC）
柴油发动机
缸内燃烧过程中产生
• 缸内燃烧过程中产生
来 源
汽油发动机
• 曲轴箱窜气 • 燃油蒸气的蒸发
车用发动机的HC中有完全未燃烧的燃料，但更多的是燃料的不 完全燃烧产物，还有小部分由润滑油不完全燃烧而生成。排气 中未燃碳氢物的成份十分复杂，其中有些是原来燃料中不含有 的成份，这是部分氧化反应所致。
微粒=碳烟（DS）+有机可溶物（SOF） 生成机理: 一般认为，炭烟（烟粒）是不完全燃烧的产物，是燃料在 高温缺氧条件下经过裂解脱氢形成的。在碳烟DS的整个生成过程 中,从核的萌发到成长、集聚这一系列生成过程，都伴随着碳烟的 氧化。因此，排气管排出的碳烟浓度是碳烟生成和氧化相竞争的结 果。柴油机PM生成过程的最后阶段，是组成SOF的重质有机化合 物在燃气从发动机排出并被空气稀释时，通过吸附和凝结使DS表
常见汽车主要排放污染物
汽油机车
柴油机车
CO
NOx
HC
PM
HC
NOx
1
第二章 汽车排放污染物的 生成机理和影响因素
分别讲述了CO、HC、NOx和微粒 的生成机理和影响因素
2
CO的生成机理
汽车CO产生原因：
燃油在气缸中燃烧不充分所致，是氧气不足而生成 的中间产物。
m n Cm H n O2 mCO H 2 2 2
分层燃烧技术是实现稀燃和汽油直接喷射的辅助措稀薄燃烧系统稀薄燃烧系统分层燃烧系统分层燃烧系统高压缩比燃烧系统高压缩比燃烧系统低排放燃烧系统27稀薄燃烧系统稀薄燃烧对排放的影响28实现稀燃的具体措施1应用可变涡流控制系统2采用结构紧凑的燃烧室提高燃烧速率减小热损失并采用尽可能高的压缩比3采用电控顺序喷射系统扩展稀燃失火界限4应用高精度空燃比控制系统把nox降到足够低的水平5应用分层燃烧技术在火花塞周围形成较浓混合气使着火稳定6采用废气再循环进一步降低nox排放在部分负荷工况下产生较强的涡流得到高的输出转矩在全负荷时为了得到高的充气效率保证高功率输出要减小涡流强度甚至不用涡流29分层燃烧系统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
22
柴油机的瞬态排放特性
（1）起动工况
缸内压缩温度低，喷入缸内的燃油的雾化、气化很 差，不完全燃烧使得有害物排放增大。
（2）加减速等瞬态工况
减速时，由于不喷油或只喷怠速油量，所以排放问 题不大。 加速时，排放量开始明显增大，以后逐渐趋于稳态
时的排放量。
23
第四章 汽油机机内净化技术
24
汽油机机内净化的主要措施
6
碳氢化合物的后期氧化
在内燃机燃烧过程中未燃烧的碳氢化合物，在以后的膨胀和排气过程 中不断从间隙容积、润滑油膜、沉积物和淬熄层中释放出来，重新扩 散到高温的燃烧产物中被全部或部分氧化，称为碳氢化合物的后期氧 化，其主要包括： 一是气缸内未燃碳氢化合物的后期氧化：在排气门开启前，气缸内的 燃烧温度一般超过950℃。若此时气缸内有氧可供后期氧化，碳氢化 合物的氧化将很容易进行。 二是排气管内未燃碳氢化合物的氧化：排气门开启后，缸内未被氧化 的碳氢化合物将随排气一同排入排气管，并在排气管内继续氧化。其 氧化条件为： （1）管内有足够的氧气； （2）排气温度高于600℃； （3）停留时间大于50 ms。
（4）空气涡流的影响 （5）其他因素的影响
16
第三章 汽车发动机 排放特性
17
汽油机在稳态下CO的排放特性：
现代车用汽油机在常用的部分负荷区将过量空气系数控制在1.0左右，
所以CO的排放较低。而在负荷很小时，为了保证燃烧的稳定，混合气 被适当的加浓，从而导致了CO的排放略有上升。当工作负荷接近全负
18
汽油机在稳态下NOx的排放特性： 当转速一定时，NOx的比排放量随负荷增大而不断减小 ，而实际上在中等负荷区，随着负荷的增大，由于燃烧 温度提高了，NOx绝对排放量增加，但NOx的增加与负
荷是不成正比的，因而NOx比排放量却是逐渐下降的。
在大负荷时，由于混合气过浓，氧气不足，不利于NOx 的生成，NOx绝对排放量下降，比排放量下降更快。当 负荷一定时，随着转速的增加，NOx的比排放量增大， 其绝对排放量显著增加。
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柴油机在稳态下CO的排放特性： 涡轮增压直喷柴油机在整个工况范围CO的排放都很少，在大 多数工况下，CO比排放量都比较小，在中速、中负荷工况下 ，柴油机的CO排放量最少。柴油机CO的高排放量出现在小负 荷工况区。 柴油机在稳态下HC的排放特性： 柴油机未燃HC排放比汽油机少得多，未燃HC的比排放量随 负荷的上升而下降，小负荷工况下，HC比排放量明显增大。 柴油机在稳态下NOx的排放特性： 柴油机NOx的高排放区主要出现在小负荷和高速工况。 柴油机在稳态下微粒的排放特性： 当转速不变时，不透光度线性分度N基本上是随着负荷增大 而增大的；当负荷不变时，柴油机的不透光度线性分度N先降 后升，在某一转速时达到最小值；PT排放浓度由低速小负荷 向高速大负荷增加，在接近最大功率时明显增加； PT比排放 量在小负荷和高速大负荷时较高。
对于一台汽油发动机来说，将汽油送入汽缸，并与空
气混合，再使油气混合物充分燃烧才能获得强大的动
力，因此油气混合技术也是发动机的关键之一。在经
历了化油器、单点电喷、多点电喷技术阶段之后，油 气混合技术终于进入了缸内直喷时代，越来越多的车 型开始采用缸内直喷发动机，
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低排放燃烧系统
低排放燃烧主要依靠稀燃技术和汽油直接喷射技术
来完成的。
分层燃烧技术是实现稀燃和汽油直接喷射的辅助措 施。
稀薄燃烧系统 低排放 燃烧系统 分层燃烧系统 高压缩比燃烧系统
27
稀薄燃烧系统
稀薄燃烧对排放的影响
28
实现稀燃的具体措施
1）应用可变涡流控制系统
在部分负荷工况下，产生较强的涡流， 得到高的输出转矩，在全负荷时，为了 得到高的充气效率，保证高功率输出， 要减小涡流强度甚至不用涡流
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影响HC生成的因素
未燃HC排放主要是由于缸内混合气过浓、过稀或局部混合气 不均引起燃烧不完全而导致的。造成不完全燃烧的因素如下： 混合气质量
混合气均匀 性越差， HC排放越 多
运行条件 汽 油 机 点 火 时 刻 柴 油 机
负 荷
转 速
壁 温
燃烧 室面 容比
喷 油 时 刻
喷油 嘴喷 孔面 积
冷却 水进 水温 度
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汽油机起动工况
HC CO 常温起动时 ，由于空气流动速度低，壁面温度低， 汽油蒸发雾化差，混合气质量差，为了能够顺利起 动，必须向汽油机供给较浓的混合气，此时较浓的 NOx 混合气、低的压缩温度、低的壁面温度，均使得燃 NOx 烧不完全，所以HC和CO排放浓度较高；低温、浓混 合气均不利于NOx的生成，因此NOx量较低，之后 增加，与时间增加、缸内温度升高有关。 热起动时，由于混合气较浓，CO排放量较高，HC CO 量降低（缸壁温度升高，淬熄等作用减弱）；HC NOx 量由于温度高，排放量增加。
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汽油机加减速工况
加速工况： 指迅速开起节气门增加转矩到最大值，使转速急 剧提高的过程。 汽油喷射发动机由于不需要特别的加浓混合气， 其排放与相应的各稳定工况相似。 减速工况： 指节气门迅速关闭，发动机由汽车倒拖，在较高 转速下空转的过程。 汽油喷射发动机在减速时不再供油，所以HC和 CO的排放很少。
⑤燃烧室面容比的影响： 降低燃烧室面容比，HC排放
量下。
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柴油机运行条件的影响
①喷油时刻的影响：增大喷油提前角，可使缸内温度升 高，从而HC排放量下降。 ②喷油嘴喷孔面积的影响： 减小喷孔面积，燃油混合质 量变好，燃烧得到改善，HC排放量下降。
③冷却液进口温度的影响：冷却液温度相对较高，会导
致气缸内温度升高，HC排放量会相对降低。
进 气 密 度
8
汽油机运行条件的影响
①负荷的影响：当空燃比和转速保持不变，并按最大功率
调节点火时刻时，负荷改变对HC的相对排放浓度几乎
没有影响。但当负荷增加时，HC排放量绝对值将随废 气流量变大而几乎呈线性增加。 ②转速的影响：明显 转速增加时，HC排放量下降。
③点火时刻的影响： 减小点火提前角，HC排放量下降。 ④壁温的影响： 提高壁温，HC排放量下降。
④进气密度的影响：进气密度增大，会使缸内空气量增
大，燃烧得到改善，HC排放量会下降。
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氮氧化物(NOx)
NOx的生成机理
生成: 车用发动机排气中的氮氧化物NOx包含NO和NO2，其中 大部分是NO，它们是N2在燃烧高温下的产物。
影响因素: 温度和过量空气系数。
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结论：
高温富氧
在稀混合气区NO的生成主要是温度起作用；
面覆盖SOF 。若柴油机排气中未燃HC含量高，则冷凝作用就强烈。
当然最容易凝结的是未燃燃油中的重馏分、已经热解但未在燃烧过 程中消耗的不完全燃烧有机物以及窜入燃烧室中的润滑油。
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影响PM生成的因素
（1）负荷与转速的影响
（2）燃料的影响
（3）喷油参数的影响
喷油定时，喷油规律，喷油嘴不正常喷射， 喷油压力
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汽油机未然HC的生成机理 冷起动、暖机和 怠焰 速不 等能 工进 况入 下各 ， 火 进 气 、 压 缩 过 程 火焰在壁面淬冷 壁狭 面窄 温的 度间 较隙 低， ， 种 中 ， 润 滑 油 膜 溶 沉积物使 HC 排放 淬 熄 层 较 厚 ， 壁。 便会产生未燃 HC 狭隙效应 解 和 吸 收 了 进 入 增加。 面 火要 焰的 淬因 熄素 是， 此 最 主 气 缸 的 碳 氢 化 合 润滑油膜对燃油蒸 类工况下未燃 HC 占 HC 尾排总量的 • 可能有吸附解吸作用。 物。 汽的吸附与解吸 的重要来源。 50%--70% •气门积碳导致关闭不严，损 燃烧室内沉积物 燃烧室中压力 和 失气缸压力，使燃油不能充 燃烧过程中， HC 分燃烧； 的影响 温已 度燃 下气 降解 太吸 快直 ， 向 •喷油嘴积碳造成雾化不良 可膨 能胀 使、 火排 焰气 熄过 灭。 至 •传感器误差增大使控制紊乱， 体积淬熄 各部分配合失调，导致整体 程结束。约占 HC 性能下降 尾排总量的25%
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。
在浓混合气区主要是氧浓度起作用。
生成NOx的三要素 温度
氧浓度
持续时间
12
影响NOX生成的因素
影 响 汽 油 机
NOX
过量空气系数和燃烧室温度的影响
Φa <1时，由于缺氧，即使燃烧室内温度很高， NO 残余废气分数的影响 X的生成量仍会随着Φa的降低而降低，此时
生 成 的 因 素
氧浓度起着决定性作用。 Φa>1时，温度起着决定性作用，NOX生成量 废气分数增大，减小了可燃气的发热量，增 随温度升高而迅速增大。最高温度通常出现在 大了混合气的比热容，使最高燃烧温度下降， Φa点火时刻的影响 ≈1.1，且有适量的氧浓度，故NOX排放浓 NO 排放降低。 度出现峰值。Φa进一步增大，温度下降的作用 占优势，NO生成量减少。 适当减小点火提前角，NO排放量降低。
CO2 H2O
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影响CO生成的因素
进气温度 大气压力 影响 一氧 化碳 生成 因素 进气管真 空度 进气温度上升，空燃比α变小，排 出的CO将增加。 进气管压力降低，空气密度下降， 空燃比下降，CO排放量增大。
急减速时，进气管形成较高真空度，燃料 急剧挥发，混和气瞬时过浓，CO排放浓度 将显著增加。
大力推广汽油喷射电控系统
改善点火系统
开发分层充气及均质稀燃的新型燃烧系统 选用结构紧凑和面容比较小的燃烧室 采用废气再循环 采用增压技术
采用可变气门正时技术
多气门技术 均质压燃技术
25
缸内直接喷射（GDI）
缸内直接喷射汽油机与一般汽油发动机的主要区 别在于汽油喷射的位置，它将喷油嘴安装在燃烧室内， 将汽油直接喷射在燃烧室内。
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影响NOX生成的因素
影 响 柴 油 机 NO X生 成 的 因 素
喷油定时的影响
喷油提前角减小，燃烧推迟，燃烧温度较低， 生成的NOX较少。
负荷与转速的影响
NOX排放随负荷增大而显著增加。 转速对 NOX排放的影响比负荷的影响小。 放热规律的影响 传统模式 低排放放热模式
14
微粒（PM）生成机理
2）采用结构紧凑的燃烧室，提高燃烧速率，减小热损失， 并采用尽可能高的压缩比 3）采用电控顺序喷射系统，扩展稀燃失火界限 4）应用高精度空燃比控制系统，把NOx降到足够低的 水平 5）应用分层燃烧技术，在火花塞周围形成较浓混合气，使 着火稳定
6）采用废气再循环 进一步降低NOx排放
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分层燃烧系统
荷时，为了使发动机能发出较大的功率和转矩，混合气被显著加浓，
CO的比排放量开始急剧升高，而绝对排放浓度和质量则上升更快。 汽油机在稳态下HC的排放特性： HC的变化趋势和CO比较相似，中等负荷时比排放量较小，大负荷和小 负荷时相对增加。但有两个不同之处：一是HC在全负荷时其排放没有
像CO那样显著增加，只是稍有增加，基本和中等负荷时保持同一水平
怠速转速
发动机工 况
提高怠速转速，空气流量增加，CO 浓度降低 发动机负荷一定时，CO排放量随转 速增加（空气流量增加）而降低， 到一定转速后，变化不大。
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碳氢化合物（HC）
柴油发动机
缸内燃烧过程中产生
• 缸内燃烧过程中产生
来 源
汽油发动机
• 曲轴箱窜气 • 燃油蒸气的蒸发
车用发动机的HC中有完全未燃烧的燃料，但更多的是燃料的不 完全燃烧产物，还有小部分由润滑油不完全燃烧而生成。排气 中未燃碳氢物的成份十分复杂，其中有些是原来燃料中不含有 的成份，这是部分氧化反应所致。
微粒=碳烟（DS）+有机可溶物（SOF） 生成机理: 一般认为，炭烟（烟粒）是不完全燃烧的产物，是燃料在 高温缺氧条件下经过裂解脱氢形成的。在碳烟DS的整个生成过程 中,从核的萌发到成长、集聚这一系列生成过程，都伴随着碳烟的 氧化。因此，排气管排出的碳烟浓度是碳烟生成和氧化相竞争的结 果。柴油机PM生成过程的最后阶段，是组成SOF的重质有机化合 物在燃气从发动机排出并被空气稀释时，通过吸附和凝结使DS表
常见汽车主要排放污染物
汽油机车
柴油机车
CO
NOx
HC
PM
HC
NOx
1
第二章 汽车排放污染物的 生成机理和影响因素
分别讲述了CO、HC、NOx和微粒 的生成机理和影响因素
2
CO的生成机理
汽车CO产生原因：
燃油在气缸中燃烧不充分所致，是氧气不足而生成 的中间产物。
m n Cm H n O2 mCO H 2 2 2
分层燃烧技术是实现稀燃和汽油直接喷射的辅助措稀薄燃烧系统稀薄燃烧系统分层燃烧系统分层燃烧系统高压缩比燃烧系统高压缩比燃烧系统低排放燃烧系统27稀薄燃烧系统稀薄燃烧对排放的影响28实现稀燃的具体措施1应用可变涡流控制系统2采用结构紧凑的燃烧室提高燃烧速率减小热损失并采用尽可能高的压缩比3采用电控顺序喷射系统扩展稀燃失火界限4应用高精度空燃比控制系统把nox降到足够低的水平5应用分层燃烧技术在火花塞周围形成较浓混合气使着火稳定6采用废气再循环进一步降低nox排放在部分负荷工况下产生较强的涡流得到高的输出转矩在全负荷时为了得到高的充气效率保证高功率输出要减小涡流强度甚至不用涡流29分层燃烧系统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
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柴油机的瞬态排放特性
（1）起动工况
缸内压缩温度低，喷入缸内的燃油的雾化、气化很 差，不完全燃烧使得有害物排放增大。
（2）加减速等瞬态工况
减速时，由于不喷油或只喷怠速油量，所以排放问 题不大。 加速时，排放量开始明显增大，以后逐渐趋于稳态
时的排放量。
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第四章 汽油机机内净化技术
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汽油机机内净化的主要措施
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碳氢化合物的后期氧化
在内燃机燃烧过程中未燃烧的碳氢化合物，在以后的膨胀和排气过程 中不断从间隙容积、润滑油膜、沉积物和淬熄层中释放出来，重新扩 散到高温的燃烧产物中被全部或部分氧化，称为碳氢化合物的后期氧 化，其主要包括： 一是气缸内未燃碳氢化合物的后期氧化：在排气门开启前，气缸内的 燃烧温度一般超过950℃。若此时气缸内有氧可供后期氧化，碳氢化 合物的氧化将很容易进行。 二是排气管内未燃碳氢化合物的氧化：排气门开启后，缸内未被氧化 的碳氢化合物将随排气一同排入排气管，并在排气管内继续氧化。其 氧化条件为： （1）管内有足够的氧气； （2）排气温度高于600℃； （3）停留时间大于50 ms。
（4）空气涡流的影响 （5）其他因素的影响
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第三章 汽车发动机 排放特性
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汽油机在稳态下CO的排放特性：
现代车用汽油机在常用的部分负荷区将过量空气系数控制在1.0左右，
所以CO的排放较低。而在负荷很小时，为了保证燃烧的稳定，混合气 被适当的加浓，从而导致了CO的排放略有上升。当工作负荷接近全负