第4章 汽油机机内净化技术
汽车排放及控制技术知识点汇总
第一章绪论
一名词解释和填空题
1)大气污染：随着人类社会发展，人类活动或自然过程使得某些物质进入大气，当他们呈现足够的浓度，
达到足够的时间，就可能危害到人体的舒适和健康，危害到生态环境的平衡
2)大气污染的一般分类：局部污染、区域性污染、全球污染
3)大气污染源分为天然污染源和人为污染源。
4)汽车排放的主要污染物有CO、NO X、HC、光化学烟雾、微粒
二、论述汽车排放污染物的种类、特点和危害
1)一氧化碳：无色无臭，有毒气体；使血液输氧能力降低
2)碳氢化合物：包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化物；饱和烃危害不大，不
饱和烃危害很大
3)氮氧化物：是NO和NO2的总称，百分之九十五为NO；NO无色无味，毒性不大，NO2是红棕色气体，对
呼吸道强烈刺激，产生酸雨、烟雾。
4)光化学烟雾：是排入大气氮氧化物和碳氢化合物受太阳紫外线作用产生的一种具有刺激性的浅蓝的烟
雾，包含：臭氧、醛类、硝酸酯类；刺激眼睛和上呼吸到粘膜
5)微粒：微粒越小，越不容易沉积，越容易深入肺部；其次物化活性越高，加剧了生理效应的发生和发展。
第二章汽车排放污染物的生成机理和影响因素
一名词解释和填空题
1)可燃混合气均匀，CO排量几乎取决于可燃混合气的空燃比或过量空气系数
2)柴油机φa大，CO排放比汽油机低，由于柴油与空气混合不均匀，燃烧空间总存在局部缺氧和低温的
地方，低负荷尽管φa很大，CO排放量反而上升。
3)影响CO生成的因素中：进气温度、进气管真空度升高，CO排放量升高；大气压力、怠速转速升高，CO
排放量降低。
汽油机后处理净化技术
第二节 三效催化转化技术
2020/3/4
第第三二节节汽车三排效放催标化准转化技术
1 国外汽车排放法规与控制历程
汽车排放控制最早起源于美国的加利福尼亚州， 1960年，美国加利福尼亚州颁布了世界上第一部汽车排放 法规。 1963年美国政府制定了«大气清洁法»，其后进行 了多次修订和补充，逐步严格化。从1968年起美国才有了 联邦汽车排放标准，之后几乎是逐年严格化。
第二节 三效催化转化技术
二、催化反应机理
催化作用的核心是催化剂。 催化剂是一种能够改变化学反应达到平衡的速率 而本身的质量和组成在化学反应前后保持不变的物质。
化学动力学过程三个步骤的机理如下:
１)吸附过程 吸附作用是一种或数种物质的原子、分子或离子附着在另一种物质表面上 的过程。
２)表面反应过程 反应物分子吸附在催化剂表面的活性中心后，它们就分别开始与同样吸附 在活性中心的氧化剂分子或还原剂分子发生氧化还原反应。 ３)脱附过程 当表面反应过程完成后，生成的反应产物分子就会从催化剂表面的活性中心 脱离出来，为表面反应的继续进行空出活性位，这个过程称为脱附。
2020/3/4
第二节 三效催化转化技术
NO是无色无味气体，稍溶于水，只有轻度刺激 性，毒性不大，高浓度时会造成中枢神经轻度障碍， NO可被氧化成NO2 。
2020/3/4
4 第光二化节学烟三雾效催化转化技术
第4章 汽油机后处理净化技术
3. 载体
载体是承载活性组分的多孔、耐热固体物 质。汽车尾气就是通过与附着在这种载体 表面上的活性催化剂相互作用，加速尾气 中污染物的氧化还原反应从而达到净化尾 气中废气的目的。载体应具有以下性能： ①热稳定性； ②足够的机械强度； 太原理工大学车辆工程系 ③热膨胀系数小。
太原理工大学机械工程学院车辆工程系
太原理工大学机械工程学院车辆工程系
7
汽车排放与控制技术
三元催化器将汽车排气系统中的 有害物质碳氢化合物、一氧化碳 太原理工大学车辆工程系 和氮氧化物转化为水蒸气、二氧 化碳和氮气。
太原理工大学机械工程学院车辆工程系
8
汽车排放与控制技术
三元催化器的位置
催化转换器安装在排气歧管之后、排气消声器之前的排气 管中。其作用是利用催化剂（通常是金属铂、钯和铑；稀土材 料。）的作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无害的 气体。催化转换器有氧化催化转换器和三元催化转换器。氧化 转换器只将排气中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又称为二元 催化转换器，必须提供二次空气作为氧化剂。三元催化转换器 可以同时降低CO、HC和NOx的排放。它可以以排气中的CO 和HC作为还原剂，将NOx还原成氮气（N2）和氧气（O2）， 而CO和HC则被氧化为CO2和H2O。当空燃比在理论空燃比 太原理工大学车辆工程系 （14.7）附近时，氧化-还原反应达到平衡， CO、HC和NOx 的排放同时达到最低。
汽车发动机原理名词解释最终
第 1 页
123发动机理论循环：将非常复杂的实际工作过程加以抽象简化，忽略次要因素后建立的循环
模式。
循环热效率t η：工质所做循环功与循环加热量之比，用以评定循环经济性。 指示热效率it η：发动机实际循环指示功与所消耗的燃料热量的比值。 有效热效率et η：实际循环的有效功与所消耗的热量的比值。 指示性能指标：以工质对活塞所作功为计算基准的指标。 有效性能指标：以曲轴对外输出功为计算基准的指标。 指示功率i P ：发动机单位时间内所做的指示功。 有效功率e P ：发动机单位时间内所做的有效功。 机械效率m η：有效功率e P 与指示功率i P 的比值。 平均指示压力mi p ：单位气缸工作容积，在一个循环中输出的指示功。 平均有效压力me p ：单位气缸工作容积，在一个循环中输出的有效功。 有效转矩tq T ：由功率输出轴输出的转矩。 指示燃油消耗率i b ：每小时单位指示功所消耗的燃料。 有效燃油消耗率e b ：每小时单位有效功率所消耗的燃料。 指示功i W ：气缸内每循环活塞得到的有用功。 有效功e W ：每循环曲轴输出的单缸功量。 示功图：表示气缸内工质压力随气缸容积或曲轴转角的变化关系的图像。p V -图即为通常所说示功图，p ϕ-图又称为展开示功图。 换气过程：包括排气过程（排除缸内残余废气）与进气过程（冲入所需新鲜工质，空气或者可燃混合气）。 配气相位：进、排气门相对于上、下止点早开、晚关的曲轴转角，又称进排气相位。 排气早开角：排气门打开到下止点所对应的曲轴转角。 排气晚关角：上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角。 进气早开角：进气门打开到上止点所对应的曲轴转角。 进气晚关角：下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角。 气门重叠：上止点附近，进、排气门同时开启着地现象。
汽车排放及控制技术试题答案
1、汽车排放的污染物主要有.—氧化碳、氮氧化合物、.碳氢化合物―和.微粒
2、柴油机氮氧化物的生成主要受三个要素的影响,分别是.喷油定时、放热规律 和负荷
与转速的影响一。
3、三元催化转化器的起燃特性有两种评价方法，对于催化剂常用起燃温度来评 价,而对
于整个催化转化系统则用.起燃时间.来评价。
4、微粒捕集器的过滤机理存在四种,即 扩散机理、 拦截机理、 惯性碰撞机理、 重力
沉积机理_。
5、电控柴油喷射系统已发展了三代，第一代是 位置控制.系统，第二代是.时间控 制 系
统，第三代是 电控高压共轨 系统。
6、目前控制汽油机氮氧化物排放最主要的措施是.废气再循环技术。
7、常用排放污染物取样系统有 直接取样系统 、稀释取样系统和定容取样系统
8、汽油发动机中未燃HC 的生成主要来源于一燃烧室未燃燃料、窜入曲轴箱的未燃 燃料
和 燃油系统蒸发的燃油蒸汽 三种途径。
9、缸内直接喷射汽油机与其它汽油机相比，最大区别是.汽油喷射的位置。
11、为使三元催化转化器的净化效率达到80%以上，其过量空气系数（①a ） “窗口”
应达到的要求是“窗口”很窄，宽度只有0.01〜0.02 。
12、生成氮氧化物的三个要素是一混合气浓度、温度 和氧浓度一。
13、目前微粒捕集器被动再生的方法主要有化学催化的方法。
14、排气成分分析中，CO 和CO2用.不分光红外线气体分析仪.测量，NO 用 化学发 光分
析仪一测量，HC 用 氢火焰离子型分析仪一测量，氧多用 顺磁分析仪一测量。
15、烟度的测量方法主要有两类： 滤纸法 和 消光度法。
4车用汽油机机内净化
第4章车用汽油机机内净化
本章主要内容：介绍了汽油机机内净化技术，包括汽油喷射电控系统及其对排放的影响、典型低排放燃烧系统及其对排放的影响、废气再循环系统的工作原理及其对发动机性能的影响和其它机内净化技术。
概述
所谓机内净化就是从有害排放物的生成机理及影响因素动身，以改良发动机燃烧进程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各类技术。简单说就是降低污染物生成量的技术，如改良发动机的燃烧室结构、改良点火系统、改良进气系统、采用电控汽油喷射、采用废气再循环技术等。机内净化被公以为是治理车用汽油机排气污染的治本办法。
4.1.1 汽油机的燃烧进程
按燃烧进程的物理—化学状态，将燃
烧进程分为三个阶段：着火延迟期、明
显燃烧期和补燃期。汽油机燃烧进程的
展开示功图如图4-1所示。汽油和空气按
必然的比例组成的混合气，进入气缸后
被紧缩受热。火花塞跳火放电时，两极
电压在15000V以上，电火花能量40～
80mJ，局部温度达2000℃，致使电极周
围的预混合气热反映加速，当反映生成
的热积累使反映区温度急剧升高而使火
花塞电极周围的混合气着火时，即形成
火焰中心。从电火花跳火到形成火焰中心阶段称为着火延迟期，如图4-1中的1～2点。这是燃烧的第I阶段。
燃烧第Ⅱ阶段是指火焰由火焰中心传播至整个燃烧室，约90%的燃料被烧掉。如图4-1中的2～3点，被称为明显燃烧期。在均质预混合气中，火焰核心形成后，即以此为中心，由极薄的火焰层（即火焰先锋）开始向周围未燃混合气传播，直到火焰先锋扫过整个燃烧室。这一期间的燃烧是急剧的，燃烧室的温度和压力急剧上升，通常将缸内压力达到最大值时作为急燃期的终点。在此阶段中压力升高率和最高燃烧压力抵达时刻是两个重要指标，会对发
汽车排放及控制技术知识点汇总修订版
论述CO的生成机理和影响因素
生成机理影响因素
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1. 进气温度的影响
2. 大气压力的影响
3. 进气管真空度的影响
4. 怠速转速的影响
5. 发动机工况的影响
论述车用汽油机和车用柴油机未燃HC的生成机理和影响因素 生成途径生成机理影响因素
汽油机1. 气缸内未燃
或者未然充分
的碳氢燃料；
2. 漏入曲轴箱
的大量未燃燃
料；
3. 蒸发燃油蒸
汽。
主要由壁面淬
冷、狭隙效
应、润滑油的
吸附和解析、
燃烧室内沉积
物的影响、体
积淬熄及碳氢
化合物的后期
氧化所致。
混合气越均匀，越接近理论空
燃比，HC排放越低，适当减
小点火提前角，减小燃烧室面
容比，升高壁温，升高转速，
HC排放量降低，此外空燃比
转速不变，负荷变化对HC排
放浓度几乎无影响；
柴
油机缸内燃烧产生
除狭隙效应生
成机理同上，
HC排放少
增大喷油提前角，提高冷却液
温度，提高进气密度，减小喷
孔面积，HC排放降低
论述NOX的生成机理和影响因素
生成途
径
生成机理
影响因素
NO 大部分
在已燃
气体
稀混合气与温度
呈正相关，浓混
合气与O2呈正
相关，总之温度
升高，氧浓度越
高，反应时间增
加，NO排放增
加
汽
油
机
混合气越浓，温度越低，残
余废气系数越高，减小点火
提前角，排气降低
柴
油
机
1．喷油提前角减小，燃烧推
迟，温度降低，排放降低；
2．负荷增大，混合气平均空
燃比减小，最高温度和压力
升高，排放升高，当负荷太
高是反而下降，因为缺氧；
3．燃烧规律：推迟燃烧始
点，降低初始燃烧温度
NO2低温抑制NO2向NO转
化，NO2含量升高；
小负荷和长期怠速NO2浓
度升高
汽车排放及控制技术试题答案
一、填空题
1、汽车排放的污染物主要有_ 一氧化碳_、氮氧化合物_、_ 碳氢化合物__和__微粒____。
2、柴油机氮氧化物的生成主要受三个要素的影响,分别是_ 喷油定时_、 放热规律___和 负荷与转速的影响_。
3、三元催化转化器的起燃特性有两种评价方法,对于催化剂常用__ 起燃温度 __来评价,而对于整个催化转化系统则用__ 起燃时间 _来评价。
4、微粒捕集器的过滤机理存在四种,即_ 扩散机理、 拦截机理_、 惯性碰撞机理_、 重力沉积机理_。
5、电控柴油喷射系统已发展了三代，第一代是 位置控制_ 系统，第二代是_ 时间控制__系统，第三代是 电控高压共轨 系统。
6、目前控制汽油机氮氧化物排放最主要的措施是_ 废气再循环技术_。
7、常用排放污染物取样系统有 直接取样系统___、_稀释取样系统_和_定容取样系统_。
8、汽油发动机中未燃HC 的生成主要来源于_ 燃烧室未燃燃料、 窜入曲轴箱的未燃燃料和 燃油系统蒸发的燃油蒸汽_ 三种途径。
9、缸内直接喷射汽油机与其它汽油机相比，最大区别是_ 汽油喷射的位置_。
10、EGR 率是指 ×100%+返回废气量进气量返回废气量
11、为使三元催化转化器的净化效率达到80%以上，其过量空气系数(Φa) “窗口”应达到的要求是“窗口”很窄，宽度只有_ 0.01~0.02__。
12、生成氮氧化物的三个要素是_ 混合气浓度_、 温度_和 氧浓度_。
13、目前微粒捕集器被动再生的方法主要有 化学催化的方法_。
14、排气成分分析中，CO 和CO2用_ 不分光红外线气体分析仪_测量，NO 用_ 化学发光分析仪_测量，HC 用 _ 氢火焰离子型分析仪_测量，氧多用 顺磁分析仪_测量。
汽油机机内净化技术
汽油机机内净化技术
秦海华
机内净化就是指从有害排放物的生成机理及影响因素出发，以改进汽油机燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。
1、大力推广汽油喷射电控系统
汽油喷射电控系统就是利用各种传感器检测发动机的各种状态，经过微机判断和计算，来控制发动机在不同的工况下的喷油时刻、喷油量、点火提前角等，使发动机在不同工况下都能获得合适空燃比的混合气，提高燃油的燃烧效率，从而达到降低汽油机污染物排放的目的。
（1）典型汽油喷射电控系统
电控汽油喷射系统的特点：
①采用电控汽油喷射，用微机来控制每循环的喷油量和喷油时刻，可以按各种工况的要求对燃油量进行校正，其废气排放指标比化油器汽油机好得多。
②在电控多点喷射系统中，每缸采用单独喷油器供油。这样，可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。因此，启动时仍能保持良好的雾化特性，起动性能良好，且起动时HC排放量少。
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。
典型汽油喷射电控系统
①L-Jetronic系统；②Motronic系统
（2）喷油控制
喷油时刻的控制方式：同时喷射、分组喷射、顺序喷射
喷油量的控制：喷油量的控制亦即喷油持续时间的控制，其目的是使发动机燃烧混合气的空燃比符
合各工况的需要。
方式：起动喷油控制、运转喷油控制、断油控制（超速断油控制、减速断油控制）、反馈控制
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，三效催化器的转化效率最高，这是通过氧传感器闭环控制来实现的。其净化机理是当催化转化器达到起燃温度后，有害气体通过三效催化器时，在贵重金属催化剂作用下，发生氧化还原反应，转化为无害气体。
汽车环保学 第五章内燃机机内净化技术
优点：
1、可增大进气门总的流通截面，增加循环进气量；
2、可实现喷油嘴正中布置，使喷注分布和混合气形成更加 合理；
3、低速时可通过关闭一个进气道来提高缸内涡流速度， 并经过特殊设计，充分利用进气惯性来提上下速进气量。
16
第二节 柴油机机内净化技术
三、高效低污染燃烧系统
〔一〕挤流口式燃烧系统
24
降低点火提前角
25
降低点火提前角
26
理想的配气系统应当要满足以下要求： 1) 低速时，采用较小的气门叠开角以及较小的气门
升程，防止出现缸内新鲜充量向进气系统的倒流， 以便增加转矩，提高燃油经济性。 2) 高速时应具有最大的气门升程和进气门迟闭角， 以最大限度地减小流动阻力，充分利用过后充气， 提高充量系数，以满足动力性要求。 3) 配合以上变化，对进气门从开启到关闭的进气持 续角也应进行调整，以实现最正确的进气定时。
13
第二节 柴油机机内净化技术
〔三〕采用喷油率控制技术
理想喷油：滞燃期少喷油，急燃期多喷油，及时停止喷油。
〔四〕小直径、多喷孔加速雾化混合
〔五〕喷油系统的其它净化措施
1、目前已广泛使用的降低HC排放的措施：减小孔式喷 嘴压力室容积或采用无压力室式喷油嘴。
2、另外，假设冒烟现象很难解决，无法达标上路，可以适 当降低负荷运行。
ω型
发动机-第四章
气缸内废气经排气门进入排气歧管， 单排气系统：气缸内废气经排气门进入排气歧管，再从排气 歧管进入排气管、催化转换器和消声器， 歧管进入排气管、催化转换器和消声器，最后 由排气管排到大气中。直列和多数V 由排气管排到大气中。直列和多数V型发动机
双排气系统： 型发动机中采用两个排气系统, 双排气系统：V型发动机中采用两个排气系统,即每个排气歧
三、排气净化装置
发动机的有害排气物: 1. 发动机的有害排气物:
一氧化碳（CO） 一氧化碳（CO） 碳氢化合物（HC） 碳氢化合物（HC） 氮氧化合物（NOx） 氮氧化合物（NOx） 颗粒排放物(PM (PM） 颗粒排放物(PM） 二氧化碳（CO2） 二氧化碳（
三、排气净化装置
一氧化碳（ ）： ）：不完全燃烧产物 一氧化碳（CO）：不完全燃烧产物 （1）形成原因 ）
汽油机——主要是由可燃混合气过浓造成的。 主要是由可燃混合气过浓造成的。 汽油机 主要是由可燃混合气过浓造成的 柴油机——主要是由燃烧室内部缺氧或温度过低造成的。 主要是由燃烧室内部缺氧或温度过低造成的。 柴油机 主要是由燃烧室内部缺氧或温度过低造成的
（2）危害 ）
是一种无色、无味的有毒气体，吸入人体后， 是一种无色、无味的有毒气体，吸入人体后，能以比氧 倍的亲和力同血液中的血红蛋白结合， 强210倍的亲和力同血液中的血红蛋白结合，形成碳氧血红 倍的亲和力同血液中的血红蛋白结合 蛋白，阻碍血液向心脏、脑等器官输送氧气， 蛋白，阻碍血液向心脏、脑等器官输送氧气，从而引起各种 中毒症状，直至使人窒息死亡。 中毒症状，直至使人窒息死亡。
模块三车用汽油机机内净化
第4章 车用汽油机机内净化
典型汽油喷射电控系统
第4章 车用汽油机机内净化
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
对于多点喷射发动机，ECU以曲轴转角传感器的信号为依据 进行喷油时刻的控制，使各缸喷油器能在设定的时刻喷油。 喷油时刻控制方式有三种：同时喷射、分组喷射和顺序 喷射。
2 3
4 5
• 冷机时不进行EGR。
第4章 车用汽油机机内净化
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 。与外部 EGR 相
对应的称为内部EGR。
滞留在缸内的废气量决定于配气相位重叠角的大
小，重叠角大，则内部废气再循环量也大。 过大的重叠角会使发动机燃烧不稳定、失火并使 HC 排放量增加等，因此在确定配气相位重叠角时 必须对动力性、经济性和排放性能进行综合考虑。
第4章 车用汽油机机内净化
概述：主要内容 介绍汽油机机内净化技术， 包括汽油喷射电控系统及 其对排放的影响、典型低 排放燃烧系统及其对排放
的影响、废气再循环系统
的工作原理及其对发动机
性能的影响以及其他机内
净化技术。
第4章 车用汽油机机内净化
机内净化
所谓机内净化就是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。即降低污染物生成量 的技术，如改进发动机的燃烧室结构、 改进点火系统、改进进气系统、采用电 控汽油喷射、采用废气再循环技术等。 机内净化被公认为是治理车用汽油机排 气污染的治本措施。
第四章 汽油机机内净化技术
第一节 概 述
二、汽油机主要排放物
汽油机的理想燃烧是指混合气完全燃烧，汽车的排放物应 为二氧化碳(ＣＯ２ )、氮(Ｎ２ )和水(Ｈ２Ｏ)。但汽油机在 实际工作过程中，混合气燃烧往往是不完全的，燃烧生成 物除了以上三种之外，还有炭氢化合物(ＨＣ)、一氧化碳 (ＣＯ)、氮氧化合物(ＮＯｘ )、铅化物以及二氧化硫(ＳＯ ２)等，这几种排放物会对大气环境造成污染、对人体造成 危害。
第二节 汽油喷射电控系统
第二节 汽油喷射电控系统
它是在L-jetronic系统的基础上，用一个控制单元将最重要的喷油量控制 和点火控制集中在一起，加上其他控制内容，形成一个集中电控系统，即电 控发动机管理系统(ＥＭＳ)。
特点： 整个系统除喷油和点火两个基本子系统外，可根据控制项目扩展的
需要而设置其他控制装置，在一个电控单元上实现多参数、多目标的程 序控制，具有很好的灵活性和适应性。
第二节 汽油喷射电控系统
四、怠速转速控制
１. 怠速自动控制系统
第二节 汽油喷射电控系统
四、怠速转速控制
２. 怠速排放控制
提高怠速转速
第二节 汽油喷射电控系统
四、怠速转速控制
２. 怠速排放控制 高能点火
增大气门间隙，减小气门重叠角
第二节 汽油喷射电控系统
五、缸内直接喷射技术
１. 缸内直接喷射汽油机的特点及存在的问题
总复习(汽车环境工程)
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。
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
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。
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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。