第五章内燃机机内净化技术
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第五章 内燃机机内净化技术
汽油机机内净化技术 柴油机机Fra Baidu bibliotek净化技术
1
第一节 汽油机机内净化技术
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。
何谓机内净化？
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。
五、电控汽油喷射系统控制
起动喷油控制
起动时，空气流量计不能精确 检 测 。 因 此 ， 起 动 时 ， ECU 不 以空气流量计的信号作为喷油 量的计算依据，而是按预先设 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主 要根据进气量和发动机 转速来计算喷油量。
13
反馈控制
在排气管上加装氧传 感器，根据排气管中 氧的含量，测定进入 发动机燃烧室混合气 的空燃比值，并输入 给 ECU。ECU 将 此 信 号与设定的目标空燃 比值进行比较，不断 修正喷油量，形成闭 循环，使空燃比保持 在设定目标值附近。
1-3 缸内直喷技术
三、汽油机缸内直喷分层燃烧原理：
1. 在火花塞间隙周围局部形成具有良好着火条件的较浓 混合气（12~13.4），在燃烧室大部分区域是较稀混 合气；
2. 两者之间为了有利于火焰传播，混合气浓度从火花塞 开始由浓到稀逐步过渡，这就是所谓的分层燃烧。
3. 汽油机分层燃烧可分为两大类：进气道喷射分层燃烧 方式和缸内直喷分层燃烧方式，以下主要介绍缸内直 喷分层燃烧方式。
1-1 燃烧系统优化设计 1-2 汽油喷射电控系统 1-3 缸内直喷技术 1-4 改进点火系统 1-5 排气再循环 1-6 可变进气系统
5
1-1 燃烧系统优化
1. 使燃烧室形状结构紧凑（降低面容比S/V）
目的：降低HC
紧凑燃烧室、快速燃烧加上优化的EGR和点火定时， 可以给出动力性、经济性、NOx排放的最佳折中。
14
1-3 缸内直喷技术
1-3 缸内直喷技术
一、传统汽油机燃烧系统缺陷：
1. 汽油机功率采用进气管节流的变量调节，无法达到 变质调节的精确性。
2. 空燃比须在着火界限内，热效率低，若稀混合气工 作则热效率可提高。空燃比采用20与27较14.8时热效 率将相应提高8%与12%。
3. 排气污染（CO、HC、NOx）严重。一般汽油机的 混合比范围正是排放较高的范围。空燃比达23以上 就可以实现低排放。
6
1-1 燃烧系统优化
1. 使燃烧室形状结构紧凑（降低面容比S/V）
圆盘形、浴盆形、楔形燃烧室越来越让位
7
于半球形、蓬形等S/V小的紧凑燃烧室。
1-1 燃烧系统优化
2. 压缩比
一般在辛烷值允许情况下，采用尽可能高的压缩比， 以获得较好的动力性和经济性。
压缩比 S/V HC NOx CO
在电子控制系统中，可以通过控制点火正时来避免 爆燃，为高压缩比汽油机在性能与排放取得折中提 供了条件。
三菱的GDI发动机通过稀薄燃烧技术，让燃料消 耗减少20%-35%，让二氧化碳排放减少20%， 而输出功率则比普通的同排量发动机10%。
1-3 缸内直喷技术
二、常见的缸内直喷技术： Ⅰ 梅赛德斯奔驰 —CGI技术 Ⅱ 三菱— GDI技术 Ⅲ 通用汽车— SIDI技术 Ⅳ大众和奥迪— FSI技术 Ⅴ大众和奥迪— TSI技术
1-3 缸内直喷技术
Ⅱ 三菱— GDI技术：
GDI 全 称 是 Gasoline Direct Injection。
8
1-1 燃烧系统优化
3. 改善缸内气流
提高缸内混合气的涡流和湍流程度，有助于加强油气混合， 保证快速燃烧和完全燃烧，降低排放。
1. 采用挤气面设计 2. 加强进气涡流 涡流比 HC NOx
通过进气道 形状和气门 设置导气屏
9
1-1 燃烧系统优化
4. 缩小燃烧室的缝隙区
燃烧室的缝隙区域对HC的 生成影响很大，应尽量减 少这些缝隙区域。
1-3 缸内直喷技术
二、汽油机缸内直喷技术工作原理：
1. 直喷技术能使汽油机像柴油机那样具备较高的燃烧 效率，使燃油燃烧更充分，从而达到尽可能节省燃 油的目的；
2. 汽油缸内直喷技术是实现汽油在气缸内分层燃烧的 一种特有技术，而汽油分层燃烧又是实现汽油稀薄 燃烧的手段。
3. 稀薄燃烧是提高汽油机燃油经济性的重要手段。缸 内直喷汽油机稀薄燃烧技术可以分为均质稀燃和分 层燃烧两种燃烧模式。
L形活塞环基本可以布置得 与活塞顶齐平，可消除产 生HC排放的缝隙区域，减 少HC排放。
HC CO
10
1-2 汽油喷射电控系统
一、电控汽油喷射系统
利用各种传感器检 测发动机的各种状 态，经微机的判断、 计算，使发动机在 不同工况下获得合 适空燃比的混合气。
11
1-2 汽油喷射电控系统
二、电控汽油喷射系统控制
1-2 汽油喷射电控系统
五、电控汽油喷射系统控制
断油控制
超速断油控制——当发动机转速超过允许的最高转速时， 由ECU自动中断喷油，减少有害物排放。
减速断油控制——当汽车在高速运转时突然减速，发动机 仍在汽车惯性的带动下高速旋转。此时节气门接近关闭， 进入气缸的空气量很少，若继续正常喷油，则会造成燃烧 不完全与废气中HC和CO排放物增多。 其目的是为了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。
2
第一节 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 可分为三个阶段：
Ⅰ 着火延迟期 Ⅱ 明显燃烧期 Ⅲ 补燃期
3
第一节 汽油机机内净化技术
汽油机主要污染物
一氧化碳 （CO）
氮氧化物 （NOx）
碳氢 化合物 （HC）
铅化物以 及二氧化
硫等
4
第一节 汽油机机内净化技术
汽油机机内净化的主要措施
喷油控制是发动机ECU的主要控制功能 1. 喷油时刻的控制 它包括喷油时刻控制和喷油量控制。
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。
2. 喷油量的控制
喷油量的控制，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。
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1-2 汽油喷射电控系统
汽油机机内净化技术 柴油机机Fra Baidu bibliotek净化技术
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第一节 汽油机机内净化技术
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。
何谓机内净化？
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。
五、电控汽油喷射系统控制
起动喷油控制
起动时，空气流量计不能精确 检 测 。 因 此 ， 起 动 时 ， ECU 不 以空气流量计的信号作为喷油 量的计算依据，而是按预先设 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主 要根据进气量和发动机 转速来计算喷油量。
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反馈控制
在排气管上加装氧传 感器，根据排气管中 氧的含量，测定进入 发动机燃烧室混合气 的空燃比值，并输入 给 ECU。ECU 将 此 信 号与设定的目标空燃 比值进行比较，不断 修正喷油量，形成闭 循环，使空燃比保持 在设定目标值附近。
1-3 缸内直喷技术
三、汽油机缸内直喷分层燃烧原理：
1. 在火花塞间隙周围局部形成具有良好着火条件的较浓 混合气（12~13.4），在燃烧室大部分区域是较稀混 合气；
2. 两者之间为了有利于火焰传播，混合气浓度从火花塞 开始由浓到稀逐步过渡，这就是所谓的分层燃烧。
3. 汽油机分层燃烧可分为两大类：进气道喷射分层燃烧 方式和缸内直喷分层燃烧方式，以下主要介绍缸内直 喷分层燃烧方式。
1-1 燃烧系统优化设计 1-2 汽油喷射电控系统 1-3 缸内直喷技术 1-4 改进点火系统 1-5 排气再循环 1-6 可变进气系统
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1-1 燃烧系统优化
1. 使燃烧室形状结构紧凑（降低面容比S/V）
目的：降低HC
紧凑燃烧室、快速燃烧加上优化的EGR和点火定时， 可以给出动力性、经济性、NOx排放的最佳折中。
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1-3 缸内直喷技术
1-3 缸内直喷技术
一、传统汽油机燃烧系统缺陷：
1. 汽油机功率采用进气管节流的变量调节，无法达到 变质调节的精确性。
2. 空燃比须在着火界限内，热效率低，若稀混合气工 作则热效率可提高。空燃比采用20与27较14.8时热效 率将相应提高8%与12%。
3. 排气污染（CO、HC、NOx）严重。一般汽油机的 混合比范围正是排放较高的范围。空燃比达23以上 就可以实现低排放。
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1-1 燃烧系统优化
1. 使燃烧室形状结构紧凑（降低面容比S/V）
圆盘形、浴盆形、楔形燃烧室越来越让位
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于半球形、蓬形等S/V小的紧凑燃烧室。
1-1 燃烧系统优化
2. 压缩比
一般在辛烷值允许情况下，采用尽可能高的压缩比， 以获得较好的动力性和经济性。
压缩比 S/V HC NOx CO
在电子控制系统中，可以通过控制点火正时来避免 爆燃，为高压缩比汽油机在性能与排放取得折中提 供了条件。
三菱的GDI发动机通过稀薄燃烧技术，让燃料消 耗减少20%-35%，让二氧化碳排放减少20%， 而输出功率则比普通的同排量发动机10%。
1-3 缸内直喷技术
二、常见的缸内直喷技术： Ⅰ 梅赛德斯奔驰 —CGI技术 Ⅱ 三菱— GDI技术 Ⅲ 通用汽车— SIDI技术 Ⅳ大众和奥迪— FSI技术 Ⅴ大众和奥迪— TSI技术
1-3 缸内直喷技术
Ⅱ 三菱— GDI技术：
GDI 全 称 是 Gasoline Direct Injection。
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1-1 燃烧系统优化
3. 改善缸内气流
提高缸内混合气的涡流和湍流程度，有助于加强油气混合， 保证快速燃烧和完全燃烧，降低排放。
1. 采用挤气面设计 2. 加强进气涡流 涡流比 HC NOx
通过进气道 形状和气门 设置导气屏
9
1-1 燃烧系统优化
4. 缩小燃烧室的缝隙区
燃烧室的缝隙区域对HC的 生成影响很大，应尽量减 少这些缝隙区域。
1-3 缸内直喷技术
二、汽油机缸内直喷技术工作原理：
1. 直喷技术能使汽油机像柴油机那样具备较高的燃烧 效率，使燃油燃烧更充分，从而达到尽可能节省燃 油的目的；
2. 汽油缸内直喷技术是实现汽油在气缸内分层燃烧的 一种特有技术，而汽油分层燃烧又是实现汽油稀薄 燃烧的手段。
3. 稀薄燃烧是提高汽油机燃油经济性的重要手段。缸 内直喷汽油机稀薄燃烧技术可以分为均质稀燃和分 层燃烧两种燃烧模式。
L形活塞环基本可以布置得 与活塞顶齐平，可消除产 生HC排放的缝隙区域，减 少HC排放。
HC CO
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1-2 汽油喷射电控系统
一、电控汽油喷射系统
利用各种传感器检 测发动机的各种状 态，经微机的判断、 计算，使发动机在 不同工况下获得合 适空燃比的混合气。
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1-2 汽油喷射电控系统
二、电控汽油喷射系统控制
1-2 汽油喷射电控系统
五、电控汽油喷射系统控制
断油控制
超速断油控制——当发动机转速超过允许的最高转速时， 由ECU自动中断喷油，减少有害物排放。
减速断油控制——当汽车在高速运转时突然减速，发动机 仍在汽车惯性的带动下高速旋转。此时节气门接近关闭， 进入气缸的空气量很少，若继续正常喷油，则会造成燃烧 不完全与废气中HC和CO排放物增多。 其目的是为了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。
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第一节 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 可分为三个阶段：
Ⅰ 着火延迟期 Ⅱ 明显燃烧期 Ⅲ 补燃期
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第一节 汽油机机内净化技术
汽油机主要污染物
一氧化碳 （CO）
氮氧化物 （NOx）
碳氢 化合物 （HC）
铅化物以 及二氧化
硫等
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第一节 汽油机机内净化技术
汽油机机内净化的主要措施
喷油控制是发动机ECU的主要控制功能 1. 喷油时刻的控制 它包括喷油时刻控制和喷油量控制。
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。
2. 喷油量的控制
喷油量的控制，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。
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1-2 汽油喷射电控系统