车用汽油机排放控制技术

境的污染成为严重的社会公害之一。近年来，世界
各国对发动机有害排放愈加重视，纷纷制定了严格
的排放法规（见表1 ）。从表1 可看出，与欧!相比， CO、HC 、NOO 的排放量欧" 分别减少 30 % 、40 % 、 40 % ，欧#均减少70 % 。排放标准越来越严，这既 对发动机的排放控制技术提出了挑战，也有力促进
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2005 年10 月
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2 ）进气涡流电控系统。进气涡流可促进汽油 蒸发及与空气均匀混合，提高燃烧效率。ECU 采集 转速、节气门开度、冷却水温等信号，处理后控制设
日产森特拉CA 轿车以降低发动机 HC 排放为 目标，采用电子控制高节流率的连续变化操控节流
油耗率降低12 % ，可大幅度降低冷起动时的 HC 排 放，NOO 较少。 !.! 汽油机直喷技术（GDI ）
汽油机直喷技术是通过高压（约100 大气压）供 油系统将汽油直接喷到燃烧室内与空气混合、燃烧。
阀。在低转速范围时，由于有从缺口产生的高旋流 实际上，汽油机直喷技术同低排放燃烧系统是密不
缸内直喷特别是四冲程汽油机缸内直喷是当前
践证明，采用可变进气系统，充分利用进气谐振的效 果，可达到高速与低速性能的最优化，提高发动机动 力性和经济性。
! 机内净化技术
机内净化技术的核心是对发动机燃烧过程进行 优化，通过改进发动机本身的设计和不断优化燃烧 工作过程来降低排放，主要措施有汽油机直喷技术 （GDI ）、空燃比控制、燃烧控制、点火正时控制和可 变配气定时等，这些措施大部分通过精确的发动机
内雾化、蒸发，降低了燃烧室内空气的温度，从而增 加了燃烧室内空气的质量；因汽油蒸发降低了充气 温度，可增 大 发 动 机 的 压 缩 比，提 高 发 动 机 的 热 效
要求。长进气道可提高低速度时的充气效率，提高 率，降低油耗；使发动机能很容易实现分层燃烧。
扭矩；短进气道可提高发动机在高速区的功率。实
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总第110 期
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车用汽油机排放控制技术
黄 晖，马翠英
（济宁职业技术学院，山东 济宁 272100 ）
机前净化技术是指在混合气进入气缸前，为控 制排放对燃料和空气所采取的措施，主要包括燃油 处理技术、燃油蒸发排放控制系统和进气系统。 !.! 燃油处理技术
燃油处理技术是通过提高汽油品质或在汽油内 加入某种物质（添加剂等），使汽油充分燃烧，减少有 害物排放。根据各国的汽油质量发展历程和趋势， 对汽油除了进行限铅控制，要求采用无铅汽油外，还 要求降低汽油中的硫和苯含量。未来的发展趋势是 进一步降低汽油中的硫、苯、芳烃和烯烃含量。
少有害的缝隙容积；改善火花塞结构及布置，采用高 积，以达到所需的增压压力，实现从低速到高速的全
能点火系统，实现快速燃烧等。采用紧凑燃烧室快 工况优化，解决了常规不可调电控涡轮增压器不能
速燃烧，加上优化的废气再循环 EG 率和点火定 时，可能是发动机动力性、经济性和 NOO 排放之间 的最佳折中。
在很宽的工作转速内与发动机很好匹配的问题。
混合气，从而降低 HC 排放量。 3 ）可变进气系统。该系统通过增加进气量、提
高进气效率来改善发动机燃烧过程，提高发动机动
可分的，直喷技术使均匀燃烧和分层燃烧成为现实。
与传统多点气道喷射汽油机相比，GDI 有以下 优点：避免了气道喷射汽油机冷起动时燃油在气道
力性能。主要有两种方式：一种是可变流通面积控 壁面沉积的问题，而且极大地提高了燃油与空气的
机的换气过程、充气量、内部 EGR 及进气涡流强度，
5 ）燃烧速率控制滑片技术。该技术通过在火
从而影响汽油机的燃油消耗、转矩和功率、污染物排 花塞附近创造稳定的、容易点燃的空气燃油混合比，
放。根据汽油机性能优化的要求，采用电控可变气 增加燃烧室涡流强度，达到节能环保的目的。发动
门机构改变各种运转状态下的配气定时和气门升程 机怠速或小负荷时，电子控制器实时调节滑片在进
1 ）多气门技术。采用多气门技术，可保证发动 机有较大的换气流通面积，有利于减少泵气损失，增 大充气系数；发动机低速运行时，可通过电控系统关 闭其中一个进气道，使气缸内进气涡流加强，改善燃 烧，较完全的燃烧有助于降低 CO 和 HC 排放。因 而多气门技术在车用汽油机上得到广泛应用。
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第5 期
燃油蒸发排放控制系统用来降低燃油箱中汽油 蒸发排向大气所造成的污染。目前，燃油蒸发控制 方法分为曲轴箱存储式和活性炭罐吸附式两种。曲 轴箱存储式结构简单，但效果较差。活性炭罐吸附 式的原理：停车期间，利用活性炭罐吸收汽油蒸气， 防止向大气扩散；发动机运行后，电控单元 ECU 控 制活性炭罐与进气歧管之间的导通，并利用进气真 空度将活性炭罐中吸附的汽油蒸气吸入进气歧管， 从而防止汽油蒸气逸出，降低 HC 排放。因而此种 方式应用广泛。
制、排气门可变正时控制、气门行程和工作角调整等 提前角控制）。除怠速转速的稳定性控制外，怠速控
技术来提升发动机的动力性能。VVT 是使发动机 尾气排放达到欧!排放限值的重要技术选择。
汽油机的配气定时和气门升程规律关系到汽油
制还可实现起动控制、暖机控制和负荷变化控制等 功能，这样多种功能的集中，不仅简化了机构，而且 提高了怠速控制的精确性。
轿车汽油喷射中的前沿技术，博世公司的 Motronic MED7 汽油直喷系统、奥迪公司的FSI 系统、奔驰公 司的 CGI 系统都是 汽 油 机 缸 内 直 喷 技 术 的 代 表。 2002 年底，奔驰公司上市了配有1 .8 L CGI 汽油缸 内直喷发动机的 C200 CGI 轿车，与相同排量 C 级 车相比，节油超过19 % ，综合油耗为7 .8 L／100 k m， 排放达到欧!标准。 !.# 可变电子控制系统
2 ）电控可变气门正时技术（VVT）。近几年来， 国外不少知名汽车公司采用进气门连续可变正时控
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燃烧的早期，有序的涡流碎化成小尺度的涡wk.baidu.com，从而
降50 % ，使发动机尾气排放达到欧!排放限值和美 国加州 LEV 排放限值。
目前，机械式气门控制机构仍为主流，但未来的 技术发展趋势是电子控制的电磁气门正时系统。该 系统以执行器、强有力的电子控制电磁铁取代凸轮 轴、气门推杆、正时链和驱动进排气门所需的各种零 部件，与发动机的气门直接连接在一起，能使气门在 需要的任何时间单独或同时开、关。
福特公司P OCO 燃烧系统采用斜屋顶式活塞 顶部及双顶置凸轮轴，发动机压缩比达11 .5 ，利用 涡流和滚 流 进 行 燃 油 和 空 气 的 混 合，充 气 系 数 高。
在进气口附近的涡流控制阀旋转角度，引导气流偏 转产生涡流，调节涡流比，实现涡流控制。电控进气 涡流系统在采用稀燃技术的轿车上应用较多。
可变电子控制系统是对汽油机进行排放综合控
制的最有效方法，除汽油电控喷射系统外，还有电控
电子控制技术来实现。
!." 低排放燃烧系统 车用汽油机低排放燃烧系统目前主要采用稀
可变喷嘴 涡 轮 增 压、电 控 可 变 气 门 正 时（VVT ）、点 火提前的电子控制（ESA）、怠速转速控制（I SC ）、燃 烧速率控制滑片及可变进气系统等。
规律，可更好地发挥汽油机的性能。
气道中的位置，使滑片挡住进气道部分截面积，从而
保时捷公司2001 年款涡轮增压3 .6 L 水平对 置型发动机采用由德国I NA 公司提供的可变气门 正时机构，与过去的可变凸轮相比，排气有害物质下
使新鲜空气- 燃油混合气在进入燃烧室时有一个切 向的速度，在燃烧室内形成有序的涡流。在着火及
宝马公司开发的无级可变电子气门控制（ValVetronic ）是 电 子 气 门 技 术 的 代 表。BMW318i 的 4 缸发动机采用电子气门技术，不仅使发动机动力得
大大提高火焰的传播速度。
!." 废气再循环控制系统（EGR ） EGR 通过使一部分废气流回进气管来抑制发
动机内 NOO 的生成。一般在中等负荷下使用0 .1 的EGR 率，可使 NOO 的排放下降50 % "70 % 。但 EGR 率过大会使燃烧恶化，燃油消耗率增大，HC 排 放上升。因此，适当控制 EGR 率是应用 EGR 控制 NOO 排放的关键。电子控制废气再循环系统不仅 EGR 率的控制范围大，控制自由度也大，可实现非 线性控制，使 EGR 率控制更符合发动机工作和净化 的实际需要。
欧美国家纷纷提出新配方燃油，对于低排放无 铅汽油，规定铅的质量密度从微量（!13 mg／L ）降 低到零，硫含量控制在0 .003 % ，烯烃含量为10 % 。 对芳烃特别是苯含量作了严格控制，以降低排气的 毒性。此外，在燃油中使用添加剂能减少车辆进气
系统和油路中因燃烧而产生的积碳现象，改善发动 机的燃烧效率，使发动机动力性和燃油经济性提高、 HC 和 CO 排放降低。在汽油中添加抗爆剂可提高 汽油辛烷值，其中甲基叔丁基醚（MTBE ）已在全世 界范围内普遍使用，它不仅能有效提高汽油辛烷值， 而且能改善汽车性能，降低排气中 CO 含量。 !." 燃油蒸发排放控制系统
摘 要：排放控制技术是车用汽油机的重要研究方向。文中主要总结了各种排放控制技术在
车用汽油机上的应用情况，并介绍了汽油机排放控制技术的最新发展动向。
关键词：汽车；汽油机；排放控制技术
中图分类号：U464 .71
文献标识码：A
文章编号：1671 -2668（2005 ）05 -0001 -04
随着汽车保有量的急剧增加，汽车排放物对环
制方式，它通过ECU 控制安装在进气管道中的控制 阀的旋转角度来改变其进气流通截面，以满足不同
混合程度，更精确地控制了每个燃烧循环的空气与 燃油比例，从而达到缸内完全燃烧的目的，能有效降
工况对进气量的需求；另一种是可变流通长度控制 低发动机未燃碳氢化合物的排放；使汽油在燃烧室
方式，由ECU 控制进气管道中的控制阀来调整进气 管的长度。如 奥 迪 A6 发 动 机 采 用 可 变 长 度 进 气 管，通过改变进气通路的长短以适应发动机进气的
为防止汽油渗透挥发，日产森特拉（Sentra ）CA 轿车改进了油箱、油管材料，并以复合层进行确保防 范，采用新型过滤罐（新型活性炭）吸收 HC ，提高了 去除 HC 的功能，使森特拉 CA 实现了零挥发。 !.# 进气系统
近年来，发动机进气系统采用多气门、可变进气 管、进气涡流电控系统和立式进气道等新技术，加强 进气涡流和压缩涡流，提高充气系数，通过进气运动 形成尽可能均匀的混合气，以控制冷起动时的排放。
了排放控制技术的快速发展。
表! 欧洲轻型汽车排放极限（汽油机） g／k m
排放 实施
标准 年份
CO HC+ NOO HC
NOO
欧$ 欧! 欧" 欧#
1992 1995 2000 2005
2 .72 2 .2 2 .3 1 .0
0 .97 0 .50
0 .2 0 .15 0 .1 0 .08
! 机前净化技术
燃、速燃和层燃技术。采用稀薄混合气，可较全面地 降低有害排放物和提高压缩比，高压缩比则可提高
1 ）电控可变喷嘴涡轮增压。增压可提高内燃 机的功率、降低排放和油耗，将成为未来低排放车用
经济性。在稀燃时，为改善混合气质量而采取的措 汽油机重要的技术手段。采用电控可变喷嘴涡轮增
施有：分层燃烧；燃烧室设计得更合理紧凑，尽量减 压技术，可根据发动机的工况优化调节涡轮喷嘴面
到加强，在低转速区就能达到强劲的扭矩输出，而且
实现了更节油、更环保的目标：发动机扭矩输出提高 # 排气后处理技术
6 % ，燃油消耗降低10 % ，废气排放降低40 % 。 3 ）点火提前的电子控制（ESA ）。点火提前的