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。

②冷起动及暖机阶段排放控制

冷起动时，发动机不是工作组化学计量比附近，且催化剂处于低温状态，远未达到起燃温度（250-300℃），这就使HC排放很高。

（3）点火系统的控制

①微机控制点火系的组成与控制策略

组成：传感器、微电脑、点火器、点火线圈

控制策略：起动时点火提前角的控制、怠速时点火提前角的控制、正常行驶时点火提前角的控制

②点火系统对排放的影响

a、火花品质决定点燃混合气的能力，火花越弱，失火的机会越大，HC排放增多

b、推迟点火即减小点火提前角：一方面降低燃烧气体的最高燃烧温度和缸

排放物降低，内最高燃烧压力；另一方面缩短了着火燃烧产物的反应时间。NO

X

HC排放下降，但对汽油机的动力性和经济性会产生不利影响。

的影响还与混合气空燃比有关，当混合气空燃比略大于化点火提前角对NO

X

生成量最大。

学计量比时，NO

X

负荷一定时，CO排放物至于空燃比有关，点火提前角对其影响不大，但过分推迟点火时刻会使CO排放因没充分时间氧化而明显增加。

（4）怠速转速控制

怠速自动控制系统怠速转速控制的实是对怠速时充气量的控制。

怠速排放控制

怠速工况下HC、CO排放较高的根本原因在于燃烧组织不良，所以燃烧完全程度是影响HC、CO生成的直接因素。

措施：①提高怠速转速：怠速转速的提高不仅对改善怠速排放有利，还对从怠速

平滑的向正常行驶工况过渡和缩短加速时的燃油滞后时间有利；

②高能点火：一是增大了初始火核半径，有助于提高燃烧速率和减小循环变动；而是降低了混合气较稀时的失火概率，使发动机可燃用较稀的混合气，从而减少HC的排放。

③增大气门间隙，减小气门重叠角：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。

（5）缸内直接喷射技术

缸内直接喷射技术存在的问题：①中小负荷工况未燃HC的排放较多；②NO

X 排放较多；③微粒排放较多

缸内直接喷射式汽油机的排放对策：二阶段燃烧。但二阶段燃烧会导致燃油消耗率增加。

二冲程缸内直喷稀燃汽油机

2、低排放燃烧系统

低排放燃烧技术主要是依靠稀薄燃烧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。

（1）稀薄燃烧系统

稀薄燃烧对排放的影响：

①对CO排放量的影响：采用稀薄燃烧后，在Фa＞1的某一范围内，CO的含量可以得到有效的控制。

②对HC排放量的影响：恰当的稀薄燃烧可以改善HC的排放。

③对NO

X 排放量的影响：稀薄区域最高燃烧温度下降，有利于NO

X

排放量的

降低。

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；

③采用电控顺序喷射系统；④应用高精度空燃比控制系统；⑤应用分层燃烧技术；

⑥采用废气再循环。

（2）分层燃烧系统：复合涡流受控燃烧系统、轴向分层稀燃系统、滚流（纵流）分层稀燃系统

（3）高压缩比燃烧系统

3、废气再循环技术

废气再循环技术是在将发动机排出的一部分废气再送回到进气管，和新鲜的空气或新鲜混合气混合后再次进入气缸参加燃烧。

（1）工作原理

废气再循环技术是氮氧化合物排放的主要措施，它将汽油机排出的一部分废气从新引入发动机进气系统，与混合气一起在进入汽缸燃烧。

（2）废气再循环的控制策略

随着EGR率的增加，燃烧开始不稳定，燃烧波动增加，HC排放上升，功率下降，燃油经济性趋于恶化。小负荷特别是怠速时进行EGR会使燃烧不稳定，甚至导致失火，使HC排放急增。全负荷追求最大动力性，使用EGR会使最大功率降低，动力受损。故，必须对EGR率进行适当控制，使之在各种不同工况下，得到各种性能的最佳折中，实现NO X的控制目标。

（3）内部废气再循环

4、增压技术

（1）增压原理：增压技术就是利用增压器将空气或可燃混合气预先进行压缩，再送入汽油机汽缸的过程。

分类：机械增压、废气涡轮增压、气波增压、复合增压

（2）涡轮增压技术

废气涡轮增压器分类：径流式涡轮增压器、轴流式涡轮增压器

离心式压气机的工作原理：有进气道、工作轮（含导风轮）、扩压器、出气蜗壳。

径流式涡轮机的工作原理：涡轮机的作用是将排气拥有能尽可能多的转化为涡流旋转的机械功。

涡流增压系统：定压涡轮增压系统、脉冲涡轮增压系统

（3）增压对汽油机净化与性能的影响

汽油机采用增压技术与柴油机相比困难：

①汽油机增压易发生爆震：增压使压缩终了混合气的温度、压力趋于升高，致使爆震的倾向增大。

②汽油机增压热负荷大：热负荷大促使爆震倾向增大。

③汽油机与增压器匹配困难