三内燃机排放特性
内燃机原理内燃机的排放与控制
01
国际排放标准
如欧洲、美国和日本的排放标准 ，规定了内燃机废气和颗粒物的 排放限制。
02
03
国内排放标准
法规监管
各国根据自身情况制定的内燃机 排放标准，如中国的国IV、国V 标准。
各国政府制定相关法规，对内燃 机的生产和销售进行监管，以确 保其符合排放标准。
03
内燃机排放控制技术
燃油喷射控制技术
内燃机是一种将燃料与空气混合并点 燃，利用产生的热能推动机械运转的 装置。其工作原理是通过燃烧产生的 高温高压气体推动活塞或转子等机构 运动，从而对外输出机械功。在长期 的发展过程中，内燃机的技术不断得 到改进和完善，但其排放问题一直备 受关注。
05
内燃机排放控制实践案 例
某品牌汽车内燃机排放控制实践
燃烧冲程
燃料与空气混合后 燃烧，产生高温高 压气体。
排气冲程
排除燃烧后的废气 ，为下一次循环做 准备。
内燃机种类与特点
01
02
03
汽油机
使用汽油作为燃料，转速 高，适合于汽车、摩托车 等高速运转的场合。
柴油机
使用柴油作为燃料，压缩 比高，转速低，适合于重 型机械、船舶等低速运转 的场合。
燃气轮机
使用燃气作为动力，具有 较高的热效率和较轻的重 量，常用于飞机、船舶等 高速运转的场合。
04
未来内燃机排放控制技 术展望
未来内燃机排放控制技术展望
内燃机是一种将燃料燃烧产生的热# 内燃机原理、内燃机的排放与控制
内燃机是一种将将临近燃料词典的燃 烧产物作为工质，利用其产生的燃气 来推动活塞或转子等机构运转，对外 输出机械功的装置。内燃机按照工作 循环可分为四行程和二行程两种类型 ，其中四行程内燃机包括吸气、压缩 、做功和排气四个行程，而二行程内 燃# 内燃机原理与内燃机的排放与控 制
了解认识柴油发动机燃油排放 国三标准
共轨系统的特点
柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，因为它集成了计算机控 制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身。它不仅能达到较高的喷 射压力、实现喷射压力和喷油量的控制，而且能实现预喷射和后喷，从而优化喷 油特性形状，降低柴油机噪声和大大减少废气的排放量。该技术的主要特点是： １．采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得喷油过程的控制十 分方便，并且可控参数多，益于柴油机燃烧过程的全程优化。
柴油机喷油技术经历了传统的纯机械操纵式喷油和现代的电控操 纵式喷油这两个发展阶段。而现代电控喷油技术的崛起，则应归功 于计算机技术和传感检测技术的迅猛发展。目前电控喷油技术已从 初期的位置控制型发展到时间控制型。
共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统，将 喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压 油泵把高压燃油输送到共轨管，通过对共轨管内的油压实现精确控 制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴 油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的 缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于共轨管压力和 电磁阀开启时间的长短.
产品可靠性技术特点
全自动刚性加工生产线
全线引进国际一流 智能自动化生产设备。 生产节拍：生产一 台发动机仅用时2.1 分钟。
产品可靠性技术特点
全自动装配生产线
采用自动装配、自
动测量设备。 采用自动智能AGV 输送机器人。 可满足国III、国 IV发动机的大批量装 配生产需要。
国Ⅲ排放WP6系列柴油机结构介绍
国际柴油机先进技术同步更新
设立潍柴动力欧洲研发中心，同国际知名柴油机研发机构联合开 发，保证技术同步更新，保持与先进零部件制造商良好的合作关 系。 电控共轨系统全球同步更新，保证技术领先性。
第3章 汽车发动机的排放特性
注意：对于发动机来说，其排气容积流量既与转速有关， 也与负荷有关。因此其污染物排放量的变化规律是不同于 污染物浓度的。
汽油机CO比排放特性
•由 左 图 可 见 ， 在 常 用 的 部 分 负 荷 区 CO 的排放较低；在负荷 很 小 时 ， CO 的 排 放 略有上升；当工作负 荷接近全负荷时， 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。 •转速影响不大
❖ 当汽油机负荷一定时，NOx的比排 放量BSNOx随转速升高而增大，当 然绝对排放量增加更快。
❖由 此 可 知 ， 转 速 上 升 造 成 的 燃烧温度提高，促进NOx的生 成，这一影响要超过反应时间 下降的影响。
汽油机NOX比排放特性图
3.1.2 柴油机的稳态排放特性
❖ 由图3-4a可见： ❖ 柴油机在整个工况范围内排放
第3章 汽车发动机的排放特性
概述
❖ 发动机的排放特性： 发动机各种排气污染物的排放量随运转工况参数
如转速n、平均有效压力pme等的变化规律。
主要内容
介绍了汽油机和柴油机的稳态 和瞬态排放特性。叙述了汽油 机和柴油机稳态条件下转速和 负荷对各排放污染物浓度的影 响及其起动、加减速等瞬态工 况下的各排放污染物浓度变化 的趋势，并分析了其产生的原 因。
❖ 柴油机的BSHC基本上随负 荷的上升而下降，而绝对排 放量大致不变。当负荷不变 而转速变化时，BSHC变化 不大。
❖ 总的说来，柴油机的HC排 放规律比CO更加复杂。
❖ 从图3-4c看出，
❖ 柴油机的NOx高排放区主要 出现在小负荷和高速工况。
小负荷时，燃烧室 内温度较低，滞燃 期增长，混合时间 加长，增大了氧气 与高温燃气的接触
3.1发动机的稳态排放特性
内燃机的排放与控制
光化学烟雾——HC和NOx在强烈的阳光下会生成臭 氧(O3)和过氧酰基硝酸盐(PAN)，即浅蓝色的光 化学烟雾，它是一种强烈刺激性有毒气体的二次 污染物。光化学烟雾中的O3是强氧化剂，能使植 物变黑直至枯死，使橡胶开裂，它有特殊的臭味， 其嗅觉阀值为0.02×10－6和1×10－6，接触1小 时后会引发气喘、慢性中毒，5×10－6浓度下30 分钟会使人致死。
（3）、采用废气再循环EGR（链接录像与动画）
——引入进气量5-20%的废气，以稀释氧浓度，减少
NOx的排放。由于废气中含有大量的CO2，它不参与燃
烧，却吸收了大量的热，因此，降低了最高燃烧温度，
又使混合气中氧的成份降低，因此减少了NOx排放。废 气再循环使发动机动力性能和经济性能下降，尤其是 废气再循环过多，会影响发动机怠速、低转速小负荷、 暖机工况的运转稳定性，因此，必须根据发动机工况的
3、NOx的生成机理（高温富氧）
（1）、主导反应：3N2+O2
N+O2
2NO+N（大部分）度大于逆向反应速度时， NOx产生， （2）、影响因素：富氧、高温、反应滞留时间长 4、MP的生成机理（碳烟凝聚、杂质）
（1）、高温缺氧形成碳烟核心
（2）、气态烃和其它物质在碳烟核心表面粘附凝聚，再 加上大小碳烟核心相互碰撞吸附，形成碳烟基元 （3）、碳烟基元再吸附、粘着其它物质形成球状或链菌 状聚合物——即大小微粒
四、有害排放物的生成机理 1、CO的生成机理（贫氧、局部混合气过浓） （1）、 RH→R→RO2→RCHO→RCO→CO
燃料中的亲氢碳氢根在常态下与氢保持牢固的结合→但在高温高压下裂 解成碳氢根→碳氢根再与氧发生反应，生成碳氢氧化物→这些物质继续争氧， 生成缺氧碳氢氧化物→进一步缺氧，氢原子脱离，生成脱氢缺氧化合物→最 后碳氢根与一氧化碳分离→ CO
内燃机特性
燃烧过程的要求
• 混合气形成的正时适当，保证及时燃烧； • 混合气形成要先慢后快，使最高压力和压
升率不致太大； • 着火后，混合气要均匀分布。
返回
可燃混合气形成
• 可燃混合气形成方式
– 空间雾化混合 – 油膜蒸发混合
• 燃油雾化的阶段描述 • 可燃混合气的衡量参数
• 与排放有关的参数，如通过高速采样获得的排放量。 • 缸内最高压力、最高压升率、最大放热率峰值、火
焰发展期、快速燃烧期等参数的循环变动。
汽油机的爆燃
一.爆燃的现象 二.爆燃的燃烧过程 三.爆燃的原因 四.爆燃的危害 五.激爆
着火温度与压力的关系
返回
燃烧区域的发展
• 汽油机末端混合气被压缩的程度较高，存在 着自然倾向。
峰值压力、压升比与滞燃期
压缩终点与滞燃期
喷油时间与滞燃期
转速与滞燃期
增压压力与滞燃期
增压空气温度与滞燃期
滞燃期对燃烧过程的影响
• a.预混燃烧份额 • b.压升比 • c.最高爆发压力 • d.最高燃烧温度
返回
燃烧的化学反应描述
• 内燃机所使用的传统燃料是分子量不同的各种碳氢 化合物的混合物，碳氢化合物燃料的燃烧属于链式 反应。在一定条件(压力、温度)下，燃料中参与化 学反应的原始物质形成一定数量的活化中心，如生 成O、H、OH等自由原子和自由基，它们的化学价 都不饱和，这些自由原子和自由基将与原始物质继 续进行反应，形成新的反应链。由于链式反应不断 地分支和扩展，活化中心不断地产生，所以，化学 反应也随之加速进行，一直到参与化学反应的原始 物质的浓度减小到接近于0，反应才逐渐停止。
d
（低压）
0.54
内燃机排放标准
内燃机排放标准一、排放限值内燃机的排放限值是限制发动机排放的最高允许值。
根据不同的发动机类型和用途，排放限值也不同。
在中国，内燃机的排放限值是根据国家标准GB 17691-2005《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法》来制定的。
该标准规定了不同类型发动机的排放限值，包括汽油机、柴油机和其他气体燃料发动机等。
二、排放检测排放检测是用来检测内燃机排放是否符合排放限值的方法。
排放检测包括实验室检测和车载检测两种方式。
实验室检测是在实验室中对发动机进行测试，以确定其排放是否符合标准。
车载检测是在车辆运行中进行测试，以评估车辆在实际运行中的排放情况。
三、耐久性内燃机的耐久性是指发动机在长时间运行后的性能表现。
内燃机在长时间运行后，其性能会受到不同程度的影响，包括排放性能的下降、油耗的增加等。
因此，内燃机的排放标准中还规定了发动机在耐久性试验后的排放性能要求。
四、燃油质量燃油质量对内燃机的排放性能有很大的影响。
燃油质量不好会导致发动机排放增加，因此内燃机的排放标准中对燃油的质量也做出了规定。
在中国，燃油质量标准是根据国家标准GB 19147-2016《车用柴油》和GB 17930-2016《车用汽油》来制定的。
五、颗粒物排放颗粒物排放是内燃机排放中的一种主要污染物，是指发动机排出的微小颗粒物。
这些颗粒物会对环境和人体健康造成负面影响。
因此，内燃机的排放标准中也对颗粒物排放做出了规定。
在中国，颗粒物排放标准是根据国家标准GB 3847-2005《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》来制定的。
六、氮氧化物排放氮氧化物排放是内燃机排放中的另一种主要污染物，是指发动机排出的氮氧化物。
氮氧化物会对环境和人体健康造成负面影响，同时也是形成光化学烟雾的主要因素之一。
因此，内燃机的排放标准中也对氮氧化物排放做出了规定。
在中国，氮氧化物排放标准是根据国家标准GB 14762-2008《车用点燃式发动机及装用点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法》来制定的。
内燃机的燃烧特性与排放研究
内燃机的燃烧特性与排放研究内燃机是当今最为广泛应用的一种动力装置，其灵活性、高效性和便携性等优异性能使其成为机械工业中不可或缺的一环。
但是，随着全球环境问题日益严重，内燃机排放所产生的污染问题也引起了广泛关注。
因此，研究内燃机的燃烧特性与排放问题成为了当前燃烧学和环保技术领域的热点之一。
首先，内燃机的燃烧特性是研究内燃机排放问题的基础。
内燃机燃烧的过程主要分为四个阶段：进气、压缩、爆发和排放。
每个阶段都会影响到燃烧的效率和排放的水平。
其中，燃烧的爆发阶段是内燃机性能的关键指标，因为它决定了内燃机的动力输出和排放水平。
燃烧的过程受到许多因素的影响，例如空气燃料比、燃料质量和氧化剂质量等。
为了优化内燃机的燃烧特性，燃烧学家一直致力于研究燃料喷射以及燃料和空气混合的优化技术。
其次，内燃机排放问题是内燃机燃烧特性研究的重要组成部分。
内燃机排放污染主要包括三种类型：HC（碳氢化合物）排放、CO （一氧化碳）排放和NOx（氮氧化物）排放。
这些污染物对环境和人类健康构成严重威胁。
因此，如何有效地控制内燃机排放成为了环保领域的重要研究课题。
根据内燃机排放污染特点，燃烧学家注重研究如何优化燃烧过程，减少废气排放。
目前，世界各地专家学者们正深入研究各种内燃机排放控制技术和减排方案。
其中，液化天然气（LNG）等替代燃料技术的提出和应用为内燃机排放控制提供了有效途径。
第三，内燃机燃烧特性和排放问题的研究是复杂而综合的领域。
它需要扎实的理论基础和丰富的实践经验，还需要各种学科的融合。
为了推进内燃机研究，世界各地都建立了多个研究机构和实验室。
这些机构和实验室充分利用先进的实验设备和模拟技术，推动了内燃机燃烧特性和排放问题的不断完善。
同时，学者们在这个领域也取得了一系列有益的研究成果，为环保领域带来重要贡献。
总之，内燃机的燃烧特性与排放研究是当前燃烧学和环保技术领域的热点之一。
通过深入研究和优化内燃机的燃烧过程和排放控制技术，我们有望实现内燃机的高效、节能、环保。
内燃机的性能指标
定义：单位指示功所消耗旳燃料量。
定义式：
bi
B(kg / h) P (kW )
103
i
单位： g/kw·h
i
Wi Q1
Pi
3600 Bhu
Pi 3600 Pibi hu103
3.6 bi hu
106
Hu ：燃料旳低热值（kJ/kg)
第四节 内燃机旳有效指标
定义：以曲轴对外输出功率为基础，用来评估内燃机实 际工作性能旳质量。
b Q2
a
Vs
V
三、理论循环及其分析
1 特征参数：
（1） 压缩比：
P
Va Vs Vc
Vc
Vc
（2） 压力升高比：
p z
p
c
Q``1 z` z Q`1
c
（3） 预胀比：
Vz
Vz'
p0
Vc
Vs
b Q2
a
2 循环热效率
定义：
W 1 Q2
Q t 1
Q1
混合加热计算式： ：
tm
1
1
k1 (
b B(kg / h) 103 e Pe (kW )
单位： g/kw·h
e
We Q1
Pe
3600 Bhu
Pe 3600 Pe be hu 10 3
3.6 be hu
106
Hu ：燃料旳低热值（kJ/kg)
7 升功率
定义：发动机单位汽缸排量所发出旳有效功率。
P
Pl
e
iVS
p3m0en（kw/L ）
动力性指标：平都有效压力、 有效功率、扭矩； 升功率、比质量、强化系数（强化指标）
经济性指标： 指示热效率、指示燃油消耗率
内燃机排放的控制及其应用
内燃机排放的控制及其应用随着人口增长和经济发展，能源需求不断增加。
传统能源消耗带来的环境问题，尤其是空气污染问题，已经成为一个严重的问题，而内燃机也是其中污染贡献的重要来源。
为了减少内燃机排放对环境的负荷，许多控制技术被开发和应用。
本文将介绍内燃机排放的主要污染物、污染来源以及控制技术和应用。
第一章：内燃机排放的主要污染物内燃机的排放物包括氮氧化物（NOx）、碳氢化合物（HC）、颗粒物（PM）和二氧化碳（CO2）。
其中，NOx和PM是确定的污染物，而HC和CO2是扩散的温室气体。
NOx会造成光化学烟雾和酸雨，PM会对人体呼吸道和眼睛产生危害。
CO2为温室气体之一，会对全球气候产生影响。
第二章：内燃机排放的主要来源内燃机排放有两个主要的来源：发动机本身和燃料。
①发动机本身：发动机的设计和工作过程对排放产生影响。
发动机的结构和技术条件如缸壁温度、油温和气门重叠度等会对排放产生影响。
此外，高发动机速度和负载加剧了温度和压力的变化，导致排放浓度增加。
②燃料：燃料的选择和质量对排放也有很大影响。
高硫燃料会影响排放物的组成和浓度，而不同品牌的燃料在多数情况下会导致排放物组成的不同。
第三章：内燃机排放控制技术控制内燃机排放的技术包括以下几类：①内部控制：这个方法是通过对燃油、混合气、燃烧过程、发动机结构上的改进，实现减排目的，减少发动机自身的排放量。
②尾气控制：这是目前最广泛应用的方法之一。
功率、负载、温度和浓度传感器与排气气体传感器配合，可以实现高效的排放控制。
③冷却技术：冷却技术是一种较新的控制技术，主要包括冷却循环、冷却滑液控制和冷却铜垫圈控制等。
通过不同冷却控制技术的组合选择，可以有效地减少内燃机排放。
第四章：内燃机排放控制技术的应用内燃机控制技术的应用可以分为以下几个方面：①汽车：汽车的排放控制是内燃机控制技术的主要应用领域之一。
由于汽车的数量和使用频率不断增加，空气污染问题日益严重，对汽车排放控制提出了更高的要求。
内燃机原理内燃机的排放与控制
机后处理－对内燃机有害排放物在进入大气前所 作的处理，以进一步降低排气中有害成分的含量。
机内净化－从有害排放物的源头着手，采取降低 排气有害成分的有效措施。
二、机内净化的主要途径
内燃机自身性能的改善对排放的控制十分重要。 机内净化涉及内容较多，这里，只能介绍一些机 内净化的要点，更全面的内容可参阅有关文献和书籍。
2）还原催化反应器
利用排气中的CO、HC和H2等作为还原剂，使 NOx完全还原。
催化剂有：金属氧化物、贵金属。
3）三效催化反应器
目前，常采用双床催化反应器同时对HC、CO和 NOx三种有害排放物进行处理：
需要提高空燃比的控制精度，使其尽可能地维持 在理论空燃比为中心的非常狭窄的范围内。
为了获得三元催化转化器所要求的空燃比，必须 借助氧传感器送来的反馈信号，对空燃比进行反馈控 制。
在燃烧高温期，燃烧室空气中的氧和氮化合形成。
4、微粒
微粒是指空气中分散的液态或固态物质，其粒度在分子级， 包括气溶胶、烟、尘、雾和炭烟等。
气溶胶是悬浮于空气中的固态微粒，其直径一般小于1μm； 烟是指小于1 μm的固体微粒； 尘是指大于10 μm的固体微粒迅速沉降而形成； 雾是液体微粒，其直径可达100 μm； 炭烟是指极细的可集成一串的微粒，粒径0.1～10 μm（2.5） 。 一般肉眼可分辨的微粒直径在100μm以上。 炭烟是在高温和缺氧的条件下生成的。
大气环境质量 标准GB3095－96把大气环境质量 标准分为三级：
一级标准指为保护自然生态和人群健康，在长期 接触情况下，不发生任何危害及影响的空气质量要求；
二级标准指为保护人群健康和城市、乡村动植物 在长期和短期接触情况下，不发生伤害的空气质量要 求；
第二章-内燃机特性
有效燃油消耗率曲线分析
当ηiηm达到最大值，即加浓装置开始工作，负 荷为70%~80%时，出现最低耗油率 bmin。此后 ，随节气门逐渐增至全开，供给最大功率混合 气，燃烧不完全现象增加ηi下降，使耗油率又 有所增加。
二．柴油机负荷特性
柴油机转速一定，每小时耗油量B、有效燃料 消耗率b随负荷（Pe、Ttq或Pme）而变化的关系 称柴油机负荷特性。
当负荷接近冒烟界限点2后，由于燃烧恶化，B 上升得更快一些。 如图
2．有效燃油消耗率曲线
根据公式b=k3/ηiηm，柴油机有效燃油消耗率b 随负荷的变化取决于ηi和ηm 。ηi、ηm随负荷的 变化如图2－3所示。
图2—3 柴油机负荷特性 1—耗油率最低点 2—冒烟界限3—极限功率点
i、m的分析
与汽油机稍有不同，随负 荷增加， Δq增加，过量 空气系数a减小，燃烧不 完全程度增大，使ηi减小 。
大负荷时，混合气过浓， 燃烧恶化，不完全燃烧更 多，使ηi下降更多。
ηm随负荷增加而上升。
柴油机ηi、ηm随 负荷的变化关系
柴油机有效燃油消耗率曲线分析
Pe=0时，b趋于无穷大； 随负荷增加， ηm增加程度远大于 ηi的下降程度，
第二章 内燃机特性
第1节 内燃机负荷特性 第2节 内燃机速度特性 第3节 柴油机的速度特性 第4节 内燃机的万有特性
车辆运行时，由于行驶速度与阻力不断变化， 则内燃机的转速和负荷亦相应变化，以适应车 辆的需要。
随着转速和负荷的改变，内燃机工作过程也会 发生变化。
因此，内燃机在不同使用条件下具有不同的动 力性与经济性。
发动机台架实验
一．汽油机负荷特性
点火提前角最佳、燃油喷射系统及进气系统工作正常 ，或化油器调整完好情况下，保持汽油机转速一定， 每小时燃油消耗量B、燃油消耗率b随负荷（Pe、Ttq 或Pme）而变化的关系，称为汽油机负荷特性。
内燃机的排放与控制
2）．狭隙效应
点燃式发动机燃烧室中有各种很狭的缝隙，例如活塞、 活塞环与气缸壁之间的间隙，火花塞中心电门与气缸盖气门座面相配的密封带狭缝，以及气缸盖 衬垫的气缸孔边缘内的死区等(图2-4)。
图2-4 点燃式发动机燃烧室中未燃HC的可能来源
1—润滑油膜的吸附及解吸； 2—火花塞附近的狭隙和死区； 3—冷激层； 4— — — 气门座死区； 5 火焰熄灭(如混合气太稀、湍流太强)； 6 沉积物的吸附及解吸； 7—活塞环和环岸死区； 8—气缸盖衬垫缸孔死区
熄。淬熄的可能性取决于缝隙入口的几何形状和尺寸 (一项试验表明，当活塞与气缸套之间的间隙小于 0.2mm时，就发生淬熄)、未燃混合气的组成及其热力 状态。在火焰到达缝隙口并被淬熄后，一部分已燃气
本身也会挤入缝隙，直到缸内压力开始下降为止。当 缝隙中的压力高于气缸的压力时(大约在上止点后15～ 200CA)，陷入缝隙中的气体逐渐流回气缸。但这时气 缸内的温度已下降，氧的浓度也很低，流回缸内的可
汽油机怠速运转时，缸内残余废气很多，混合也不充 分，为了保证可燃混合气稳定燃烧，需要加浓混合 气，因而排放大量CO。这是化油器式汽油机总的CO 排放量大的一个主要原因，因为车用内燃机怠速运 转所占时间比例很大。
为了提高汽油机全负荷运转时的功率输出，往往把可 燃混合气加浓到φa＝0.8～0.9，导致CO排放量很大。 全负荷不加浓或少加浓混合气，应认为是降低CO排 放的实用措施之一，但要以牺牲动力性为代价。
发动机加速时，为了保证加速圆滑，也要在短时间内 加浓混合气，导致出现CO排放高峰；发动机急减速 时不断油，除了导致HC排放大增外，也使CO排放增 加。
2．1．2 压燃式内燃机
使用LPG—柴油混合燃料的压燃式发动机燃烧与废气排放特性
使用LPG—柴油混合燃料的压燃式发动机燃烧与废气排放特性摘要为了减少污染物排放，专门是来自直喷式〔DI〕柴油发动机排出的烟和氮氧化物，工程师们提出了各种解决方案，其中之一确实是用气体燃料作为部分燃料补充柴油来使用。
使用液化石油气作为替代燃料是一种专门有前景的解决方案。
柴油发动机中使用石油气专门有潜力，既经济又环保。
液化石油气其较高的自燃温度有专门大的优势，使得传统柴油发动机的压缩比能够坚持下去。
本文描述的是在一个单缸直喷式柴油机进行的实验研究，发动机差不多过适当改动能在液化石油气-柴油混合燃料条件下运行，并使用不同混合率的液化石油气与柴油混合燃料〔0％，10％，20％，30％，40％〕。
比较结果是在不同的发动机转速和负载对比与传统的柴油和混合燃料对比下得出的，来揭示混合燃料燃烧对发动机性能和尾气排放的阻碍。
1。
简介目前，各种替代燃料已在研究，目的是减少柴油发动机柴油燃料的消耗和氮氧化物〔NOx〕和微粒排放量。
因为其十六烷值较低，液化石油气〔LPG〕和压缩天然气〔CNG〕是最广泛使用点燃式发动机的燃料。
斯内尔格罗夫等[1]指出，欧洲测试循环中，在25 ° C时，与使用无铅汽油相比，使用LPG给车辆减少排放带来了实质性的效益。
依照报告碳氢化合物〔HC〕排放量降低40％，一氧化碳〔CO〕的降低60％，二氧化碳〔CO2〕大幅减少。
这要紧因为，和汽油相比LPG 有高的氢/碳比。
依照Yoong和Watkins [2]，因其较高的热效率，因此，提高燃油经济利用可从使用LPG的内燃机获得，而不是无铅汽油。
这是因为LPG有较高的辛烷值，通常纯丙烷辛烷值〔RON〕为112，如此能在高压缩比时阻止爆燃显现。
Homeyer等[3]指出，与使用无铅汽油对比，使用LPG时在功率输出方面存在一不利因素，缘故是部分进气被LPG取代，燃气的体积比远大于其液态。
在双燃料压燃式〔CI〕发动机中，液化石油气为要紧燃料，一定数量的柴油作为点火源，像在传统柴油发动机里一样，LPG和空气气一起引入和压缩。
内燃机的万有特性
汽油机NOX 的排放特性 与CO、HC 截然不同
在负荷很小 时，混合气 适当加浓， 导致CO排 放略有上升
a.CO排放特性
b.HC排放特性
HC的变化趋势与 CO有些类似，也是 中等负荷比排放量 较小，大负荷和小
负荷时相对增加
小负荷时HC比排 放随负荷的减小 增加得比CO更快
当负荷一定 时，NOx的 比排放随转
a.柴油机
b.汽油机 2
排放特性 Emission Map
一、汽油机的排放特性
在常用的部分负 荷区，过量空气 系数控制在1.0左 右，CO排放较低
负荷超过全负荷的 95%左右时，混合气 显著加浓， CO的比 排放量开始急剧上升
全负荷时HC 排放增加不 如CO严重
在中等转速以上当转 速一定时，NOx比 排放随负荷增大而下 降，而且当接近全负
✓ 当负荷不变而转速变化时，HC比排放变化不大。
6
➢ NOx排放特性
✓ 柴油机在中等偏大负荷时NOx排放量最大。 ✓ 负荷再加大，则含氧相对减少，NOx排放量不再增加
甚至略有减少。 ✓ 在中等负荷区，当负荷不变而转速提高到中高转速时，
NOx比排放不断增大，说明NOx绝对排放量增加更快。 ✓ 在小负荷区域，NOx比排放大致不随转速变化，绝对
排放量基本上与转速成正比。
7
➢ 滤纸烟度排放特性
✓ 当转速不变时，SF随负荷提高而增大。 ✓ 当负荷不变时， SF在某一转速达到最小值,这时对应燃
烧过程的最优化，而偏离这一转速均使SF上升。 ✓ 在低速大负荷工况，由于空气相对不足,气流运动减弱,
常导致SF急剧上升, 即柴油机冒烟严重。
8Байду номын сангаас
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3、加速
❖ 汽油机加速工况，一般指迅速开启节气门增加转矩到最大值，使 转速急剧提高。
❖ 用化油器的汽油 机这时往往供给 很浓的混合气， 造成较高的CO 和HC排放。
❖ 汽油喷射的汽油 机不产生过浓的 混合气，其排放 值与相应的各稳 定工况点相似。
4、减速
❖汽油机减速工况就是节 气门迅速关闭，发动机由 汽车反拖，在较高转速下 空转。
时，在中等负荷区域，
NOx的生成，这一影响
超过了反应时间下降的
影响。
2L排量4气门进气道喷射汽油机稳态NOx排放特性
§3.1点燃式内燃机的稳态和瞬态排放特性
一、稳态排放特性
从车用汽油机CO、HC、NOx稳态排放特性得出 的结论： 为使汽油机排放较少的有害污染物，应尽可 能在中等负荷下运行。
§3.1点燃式内燃机的稳态和瞬态排放特性
二、瞬态排放特性
2、暖机过程
❖汽油机起动以后，冷却系和润滑系以及主要 零部件仍未达到正常的温度水平，需要一个 暖机过程。
❖这时仍需要a <1的浓混合气，以弥补燃油在 气缸壁和进气管壁上的冷凝。
❖暖机过程CO和HC的排放仍然很高，NOx的 排放随着温度的提高逐渐增大。
§3.1点燃式内燃机的稳态和瞬态排放特性
第三章 内燃机的排放特性
内燃机排放特性的定义：
❖内燃机各种排气污染物的排放量随运转工况参数如转速n、平 均有效压力pme等的变化规律，称为内燃机的排放特性。
掌握内燃机排放特性的意义：
❖有助于按低排放要求正确使用内燃机； ❖找到排放最严重的工况区，为低排放改造指出方向；
掌握内燃机排放特性的手段：
❖排放特性的理论预测尚未成熟，主要依靠试验测定。
机在整个工况范围排放 CO均很少，多数工况 BSCO<5g/(kWh)汽油机 BSCO＝20-100g/(kWh) 两者相差10－20倍。
❖ 柴油机CO排放也是在 中速、中负荷工况最少
❖ 转速很低时燃烧室内气 流运动弱，混合气形成 不均匀，生成CO较多
❖ 负荷很小时，单位功率 的排放量BSCO增大。 1.9L排量2气门涡轮增压中冷直喷式柴Fra bibliotek机稳态CO排放特性
§3.1点燃式内燃机的稳态和瞬态排放特性
一、稳态排放特性
1、CO排放
❖ 电喷汽油机在常用的部 分负荷区，为了满足三 效催化转化器的要求， 将a控制在1.0左右，所 以CO排放较低。
❖ 在负荷很小（平均有效 压力pme < 0.2MPa ）， 为保证燃烧稳定，混合 气适当加浓，导致CO 排放略有上升。
§3.2 压燃式内燃机的排放特性
一、稳态排放特性
2、HC排放
❖ 图示表明，车用柴油机 的HC排放比汽油机低2 －4倍。
❖ 柴油机的BSHC基本随 负荷的上升而下降，而 绝对排放量大致不变。
❖ 当负荷不变而转速变化 时，BSHC变化不大。
❖ 柴油机的HC排放规律
比CO更加复杂，其中
的一方面原因是对HC
测量仪器更敏感，测量
可靠性较差所致。
1.9L排量2气门涡轮增压中冷直喷式柴油机稳态HC排放特性
一、稳态排放特性
3、NOx排放
❖ 图示表明，柴油机在中 等偏大负荷时，NOx排 放量最大（混合气中含 氧多，燃烧温度很高） 若负荷继续加大，含氧 相对减少，NOx排放量 略有减少。
❖ 当转速提高而负荷不变
实际在中等负荷，NOx绝对排 放量随负荷增大而增加（燃烧 温度增高）。但NOx的增加未 与负荷成正比，导致比排放量 BSNOx逐渐下降。接近全负荷 ，混合气加浓，氧不足，NOx 绝对生成量下降，导致比排放 量更快下降。
❖ 当负荷一定时，BSNOx
随转速升高而增大。可
以判断，转速上升造成
的燃烧温度提高，促进
485×10－6 5000×10－6
NOx
23×10－6 1543×10－6 1270×10－6 6×10－6
CO
4.9%
1.8%
1.7%
3.4%
CO2
10.2%
12.1%
12.4%
6.0%
§3.1点燃式内燃机的稳态和瞬态排放特性
二、瞬态排放特性
1、冷起动
❖ 汽油机冷起动时，由于进气系统和气缸温度低，汽油 蒸发不好，较多的汽油沉积在进气管及气缸壁上形成 油膜，而较低的转速使流速低造成油气混合不好，因 此需要增加供油量，以使汽油机能正常起动
❖化油器式发动机如果没 有特殊措施，由于进气管 中突然的高真空状态，使 壁上的液态燃油蒸发，形 成过浓混合气而造成较高 的HC和CO排放。
❖汽油喷射式发动机在减 速时不再供油，且进气管 内液态油膜少，导致HC 和CO排放很少。
§3.2 压燃式内燃机的排放特性
一、稳态排放特性
1、CO排放 ❖ 图示涡轮增压直喷柴油
❖ 汽油机冷起动时混合气的a <1。混合气中的汽油以部 分蒸气状态、部分液体状态进入气缸。很浓的混合气 导致较高的CO排放。
❖ 部分液态汽油在燃烧结束后从壁面蒸发，未燃烧就被 排出气缸，造成HC的大量排放。
❖ 由于温度低及混合气过浓，氧不足，冷起动时的NOx 排放量很低。
§3.1点燃式内燃机的稳态和瞬态排放特性
❖ 在大负荷工况，为达到 较高的转矩， a <1， 因此CO比排放量高。 2L排量4气门进气道喷射汽油机稳态CO排放特性
2、HC排放 ❖ 未燃HC排放量的变化趋势与CO相同点：都是中等负荷时比排放
量较小，大负荷和小负荷时相对增加。
不同点1：全负荷时HC排放 增加不如CO严重，此时 混合气过浓，主要生成CO 。HC排放主要来自淬熄等 多相因素，每循环绝对排
二、瞬态排放特性
车用汽油机在实际使用中常出现瞬态运转状态，例如起动、加速
、减速等工况。其转速、负荷不断变化，零部件的温度以及工作
循环参数也不断变化。所以，这时内燃机排放量与稳定工况往往 有很大不同。 汽油机在不同工况下排气成分的体积分数
排气成分 怠速
加速
定速
减速
HC
800×10－6 540×10－6
放量变化不大，所以比排
放量BSHC在负荷增大时 应下降。但是达到全负荷
BSHC增大（排气中严重 缺氧，未燃HC后期氧化受 阻导致）。
不同点2：小负荷时BSHC 随负荷的减小增加得更快
（排气温度过低，得到后
期氧化的未燃HC很少） 2L排量4气门进气道喷射汽油机稳态HC排放特性
3、NOx排放
❖ 当转速一定时，BSNOx随负荷增大而下降，当接近全负荷时下 降更快。