《现代汽车排放与控制技术》第五章 汽油机排放控制技术

图5-1 汽油机的火 焰传播简图
按汽油的化学当量要求，空燃比A/F约等于14.8时 的混合气为理论混合气，此时的空燃比为理论空燃比。 当空燃比A/F约为13时，火焰传播速度最快，这时汽油 机功率也最大。当空燃比A/F＝13.5～14时，火焰温度 最高。
汽油机燃烧过程有以下特点：
（1）火焰沿燃烧室不断传播，相继投入燃烧的各层混 合气是在不同压力和温度下点燃的，后一层比前一层混合 气有更高的密度。因此在燃烧室内，各处燃烧速率不同。
• 曲轴箱强制通风和燃油蒸发控制装置的结构和工作原理
• 电控汽油喷射技术、点火控制、进气系统的改进
• 稀薄燃烧、分层燃烧、HCCI、燃烧室的优化
• 废气再循环的结构与原理
5.1.1 汽油机的燃烧过程 汽油机的燃烧是预混合燃
烧。也就是说在燃烧过程中， 混合过程在燃烧反应之前或者 是火焰到达之前汽油与空气已 经从分混合。预混合燃烧速率 取决于化学反应速率。
的燃油蒸气通过单向阀进
入活性炭罐上部，空气从
活性炭罐下部进入清洗活
性炭，在活性炭罐右上方
有一个定量排放孔和受进
气管真空度控制的真空控
制阀，真空控制阀上部真
空室的真空度由电磁阀控
制。
图5-8 汽油蒸发控制系统
5.4 电控燃油喷射系统
5.4.1 典型电控燃油喷射系统的结构和工作原理 汽油机降低排气污染和提高热效率的关键问题之一是精
（2）各部分混合气在投入燃烧前的状态不同，燃烧后 的压缩也不同，因此燃烧结束时，气缸内压力均匀，但温 度分布不均匀。
（3）由于火焰传播燃烧所引起的压缩-膨胀作用，会引 起气流运动，这使得火焰传播速度产生先加速后减速的倾 向。
5.1.2 影响汽油机燃烧的因素 根据汽油的燃烧分析，说明汽油机的设计和运行参
确控制空燃比。现代汽油机为实现良好的经济性能和排放 性能，都采用了电控喷油系统及其他系统的电子控制。 1电控燃油喷射系统的结构
典型闭环电子控制燃油喷射系统——L-Jetronic电控 燃油喷射系统的结构组成，如图5-11所示。图中电子控制 单元(ECU)6是整个系统的中心，它根据进气管、转速、温 度等信号，进行运算、处理及分析判断后，向执行器发出 指令控制喷油器的喷射时间和喷射量，以保证发动机工作 所要求的空燃比。
图5-6闭式曲轴箱强制通风系统
5.3燃油蒸发控制
汽油是一种易挥发的物体，在常温下燃油箱经常充满蒸 气，若不加以控制或回收，则当发动机停机时，汽油蒸气 将挥发到大气中，造成对环境的污染。汽油的蒸发排放有 4个来源:
1运转蒸发
2热烤蒸发
3昼夜蒸发
4加油蒸发
•
典型的电控燃油蒸发
系统如图5-8所示。油箱
机内净化控制
曲轴箱压力小于大气压力
曲轴箱强制通风
活性炭吸附原理 改善进气系统 改善点火 改善燃烧
精确控制空燃比 降低燃烧温度
电控燃油蒸发控制装置 多气门、可变进气系统、进气增压
点火定时、点火能量
稀薄燃烧、分层燃烧、GDI、HCCI等新型燃烧方式、改进燃烧室、提高 压缩比、改善缸内流动 电控燃油喷射
EGR
为了防止曲轴箱排放物的危害，世界各国的车用汽 油机从20世纪60年代起先后采用曲轴箱强制通风装置或 称闭式曲轴箱通风装置(Positive Crankcase Ventilation，缩写PCV)，如图所示。它比开式曲轴箱 通风装置多一个空气滤清器连接管2。新鲜空气由空气 滤清器进入曲轴箱，与窜气混合后，经PCV阀进入进气 管，与空气或油气混合气一起被吸入气缸燃烧掉。
图5-11 电子控制燃油喷射系统 1-输油泵；2-燃油滤清器；3-油箱；4分油管(油轨)；5-油压调节器； 6-电子控制单元(ECU)；7-电磁喷油器；8-冷起动电磁喷油器； 9-怠速转速调节螺钉；10-节气门控制器；11-节气门；12-进气流量感应板； 13-控制继电器组；14—氧传感器；15-水温传感器；16-温度时间继电器； 17-分电器；18-冷起动空气补偿器；19-怠速混合气调节螺钉；20-蓄电池；21-起动开关
发动机总排气量的0.5％～1.0％。如果这些窜入的混合气
不被排除，还会稀释曲轴箱内的机油，使机油变质造成发
动机机件过早磨损。
气缸的窜气会使发动机曲轴箱内产生压力。为防止 曲轴箱压力过高，早期内燃机一般都通过机油加油口处 使曲轴箱与大气相通，进行“呼吸”，这就是开式曲轴
箱通风系统。如图所示。
图5-5 开式曲轴箱通风装置简图 a)连接管 b)可变量孔 c)PCV阀 1-新鲜空气入口；2-进气歧管连接管；3-窜缸气体； 4-流动控制阀
2 断油控制 (1)超速断油控制 (2)减速断油控制
3 反馈控制
汽车排放与控制
第五章 车用汽油机排放控制技术
• 学习目标
•
通过分析汽油机的燃烧过程，理解汽油机排放控制的
主要措施。低污染车用汽油机技术主要包括：曲轴箱强制
通风、燃油蒸发控制、电控燃油喷射技术、点火控制、燃
烧系统的优化设计、新型燃烧系统、进气系统的改进、和
废气再循环技术。
• 知识要点
• 汽油机的燃烧和影响因素
5.2曲轴箱排放控制
•
因为由活塞、活塞环、气缸构成的气体密封系统，实
质上是一个往复运动的移动式迷宫密封系统，存在着漏气
通道，不能保证绝对的密封，所以在内燃机工作循环的压
缩过程、燃烧过程和膨胀过程，可燃的混合气会或多或少
通过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱空间内，称为曲
轴箱窜气。一般在技术状态正常的情况下，窜气量相当于
数、燃料的制备、分配及成分等因素都与排气中污染物 的排出量有很大的关系，如图3-3所示。
图5-3 影响汽油机有害排放物的因素
5.1.3 汽油机排放控制的主要技术措施 排气控制系统基本构成如图5-4所示
图5-4 排气控制系统基本构成示意图
• 低污染汽油车技术措施如表所示
原理
方法
曲轴箱排放控制 燃油蒸发排放控制
5.2.2 喷ຫໍສະໝຸດ Baidu量的控制
1 最佳空燃比控制
所谓最佳空燃比是指为 了满足发动机各种工况的 要求，同时为了获得较好 的经济性和排放特性而确 定的空燃比。主要是以下 三种工况：
图5-12 起动和暖机时的混合气 1-暖机期间基本空燃比；2-起动发 动机时的空燃比
(1) 起动工况 (2)部分负荷和怠速工况 (3)全负荷工况