发动机排气净化

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基本原理:喷流控制阀系统使发动机在 小负荷工况时可以燃烧稀混合气,从而使CO 和HC的排放显著减少。随着负荷增加,节气 门开度加大,由喷流阀3进入燃烧室的气体量 逐渐减少,其作用逐渐消失。
第九章 发动机排气的净化
第二节 汽油机排气的净化
3、火球型燃烧室
结构原理:如图6-8。在气缸盖5上装有 进气门1和排气门4。排气门安装在气缸盖下 表面凹入较深的盆形腔内。进气门安装在凹 入较浅的盆形腔内。两腔之间由凹入较浅的 通槽2相连。通槽2近于和燃烧室3相切。火花 塞6设置在燃烧室3的边缘。进气道8为螺旋式。
HC的某些氢类光化学反应活性很强,可与空气中的NO2结合, 在阳光下形成以O3 为主的光化学烟雾,刺激人 的眼睛和呼吸器官,造成呼吸困难。
2、CO
CO主要是由于燃料燃烧时O2相对不足,燃料中的C不能完全燃 烧产生的,或由于混合气不均匀燃烧,混合气温度低,CO不能氧化而 留在燃气中排出。
CO被吸入人体,很容易与血红蛋白结合,导致缺氧,从而使人 窒息;严重者危及生命。
第九章 发动机排气的净化 说
四、解决排气污染的途径
第一节 概
1、研制无污染或低污染动力源
目前出现的新型汽车动力源中,完全没有排污的是电
动汽车中的蓄电池-电动机组。氢气发动机的燃烧产物中 没有CO和HC,但在大负荷工况范围内NOx排出量激增。 燃气轮机排出的CO和HC较少,NOx排出量虽然大,但易于 控制。三角活塞旋转式发动机因气缸中燃烧温度低而NOx 排出量少,而且排出的HC和CO可以采取机外净化措施加 以处理。所以可以说,这些新型动力装置不仅在某些性能
第九章 发动机排气的净化 说
第一节 概
3、NOx NOx是由空气中N2和O2在燃烧室的高温,高压作用下发生化学
反应生成的。NOx主要以NO的形式出现,还有 少量的NO2 。
NOx可以与某些氢类发生化学反应,生成光化学烟雾,对人体 有害。
4、PM(微粒) PM是由于柴油机燃烧时燃料与空气混合不均匀,造成局部过浓,
压力较高,新鲜混合气被压入,并与废气一起在罐内
形成强烈的涡流运动。由于火花塞附近的废气被扫除,
新鲜混合气极易被点燃。点火后,火焰随着流向罐内
气流在罐内迅速传播并燃烧。所产生的高压火焰气体 喷向主燃烧室6,使主燃烧室内的稀混合气产生强烈 的扰流,并使火焰迅速向四周传播。
基本原理:这种燃烧室在燃烧初期,燃烧速度
第二节 汽油机排气的净化
2、喷流控制阀系统
结构原理:如图6-7所示。在发动机气缸 盖上,除有进、排气门外,又在其间设置了 一个小型的喷流阀3。
工作过程:工作时,空气或稀混合气气 流经喷流阀3进入燃烧室,一方面扫除了火花 塞附近的废气,为点火创造良好的条件,另 一方面又在气缸内形成较强的涡流,加速了 火焰的传播并扩大了稀混合气的燃烧界限。 据测,当喷流流量为0.97L/s时,火焰传播速 度可提高40%;稀混合气燃烧界限由空燃比 21:1延伸到24:1后仍可稳定燃烧。
结构原理:如图6-5。
工作过程:进气行程中,副燃烧室吸入少量浓混 合气,而主燃烧室则吸入大量的过稀混合气,二者明 显地分成层状。压缩行程中,混合气进一步明显分成 三层:副燃烧室中为浓混合气,主燃烧室中是过稀混 合气,二者交接处为稍浓混合气。压缩终了时,用装 在副燃烧室的火花塞点燃浓混合气,而连接孔附近因 有空燃比接近理论值的稍浓混合气,故燃烧强烈。这 部分高温火焰,能使主燃烧室中呈涡流状态的过稀混 合气得以正常燃烧,直至作功行程终了。排气过程中, 燃气仍保持较高的温度,使CO、HC得以尽可能充分 燃烧。
第九章 发动机排气的净化
第二节 汽油机排气的净化
2、装设叶片式旋转器
为改善混合气的形成和点火条件,可在化油器和 进气管之间,装设叶片式旋转器。其作用是在进气时 产生旋流,粉碎粒状油滴,以促进雾化和混合气均匀 分配。采用这种措施,降低CO及HC排放量的效果是 明显的。但在高转速时,将增加进气阻力,使经济性 受到一定的损失。
工作过程:在压缩行程中,借助螺旋式 进气道8及通槽2与燃烧室3相切的作用,使燃 烧室内的气体形成高速旋流。火花塞一经点 燃混合气,高速旋转的火焰便使燃烧室3内的 稀混合气迅速燃烧起来。
在高温缺氧情况下产生并排出。
PM中含有可致癌的物质,容易被人体吸入并沉积在肺内。 5、SOx
燃料中的S在燃烧后形成SOx(SO2 ,SO3 )。 SOx被排出机外,易形成烟雾,污染环境。
第九章 发动机排气的净化 说
第一节 概
三、光化学烟雾形成机理
排气中的HC和NOx在一定的地理、温度、气象条 件下,经强烈的阳光照射下,会发生光化学反应,生 成以臭氧(O3 )、醛类为主的过氧化产物,称为光化学 烟雾。臭氧具有独特的臭味和很强的毒性,醛类对眼 及呼吸道有刺激作用。此外,它们还防碍生物的正常 成长。
第九章 发动机排气的净化
第二节 汽油机排气的净化
4、从燃烧室形状方面改善
均质稀燃技术的应用:
1、扰流发生罐
结构原理:如图6-6,用于丰田汽车12-T型发动 机上。
工作原理:在气缸盖上设置的副燃烧室2称扰流 发生罐,火花塞4安装于其入气口处。在排气行程中, 扰流发生罐2内的废气无法扫除;进气行程中,罐内
第九章 发动机排气的净化
第二节 汽油机排气的净化
(二)改善燃烧状况
1、从配气相位方面改善
混合气在气缸内燃烧时,火焰到达燃烧室璧附近,往 往由于表面温度低而熄火,引起HC排放量增加。显然,减 少燃烧室的表面积和容积之比(面容)可减少HC的排放量。 面容比按盆形、楔形、碗形、半球形的燃烧室结构顺序逐 渐减少。此外,降低压缩比也可降低面容比,同时还可减 少NOx的排放量。
2、窜气 即从活塞与气缸之间的间隙漏出,再自曲 轴箱经通气管排出的燃烧气体,其主要成分是HC;
3、从油箱,化油器浮子室以及油泵接头等处蒸发出 的汽油蒸汽,成分是HC。
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第九章 发动机排气的净化
第一节 概说
二、排放物的生成机理及危害
1、HC
HC的生成取决于发动机的设计和运行因素。发动机运行中,混 合起过浓或过稀,燃烧组织不良,窜机油或温度过低都会产生HC。 柴油机排出的未燃烧的燃料,分解的燃料分子和少量的氧化反应的 中间产物。
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第九章 发动机排气的净化
第二节 汽油机排气的பைடு நூலகம்化
1、采用进气温度自动调节式空气滤清器
基本原理:采用进气温度自动调节式空气滤清器, 以保证在外界气温变化很大的情况下,使进气温度大致 保持在40℃左右,从而得到较稀的混合气。
结构原理:如图6-1。
工作过程:当外界流入空气滤清器4的空气温度低 于某一规定值时(图6-2a),在双金属片式(或腊球伸 缩筒式)温度传感器5的作用下,真空阀3开启,化油器 节气门2后方的真空度便经软管9传入真空室6。在真空 度作用下,膜片7和连杆上移,使进气控制阀8将冷空气 进口A关闭,同时将热空气进口B打开,让经过排气管预 热的空气进入空气滤清器。当外界空气温度高于某一规 定值时(图6-2b),温度传感器便将真空阀关闭,切断 化油器与真空室之间的真空通道。在膜片弹簧作用下, B口关闭而A口开启。
第九章 发动机排气的净化
3 、采用废气再循环装置
基本原理是:将5%~20%的废气再引 入进气管,与新鲜混合气一道进入燃烧室, 使最高燃烧温度降低,从而减少NOx生成 量。
结构原理:如图6-3。 工作过程:化油器喉管产生的真空度 由管道传到真空气室8,在节气门开度、 增大或发动机转速上升时,真空度也不断 增高。当真空度达到0.01MPa左右时,即 可克服回位弹簧7的预紧力而使膜片6连同 阀杆1上移,锥形的 阀门5便逐渐开启,使 废气得以从排气管进入进气管。当真空度 达到0.013~0.026MPa时,膜片上升到最高 位置,阀门全开。因此,这种阀能相应与 发动机运转条件而改变废气的再循环量。 怠速时,由于化油器的喉管真空度很低, 阀门关闭,不进行废气再循环。
配气相位特别是气门重叠时间对NOx,HC排放量的影 响很大。试验表明:气门重叠时间长时,因排气彻底,进 气充足,气缸内温度低,NOx排放量将减少,而HC的增加 量并不多;当气门重叠时间短时,HC将减少,而NOx却增 加较多。
第九章 发动机排气的净化
第二节 汽油机排气的净化
2、从点火时刻方面改善
延迟点火时刻,可减低燃烧最高温度,因而NOx的排 放量减少;同时,由于燃烧持续时间较长,促进氧化作用, 使HC减少。故这种方法已普遍用于各种低公害汽车上。 采用延迟点火法的前提是必须装有进气预热(否则在发动 机冷态时采用延迟点火法,有害气体的排放量反而增多)。 若同时还采用空气喷射装置-热反应器和废气再循环阀等, 则净化效果更佳。但是延迟点火会引起功率下降和过热等 问题。为此,可采用双膜片真空式点火提前调节装置。其 作用是在怠速和减速时减小点火提前角,以减少CO、HC 的生成量;中、高速时则加大点火提前角,以保证功率; 发动机过热时,将点火提前角加到最大值,使转速上升, 加强冷却作用直至恢复到正常温度为止。
第九章 发动机排气的净化
第一节 概说 第二节 汽油机排气的净化 第三节 柴油机排气的净化
第九章 发动机排气的净化
第一节 概说
第一节 概说
一、汽车排污的来源有三
1、从排气管排出的废气,主要成分是CO(一氧化碳), HC(碳氢化合物),NOx(氮氢化合物),其它还有SO2 ( 二氧化硫),铅化合物,炭烟等;
比普通汽油机要快,最高压力值出现于上止点附近,
故热效率较高。由于扰流发生罐内存在较多的废气。
使着火时刻延迟。又因主燃烧室内为稀混合气,因 此,NOx的生成量显著降低。另外,扰流发生罐2喷出 的火焰气流使主燃烧室6内的新鲜混合气产生强烈的 扰动,致使稀混合气燃烧完全,HC和CO的排污的目 的。
第九章 发动机排气的净化
第二节 汽油机排气的净化
第九章 发动机排气的净化
第二节 汽油机排气的净化
4、采用电子控制的汽油喷射装置
采用电子控制的汽油喷射装置也是机内净化的有 效措施之一。当初,采用这种装置的目的是为了增大 发动机功率(比化油器式增大10%)和降低油耗(约 低10%)。但只要稍微牺牲一些这方面的性能,使之 主要用作排气净化装置,便可得到很好的效果,例如: 冷机起动比较容易;怠速时可供给稀混合气;在汽车 减速而节气门关闭时可迅速而准确地切断燃油的供给, 以防止CO、HC生成量增多等等。现在,这种汽油装 置已成为欧洲汽油车的主要排气净化装置之一。
方面有其一定的优越性,而且就减少排污公害的角度看来,
也很有发展前景。但是,由于在另外一些重要性能指标方
面尚存在着严重缺陷,这些新型动力源目前在汽车上都还
没有得到推广,有的甚至还不能付诸推广,有的甚至还不 能付诸实用。
第九章 发动机排气的净化
第一节 概说
2、现有的汽车发动机的排气进行净化
发动机排气净化的方式可分为两大类: (1)机内净化——改善可燃混合气的品质和燃烧
状况,抑制有害气体的产生,使排气中的有害气体成 分减至最少;
(2)机外净化——用设置在发动机外部的附加装 置使排出的废气净化后在排入大气。
第九章 发动机排气的净化 化
第二节 汽油机排气的净
第二节:汽油机排气的净化
一、机内净化措施 (一)改善可燃混合气品质
1、采用进气温度自动调节式空气滤清器 2、装设叶片式旋转器 3 、采用废气再循环装置 4、 采用电子控制的汽油喷射装置
第九章 发动机排气的净化
第二节 汽油机排气的净化
3、从燃烧方式方面改善
层状燃烧可使发动机在过稀混合气的情况下工
作。这种新的燃烧方式被认为是一种比较理想的净化 方法,国外很多厂家都在积极研制。下面以日本本田 技研工业公司研制成功的复合涡流控制燃烧 式 (CVCC)发动机为例,说明其原理与特点。
基本原理:图6-4示出了排污浓度与空燃比的关系 由图可知,在稀混合气范围内,一般发动机因缺火无 法运转,而复合涡流控制燃烧式发动机却能使稀混合 气进行缓慢燃烧。因此,具有显著的净化效果。
若外界空气温度在上述两规定值之间,则真空阀部 分开启,真空室膜片保持在某一平衡位置,从而 进气控 制阀使A、B两口均保持适当开度(图6-2c)。这样,便 可使进气温度保持在相对稳定的范围内。
当节气门全开时,节气门下方真空度很低,即使真 空阀全开,进气控制阀仍处于B口关闭、A口开启的位置 (图6-2d)。这可以保证发动机在全负荷运转期间进气 温度不致过高。
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