文档介绍：车用汽油机机内净化
车用汽油机机内净化2010-05-31 08:52第4章车用汽油机机内净化
本章主要内容:介绍了汽油机机内净化技术,包括汽油喷射电控系统及其对排放的影响、典型低排放燃烧系统及其对排放的影响、废气再循环系统的工作原理及其对发动机性能的影响以及其它机内净化技术。
所谓机内净化就是从有害排放物的生成机理及影响因素出发,以改进发动机燃烧过程为核心,达到减少和抑制污染物生成的各种技术。简单说就是降低污染物生成量的技术,如改进发动机的燃烧室结构、改进点火系统、改进进气系统、采用电控汽油喷射、采用废气再循环技术等。机内净化被公认为是治理车用汽油机排气污染的治本措施。
图4-1汽油机的燃烧过程
Ⅰ-着火延迟期Ⅱ-明显燃烧期Ⅲ-补燃期
1-火花塞跳火;2-形成火焰中心;3-最高压力点/(°)按燃烧过程的物理-化学状态,将燃烧过程分为三个阶段:着火延迟期、明显燃烧期和补燃期。汽油机燃烧过程的展开示功图如图4-1所示。汽油和空气按一定的比例组成的混合气,进入气缸后被压缩受热。火花塞跳火放电时,两极电压在15000V以上,电火花能量40~80mJ,局部温度达2000℃,致使电极周围的预混合气热反应加速,当反应生成的热积累使反应区温度急剧升高而使火花塞电极附近的混合气着火时,即形成火焰中心。从电火花跳火到形成火焰中心阶段称为着火延迟期,如图4-1中的1~2点。这是燃烧的第I阶段。
燃烧第Ⅱ阶段是指火焰由火焰中心传播至整个燃烧室,约90%的燃料被烧掉。如图4-1中的2~3点,被称为明显燃烧期。在均质预混合气中,火焰核心形成后,即以此为中心,由极薄的火焰层(即火焰前锋)开始向四周未燃混合气传播,直到火焰前锋扫过整个燃烧室。这一期间的燃烧是急剧的,燃烧室的温度和压力急剧上升,通常将缸内压力达到最大值时作为急燃期的终点。在此阶段中压力升高率和最高燃烧压力到达时刻是两个重要指标,会对发动机动力性、经济性和排放产生重大影响。
从到达最高燃烧压力点3至燃料基本完全烧完为止称为补燃期,即燃烧的第Ⅲ阶段。此时混合气燃烧速度已开始降低,加上活塞向下止点运动,缸内压力开始下降。由于90%左右的燃烧放热已完成,因而继续燃烧的是火焰前锋面扫过后未完全燃烧的燃料以及壁面及其附近的未燃混合气。
汽油发动机的理想燃烧是指混合气完全燃烧,汽车的排放物应为二氧化碳(CO2)、氮(N2)和水(H2O)。但汽油发动机在实际工作过程中,混合气燃烧往往是不完全的,燃烧生成物除了以上三种之外,还有炭氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NOX)、铅化物以及二氧化硫等,这几种排放物会对大气环境造成污染、对人体造成危害。
(1)大力推广汽油喷射电控系统。电控汽油喷射是取代传统化油器供油方式的新技术。我国目前生产的轿车用汽油机都采用汽油喷射电控系统。它利用各种传感器检测发动机的信息反馈,经微机的判断、计算,使发动机在不同工况下均能获得合适空然比的混合气,从而有效地改善燃油经济性和排气净化性能。
(2)改善点火系统。采用新的电控点火系统和无触点点火系统,提高点火能量和点火可靠性,对点火正时实行最佳调节,以改善燃烧过程,降低有害排放物的含量。
(3)积极开发分层充气及均质稀燃的新型燃烧系统。目前,美、日、德等国已开发出了不少新型燃烧系统,其净化性能及中、小负荷时的经济性均较好。
(4)选用结构紧凑和面容比较小的燃烧室,缩短燃烧室狭缝长度,适当提高燃烧室壁温,以削弱缝隙和壁面对火焰传播的阻挡与淬熄作用,可以降低HC、CO的排放量。采用4气门或5气门结构,组织进气涡流、滚流或挤流,并兼用电控配气定时、可变进气流通截面等可变技术,可以有效地改善发动机的动力性、经济性和排气净化性能。
(5)采用废气再循环控制。废气再循环是目前控制车用发动机NOX排放的常用和有效措施。
内燃机的使用工况与排放性能密切相关。作为车用发动机,应选择有害排放物较低,而动力、经济性又较好的工况为常用工况。因此,在汽车中就需要使用电子控制系统,它可根据驾驶员对车速的要求及路面状况的变化,对发动机转速和负荷进行优化控制。
无论化油器系统还是汽油喷射系统都有一个共同的设计目标,就是在任何工况下都应向发动机提供最佳的燃油混合气。汽油喷射系统尤其是电子控制的喷射系统,它利用各种传感器检测发动机的各种状态,经微机判断、计算,使发动机在不同的工况下均能获得合适空燃比的混合气,在燃油经济性、动力性、舒适性和操纵性方面更胜一筹。随着排放法规的日趋严格,电控汽油喷射系统正得到越来越广泛的应用。
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