汽油发动机机内排放控制技术的应用

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汽油发动机机内排放控制技术的应用

天津市财贸管理干部学院学报

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ＦＩＮＡＮＣＩＡＬＡＮＤＣＯＭＭＥＲＣＩＡＬＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ第十一卷２００９年第３期

汽油发动机机内排放控制技术的应用

于晓喜

天津变通职业学院．天津３００１１０

【摘要】随着汽车工业的迅速发展，汽车保有量急剧增加，汽车排放对大气的污染已成为世界公害，直接危害着

人类的健康。并破坏着自然界的生态平衡，已引起了各个国家的高度重视。汽车排放污染，不仅是一个环境保护问

题，而且本身也造成能源浪费。汽车排气中的ＣＯ、ＨＣ对大气产生很大的污染。因此现代汽车采用排放控制技术对汽车尾气排放的控制起着重要作用。

【关键词】汽车；排放；控制

【中图分类号】ＴＫ４１１＋．５【文献标识码】Ａ【文章编号】１００８—９０５５（２００９）０３－００９３－０２

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汽油车排出的污染物主要来源于三个方面：排气、曲轴箱窜气及油箱蒸发的燃油蒸气，如图ｌ所示。采用曲轴箱强制通风系统可以解决曲轴箱气所带来的污染物，油箱蒸发污染物可以采用燃油蒸发控制系统加以解决，但排气污染物因涉及因素较多．控制起来最为困难。人们在发动机设计、排气后处理等方面进行了大量的研究．同时开发了许多净化装置。使汽油车的排气污染物得到了有效的控制。

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圈１汽油机排放的主要来源

减小汽油机排气污染物的有效途径可分为两大类。其一

是机内净化．即通过对汽油机的调整和改进，控制燃烧过程，

减少污染物在机内的生成，从而降低汽油机的尾气排放。其二是机外净化措施．即将燃烧过程产生的污染物用安装在排

［收稿日期］２００９—０３－２０

气系统的净化装置进行后处理，使已生成的污染物在净化装置中减少或消失，以达到降低尾气排放的目的。其中机内净化措施对汽车的排放控制汽车至关重要的作用。

机内净化技术改变了发动机设计。可使排放中的Ｃ０降低６７．６％．ＨＣ下降７１．２％，ＮＯＸ下降２．８％。机内净化主要是通过改进进气系统、燃烧室、供油系统，采用电控喷嘴，曲轴箱气返同（ＰＶＣ），废气再循环（ＥＧＲ）和闭环燃烧控制等一系列配套措施来实现。

一、采用电控发动机。发动机电子控制系统是根据相应传感器的信号由汽车电脑精确的控制喷油和点火，使发动机处于最佳状态下工作。不仅使汽车的动力性得到了提高。从而也大大提高了汽车的排放性。

二、曲轴箱强制通风系统的设计。把从汽缸窜人曲轴箱的汽油与空气的混合气通过该系统再循环进入进气歧管，使其再次燃烧，改变了过去将其直接排人大气所造成的污染。

三、废气再循环系统的设计。发动机排气口用控制阀与进气歧管相连接．使排出的气体经过再次循环，将部分的废气引入进气歧管．和新鲜的混合气一起进入汽缸，降低了燃烧室的最高温度。从而降低氮氧化物的排放量。利用废气再循环降低ＮＯＸ的排放，需要与电子控制结合．根据柴油机负荷、转速、冷却水温度传感器及启动开关信号。由ＥＣＵ对废

［作者简介］于晓喜（１９８卜），男，汉族，天津市人。天津交通职业学院助教。研究方向：汽车检测与维修。

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天津市财贸管理干部学院学报

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气再循环率随机进行控制，保证在对柴油机性能影响不大的条件下，降低ＮＯＸ的排放。

四、蒸发排放控制系统的设计。燃油箱中的燃油随时都在蒸发汽化，当发动机停机时．燃油蒸汽将逸人大气，造成对环境的污染，蒸发排放控制系统就是将燃油箱中的燃油蒸气收集和储存在炭罐内．在发动机工作时再将其送人汽缸烧掉。可大大减少污染物的排放。

五、其它机内净化方法。鉴于混合气形成与燃烧的控制、进行情况与排放中有害气体的生成有着直接的联系，对那些混合气形成与燃烧影响大的因素进行最佳的调节与控制，也是一种机内净化的有效方法。其中包括对燃烧温度、燃烧时间、进气温度等随工况变化进行最佳调节与控制。

１．进气加热系统

汽油机在低温下起动或运转时．进气温度低．燃油蒸发雾化不良。这时发动机要能顺利起动或运转，不得不供给较浓的混合气，造成燃油经济性和排放性能变差，因此必须采取进气加热措施。利用发动机排气或冷却水的热量加热进气。可以改善低温时的混合气质量，降低ＣＯ和ＨＣ排放。

（１）进气歧管的加热。热水加热式进气歧管，冷却水加温方法是在进气管下部或周围设置水套，将冷却水通入水套中对进气管进行加热，以促进燃料的汽化。

（２）排气加热式进气歧管，汽油机的进排气歧管通常都布置在发动机的同一侧。可以方便地利用排气热量加热进气。其方法是让排气从进气歧管底部流过，其间用一块薄钢板相隔，排气热量即可以经过薄钢板传入进气管将混合气加热，见图２所示。为了不使发动机热车后进气温度过高，造成容积效率下降，在排气管中设置一个热控制阀，热控制阀由节温弹簧控制。发动机温度低时．节温弹簧力强，使热控制闽关闭，强迫排气流经薄钢板底部排出．以加热新鲜混合气。发动机热车后。节温弹赞膨胀，热控制阀打开，排气直接排出，停止加热。

圈２排气加热式进气歧管

２．可变气门正时机构的应用

汽车发动机要适应负荷和转速变化的运行条件。气门正时对充气系数、热效率和机械效率都有影响。可变气门正时的主要作用是在宽广的运行条件下改善充气系数、提高标定功率、怠速稳定性以及降低排放，从而使发动机动力性和燃油经济性得到协调统一。

进气门和排气门对发动机充气交换过程的控制。其特性参数主要是３个：气门开启相位、气门开启持续角度（指气门保持升起持续的曲轴转速）和气门升程。这３个特性参数对发动机的性能、油耗和排放有重要影响。通常将气门开启相位和气门开启持续角度统称为气门正时。随着发动机负荷和

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方数据转速的改变，这３个特性参数（特别是进气门开启相位和开启持续角度）应对应不同的优化要求。

进气门开启相位提前，一方面为进气过程提供了较多的时间，有利于解决高转速时进气时间不足的问题；另一方面。气门重叠角增大．有更多的废气进入进气管，随后又同新鲜充量一起返回气缸，造成了较高的内部排气再循环率。可降低油耗及ＮＯｘ排放。

进气门关闭相位推迟。一方面在高转速时有利于利用高速气流的惯性提高体积效率；另一方面在低转速时又会将已经吸入汽缸的新鲜充量又推回到进气管中。

气门升程增大。一方面在高负荷时有利于提高容积效率；另一方面在低负荷时又不得不将节气门关得更小，造成更大的泵气损失和节流损失。

可见．出于不同的考虑，对气门特性参数提出了不同要求。为了提高标定功率，要提早开启、推迟关闭进气门，并提高进气门升程；为了提高低速转矩，要提早关闭进气门；为了改善起动性能并提高怠速稳定性，则要推迟开启进气门，减小气门叠开。进气门特性参数对发动机的影响比排气门特性参数大：进气门关闭相位的影响比开启相位大。

在传统的发动机中。由于这３个特性参数在运行过程中不能改变．所以只能根据对性能要求的不同侧重面进行折衷，这样就不能满足在所有工况下的最佳需求。造成了混合气不能得到精确控制以对燃烧排放的影响。过去往往将气门正时设计成对高速全负荷工况最为有利，以便求得最大的标定功率。近年因为更注霞油耗和排放，所以将气门正时的优化策略改成对低速工况更为有利。但是，同定的气门正时终究只能设计成对某一个转速或狭小的转速范围有利．低于这个转速或转速范围则要求进气门推迟开启、提早关闭：反之，则要求进气门提早开启、推迟关闭。可变气门操纵（Ｖａｒｉａｂｌｅ

Ｖａｌｖｅ

Ａｃｔｕａｔｉｏｎ滞写为ＶＶＡ）便是针对这种情况设计的气门

特性参数可变的进、排气系统，用以实现对各种工况优化，从而达到燃料热能转变为机械能的效率，最终能够实现机械效率的提高，同时也大大降低了尾气有害气体的排放。

其实在大力推行汽车节能技术方面，燃油节能添加剂、润滑油摩擦改进剂、高能电子点火装置、发动机高压缩比、废气涡轮增压技术、发动机冷却风扇新型驱动装置、混合动力传动系统、子午线轮胎、汽车传动系传动比的优化、降低空气阻力技术、闭缸节油技术与分层燃烧发动机等节能技术和产品都有明显的尾气净化效果。随着汽车排放控制的要求越来越高，在汽车上所应用的控制技术也将会越来越多。

参考文献：

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责任编辑：张媛媛陈岩

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