内燃机污染物的生成与控制概述

第七章第七章 内燃机污染物的生成与控内燃机污染物的生成与控制制vv第一节第一节 概述概述vv第二节第二节 污染物的生成机理污染物的生成机理vv第三节第三节 内燃机的排放特性内燃机的排放特性vv第四节第四节 内燃机的排放控制内燃机的排放控制vv第五节第五节 排气后处理排气后处理vv第六节第六节 低排放燃料低排放燃料vv第七节第七节 排放测量和排放法规排放测量和排放法规第一节第一节 概概 述述v内燃机用碳氢化合物燃料在燃烧室内完全燃烧时，将只产生CO2和H2O，没有其他有害产物。不过，高速内燃机燃烧过程占有的时间极短，可燃混合气不是完全均匀，燃料的氧化反应不可能完全。排气中会出现不完全燃烧产物，例如CO和未完全燃烧甚至完全未燃烧的碳氢化合物HC。v在点燃式内燃机点燃式内燃机中，在某些工况（例如全负荷运转时），为了获得最大功率而不得不用浓混合气，导致CO排放大大增加；为了提高冷起动的可靠性，也得加浓混合气。内燃机最高燃烧温度达2000以上，又使空气中的氮在高温下氧化生成各种氮的氧化物。vv压燃式内燃机压燃式内燃机中，由于可燃混合气是在燃烧前和燃烧中的极短时间内形成的，混合不均匀程度比较严重，在高温高压环境下缺氧的燃油会发生裂解、脱氢，最后生成碳烟粒子。这些碳烟粒子又吸附了各种各样的未燃烧或不完全燃烧的重质碳氢化合物，称为排气微粒。v燃油中含有的硫使内燃机排放构成酸雨因素之一的SOSO2 2和和SOSO3 3，用含铅汽油的汽油机会排出对神经系统有严重毒性的铅化物铅化物。排气污染物的危害v（1）一氧化碳COv（2）碳氢化合物HCv（3）氮氧化物v（4）微 粒（1）一氧化碳COvCO是种无色无味的气体，它和血液中输送氧的载体血红蛋白的亲和力是氧的240倍。CO与血红蛋白结合生成碳基血红蛋白，就剥夺了血红蛋白对人体组织的供氧能力。空气中CO的体积分数超过01时就会导致人体中毒；超过03时，则可在30min内使人致命。（2）碳氢化合物HC HC包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解和部分氧化产物。如烷烃、烯烃、芳香烃、醛、酮、酸等数百种成分。v烷烃基本上无味，对人体健康不产生直接影响。v烯烃略带甜味，有麻醉作用，对粘膜有刺激，经代谢转化会变成对基因有毒的氧化衍生物。烯烃是与氮氧化物一起在太阳光的紫外线作用下形成有毒的“光化烟雾”的罪魁祸首之一。v芳香烃对血液和神经系统有害，特别是多环芳香烃（PAH）及其衍生物有致癌作用。v醛类是刺激性物质，对眼、呼吸道、血液有毒害。（3）氮氧化物 内燃机排放的氮氧化物绝大部分是一氧化氮NO，少量是二氧化氮NO2。般用NOx表示。vNO是无色气体，本身毒性不大，但在大气中缓慢氧化成NO2。vNO2呈褐色，具有强烈的刺激味。对肺和心肌有很强的毒害作用。NOx是在地面附近形成光化烟雾的主要因素之一。（4）微粒vv排气中的微粒排气中的微粒是指经空气稀释、温度降到52后用涂有聚四氖乙烯的玻璃纤维滤纸收集的除水以外的物质。柴油机排出的微粒大多小于0.3m，其主要成分是碳及其吸附的有机物质。吸附物中有多种PAH，具有不同程度的致癌作用。污染物的评定指标污染物的评定指标v（1）排放物体积分数和质量浓度 单位排气体积中排放污染物的体积，称为排放物的体积分数，通常以和和和和1010-6-6（百万分比）（百万分比）（百万分比）（百万分比）表示，质量浓度常用mgm3等计量。v（2）质量排放量 在环境保护实践中，要求对污染物进行总量控制。因此，作为污染源的内燃机或装内燃机的车辆，要确定运转单位时间、按某标准进行一次测试或车辆按规定的工况组合行驶后折算到单位里程的污染物排放置。质量排放量用g/h、g g测试或测试或测试或测试或g/kmg/km等单位表示。v（3）比排放量比排放量比排放量比排放量 内燃机每作单位功所排放的污染物质量，用g g（kWhkWh）作单位表示，当然可以更客观地评价内燃机的排放性能。这个指标与燃油消耗率类似，也可以称为污染物排放率。第二节第二节 污染物的生成机理污染物的生成机理和主要影响因素和主要影响因素 v一、一氮化碳一、一氮化碳v二、未燃碳氢化合物v三、氮氧化物v四、微粒一、一氮化碳vCO是碳氢化合物燃料在燃烧过程中生成的是碳氢化合物燃料在燃烧过程中生成的重要的中间产物。重要的中间产物。v控制控制CO排放量的主要因素是可燃混合气的排放量的主要因素是可燃混合气的过量空气系数过量空气系数a(图图71)。在浓混合气中，。在浓混合气中，（a1），），CO体积分数体积分数co随随a的减小的减小不断增加；在稀混合气中不断增加；在稀混合气中(a1)，co很低，只是在很低，只是在a1.01.1之间，之间，CO随随a略微变化。略微变化。点燃式内燃机部分负荷运转时，混合气的a接近1，CO排放量不高。但多缸机如各缸a不同仍会有的气缸a1，增加CO排放量。全负荷运转特别是冷起动时，混合气是浓的，a可小到0.8甚至更低，CO排放量很大。发动机加速时如果加浓过多，或者减速时不断油，即在瞬态运转工况下供油量控制不精确，会导致CO排放量剧增。v柴油机总是在稀混合气下运转(指平均过量空气系数大于1)，CO排放量要比点燃机低得多，只有在负荷很大接近冒烟界限时才急剧增加(图72)。二、未燃碳氢化合物v点燃式内燃机未燃HC的生成与排放有三个渠道：1)在气缸内的燃烧过程燃烧过程燃烧过程燃烧过程中生成并随排气排出。在二冲程汽油机中，由于用汽油空气混合气对气缸扫气，部分混合气通过气缸直接进入排气，导致未燃HC排放量比四冲程汽油机大好几倍。增压四冲程汽油机的HC排放量中有一部分也来源于气门叠开时的扫气。2)从燃烧室通过活塞与气缸之间的各间隙漏人曲轴箱的窜气，含有大量HC，如果排入大气也构成HC排放物(称为曲轴箱排放物曲轴箱排放物曲轴箱排放物曲轴箱排放物)。3)从发动机和汽车的燃油系统，即汽油箱、化油器等处蒸发的汽油蒸气，如果排入大气同样构成HC排放物(称为蒸发排放物蒸发排放物蒸发排放物蒸发排放物)。v 柴油机排故的未燃HC则完全由燃烧过程燃烧过程燃烧过程燃烧过程产生。(一)点燃式内燃机汽油与空气的均匀混合气在过量空气系数a=1时燃烧时，根据化学反应动力学，基本上不产生未燃HC，但实际发动机中不是这样(图73)。即使a=1，HC也有相当大的数值，并随a的减小而迅速增加。当混合气过稀，由于燃烧恶化，甚至有些循环缺火会使HC急剧增加，只有采取特殊措施(如组织快燃)才可能缓和这种趋势。HC生成机理v1冷激效应 燃烧室壁面对火焰的迅速冷却(称为冷激或淬冷)使火焰中产生的活性自由基复合，燃烧链反应中断，使化学反应缓慢或停止。狭隙效应是冷激效应的主要表现。汽油机燃烧室中各种狭窄的缝隙v2油膜和沉积物吸附v3容积淬熄 在冷起动和暖机工况下，因发动机温度较低致使燃油雾化、蒸发和混合气形成变差。从而导致燃烧变慢或不稳定，有可能使火焰在到达壁面前因膨胀使缸内气体温度和压力下降造成可燃混合气大容积淬熄，使HC排放激增。v4碳氢化合物的后期氧化 错过发动机主要燃烧过程的碳氢化合物，会重新扩散到高温的已燃气体主流中，很快被氧化，至少是部分被氧化。所以，排放的HC是未燃的燃油及其部分氧化产物的混合物。前者大约要占 40左右。(二)柴油机v由于柴油机的工作原理是喷油压燃，燃油停留在燃烧室中的时间比汽油机短很多因而受壁面冷激效应、狭隙效应、油膜吸附、沉积物吸附作用很小。这是柴油机HC排放较低的原因。v 柴油机燃烧室中由喷油器喷入的柴油与空气形成的混合气可能太稀或太浓，使柴油不能自燃，或火焰不能传播。v如在喷油初期的滞燃期内，可能因为油气混合太快使混合气过稀，造成未燃HC。v在喷油后期的高温燃气气氛中，可能因为油气混合不足使混合气过浓，或者由于燃烧淬熄产生不完全燃烧产物随排气排出，但这时较重的HC多被碳烟微粒吸附，构成微粒的一部分。v柴油机未燃HC的排放主要来自柴油喷注的外缘混合过度造成的过稀混合气地区，结果造成柴油机怠速或小负荷运转时的HC排放高于全负荷工况。v喷油器的残油腔容积对HC排放的影响：残油腔容积中的柴油大概有15左右以未燃HC的形式排出。v与点燃式内燃机一样，火焰在壁面上淬熄也是柴油机HC排放的一个来源，它取决于柴油喷注与燃烧室壁面的碰撞情况。采用油膜蒸发混合的柴油机，尽管在特定工况下有较好的性能，但在冷起动时，大且未燃HC以微粒状排出，排气冒“白烟”，因此已基本被淘汰。三、氮氧化物nextv内燃机排故的氯氧化物NOx主要是一氧化氮NO。NO的主要来源是参与燃烧的串气中的氮。汽油和轻柴油本身含氮很少，不足以产生显著的NOx排放。从大气氮生成NO的化学机理是泽耳多维奇(Zeldovitch)机理。在化学当量混合比(a1)附近，导致生成和消失NO的主要反应为：vO2 2O v N2+O NO+NvO2+N NO+OvOH+N NO+O(一)点燃式内燃机v控制点燃式内燃机NO排放量的主要因素是空燃比、缸内未燃混合气中已燃气的分量以及点火定时。v 1空燃比的影响vv2 2 2 2已燃气体量的影响已燃气体量的影响已燃气体量的影响已燃气体量的影响 点燃式内燃机燃烧前，燃烧室中的混合气由空气、已蒸发点燃式内燃机燃烧前，燃烧室中的混合气由空气、已蒸发点燃式内燃机燃烧前，燃烧室中的混合气由空气、已蒸发点燃式内燃机燃烧前，燃烧室中的混合气由空气、已蒸发的燃油蒸气和已燃气组成。后者是前一循环留下的残余废气，的燃油蒸气和已燃气组成。后者是前一循环留下的残余废气，的燃油蒸气和已燃气组成。后者是前一循环留下的残余废气，的燃油蒸气和已燃气组成。后者是前一循环留下的残余废气，或加上采用排气再循环或加上采用排气再循环或加上采用排气再循环或加上采用排气再循环(Exhaust Gas Recalculation(Exhaust Gas Recalculation(Exhaust Gas Recalculation(Exhaust Gas Recalculation简称简称简称简称EGR)EGR)EGR)EGR)时回流的废气。时回流的废气。时回流的废气。时回流的废气。引人进气管的废气可大大增加新鲜混合气中的已燃气比引人进气管的废气可大大增加新鲜混合气中的已燃气比引人进气管的废气可大大增加新鲜混合气中的已燃气比引人进气管的废气可大大增加新鲜混合气中的已燃气比例。当已燃气比例增大时，一方面减少可燃气的发热量，另例。当已燃气比例增大时，一方面减少可燃气的发热量，另例。当已燃气比例增大时，一方面减少可燃气的发热量，另例。当已燃气比例增大时，一方面减少可燃气的发热量，另一方面增大了混合气的热容，均使最高燃烧温度下降，从而一方面增大了混合气的热容，均使最高燃烧温度下降，从而一方面增大了混合气的热容，均使最高燃烧温度下降，从而一方面增大了混合气的热容，均使最高燃烧温度下降，从而使使使使NO2NO2NO2NO2排放下降。排放下降。排放下降。排放下降。图图图图74747474表示三种空燃比表示三种空燃比表示三种空燃比表示三种空燃比下再循环废气量下再循环废气量下再循环废气量下再循环废气量与气缸总充量的质量比率（与气缸总充量的质量比率（与气缸总充量的质量比率（与气缸总充量的质量比率（EGREGREGREGR率）对排气中率）对排气中率）对排气中率）对排气中NONONONO体积分数体积分数体积分数体积分数NONONONO的影响。的影响。的影响。的影响。图图图图75757575表示发动机负荷和表示发动机负荷和表示发动机负荷和表示发动机负荷和EGREGREGREGR率对率对率对率对NOxNOxNOxNOx排放的影排放的影排放的影排放的影响。可见，当响。可见，当响。可见，当响。可见，当EGREGREGREGR率达到发动机部分负荷下的最大允许值率达到发动机部分负荷下的最大允许值率达到发动机部分负荷下的最大允许值率达到发动机部分负荷下的最大允许值15151515一一一一20202020时，时，时，时，NOxNOxNOxNOx排放显著下降。不过，过分稀释新鲜可燃排放显著下降。不过，过分稀释新鲜可燃排放显著下降。不过，过分稀释新鲜可燃排放显著下降。不过，过分稀释新鲜可燃气使燃烧恶化，导致缓慢燃烧、不完全燃烧甚至缺火气使燃烧恶化，导致缓慢燃烧、不完全燃烧甚至缺火气使燃烧恶化，导致缓慢燃烧、不完全燃烧甚至缺火气使燃烧恶化，导致缓慢燃烧、不完全燃烧甚至缺火(图图图图77776 6 6 6)、循环变动增加和、循环变动增加和、循环变动增加和、循环变动增加和HCHCHCHC排放增加。为了保证油耗低，应在过排放增加。为了保证油耗低，应在过排放增加。为了保证油耗低，应在过排放增加。为了保证油耗低，应在过量空气系数量空气系数量空气系数量空气系数a1a1a1a1的条件下用燃烧品质允许的最大的条件下用燃烧品质允许的最大的条件下用燃烧品质允许的最大的条件下用燃烧品质允许的最大EGREGREGREGR率获率获率获率获得尽可能低的得尽可能低的得尽可能低的得尽可能低的NOxNOxNOxNOx排放。排放。排放。排放。返回返回v3点火定时的影响 点火定时强烈影响点燃式内燃机的NOx排放量。推迟点火、降低最高燃烧温度并缩短己燃气停留在高温下的时间，可减少NOx排放。图77表示不同空燃比下的NO随点火提前角的变化情况。试验表明，在常用转速和负荷工况下，减小点火提前角(ig)1(CA)，可以在输出功率不变的条件下削减NOx排放量2一3。用欧洲测试排放的标准循环测试时，ig每变动1(CA)，NOx变化03g测试。推迟点火、提高排气温度，也有利于HC的后氧化，但有损发动机的燃油消耗率和比功率。(二)柴油机v与点燃式内燃机的情况样，柴油机气缸内达到的最高燃烧温度也控制NOx生成在燃烧过程中。最先燃烧的混合气比例(预混合燃烧比例)对NOx的生成有很大影响。v 研究表明，柴油机几乎所有NOx都是在燃烧开始后20(CA)内生成的。喷油较迟时NO较低，因为最高燃烧温度较低。推迟喷油是降低柴油机NOx排放的简便有效的办法，但代价是燃油消耗率有所提高，排气烟度增大。v 与点燃式内燃机一样，燃烧的稀释剂(例如再循环的废气)也能降低柴油机已燃气体的温度。从而减小NO的排放量。四、微粒 v点燃式内燃机中，含铅汽油的铅和汽油中硫造成的硫酸盐，是排气微粒的主要成分。用含铅015g/L的汽油时，排放微粒100150mgkm，其中一半左右是铅。如果用无铅汽油，加上汽油含硫量一般都很低，可以认为点燃式内燃机基本上不排放微粒。v柴油机的微粒排放量要比汽油机大几十倍。这种微粒由在燃烧时生成的含碳粒子(碳烟)及其表面上吸附的多种有机物组成，后者称为有机可溶成分(SOF-Soluble Organic Fraction)碳烟生成的条件是高温和缺氧。由于柴油机混合气极不均匀，尽管总体是富氧燃烧，但局部的缺氧还是导致碳烟的生成。一般认为碳烟形成的过程如下：燃油中烃分子在高温缺氧的条件下发生部分氧化和热裂解，生成各种不饱和烃类，如乙烯、乙烯及其较高的同系物和多环芳香烃。它们不断脱氢、聚合成以碳为主的直径2nm左右的碳烟核心。气相的烃和其他物质在这个碳烟核心表面的凝聚，以及碳烟核心互相碰撞发生凝聚，使碳烟核心增大，成为直径2030nm的碳烟基元。最后，碳烟基元经过聚集作用堆积成直径1m以下的球团状或链状的聚集物。v图78表示一些碳氢化合物如乙烯、丙烷、甲苯等在实验室燃烧器条件下预混合火焰中生成碳烟的温度和过量空气系数条件。组成柴油的各种烃生成碳烟的条件基本上也都在这个范围内。由图可见，碳烟生成数量随a降低而增加。温度对碳烟生成数量的影响，则在1600一1700K之间达到最大值。压力对碳烟生成条件影响很小，但碳烟生成数量随压力提高而增加。v图7-9表示了柴油机碳烟生成的温度和a条件，以及柴油机上止点附近各种a的混合气在燃烧前后的温度。可见，a05的混合气，燃烧以后必定产生碳烟。在图7-9a右上角上也标出了在各种温度和a下燃烧05ms后的NOx。要使燃烧后碳 烟和NOx很少，混合气的a应在0609之间。空气过多则NOx增加，空气过少则碳烟增加v柴油机混合气在预混合燃烧中的状态变化见图79a上的箭头方向。在预混合燃烧中，由于燃油分布不均匀，既生成碳烟，也生成NOx，只有很少部分燃油a=0609，不产生碳烟和NOx。所以，为降低柴油机污染物排故，应缩短滞燃期和控制滞燃期内的喷油量，使尽可能多的混合气的a控制在06一09之间。返回vv扩散燃烧中混合气的状态变化见图扩散燃烧中混合气的状态变化见图扩散燃烧中混合气的状态变化见图扩散燃烧中混合气的状态变化见图7-9b7-9b上的箭头方向。曲线上的箭头方向。曲线上的箭头方向。曲线上的箭头方向。曲线上的数字表示燃油进入气缸时所直接接触的缸内混合气的上的数字表示燃油进入气缸时所直接接触的缸内混合气的上的数字表示燃油进入气缸时所直接接触的缸内混合气的上的数字表示燃油进入气缸时所直接接触的缸内混合气的aa。从图上可以看出，喷入。从图上可以看出，喷入。从图上可以看出，喷入。从图上可以看出，喷入aa4 40 0的混合气区的燃油都的混合气区的燃油都的混合气区的燃油都的混合气区的燃油都会生成碳烟。在温度低于碳烟生成温度的过浓混合气中，将会生成碳烟。在温度低于碳烟生成温度的过浓混合气中，将会生成碳烟。在温度低于碳烟生成温度的过浓混合气中，将会生成碳烟。在温度低于碳烟生成温度的过浓混合气中，将生成不完全燃烧的浓态生成不完全燃烧的浓态生成不完全燃烧的浓态生成不完全燃烧的浓态HCHC。为减少扩散燃烧中生成的碳烟，。为减少扩散燃烧中生成的碳烟，。为减少扩散燃烧中生成的碳烟，。为减少扩散燃烧中生成的碳烟，应避免燃油与高温缺氧的燃气混合。强烈的气流运动及燃油应避免燃油与高温缺氧的燃气混合。强烈的气流运动及燃油应避免燃油与高温缺氧的燃气混合。强烈的气流运动及燃油应避免燃油与高温缺氧的燃气混合。强烈的气流运动及燃油的高压喷射都有助于燃油与空气的混合。喷油结束后，燃气的高压喷射都有助于燃油与空气的混合。喷油结束后，燃气的高压喷射都有助于燃油与空气的混合。喷油结束后，燃气的高压喷射都有助于燃油与空气的混合。喷油结束后，燃气和空气进一步混合，其状态变化如图和空气进一步混合，其状态变化如图和空气进一步混合，其状态变化如图和空气进一步混合，其状态变化如图79b79b上的虚线箭头所上的虚线箭头所上的虚线箭头所上的虚线箭头所示示示示 vv在燃烧过程中，已生成的碳烟也同时被氧化。图在燃烧过程中，已生成的碳烟也同时被氧化。图在燃烧过程中，已生成的碳烟也同时被氧化。图在燃烧过程中，已生成的碳烟也同时被氧化。图79b79b的右的右的右的右上角表示了直径上角表示了直径上角表示了直径上角表示了直径0 004m04m的碳烟粒子在各种温度和的碳烟粒子在各种温度和的碳烟粒子在各种温度和的碳烟粒子在各种温度和aa条件条件条件条件下被完全氧化所需要的时间下被完全氧化所需要的时间下被完全氧化所需要的时间下被完全氧化所需要的时间。可见，这种碳烟在。可见，这种碳烟在。可见，这种碳烟在。可见，这种碳烟在0 04 4一一一一1 10ms0ms之间被氧化的条件与图之间被氧化的条件与图之间被氧化的条件与图之间被氧化的条件与图79a79a右上角表示的大量生成右上角表示的大量生成右上角表示的大量生成右上角表示的大量生成NOxNOx的条件基本相向。可见，加速碳烟氧化的措施，往往同的条件基本相向。可见，加速碳烟氧化的措施，往往同的条件基本相向。可见，加速碳烟氧化的措施，往往同的条件基本相向。可见，加速碳烟氧化的措施，往往同时带来时带来时带来时带来NOxNOx的增加。因此，为了同时降低的增加。因此，为了同时降低的增加。因此，为了同时降低的增加。因此，为了同时降低NOxNOx的排放。控制的排放。控制的排放。控制的排放。控制碳烟排放应着重控制碳烟的生成。碳烟排放应着重控制碳烟的生成。碳烟排放应着重控制碳烟的生成。碳烟排放应着重控制碳烟的生成。第三节 内燃机的排放特性vv一、点燃式内燃机一、点燃式内燃机vv二、柴油机二、柴油机vv三、汽油机与柴油机排放三、汽油机与柴油机排放 及其耐久特性的比较及其耐久特性的比较一、点燃式内燃机v1、稳定运转状态v2、瞬态运转状态1、稳定运转状态在常用的部分负荷区，为了满足三效催化剂的要求在常用的部分负荷区，为了满足三效催化剂的要求(参参见后面第五节见后面第五节)，将，将aa控制在控制在1 10 0左右，所以左右，所以COCO排放较排放较低。在大负荷工况，为了达到较高的转矩，低。在大负荷工况，为了达到较高的转矩，aa1 1，因，因此在这个区域此在这个区域COCO排放高，排放高，NOxNOx排放较低。排放较低。2、瞬态运转状态vv车用内燃机在实际使用中常出现瞬态运转状车用内燃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。转速和态，例如起动、加速、减速等工况。转速和负荷不断变化，零部件的温度以及工作循环负荷不断变化，零部件的温度以及工作循环参数不断变化。所以，这时内燃机排放量与参数不断变化。所以，这时内燃机排放量与稳定工况往往有很大不同。稳定工况往往有很大不同。（1）冷启动v汽油机冷起动时，由于进气系统和气缸温度很低，汽油蒸发不好，较多的汽油沉积在进气管壁上，流速低造成油气混合不好，因此需要增加供油量，以使使汽油机能正常起动。汽油机冷起动时混合气的a1。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上蒸发，没有完全燃烧就被排出气缸，造成HC的大量排放。由于温度低及混合气过浓冷起动时的NO xNO xNO xNO x排放置很低。（2）暖机过程v 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a1的浓混合气，以弥补燃油在气缸壁和进气管壁上的冷凝。这时CO和HC的排放仍然很高，NO x的排放随着温度的提高逐渐增大。（3）加速）加速vv加速工况下，用化油器的汽油机这时往往供给很浓加速工况下，用化油器的汽油机这时往往供给很浓加速工况下，用化油器的汽油机这时往往供给很浓加速工况下，用化油器的汽油机这时往往供给很浓的混合气，造成较高的的混合气，造成较高的的混合气，造成较高的的混合气，造成较高的COCOCOCO和和和和HCHCHCHC排放。汽油喷射的汽排放。汽油喷射的汽排放。汽油喷射的汽排放。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油机不产生过浓的混合气，其排放值与相应的各稳油机不产生过浓的混合气，其排放值与相应的各稳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。图定工况点相似。图定工况点相似。图定工况点相似。图711711711711表示这两种汽油机在加速过表示这两种汽油机在加速过表示这两种汽油机在加速过表示这两种汽油机在加速过程中排气中程中排气中程中排气中程中排气中cocococo的变化历程。的变化历程。的变化历程。的变化历程。（4）减速）减速vv车用汽油机减速工况就车用汽油机减速工况就是节气门关闭处于怠速是节气门关闭处于怠速状态，发动机由汽车反状态，发动机由汽车反拖，在较高转速下空转。拖，在较高转速下空转。化油器式发动机如果没化油器式发动机如果没有特殊措施，将由于进有特殊措施，将由于进气管中突然的高真空状气管中突然的高真空状态，使进气管壁上的液态，使进气管壁上的液态燃油蒸发，形成过浓态燃油蒸发，形成过浓混合气而造成较高的混合气而造成较高的HCHC和和COCO排放排放(图图712)712)。二、柴油机v1、稳定运转状态v2、瞬态运转状态1、稳定运转状态2、瞬态运转状态v柴油机冷起动时，燃油喷注中有部分燃油以液态分布在燃烧室壁上。在燃油自燃之前，喷入缸内的燃油就会以未燃HC形式直接排出气缸。喷入燃油开始燃烧以后，吸附在壁面上的燃油也不能完全燃烧，有一部分在蒸发后被排出。柴油冷起动时排放的高柴油冷起动时排放的高柴油冷起动时排放的高柴油冷起动时排放的高浓度浓度浓度浓度HCHCHCHC表现为白烟表现为白烟表现为白烟表现为白烟。vv加速过程对柴油机工作过程的影响小于汽油机加速过程对柴油机工作过程的影响小于汽油机加速过程对柴油机工作过程的影响小于汽油机加速过程对柴油机工作过程的影响小于汽油机，非增压柴油机的正常加速几乎是各稳定工况点的连续。涡轮增压柴油机突加负荷时，涡轮增压器需要一段时间，才能达到高负荷所对应的增压器转速和增压压力。如果未采取专门措施，增压柴油机常会加速如果未采取专门措施，增压柴油机常会加速如果未采取专门措施，增压柴油机常会加速如果未采取专门措施，增压柴油机常会加速冒黑烟冒黑烟冒黑烟冒黑烟。vv柴油机减速时不喷油或只喷怠速所需的油量，排放柴油机减速时不喷油或只喷怠速所需的油量，排放柴油机减速时不喷油或只喷怠速所需的油量，排放柴油机减速时不喷油或只喷怠速所需的油量，排放问题不大。问题不大。问题不大。问题不大。三、汽油机与柴油机排放三、汽油机与柴油机排放 及其耐久特性的比较及其耐久特性的比较排放特性对比排放耐久性比较第四节 内燃机的排放控制v一、点燃式内燃机v二、柴油机一、点燃式内燃机一、点燃式内燃机vv（一）曲轴箱排放物控制系统（一）曲轴箱排放物控制系统vv（二）燃油蒸发物控制系统（二）燃油蒸发物控制系统vv（三）排气再循环（三）排气再循环vv（四）发动机设计的低排放考虑（四）发动机设计的低排放考虑（一）曲轴箱排放物控制系统 汽油机运转时，燃烧室中的高压可燃混合气和已燃气体，或多或少会通过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱。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让曲轴箱与大气相通而进行“呼吸”。但因为曲轴箱的窜气中含有大量未燃碳氢化合物及其不完全燃烧产物，排入大气会引起污染。（二）燃油蒸发物控制系统（二）燃油蒸发物控制系统vv车用汽油机化油器在发动机工作对受热严重，车用汽油机化油器在发动机工作对受热严重，温度较高，如在这样的情况下停车，化油器温度较高，如在这样的情况下停车，化油器浮子室中的汽油大量蒸发，流入进气管并通浮子室中的汽油大量蒸发，流入进气管并通过空气滤清器流入大气，这部分过空气滤清器流入大气，这部分HCHC排放称为排放称为热浸损失。汽油箱中的汽油由于昼夜温度变热浸损失。汽油箱中的汽油由于昼夜温度变化造成油箱呼吸化造成油箱呼吸(换气换气)现象，使油箱内汽油现象，使油箱内汽油蒸气流出箱外，这部分蒸气流出箱外，这部分HCHC排放称为昼夜损失。排放称为昼夜损失。这种热浸损失与昼夜损失数量不小这种热浸损失与昼夜损失数量不小(图图719)719)，占汽油机，占汽油机HCHC总排放量的总排放量的2020左右左右(图图720)720)。（三）排气再循环vv采用排气再循环采用排气再循环(EGR)(EGR)能有效地降低点燃式内能有效地降低点燃式内燃机燃机NONO2 2排放，但全负荷用排放，但全负荷用EGREGR使最大功率降使最大功率降低；中等负荷用较大的低；中等负荷用较大的EGREGR率使燃油消耗率增率使燃油消耗率增大，大，HCHC排放上升；小负荷特别是怠速用排放上升；小负荷特别是怠速用EGREGR使使燃烧不稳定，甚至导致缺火。所以应用燃烧不稳定，甚至导致缺火。所以应用EGREGR控控制制NOxNOx排放技术的关键是控制排放技术的关键是控制EGREGR率，使之在率，使之在各种不同工况下，得到各种性能的最佳折中，各种不同工况下，得到各种性能的最佳折中，实现实现NOxNOx的控制目标。的控制目标。EGR系统的控制要求 vv1)1)1)1)由于由于由于由于NOxNOxNOxNOx排放量随负荷增大而增大，因此废气回排放量随负荷增大而增大，因此废气回排放量随负荷增大而增大，因此废气回排放量随负荷增大而增大，因此废气回流量应随负荷而增大。流量应随负荷而增大。流量应随负荷而增大。流量应随负荷而增大。vv2)2)2)2)暖机过程中，冷却水温度和进气温度均较低，暖机过程中，冷却水温度和进气温度均较低，暖机过程中，冷却水温度和进气温度均较低，暖机过程中，冷却水温度和进气温度均较低，NOxNOxNOxNOx排放不高。为防止废气回流破坏燃烧的稳定性，排放不高。为防止废气回流破坏燃烧的稳定性，排放不高。为防止废气回流破坏燃烧的稳定性，排放不高。为防止废气回流破坏燃烧的稳定性，般在发动机冷却水温度低于般在发动机冷却水温度低于般在发动机冷却水温度低于般在发动机冷却水温度低于50505050时，不进行时，不进行时，不进行时，不进行EGREGREGREGR。vv3)3)3)3)怠速和小负荷时，怠速和小负荷时，怠速和小负荷时，怠速和小负荷时，NOxNOxNOxNOx排放也不高，也不进行排放也不高，也不进行排放也不高，也不进行排放也不高，也不进行EGREGREGREGR。vv4)4)4)4)接近全负荷时，为使发动机保持足够的动力性能，接近全负荷时，为使发动机保持足够的动力性能，接近全负荷时，为使发动机保持足够的动力性能，接近全负荷时，为使发动机保持足够的动力性能，即使即使即使即使NOxNOxNOxNOx排放很高，也不允许进行排放很高，也不允许进行排放很高，也不允许进行排放很高，也不允许进行EGREGREGREGR。vv此外，要保证再循环的废气在各缸之间分配均匀。此外，要保证再循环的废气在各缸之间分配均匀。此外，要保证再循环的废气在各缸之间分配均匀。此外，要保证再循环的废气在各缸之间分配均匀。真空控制系统中，除低温切断EGR用温度控制阀5实现外，其余控制规律全靠进气管节气门后的真空度和真空驱动EGR阀的构造保证。如果EGR阀l是个简单的膜片阀，而节气门后的真空度将随着负荷的减小而加大，因而EGR阀的开度将随负荷减小而加大，这显然不符合EGR控制要求。为此，在EGR阀的具体设计上想了很多办法，如图725725725725表示表示表示表示的双膜片阀就是一例。主膜片保证最大负荷下驱动真空度小时EGR阀关闭。当发动机负荷和转速降低时，排气背压降低，副膜片在小弹簧作用下下移，打开控制阀，使主膜片室内的真空度流失，EGR阀开度减小。电控系统用预先标定的脉谱通过电控真空调节器6控制EGR阀1的开度，显然大大提高了控制的自由度。闭环全电控系统应用了带阀位传感器8的线性位移电磁式EGR阀9，进一步提高了控制精度。图726表示这种EGR阀的一个结构实例。（四）发动机设计的低排放考虑（四）发动机设计的低排放考虑vv1 1、冷启动和暖机、冷启动和暖机vv2 2、怠速、怠速vv3 3、混合气形成和空燃比、混合气形成和空燃比vv4 4、点火系统、点火系统vv5 5、燃烧系统、燃烧系统4 4、点点火火系系统统5 5、燃烧系统、燃烧系统v燃烧室形状燃烧室形状v压缩比压缩比v火花塞位置火花塞位置v活塞组设计活塞组设计二、柴油机vv柴油机的柴油机的柴油机的柴油机的COCOCOCO和和和和HCHCHCHC排放量相对汽油机来说要少得多，排放量相对汽油机来说要少得多，排放量相对汽油机来说要少得多，排放量相对汽油机来说要少得多，但但但但NOxNOxNOxNOx与汽油机在同一数量级，而微粒和碳烟的排放与汽油机在同一数量级，而微粒和碳烟的排放与汽油机在同一数量级，而微粒和碳烟的排放与汽油机在同一数量级，而微粒和碳烟的排放要比汽油机大几十倍甚至更多。因此，柴油机的排要比汽油机大几十倍甚至更多。因此，柴油机的排要比汽油机大几十倍甚至更多。因此，柴油机的排要比汽油机大几十倍甚至更多。因此，柴油机的排放控制，重点是放控制，重点是放控制，重点是放控制，重点是NOxNOxNOxNOx与微粒，其次是与微粒，其次是与微粒，其次是与微粒，其次是HCHCHCHC。降低微粒和。降低微粒和。降低微粒和。降低微粒和碳烟排放与改善柴油机燃烧过程是完全一致的，不碳烟排放与改善柴油机燃烧过程是完全一致的，不碳烟排放与改善柴油机燃烧过程是完全一致的，不碳烟排放与改善柴油机燃烧过程是完全一致的，不过过过过NOxNOxNOxNOx排放往往与之矛盾，这就为柴油机的排放控制排放往往与之矛盾，这就为柴油机的排放控制排放往往与之矛盾，这就为柴油机的排放控制排放往往与之矛盾，这就为柴油机的排放控制造成特殊的因难。考虑到汽油机排放的造成特殊的因难。考虑到汽油机排放的造成特殊的因难。考虑到汽油机排放的造成特殊的因难。考虑到汽油机排放的NOxNOxNOxNOx可以通过可以通过可以通过可以通过三效催化剂或稀燃来解决，而柴油机排气中富氧条三效催化剂或稀燃来解决，而柴油机排气中富氧条三效催化剂或稀燃来解决，而柴油机排气中富氧条三效催化剂或稀燃来解决，而柴油机排气中富氧条件下的件下的件下的件下的NOxNOxNOxNOx催化剂尚在研究开发中，目前尚无成功的催化剂尚在研究开发中，目前尚无成功的催化剂尚在研究开发中，目前尚无成功的催化剂尚在研究开发中，目前尚无成功的催化剂可用，如何在保持柴油机良好性能的同时减催化剂可用，如何在保持柴油机良好性能的同时减催化剂可用，如何在保持柴油机良好性能的同时减催化剂可用，如何在保持柴油机良好性能的同时减少少少少NOxNOxNOxNOx的生成，是目前面临的重大技术挑战。的生成，是目前面临的重大技术挑战。的生成，是目前面临的重大技术挑战。的生成，是目前面临的重大技术挑战。vv柴油机造成污染物排放的根本原因在于油气柴油机造成污染物排放的根本原因在于油气混合不好。柴油机运转时，平均过量空气系混合不好。柴油机运转时，平均过量空气系数数aa一般都在一般都在1 13 3以上，如果达到理想的混以上，如果达到理想的混合，碳烟是不可能生成的，合，碳烟是不可能生成的，NOxNOx的生成也不会的生成也不会很多。但混合不好导致局部缺氧，使碳烟大很多。但混合不好导致局部缺氧，使碳烟大量生成。同时存在很多量生成。同时存在很多aa=1=10 0一一1 11 1的高的高NOxNOx生成区。所以，柴油机的排放控制要围绕生成区。所以，柴油机的排放控制要围绕改善油气混合这一中心任务，防止局部改善油气混合这一中心任务，防止局部aa超超过过0.9(0.9(这有利于这有利于NOxNOx生成生成)和低于和低于0 06(6(这有利这有利于碳烟生成于碳烟生成)。主要考虑主要考虑vv（一）（一）燃烧方式与燃烧室燃烧方式与燃烧室vv（二）（二）喷油系统喷油系统vv（三）（三）气流组织与多气门技术气流组织与多气门技术vv（四）（四）柴油机的排气再循环柴油机的排气再循环vv（五）（五）增压增压vv（六）（六）喷油定时喷油定时（一）（一）燃烧方式与燃烧室燃烧方式与燃烧室v重型车用柴油机和其他大型柴油机大多采取直接喷射燃烧方式，而轿车和轻型车要求转速高以及小型农业机械为使用方便多用非直喷式燃烧方式。由于直喷技术的进步(喷油系统的小型化、高压化和高速化)以及降低油耗和CO2排放的要求，高速的轿车柴油机也开始使用直喷式，并有逐步增长的趋势。vv现代车用增压柴油机排放物的负荷特性见图现代车用增压柴油机排放物的负荷特性见图现代车用增压柴油机排放物的负荷特性见图现代车用增压柴油机排放物的负荷特性见图728728728728。非直喷。非直喷。非直喷。非直喷机碳烟排放大于轻型高速直喷机，而轻型高速直喷机的碳烟机碳烟排放大于轻型高速直喷机，而轻型高速直喷机的碳烟机碳烟排放大于轻型高速直喷机，而轻型高速直喷机的碳烟机碳烟排放大于轻型高速直喷机，而轻型高速直喷机的碳烟排放又大于重型车用直喷机。这是因为副燃烧室混合气很浓，排放又大于重型车用直喷机。这是因为副燃烧室混合气很浓，排放又大于重型车用直喷机。这是因为副燃烧室混合气很浓，排放又大于重型车用直喷机。这是因为副燃烧室混合气很浓，易生成碳烟，主燃烧室中温度较低，已生成的碳烟后期氧化易生成碳烟，主燃烧室中温度较低，已生成的碳烟后期氧化易生成碳烟，主燃烧室中温度较低，已生成的碳烟后期氧化易生成碳烟，主燃烧室中温度较低，已生成的碳烟后期氧化较差。但是直喷式柴油机的较差。但是直喷式柴油机的较差。但是直喷式柴油机的较差。但是直喷式柴油机的HCHCHCHC排放量大于非直喷机。这样，排放量大于非直喷机。这样，排放量大于非直喷机。这样，排放量大于非直喷机。这样，就包括碳烟和就包括碳烟和就包括碳烟和就包括碳烟和SOFSOFSOFSOF在内的微粒排放量来说，直喷式柴油机与在内的微粒排放量来说，直喷式柴油机与在内的微粒排放量来说，直喷式柴油机与在内的微粒排放量来说，直喷式柴油机与非直喷式相差不大。非直喷式相差不大。非直喷式相差不大。非直喷式相差不大。v柴油机的HC排放置远低于汽油机。由于燃油组成和混合气形成方式的不同，柴油机的HC成分与汽油机不同，前者多为较高分子质量的HC，气味较大。v直喷式柴油机的NOx排放量大于非直喷机，因为非直喷机初期燃烧发生在混合气极浓的副燃烧室里，由于缺氧，NOx不易生成，而主燃烧室中燃烧在较低温度下进行(已开始膨胀)，NOx也不易生成。1非直喷式柴油机vv碳烟主要在副燃烧室里生成，它们进入主燃烧室以后大部分碳烟主要在副燃烧室里生成，它们进入主燃烧室以后大部分碳烟主要在副燃烧室里生成，它们进入主燃烧室以后大部分碳烟主要在副燃烧室里生成，它们进入主燃烧室以后大部分被氧化。在小负荷时，由于主燃烧室温度较低，碳烟氧化慢，被氧化。在小负荷时，由于主燃烧室温度较低，碳烟氧化慢，被氧化。在小负荷时，由于主燃烧室温度较低，碳烟氧化慢，被氧化。在小负荷时，由于主燃烧室温度较低，碳烟氧化慢，所以非直喷机在部分负荷时的碳烟排放大于直喷机。改善非所以非直喷机在部分负荷时的碳烟排放大于直喷机。改善非所以非直喷机在部分负荷时的碳烟排放大于直喷机。改善非所以非直喷机在部分负荷时的碳烟排放大于直喷机。改善非直喷式柴油机排气污染的重点也在副燃烧室。直喷式柴油机排气污染的重点也在副燃烧室。直喷式柴油机排气污染的重点也在副燃烧室。直喷式柴油机排气污染的重点也在副燃烧室。vv副燃烧室容积增大，减少了碳烟形成，但副燃烧室容积增大，减少了碳烟形成，但副燃烧室容积增大，减少了碳烟形成，但副燃烧室容积增大，减少了碳烟形成，但NOxNOxNOxNOx增加。研究表增加。研究表增加。研究表增加。研究表明，涡流室的相对容积在明，涡流室的相对容积在明，涡流室的相对容积在明，涡流室的相对容积在52525252左右得出最佳的碳烟与左右得出最佳的碳烟与左右得出最佳的碳烟与左右得出最佳的碳烟与NOxNOxNOxNOx折折折折中。预燃室如容积过大，会降低其中燃气的能量，影响预燃中。预燃室如容积过大，会降低其中燃气的能量，影响预燃中。预燃室如容积过大，会降低其中燃气的能量，影响预燃中。预燃室如容积过大，会降低其中燃气的能量，影响预燃室中不完全燃烧的燃气与主燃烧室中空气的混合。所以，预室中不完全燃烧的燃气与主燃烧室中空气的混合。所以，预室中不完全燃烧的燃气与主燃烧室中空气的混合。所以，预室中不完全燃烧的燃气与主燃烧室中空气的混合。所以，预燃室的相对容积在燃室的相对容积在燃室的相对容积在燃室的相对容积在25252525一一一一30303030之间。之间。之间。之间。vv涡流室中应避免流动死区，电热塞对气流的干扰应尽量小。涡流室中应避免流动死区，电热塞对气流的干扰应尽量小。涡流室中应避免流动死区，电热塞对气流的干扰应尽量小。涡流室中应避免流动死区，电热塞对气流的干扰应尽量小。所以，消除喷油器安装孔部位的流动死区，例如从占涡流室所以，消除喷油器安装孔部位的流动死区，例如从占涡流室所以，消除喷油器安装孔部位的流动死区，例如从占涡流室所以，消除喷油器安装孔部位的流动死区，例如从占涡流室容积的容积的容积的容积的10101010降到降到降到降到5 5 5 5，可使冒烟界限的，可使冒烟界限的，可使冒烟界限的，可使冒烟界限的pmepmepmepme上升上升上升上升10101010；用顺气；用顺气；用顺气；用顺气流安装电热塞代替垂直气流安装，可使冒烟界限的流安装电热塞代替垂直气流安装，可使冒烟界限的流安装电热塞代替垂直气流安装，可使冒烟界限的流安装电热塞代替垂直气流安装，可使冒烟界限的pmepmepmepme上升上升上升上升5 5 5 5。减小电热塞加热头的直径。减小电热塞加热头的直径。减小电热塞加热头的直径。减小电热塞加热头的直径(从从从从6mm6mm6mm6mm减到减到减到减到3.5mm)3.5mm)3.5mm)3.5mm)，可使，可使，可使，可使燃油消耗率燃油消耗率燃油消耗率燃油消耗率bebebebe下降下降下降下降5 5 5 5一一一一10g10g10g10g(kWhkWhkWhkWh)，全负荷烟度下降，全负荷烟度下降，全负荷烟度下降，全负荷烟度下降0 0 0 051BSU51BSU51BSU51BSU。2直喷式柴油机v对高速直喷式柴油机的混合气形成和燃烧有对高速直喷式柴油机的混合气形成和燃烧有下列要求：下列要求：在滞燃期和燃烧前期，喷入燃烧室的燃油量在滞燃期和燃烧前期，喷入燃烧室的燃油量应尽可能少，以免预混合燃烧过多，使压力应尽可能少，以免预混合燃烧过多，使压力上升太剧烈，引起强烈的噪声，并控制上升太剧烈，引起强烈的噪声，并控制NOxNOx的生成量。的生成量。在燃烧后期即扩散燃烧期，喷入燃油很好与在燃烧后期即扩散燃烧期，喷入燃油很好与空气混合以减少碳烟的生成，这就需要有很空气混合以减少碳烟的生成，这就需要有很高的喷油压力。高的喷油压力。在喷油结束后，剩余空气仍能与燃气强烈混在喷油结束后，剩余空气仍能与燃气强烈混合，促进碳烟的氧化。合，促进碳烟的氧化。直喷式柴油机喷油系统的发展趋势 v1)提高喷油压力，从一般的不到100MPa提高到150MPa甚至200MPa，特别是低转速时的喷油压力要保证。v2)增加喷油器的喷孔数，减小孔径。前者对改善宏观燃油分布均匀性很关键，而后者在小缸径柴油机中为避免过多燃油碰壁是十分必要的。目前，小型柴油机的喷孔直径已减小到02mm左右，重型车用柴油机的喷孔数已增加到89。v3)可控的燃油喷射率变化历程，如靴形喷射(详见后)、二次喷射(预喷射加主喷射)。v4)根据柴油机工况优化喷油定时。（二）喷油系统v1 1、喷油泵、喷油泵v2 2、喷油器、喷油器（三）（三）气流组织与多气门技术气流组织与多气门技术v柴油机技术的发展趋势是提高喷油压力，降低进气涡流强度，以减小进气（压力）损失，配合多孔数、小孔径喷油器来获得良好的混合气。v每缸4气门的结构过去常用于缸径130一150mm以上的柴油机，现在连缸径80mm左右的4气门直喷柴油机也已研制成功。v它的主要优点是扩大进、排气门的总流通截面积，且喷油器可垂直布置在气缸轴线上，不仅改善了喷油器的冷却情况和活塞热应力(2气门机燃烧室在活塞头上偏置使热应力不均匀)，而且解决了由于2气门机喷油器斜置造成的各喷油孔流动条件不同的后果，有利于燃油在燃烧室空间中均匀分布。（四）（四）柴油机的排气再循环柴油机的排气再循环v与汽油机类似，柴油机也可以通过排气再循环与汽油机类似，柴油机也可以通过排气再循环(EGR)(EGR)来降低来降低NOxNOx排放。由于柴油机排气中氧含量比汽油机高，所以柴油排放。由于柴油机排气中氧含量比汽油机高，所以柴油机允许并需要较大的机允许并需要较大的EGREGR率来降低率来降低NOxNOx的排放。直喷式柴油的排放。直喷式柴油机的机的EGREGR率可以超过率可以超过4040，非直喷式可达到，非直喷式可达到2525。v为了防止产生较多的微粒，一般在中、抵负荷时用较大的为了防止产生较多的微粒，一般在中、抵负荷时用较大的EGREGR率，在全负荷时不用，以保证性能。当转速提高时也降率，在全负荷时不用，以保证性能。当转速提高时也降低低EGREGR率，以保证较多的新鲜空气充量。最佳率，以保证较多的新鲜空气充量。最佳EGREGR脉谱用试脉谱用试验标定法制取。验标定法制取。v柴油机所用柴油机所用EGREGR系统与汽油机类似。在增压柴油机中，再循系统与汽油机类似。在增压柴油机中，再循环废气一般流到增压器后的进气管中，以免沾污增压器叶环废气一般流到增压器后的进气管中，以免沾污增压器叶轮。这时，为防止增压压力大于排气压力时再循环废气的轮。这时，为防止增压压力大于排气压力时再循环废气的倒流，要在倒流，要在EGREGR阀前加一个单向阀，以便利用排气脉冲进行阀前加一个单向阀，以便利用排气脉冲进行EGREGR。v试验证明，把再循环的废气加以冷却，采用所谓冷试验证明，把再循环的废气加以冷却，采用所谓冷EGREGR，可，可以提高降低以提高降低NOxNOx排放效果。排放效果。（五）（五）增压增压v近年来，为了降低运转噪声和减小磨损，柴油机的转速有下降趋势，而通过增压来弥补功率损失。v提高涡轮增压器的效率可增大空气供给量，用比较大的过量空气系数组织燃烧，使尽可能少的燃料缺氧裂解，降低碳烟排放，同时使最高燃烧温度不致过高，抑制NOx的增加。广泛应用空-空中冷器把增压空气温度降到50左右，可以有效地抑制NOx排放。（六）（六）喷油定时喷油定时v控制喷油定时是控制柴油机排放的重要手段。一般来说，保证最佳动力性和经济件的喷油定时，除了造成较大燃烧噪声外，还导致较高的NOx排放。所以，现代车用柴油机常采用推迟喷油的措施，以改善噪声和NOx排放，但这时往往导致碳烟和微粒排放增加。这里关键是要尽可能加快柴油的燃烧，尤其是扩散燃烧阶段。所有加快油滴蒸发、油气相互扩散混合的措施都是值得研究的。v 利用简单的方式(例如直列泵的离心调节器和分配泵的液压调节器)达到喷油定时的优化控制是不可能的，电控则为灵活控制喷油定时提供了可能。最佳喷油定时控制脉谱，要考虑各方面的要求通过标定试验制取。第五节第五节 排气后处理排气后处理v 通过改进内燃机本身的设计和优化工作过程来降低污染物的排放，有一定的限度。世界各国都先后开发排气后处理技术，在不影响或少影响其他性能的同时，来降低污染物的排放。v现在最成功的排气后处理装置是汽油机用的三效催化转换器，它使车用汽油机的CO、HC和NOx排放量削减了80一90，已成为发达国家汽油车的必备装置。车用柴油机的微粒捕集器正在开发之中，已研制的样品可降低柴油机微粒排放50一80，仅由于技术上和经济上尚存在系列问题，目前尚未大量推广。v一、汽油机三效催化转化器v二、柴油机排气微粒捕集器一、汽油机三效催化转化器工作原理：HCHCCOCONOxNOxHH2 2O OCOCO2 2N N2 2起反应的条件起反应的条件vv1 1、空燃比条件、空燃比条件vv2 2、温度条件、温度条件1 1、空燃比条件、空燃比条件 三效催化转换器同时净化三种 排放物的效果，只有在化学当量燃烧，也就是过量空气系数a1时才能实现，因为NOx在催化剂上还原需要H2、CO和HC等作为还原剂。当空气过量(a1)时，这些还原剂首先与氧反应，NOx的还原反应就不能进行；当空气不足(a1)时，CO和HC则不能被完全氧化。2 2、温度条件、温度条件v 除了a外，温度对催化剂的转化效率也有很大影响。一般称转化效率为50所对应的温度为催化剂的起燃温度。一般三效催化剂对各种污染物的起燃温度在220一270之间。在发动机冷起动与暖机时，催化剂温度很低，净化效能很差。用美国FTP-75测试循环进行测试时，CO和HC的5080是在冷起动后1min内排放的。为缓解这个问题，正在研究用电加热催化剂加速它在冷起动后的起燃。对车用三效催化剂的要求对车用三效催化剂的要求vv起燃温度低；起燃温度低；vv有较高的储氧能力，以补偿有较高的储氧能力，以补偿aa的波动；的波动；vv耐高温，不易热老化；耐高温，不易热老化；vv对杂质不敏感，不易中毒；对杂质不敏感，不易中毒；vv尽量不产生尽量不产生H H2 2S S、NHNH3 3等物质；等物质；vv成本合理。成本合理。催化转化器的结构催化转化器的结构 催化转化器的结构催化剂的活性材料v三效催化剂的主要活性材料是贵金属铂三效催化剂的主要活性材料是贵金属铂PtPt和铑和铑RhRh。PtPt主要催化主要催化COCO和和HCHC的氧化反应，的氧化反应，RhRh催化催化NOxNOx的还原反的还原反应。一般贵金属的用量为每升载体应。一般贵金属的用量为每升载体1g1g，Pt/Pt/RhRh比为比为5 5：1 1左右左右。由于。由于PtPt很贵，也有研究用钯很贵，也有研究用钯PdPd部分或全部部分或全部代替代替PtPt。PdPd的氧化活性不错，但其晶体结构容易容的氧化活