1、第四章第四章 汽油機的燃燒過程及排放汽油機的燃燒過程及排放控制控制* / 2第四章第四章 汽油機的燃燒過程及排放控制汽油機的燃燒過程及排放控制l 正常燃燒過程正常燃燒過程l 不正常燃燒不正常燃燒l 汽油機的排氣凈化汽油機的排氣凈化l 汽油機的燃燒室汽油機的燃燒室一、汽油機的燃燒過程一、汽油機的燃燒過程l研究方法：測取燃燒過程的示功圖。研究方法：測取燃燒過程的示功圖。l根據壓力變化的特點，分為三個階段：根據壓力變化的特點，分為三個階段：著火延遲期（滯燃期）、著火延遲期（滯燃期）、急燃期、后燃期急燃期、后燃期。1. 著火延遲期著火延遲期(滯燃期滯燃期)i ：1-2l從電火花跳火從電火花跳火 形成火

2、焰中心。形成火焰中心。l1點以前為壓縮過程點以前為壓縮過程, 缸內壓力升缸內壓力升高不大。高不大。l1 火花塞跳火。火花塞跳火。l2 缸內壓力脫離壓縮線開始急缸內壓力脫離壓縮線開始急驟增高。驟增高。l點火提前角點火提前角 1點點 上止點的上止點的曲軸轉角曲軸轉角。一、汽油機的燃燒過程一、汽油機的燃燒過程影響滯燃期的因素：影響滯燃期的因素： l燃料本身的分子結構和物理化學性燃料本身的分子結構和物理化學性能。能。l開始點火時氣缸內氣體的壓力、溫開始點火時氣缸內氣體的壓力、溫度。它與壓縮比有關，壓縮比高，度。它與壓縮比有關，壓縮比高，滯燃期短。滯燃期短。l過量空氣系數。試驗表明，過量空過量空氣系數。

3、試驗表明，過量空氣系數在氣系數在0.80.9 時滯燃期最短。時滯燃期最短。l殘余廢氣量增加，滯燃期增加。殘余廢氣量增加，滯燃期增加。l氣缸內混合氣運動強，則滯燃期稍氣缸內混合氣運動強，則滯燃期稍有增加。有增加。l點火能量大，滯燃期縮短。點火能量大，滯燃期縮短。一、汽油機的燃燒過程一、汽油機的燃燒過程2. 急燃期急燃期 (明顯燃燒期，火焰傳播期明顯燃燒期，火焰傳播期)：2-3l火焰由火焰中心燒遍整個燃燒室的火焰由火焰中心燒遍整個燃燒室的階段階段l壓力升高很快，壓力升高率壓力升高很快，壓力升高率dp/d，代表發動機工作粗暴的程度、振動代表發動機工作粗暴的程度、振動和噪聲水平和噪聲水平l火焰傳播速率

4、高的可燃混合氣能促火焰傳播速率高的可燃混合氣能促使使dp/d增加，火花塞位置、燃燒室增加，火花塞位置、燃燒室型式對壓力升高率也有影響型式對壓力升高率也有影響l急燃期終點一般為最高壓力點急燃期終點一般為最高壓力點3，一，一般使般使3點出現在上止點后點出現在上止點后1215oCA一、汽油機的燃燒過程一、汽油機的燃燒過程3. 后燃期（補燃期）后燃期（補燃期）l急燃期終點急燃期終點3至燃料基本上完全燃至燃料基本上完全燃燒點燒點4為止為止l急燃期中沒有完全燃燒掉的燃料以急燃期中沒有完全燃燒掉的燃料以及附在氣缸壁面上的混合氣層繼續及附在氣缸壁面上的混合氣層繼續燃燒。燃燒。l汽油機燃燒產物中汽油機燃燒產物中

5、CO2和和H2O的離的離解現象比柴油機嚴重，在膨脹過程解現象比柴油機嚴重，在膨脹過程中溫度下降后又部分復合而放出熱中溫度下降后又部分復合而放出熱量，一般也作后燃看待量，一般也作后燃看待一、汽油機的燃燒過程一、汽油機的燃燒過程二、燃燒速度二、燃燒速度l定義：定義：單位時間燃燒的混合氣量單位時間燃燒的混合氣量，表示為：，表示為：l意義：影響急燃期長短及其相對曲軸轉角的位置。意義：影響急燃期長短及其相對曲軸轉角的位置。 /60/(/) / (/)2TTTdmdtv Admdmddmdtddtdtn 未燃混合氣密度；未燃混合氣密度； 火焰傳播速度，火焰傳播速度， 火焰前鋒面積。火焰前鋒面積。ttvtA

6、l燃燒速度的影響因素燃燒速度的影響因素1）火焰傳播速度火焰傳播速度vT：火焰前鋒相對于未燃混合氣推進的速度。火焰前鋒相對于未燃混合氣推進的速度。A、燃燒室中氣體紊流運動燃燒室中氣體紊流運動; 紊流運動強，火焰傳播速度增加紊流運動強，火焰傳播速度增加二、燃燒速度二、燃燒速度B、混合氣成分混合氣成分：較濃時（過量空氣系數較濃時（過量空氣系數0.80.9），火焰傳播速率最大；低于和高于此值，火焰），火焰傳播速率最大；低于和高于此值，火焰傳播速度下降，熱效率和功率均降低。傳播速度下降，熱效率和功率均降低。過稀時，過稀時， 1.31.4時，火焰難以傳播（火焰傳播下限）；過濃時，時，火焰難以傳播（火焰傳播

7、下限）；過濃時，0.40.5，火焰也不能傳播（火焰傳播上限）。，火焰也不能傳播（火焰傳播上限）。一般：可靠工作：一般：可靠工作：0.51.3。C、混合氣初始溫度混合氣初始溫度 高，火焰速度增加。高，火焰速度增加。 2）火焰前鋒面積火焰前鋒面積AT 利用燃燒室幾何形狀及其與火花塞位利用燃燒室幾何形狀及其與火花塞位置的配合，可以改變不同時期火焰前鋒置的配合，可以改變不同時期火焰前鋒掃過的面積，以調整燃燒速度。掃過的面積，以調整燃燒速度。二、燃燒速度二、燃燒速度3 3）可燃混合氣密度可燃混合氣密度增大未燃混合氣密度，可以提高燃燒速度，因此增大壓縮比和進氣壓增大未燃混合氣密度，可以提高燃燒速度，因此增

8、大壓縮比和進氣壓力等，均可加大燃燒速度。力等，均可加大燃燒速度。三、使用因素對燃燒的影響三、使用因素對燃燒的影響1. 混合氣濃度混合氣濃度=0.8-0.9時時,由于燃燒溫度最高，火焰傳由于燃燒溫度最高，火焰傳播速度最快，壓力升高率大，動力性好，播速度最快，壓力升高率大，動力性好，但爆燃傾向增大（功率混合氣）但爆燃傾向增大（功率混合氣）=1.03-1.1時，由于燃燒完全，經濟性時，由于燃燒完全，經濟性最好，但溫度高和富氧，最好，但溫度高和富氧，NOx上升（經濟上升（經濟混合氣）混合氣）1時時 ,燃燒不完全，燃燒不完全，CO排放量增大排放量增大1.2時火焰速度慢，部分燃料時火焰速度慢，部分燃料可能

9、來不及燃燒，經濟性差，可能來不及燃燒，經濟性差，HC排量增排量增大大 點火提前角過小，燃燒延長到膨脹過程，最高壓力和溫度下降，傳點火提前角過小，燃燒延長到膨脹過程，最高壓力和溫度下降，傳熱損失增大，熱效率下降，但爆燃傾向降低，熱損失增大，熱效率下降，但爆燃傾向降低，NOx降低。降低。2. 點火提前角點火提前角 點火提前角過大，點火提前角過大，大部分可燃混合氣在大部分可燃混合氣在壓縮過程燃燒，消耗壓縮過程燃燒，消耗的壓縮功增大，且最的壓縮功增大，且最高壓力升高。高壓力升高。三、使用因素對燃燒的影響三、使用因素對燃燒的影響三、使用因素對燃燒的影響三、使用因素對燃燒的影響3. 轉速轉速l轉速增加，氣

10、缸中紊流增強轉速增加，氣缸中紊流增強,火焰傳火焰傳播速度增加，以秒計燃燒過程縮短播速度增加，以秒計燃燒過程縮短，但由于循環時間亦縮短，燃燒過，但由于循環時間亦縮短，燃燒過程相當的曲軸轉角增加，應增大點程相當的曲軸轉角增加，應增大點火提前角火提前角4. 負荷負荷 負荷負荷 節氣門開度節氣門開度 進入氣缸的混合氣進入氣缸的混合氣 殘余廢氣量基本不變殘余廢氣量基本不變廢氣的比例相對廢氣的比例相對混合氣稀釋程度混合氣稀釋程度 火焰速度火焰速度 ，著火延遲，著火延遲 增大點火提前角增大點火提前角四、汽油機的不規則燃燒四、汽油機的不規則燃燒l汽油機的不規則燃燒是指在穩定正常運轉情況下，各循環之間的汽油機的

11、不規則燃燒是指在穩定正常運轉情況下，各循環之間的循環變動循環變動和各缸之間的和各缸之間的燃燒差異燃燒差異。a）b）1. 燃燒的循環變動燃燒的循環變動1. 燃燒的循環變動燃燒的循環變動l產生原因產生原因：氣流狀態、速度變動，空燃比變動等造成著火時間變動。：氣流狀態、速度變動，空燃比變動等造成著火時間變動。l后果后果：油耗上升，功率下降，不正常燃燒傾向增加。：油耗上升，功率下降，不正常燃燒傾向增加。l采取措施采取措施：1）加大點火能量，采用多點點火；）加大點火能量，采用多點點火；2）組織進氣渦流，加強進氣運動；）組織進氣渦流，加強進氣運動；3）采用理論空燃比或較濃混合氣。）采用理論空燃比或較濃混合

12、氣。l循環變動系數循環變動系數： 四、汽油機的不規則燃燒四、汽油機的不規則燃燒NpppCoVzzjNjpzppzzz/)(21，其中NpppCoVmijmiNjpmippmimimi/)(2)(1，其中2. 各缸間的燃燒差異各缸間的燃燒差異四、汽油機的不規則燃燒四、汽油機的不規則燃燒l產生原因產生原因：進入各缸的混合氣的濃度和數量不同。：進入各缸的混合氣的濃度和數量不同。l影響因素影響因素：進氣系統設計及安裝位置，造成不一樣的阻力情況；：進氣系統設計及安裝位置，造成不一樣的阻力情況；l后果后果：1 1）動力性、經濟性下降；）動力性、經濟性下降；2 2）個別氣缸壽命縮短；）個別氣缸壽命縮短；3

13、3）低速、低負荷時，）低速、低負荷時，工作不穩定，增加排放。工作不穩定，增加排放。四、汽油機的不規則燃燒四、汽油機的不規則燃燒五、燃燒室壁面的熄火作用五、燃燒室壁面的熄火作用l燃燒室壁面的熄火作用：燃燒室壁面的熄火作用：壁面的冷卻作用壁面的冷卻作用使火焰溫度降低而使火焰溫度降低而造成造成熄火熄火，中斷火焰傳播；，中斷火焰傳播；l是未燃是未燃HC排放的主要來源之一；排放的主要來源之一；l影響因素影響因素理論混合氣附近理論混合氣附近，熄火厚度最小；，熄火厚度最小；負荷負荷減小，熄火厚度增加；減小，熄火厚度增加；溫度溫度、壓力壓力提高，提高，紊流紊流加強，熄火厚度減小。加強，熄火厚度減小。* / 1

14、9第四章第四章 汽油機的燃燒過程及排放控制汽油機的燃燒過程及排放控制l 正常燃燒過程正常燃燒過程l 不正常燃燒不正常燃燒l 汽油機的排氣凈化汽油機的排氣凈化l 汽油機的燃燒室汽油機的燃燒室一、爆震燃燒一、爆震燃燒l正常燃燒：有明顯的火焰前鋒，且逐層向外傳播，直至燃燒完畢正常燃燒：有明顯的火焰前鋒，且逐層向外傳播，直至燃燒完畢l爆燃產生機理：火焰前鋒未到，未燃混合氣的溫度達到其自燃溫度爆燃產生機理：火焰前鋒未到，未燃混合氣的溫度達到其自燃溫度而著火燃燒，形成新的火焰中心，產生新的火焰傳播。而著火燃燒，形成新的火焰中心，產生新的火焰傳播。l輕微爆燃輕微爆燃 100 300 m/s ；強烈爆燃；強烈

15、爆燃 800 1000 m/s 一、爆震燃燒一、爆震燃燒發生條件發生條件：l燃料性質：辛烷值高，抗爆能力強。燃料性質：辛烷值高，抗爆能力強。l末端混合氣的壓力和溫度：高，爆燃傾向增大。末端混合氣的壓力和溫度：高，爆燃傾向增大。l火焰前鋒傳播到末端混合氣的時間：短，有利于避免爆燃。火焰前鋒傳播到末端混合氣的時間：短，有利于避免爆燃。 l焰前反應的程度，程度大，放熱多，爆燃傾向大焰前反應的程度，程度大，放熱多，爆燃傾向大特征：特征：l發出金屬振音（敲缸）發出金屬振音（敲缸）l輕微爆震時，功率略有增加；強烈爆震時，功率下降，工作不穩輕微爆震時，功率略有增加；強烈爆震時，功率下降，工作不穩定，轉速下降

16、，機體有較大的震動定，轉速下降，機體有較大的震動l冷卻系統過熱，冷卻水，潤滑油溫度均上升冷卻系統過熱，冷卻水，潤滑油溫度均上升一、爆震燃燒一、爆震燃燒爆燃造成的危害爆燃造成的危害（1） 輸出功率降低、比油耗升高輸出功率降低、比油耗升高l壓力脈沖使發動機產生高頻振動，破壞壁面層流邊界層壓力脈沖使發動機產生高頻振動，破壞壁面層流邊界層l傳熱量增加，冷卻損失增加傳熱量增加，冷卻損失增加（2） 氣缸過熱氣缸過熱l高溫導致氣缸蓋、活塞發生局部金屬變軟、熔化或燒損高溫導致氣缸蓋、活塞發生局部金屬變軟、熔化或燒損l局部溫度局部溫度, 出現高溫分解出現高溫分解, 生成生成CO,H2,O2, NO等，等， 嚴重

17、時析出嚴重時析出游離炭粒游離炭粒 。（3）零件的機械負荷增加零件的機械負荷增加l壓力升高率和最大爆發壓力壓力升高率和最大爆發壓力（4）磨損加劇磨損加劇 一、爆震燃燒一、爆震燃燒二、爆震的影響因素二、爆震的影響因素lt1：火焰中心形成到正常火焰傳播到末端混合氣所需時間：火焰中心形成到正常火焰傳播到末端混合氣所需時間lt2：火焰中心形成到末端混合氣自燃所需時間：火焰中心形成到末端混合氣自燃所需時間l若若 t1 t2 ，爆震發生，爆震發生l使使t1減小，減小， t2增加的因素，減輕爆震傾向增加的因素，減輕爆震傾向1. 運轉因素的影響運轉因素的影響l點火提前角點火提前角點火提前角點火提前角 ， t2，

18、爆震，爆震傾向傾向 16：點火提前角：點火提前角1060 oCA二、爆震的影響因素二、爆震的影響因素l轉速轉速 轉速轉速 火焰傳播速度火焰傳播速度 t1轉速轉速 末端混合氣溫度末端混合氣溫度 t2 l負荷負荷轉速一定，負荷轉速一定，負荷充量系數充量系數殘余廢氣系數殘余廢氣系數 t2 爆震爆震傾向傾向l混合氣濃度混合氣濃度=0.8-0.9時，由于燃燒溫度最高，火焰傳播速度最快，壓力時，由于燃燒溫度最高，火焰傳播速度最快，壓力升高率大，動力性好，但爆燃傾向增大升高率大，動力性好，但爆燃傾向增大l燃燒室沉積物燃燒室沉積物燃燒室內壁的高溫積碳作為熱源加熱末端混合氣燃燒室內壁的高溫積碳作為熱源加熱末端混

19、合氣爆震傾向爆震傾向 爆震傾向爆震傾向二、爆震的影響因素二、爆震的影響因素2. 結構因素的影響結構因素的影響l氣缸直徑氣缸直徑 氣缸直徑氣缸直徑 火焰傳播距離火焰傳播距離 t1 氣缸直徑氣缸直徑 燃燒室冷卻面積與容積比燃燒室冷卻面積與容積比 t2l火花塞位置火花塞位置火花塞位置影響火焰傳播距離，從而影響末端混合氣的溫度火花塞位置影響火焰傳播距離，從而影響末端混合氣的溫度l燃燒室結構燃燒室結構燃燒室形狀燃燒室形狀氣流運動氣流運動紊流強度紊流強度火焰傳播速度火焰傳播速度燃燒室形狀燃燒室形狀火焰傳播距離火焰傳播距離燃燒室形狀燃燒室形狀散熱量散熱量末端混合氣量和溫度末端混合氣量和溫度l氣缸蓋和活塞的材

20、料氣缸蓋和活塞的材料輕合金因導熱性好優于鑄鐵輕合金因導熱性好優于鑄鐵爆震傾向爆震傾向 二、爆震的影響因素二、爆震的影響因素3. 預防爆燃發生常用措施：預防爆燃發生常用措施：l推遲點火推遲點火 l縮短火焰傳播距離縮短火焰傳播距離l末端混合氣體冷卻末端混合氣體冷卻l增加氣流運動，提高火焰傳播速度，冷卻排氣門增加氣流運動，提高火焰傳播速度，冷卻排氣門三、三、 表面點火表面點火l在火花點火式發動機中在火花點火式發動機中, , 凡是不依靠電火花點火凡是不依靠電火花點火, , 而是由于熾熱表面而是由于熾熱表面 （ 如如過熱的絕緣體電極、排氣過熱的絕緣體電極、排氣門門, , 尤其是燃燒室表面熾尤其是燃燒室表

21、面熾熱的沉積物熱的沉積物 ） 點燃混合點燃混合氣的不正常燃燒現象。氣的不正常燃燒現象。（1 1） 后火（后燃）后火（后燃）l在火花塞點燃混合氣以后在火花塞點燃混合氣以后, , 熾熱表面熾熱表面才點燃混合氣的現象；才點燃混合氣的現象；l對發動機影響不大對發動機影響不大（2 2） 早火（早燃）早火（早燃）l發生在火花塞點火以前；發生在火花塞點火以前；l壓力升高率比正常值高壓力升高率比正常值高5 5倍，最高燃倍，最高燃燒壓力比正常值高燒壓力比正常值高l50%l50% 1- 1-早火；早火；2-2-正常點火；正常點火；3-3-后火；后火；4-4-倒拖倒拖三、三、 表面點火表面點火爆燃和表面點火的比較：

22、爆燃和表面點火的比較：l爆燃時火焰以沖擊的速度傳播爆燃時火焰以沖擊的速度傳播，有尖銳的敲缸聲，表面點火，有尖銳的敲缸聲，表面點火時火焰傳播速度正常，敲缸聲時火焰傳播速度正常，敲缸聲比較沉悶。比較沉悶。 l 爆燃促使以后循環的熾熱表面爆燃促使以后循環的熾熱表面易點火，而表面點火亦促使循易點火，而表面點火亦促使循環的爆燃傾向增加。環的爆燃傾向增加。* / 31第四章第四章 汽油機的燃燒過程及排放控制汽油機的燃燒過程及排放控制l 正常燃燒過程正常燃燒過程l 不正常燃燒不正常燃燒l 汽油機的排氣凈化汽油機的排氣凈化l 汽油機的燃燒室汽油機的燃燒室污染物的評定指標污染物的評定指標l排放物體積分數和質量濃

23、度排放物體積分數和質量濃度 單位排氣體積中排放污染物的體積，單位排氣體積中排放污染物的體積，稱為排放物的體積分數，通常以稱為排放物的體積分數，通常以表示，質量表示，質量濃度常用濃度常用mgm3等計量。等計量。l質量排放量質量排放量 在環境保護實踐中，要求對污染物進行總量控制。因在環境保護實踐中，要求對污染物進行總量控制。因此，作為污染源的內燃機或裝內燃機的車輛，要確定運轉單位時間此，作為污染源的內燃機或裝內燃機的車輛，要確定運轉單位時間、按某標準進行一次測試或車輛按規定的工況組合行駛后折算到單、按某標準進行一次測試或車輛按規定的工況組合行駛后折算到單位里程的污染物排放置。質量排放量用位里程的污

24、染物排放置。質量排放量用g/h、等單位等單位表示。表示。 內燃機每作單位功所排放的污染物質量，用內燃機每作單位功所排放的污染物質量，用作單位表示，當然可以更客觀地評價內燃機的排放性能。這個指作單位表示，當然可以更客觀地評價內燃機的排放性能。這個指標與燃油消耗率類似，也可以稱為污染物排放率。標與燃油消耗率類似，也可以稱為污染物排放率。汽油機排放污染物及其危害汽油機排放污染物及其危害（1） 一氧化碳一氧化碳COl種無色無味的氣體，與血液中輸送氧的載體血紅蛋白的親和力種無色無味的氣體，與血液中輸送氧的載體血紅蛋白的親和力是氧的是氧的300倍。倍。lCO與血紅蛋白結合生成碳基血紅蛋白，就剝奪了血紅蛋白

25、對人與血紅蛋白結合生成碳基血紅蛋白，就剝奪了血紅蛋白對人體組織的供氧能力。體組織的供氧能力。l空氣中空氣中CO的體積分數超過的體積分數超過0.1時就會導致人體中毒；超過時就會導致人體中毒；超過0.3時，則可在時，則可在30min內使人致命。內使人致命。（2）碳氫化合物）碳氫化合物HC: 包括未燃和未完全燃燒的燃料、潤滑油及其裂解包括未燃和未完全燃燒的燃料、潤滑油及其裂解和部分氧化產物。如烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酮、酸等數百種成和部分氧化產物。如烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酮、酸等數百種成分。分。l烷烴基本上無味，對人體健康不產生直接影響。烷烴基本上無味，對人體健康不產生直接影響。l烯烴略帶甜味，有

26、麻醉作用，對粘膜有刺激，經代謝轉化會變成對烯烴略帶甜味，有麻醉作用，對粘膜有刺激，經代謝轉化會變成對基因有毒的氧化衍生物。烯烴是與氮氧化物一起在太陽光的紫外線基因有毒的氧化衍生物。烯烴是與氮氧化物一起在太陽光的紫外線作用下形成有毒的作用下形成有毒的“光化煙霧光化煙霧”的罪魁禍首之一。的罪魁禍首之一。l芳香烴對血液和神經系統有害，特別是多環芳香烴（芳香烴對血液和神經系統有害，特別是多環芳香烴（PAH）及其衍）及其衍生物有致癌作用。生物有致癌作用。l醛類是刺激性物質，對眼、呼吸道、血液有毒害。醛類是刺激性物質，對眼、呼吸道、血液有毒害。汽油機排放污染物及其危害汽油機排放污染物及其危害（3）氮氧化物

27、）氮氧化物NOxlNOx中絕大部分是中絕大部分是NO，少量是，少量是NO2 ；lNO是無色氣體，本身毒性不大，是無色氣體，本身毒性不大，在大氣中緩慢氧化成在大氣中緩慢氧化成NO2，NO2呈呈褐色，有強烈的刺激味；褐色，有強烈的刺激味；l和一氧化碳相似，氮的氧化物也趨和一氧化碳相似，氮的氧化物也趨向于存在血液中，與肺中的水氣結向于存在血液中，與肺中的水氣結合而形成稀硝酸，長時間后果將日合而形成稀硝酸，長時間后果將日趨嚴重（咳嗽、氣喘、肺氣腫）；趨嚴重（咳嗽、氣喘、肺氣腫）；lNOx是形成光化煙霧的主要因素之是形成光化煙霧的主要因素之一；一； 汽油機排放污染物及其危害汽油機排放污染物及其危害1.

28、NO的生成機理：的生成機理：l內燃機排出的內燃機排出的NOx主要是主要是NO，約占，約占90%，NO2占占510%l靠大氣中氮生成靠大氣中氮生成NO的化學機理是擴展的的化學機理是擴展的Zeldovitch機理。在汽油機機理。在汽油機均均質混合氣燃燒質混合氣燃燒有關有關NO主要反應為主要反應為l最后一個反應主要發生在非常濃的混合氣中。最后一個反應主要發生在非常濃的混合氣中。HNOOHNONOONNNONOOO2222一、有害排放物生成機理一、有害排放物生成機理lNO生成條件：高溫、富氧、高溫持續時間生成條件：高溫、富氧、高溫持續時間l控制控制NO排放的原則：排放的原則：減小混合氣中的減小混合氣中

29、的O2（或（或N2）的含量）的含量降低燃燒溫度降低燃燒溫度縮短高溫燃燒滯留的時間縮短高溫燃燒滯留的時間2. CO的生成機理的生成機理l 1時，時，CO排放量很少排放量很少一、有害排放物生成機理一、有害排放物生成機理3. HC的生成機理的生成機理l缸內壁面淬冷效應缸內壁面淬冷效應燃燒室壁面對火焰的迅速冷卻使火焰前鋒面的溫度降到自燃溫燃燒室壁面對火焰的迅速冷卻使火焰前鋒面的溫度降到自燃溫度以下，燃燒反應鏈中斷，使化學反應緩慢或停止。度以下，燃燒反應鏈中斷，使化學反應緩慢或停止。l縫隙效應縫隙效應汽油機燃燒室中各種狹窄縫隙如活塞、活塞環與氣缸壁之間，汽油機燃燒室中各種狹窄縫隙如活塞、活塞環與氣缸壁之

30、間，火花塞周圍等地方，生成的火花塞周圍等地方，生成的HC占總量的占總量的5070%。l積碳和壁面油膜的吸附效應積碳和壁面油膜的吸附效應在進氣和壓縮行程，氣缸套壁面和活塞頂上的潤滑油膜會吸附在進氣和壓縮行程，氣缸套壁面和活塞頂上的潤滑油膜會吸附未燃混合氣，在燃燒末期油膜會蒸發，但燃燒不完全，造成未燃混合氣，在燃燒末期油膜會蒸發，但燃燒不完全，造成HC排放增加。排放增加。一、有害排放物生成機理一、有害排放物生成機理3. HC的生成機理的生成機理l不完全燃燒不完全燃燒局部混合氣過濃，局部缺氧局部混合氣過濃，局部缺氧局部混合氣過稀，溫度過低局部混合氣過稀，溫度過低l失火失火失火條件：局部混合氣過濃或過

31、稀，超過著火界限；點火時刻失火條件：局部混合氣過濃或過稀，超過著火界限；點火時刻不當；點火系故障不當；點火系故障一、有害排放物生成機理一、有害排放物生成機理二、影響汽油機有害排放物生成的因素二、影響汽油機有害排放物生成的因素1. 混合氣濃度混合氣濃度l對對NOx的影響的影響l過量空氣系數過量空氣系數 ，NOx先增后減先增后減lNOx排放峰值出現在排放峰值出現在 1.031.1范圍內的經范圍內的經濟混合氣中濟混合氣中l小于此范圍時，氧濃度低，小于此范圍時，氧濃度低，抑止了抑止了NOx的生成的生成l大于此范圍時，燃燒溫度降大于此范圍時，燃燒溫度降低起主導作用低起主導作用二、影響汽油機有害排放物生成

32、的因素二、影響汽油機有害排放物生成的因素l對對HC和和CO的影響的影響l 1時，時， 提高提高HC和和CO排放迅速降低排放迅速降低l達到理論混合氣后，達到理論混合氣后， HC和和CO隨隨變化不變化不大大二、影響汽油機有害排放物生成的因素二、影響汽油機有害排放物生成的因素2. 點火提前角點火提前角l推遲點火、降低最高燃燒溫度并推遲點火、降低最高燃燒溫度并縮短已燃氣體停留在高溫中的時縮短已燃氣體停留在高溫中的時間，可減少間，可減少NOx排放排放l推遲點火、提高排溫，也有利于推遲點火、提高排溫，也有利于HC的后期氧化，但有損于發動的后期氧化，但有損于發動機燃油耗率和比功率機燃油耗率和比功率l點火提前

33、角對點火提前角對CO排放沒有明顯排放沒有明顯影響影響二、影響汽油機有害排放物生成的因素二、影響汽油機有害排放物生成的因素3. 轉速轉速l轉速增加，紊流增強，燃燒速度加快，所用時間縮短，轉速增加，紊流增強，燃燒速度加快，所用時間縮短，NOx降低降低l低速區，轉速增加，低速區，轉速增加，CO和和HC降低；轉速過高，降低；轉速過高，HC和和CO排放反排放反而升高而升高4. 負荷負荷l在中小負荷區，負荷增加，燃燒溫度提高，在中小負荷區，負荷增加，燃燒溫度提高，HC和和CO排放降低，排放降低，NOx排放升高排放升高l接近全負荷時，混合氣加濃，含氧量減小，接近全負荷時，混合氣加濃，含氧量減小， HC和和C

34、O排放升高，排放升高，NOx排放降低排放降低三、汽油機排放控制技術三、汽油機排放控制技術l對燃燒排出的有害物，在排氣系統進行后處理對燃燒排出的有害物，在排氣系統進行后處理l通過改進燃燒過程來降低排放的機內處理通過改進燃燒過程來降低排放的機內處理l對曲軸箱竄氣和燃油蒸發氣體等的前處理對曲軸箱竄氣和燃油蒸發氣體等的前處理三、汽油機排放控制技術三、汽油機排放控制技術1. 排氣后處理排氣后處理三元催化轉換器三元催化轉換器l能同時凈化能同時凈化NOx、CO、HC 3種有種有害氣體排放，是汽油機排氣廢氣后害氣體排放，是汽油機排氣廢氣后處理種最有效的方法處理種最有效的方法l為了同時處理這為了同時處理這3種氣

35、體，必須保種氣體，必須保證證NOx還原所需的還原所需的CO、HC等還原等還原性氣體和為保證性氣體和為保證CO、HC氧化反應氧化反應所需的所需的O2。允許的空燃比范圍非常。允許的空燃比范圍非常窄，接近理論空燃比。窄，接近理論空燃比。氧化反應：氧化反應：還原反應：還原反應：222104524NOHCNHOCO22222NOCO NCO2222COOCO2224524HCOH OCO三、汽油機排放控制技術三、汽油機排放控制技術三、汽油機排放控制技術三、汽油機排放控制技術l載體材料：蜂窩狀陶瓷（載體材料：蜂窩狀陶瓷（MgO2 / AL2O3 / SiO2）l催化劑：催化劑：Pt：Rh = 217；Pt

36、促進促進HC和和CO氧氧化；化；Rh促進促進NOx冷機狀態下采取的措施：冷機狀態下采取的措施：l提高催化劑的低溫活化性，改善低溫凈化效果提高催化劑的低溫活化性，改善低溫凈化效果l采取兩級催化轉化器采取兩級催化轉化器l采用低熱容量或電加熱的催化轉化器采用低熱容量或電加熱的催化轉化器熱機狀態下提高凈化能力措施熱機狀態下提高凈化能力措施l合理選用催化劑合理選用催化劑l采用高密度的蜂窩催化劑載體采用高密度的蜂窩催化劑載體l實現最佳空燃比控制實現最佳空燃比控制* / 48第四章第四章 汽油機的燃燒過程及排放控制汽油機的燃燒過程及排放控制l 正常燃燒過程正常燃燒過程l 不正常燃燒不正常燃燒l 汽油機的排氣

37、凈化汽油機的排氣凈化l 汽油機的燃燒室汽油機的燃燒室一、燃燒室的設計要點及要求一、燃燒室的設計要點及要求1. 壓縮比壓縮比l縮短火焰傳播距離縮短火焰傳播距離l利用適當強度的紊流，加快火焰傳播速度利用適當強度的紊流，加快火焰傳播速度l離火花塞較遠的區域設置冷卻面積，降低可燃混合氣溫度離火花塞較遠的區域設置冷卻面積，降低可燃混合氣溫度l燃燒室內應減少易受高溫影響而產生熱點和表面沉積物的因素燃燒室內應減少易受高溫影響而產生熱點和表面沉積物的因素2. 燃燒室的面容比（燃燒室的面容比（F/V）lF/V大，燃燒室結構不緊湊，火焰傳播距離長，容易爆震大，燃燒室結構不緊湊，火焰傳播距離長，容易爆震3. 燃燒室

38、形狀燃燒室形狀l影響氣流運動，影響混合氣濃度分布影響氣流運動，影響混合氣濃度分布l滿足快速燃燒的要求滿足快速燃燒的要求l適用于布置較大直徑氣門及多氣門適用于布置較大直徑氣門及多氣門一、燃燒室的設計要點及要求一、燃燒室的設計要點及要求4. 火花塞位置火花塞位置l應靠近排氣門，使受灼熱表面加熱的混合氣及早燃燒應靠近排氣門，使受灼熱表面加熱的混合氣及早燃燒l間隙處的殘余廢氣能充分排出，使混合氣容易著火間隙處的殘余廢氣能充分排出，使混合氣容易著火5. 燃燒室內的氣體流動燃燒室內的氣體流動l適當強度紊流的好處適當強度紊流的好處加快火焰傳播速度加快火焰傳播速度擴大混合氣體的著火界限，可以燃燒更稀的混合氣擴

39、大混合氣體的著火界限，可以燃燒更稀的混合氣減少燃燒的循環變動率減少燃燒的循環變動率降低降低HC排放排放一、燃燒室的設計要點及要求一、燃燒室的設計要點及要求l進氣渦流進氣渦流利用進氣口和進氣道的形狀在進利用進氣口和進氣道的形狀在進氣過程中造成氣流繞氣缸中心線氣過程中造成氣流繞氣缸中心線的旋轉運動，加快火焰傳播速度的旋轉運動，加快火焰傳播速度，提高燃燒速率；，提高燃燒速率；進氣阻力增加，充氣效率下降，進氣阻力增加，充氣效率下降，在低速低負荷時難以獲得良好的在低速低負荷時難以獲得良好的進氣渦流。故只依靠進氣渦流的進氣渦流。故只依靠進氣渦流的燃燒室非常少，通常配合組織進燃燒室非常少，通常配合組織進氣擠

40、流。氣擠流。一、燃燒室的設計要點及要求一、燃燒室的設計要點及要求l壓縮擠流壓縮擠流當活塞接近壓縮行程終點時，利用其頂部當活塞接近壓縮行程終點時，利用其頂部和缸蓋底面之間的狹小間隙和缸蓋底面之間的狹小間隙(稱擠氣間隙）稱擠氣間隙）將混合氣擠入燃燒室中央而產生；將混合氣擠入燃燒室中央而產生；最大速度出現在壓縮行程上止點前，加快最大速度出現在壓縮行程上止點前，加快了明顯期內的火焰傳播，使燃燒迅速；了明顯期內的火焰傳播，使燃燒迅速；離火花塞最遠的邊緣氣體因受兩個冷表面離火花塞最遠的邊緣氣體因受兩個冷表面的影響，容易散熱，對抗爆性有利；的影響，容易散熱，對抗爆性有利；不會引起充量系數下降，且可在節氣門開

41、不會引起充量系數下降，且可在節氣門開度小時獲得良好的紊流效果。度小時獲得良好的紊流效果。二、典型燃燒室二、典型燃燒室l半球形燃燒室：形狀大致呈半球形或蓬形，結構緊湊，面容比最小半球形燃燒室：形狀大致呈半球形或蓬形，結構緊湊，面容比最小，火花塞布置于燃燒室中央，火焰傳播距離最短；，火花塞布置于燃燒室中央，火焰傳播距離最短；l楔型燃燒室：火花塞在楔形高側的進排氣門之間，可在火花塞附近楔型燃燒室：火花塞在楔形高側的進排氣門之間，可在火花塞附近形成較強的氣流，保證低速低負荷性能良好。結構緊湊，火焰傳播形成較強的氣流，保證低速低負荷性能良好。結構緊湊，火焰傳播距離短，擠氣面積較大，對末端混合氣冷卻作用較

42、強，使爆燃傾向距離短，擠氣面積較大，對末端混合氣冷卻作用較強，使爆燃傾向減小。但同時由于擠氣面積內的熄火區增大，減小。但同時由于擠氣面積內的熄火區增大，HC排放量較多。排放量較多。l碗形燃燒室：布置在活塞中的一個回轉體。采用平底氣缸蓋，工藝碗形燃燒室：布置在活塞中的一個回轉體。采用平底氣缸蓋，工藝性好。燃燒室全部機械加工而成，有精確的形狀和容積，燃燒室表性好。燃燒室全部機械加工而成，有精確的形狀和容積，燃燒室表面光滑、緊湊、擠流效果好，壓縮比可高達面光滑、緊湊、擠流效果好，壓縮比可高達11；l浴盆形燃燒室：形狀像橢圓形浴盆，在雙側或單側設置擠氣面。高浴盆形燃燒室：形狀像橢圓形浴盆，在雙側或單側設置擠氣面。高度相同，寬度略大于氣缸范圍，以便于加大氣門直徑。度相同，寬度略大于氣缸范圍，以便于加大氣門直徑。 二、典型燃燒室二、典型燃燒室三、