第三章車用汽油機的機內凈化

由前面的分析知，汽車排氣污染物的產生原因主要有二，即：其一是燃油燃燒不充分；其二是在高溫高壓的環境下，多余空氣中的N2和O2結合生成NOx。由此可見，燃油在機內充分燃燒及減小燃燒室中燃燒后的溫度和壓力，是減小汽車排氣污染最有效且直接的方法。以此減小汽車排放污染者，稱為機內凈化。欲達到此目的，需對發動機各部件的結構進行優化設計和采取一系列新技術。第一節進排氣系統及燃燒室的優化設計

一、進、排氣系統

由《發動機原理》知，減小進、排氣阻力，增加進氣及擠氣渦流，不僅可以提高充氣效率，而且還可以使油、氣的混合更加均勻，使燃燒更加充分。那末，如何才能減小進、排氣阻力，增加進氣及擠氣渦流呢？

設計新結構、新技術

1、設計流場分析，對進排氣系統進行優化設計；利用進氣動態效應的結構設計減小進、排氣阻力的結構設計避免進、排氣管截面的突變；進、排氣管彎道處應避免轉折過急；對進、排氣系統的流場進行分析，設計出阻力最小的進、排氣系統。利用進氣動態效應的結構設計

發動機的間歇進氣，在進氣管中存在壓力波。在特定的近氣管條件下，可已利用此壓力波來提高進氣門關閉前的進氣壓力，提高進氣效率，這就稱之為進氣管的動態效應。2、新結構、新技術多氣門技術；可變技術：可變進氣道、可變凸輪相位、可變進氣持續時間等。多氣門技術可變進氣道可變進氣道可變進氣持續時間可變凸輪相位雙VVT系統

采用氣門相位連續可變的雙VVT（VariableValveTiming）系統。該系統通過配備的控制及執行系統，對發動機凸輪的相位進行調節，從而使得氣門開啟、關閉的時間隨發動機轉速的變化而變化，以提高充氣效率，增加發動機功率。最新技術——電控電驅動氣門技術

電控系統根據發動機運行工況的實際需要控制氣門的開、閉。該系統的特點是：①取消了氣門的機械驅動裝置，氣門的開、閉直接由電驅動系統完成；②配氣相位和氣門開啟的持續時間均按需實時調節；③氣門的開、閉比機械驅動系統更迅速；④進氣更充分、排氣更徹底。二、燃燒室產生較大的進氣和擠氣渦流減小燃燒室的面容比分層給氣式燃燒室——缸內噴射分隔式燃燒室

1、產生較大的進氣和擠氣渦流

2、減小燃燒室的面容比球形燃燒室半球形燃燒室多球形燃燒室3、分層給氣式燃燒室——缸內噴射將汽油機的質調節改為量調節；混合氣在氣缸中分層，在火化塞附近為濃混合氣，以便汽油發動機能有效而穩定工作。4、分隔式燃燒室

將燃燒室分成兩部分，即主室和副室。副室的容積很小，約占燃燒室總容積的20%左右。主、副室之間用一狹小的通道相連。主、副室分別有各自的進氣門，供給副室的可燃混合氣比供給主室的可燃混合氣濃。火花塞CVCC發動機分隔式燃燒室安裝在副室上，副室的可燃混合氣被電火花點燃燃燒后經主副室間的通道高速噴入主室，使主室中的可燃混合氣迅速燃燒。4、分隔式燃燒室

分隔室燃燒室對減小汽車的排氣污染有明顯的效果。第二節廢氣再循環（EGR）廢氣再循環的凈化原理廢氣再循環的控制策略EGR系統及EGR閥內部廢氣再循環一、廢氣再循環的凈化原理

將一部分燃燒后的廢氣引入燃燒室，由于廢氣占了一定的氣缸容積，它不僅降低了可燃混合氣的燃燒速度，而且還減少了進入氣缸的混合氣進氣量，如此便降低了燃燒產物的溫度和壓力。從而達到降低NOx濃度之目的。二、廢氣再循環的控制策略

盡管廢氣再循環可以降低NOx的排放量，但它同時會對發動機的動力性和經濟性構成不利影響。若參與再循環的廢氣量太多還會使CO和HC的排放量上升，嚴重時還會影響到發動機的正常燃燒。所以應按照發動機運行工況的特點對再循環的廢氣量進行控制。三、EGR系統及EGR閥

目前，車用汽油機所用的EGR系統有三種不同的類型，即：真空控制的EGR系統、電控真空驅動的EGR系統和電控的EGR系統，見下圖。四、內部廢氣循環系統

將燃燒后的廢氣留一部分在缸內，使其和下一循環進入缸內的可燃混合氣混合，其效果和廢氣再循環相當，所以將其稱為內部廢氣再循環。第三節廢氣渦輪增壓技術

利用發動機排出廢氣的動能和熱能，增加進入氣缸新鮮空氣的壓力，提高發動機的進氣量，改善可燃混合氣的質量，從而達到降低CO和HC排出量的目的。廢氣渦輪增壓還可以降低發動機的噪聲，其原因是，在燃燒過程中，增壓發動機的壓力升高率比普通非增壓發動機小。廢氣渦輪增壓系統最新技術——雙渦輪增壓最新技術——雙渦輪增壓（續）傳統渦輪增壓系統的重要缺點是遲緩的加速響應性能，為了改善渦輪增壓器的遲滯性，需采用低慣性阻力的渦輪增壓系統，并配合缸內直噴技術，提高動力輸出的延展性，以維持全速域的動力輸出。第四節電控燃油噴射技術按工況的需要準確供油；進入各缸的可燃混合氣較為均衡；進氣系統的阻力小，充氣效率高；燃油霧化良好，油、氣混合均勻；尤其是λ閉環控制系統，它可使發動機在絕大多數工況和時間內燃用α=1的可燃混合氣。

一、電控發機排放污染小的原因傳統化油器式汽油發動機存在的問題傳統柴油發動機存在的問題電控燃油噴射式發動機的排氣凈化原理高壓共軌柴油發動機的排氣凈化原理1、傳統化油器式汽油發動機存在的問題可燃混和氣相對較濃；可燃混和氣不夠均勻；進氣不夠充分。過量空氣系數：實際供給的空氣量與燃燒所需的理論空氣量之比。充氣系數：實際進入氣缸的空氣量與充滿氣缸所需的空氣量之比。1、傳統化油器式汽油發動機存在的問題點火強度隨轉速而變化；點火正時不夠準確；觸點易磨損、燒蝕2、傳統柴油發動機存在的問題供油量不可能實現精準的調節噴油提前角不夠準確可燃混和氣的質量不夠好3、電控燃油噴射式發動機排氣凈化原理進氣充分；燃油霧化良好，可燃混合氣混合均勻；根據工況變化的實際需要精確供油；進氣系統的阻力小，充氣效率高；尤其是λ閉環控制系統，它可使發動機在絕大多數工況和時間內燃用α=1的可燃混合氣。4、高壓共軌柴油發動機排氣凈化原理噴油量精確,壓力高(120～200MPa）,燃油霧化良好按照發動機運行工況的實際需要，實時準確地調節噴油提前角可實現理想的噴油規律,多次噴射，達到在降低Nox排放量的前提下,獲得良好的燃油經濟性和動力性二、最新技術——缸內直噴壁面控制燃燒系統

在壁面控制的燃燒系統中，噴油器和火花塞相隔較遠，噴油器將油束噴到活塞凹坑中，然后油氣流將燃油送往火花塞。為了避免溫度過高，噴