1、 發動機原理大作業專 業:車輛工程姓名:佟麟學號:0807130221環保型綠色汽車發動機的研究作者:佟麟 單位:遼寧工程技術大學摘要在21世紀的今天，汽車已經成為人類生活中最常見的交通運輸工具。自從1886年第一輛汽車誕生以來，它給人們的生活和工作帶來了極大的便利，也已經發展成為近現代物質文明的支柱之一。但是，我們也應該看到，在汽車產業高速發展、汽車產量和保有量不斷增加的同時，汽車也帶來了大氣污染，尤其是汽車尾氣污染，使汽車排放對環境的危害日益加劇。研究汽車排放污染的防治技術刻不容緩。本文分析了汽車排放污染與人類生存環境的關系，介紹了應從發動機燃燒、結構設計、燃料提供等技術及加強車輛維修保養

2、、開發新型環保汽車等措施著手，控制汽車排放，減少大氣污染。 關鍵詞：污染物成分，環保汽車 ，危害控制 ，尾氣凈化。ABSTRACTIn the 21st century, cars have become the most common human life of transportation. Since 1886 first cars since birth, it brought people's life and work brought great convenience, also has developed into one of the pillars of moder

3、n material civilization. But, we should also see, in the car industry high-speed development, auto production and quantities has increased, car also brought atmospheric pollution, especially automobile exhaust pollution to the environment, the harm of car emissions aggravating. Research emission pol

4、lution prevention and control technologies car etc. This paper analyzes auto emission pollution and human survival environment, this paper introduces the relationship from engine combustion, structural design, fuel provide technology and strengthen vehicle maintenance, developing new environmental p

5、rotection measures such as car to control car emissions, reduce air pollution.Key Words: Pollutant compositions, environmental hazard control, car, purify exhaust gas引言：在人聲鼎沸車水馬龍的城市街頭，時常會見到一股股煙氣從一輛輛機動車尾部噴出，這種廢氣嚴重影響人的健康和環境，隨著汽車的日益增加，這種新型污染已經引起了世界的廣泛重視，目前環保型汽車發動機的研究在一些發達國家已經卓有成效，雖然我國在傳統內燃機特別是柴油機技術上，落后

6、于世界先進水平1520年，而在新型能源發動機研發上則不然。有專家指出，我國在環保型發動機的研制上，與國際先進水平僅有約5年的差距，某些方面可能還略有優勢。話雖如此，環保型發動機在研究上存在的一系列問題也亟待解決，如何研發設計環保型發動機并解決技術上的問題成了重點。1.廢氣再循環技術1.1廢氣再循環技術的原理氮氧化物（NOx）是燃燒過程中形成的多種氮氧化物，對人體健康危害極大，可引起心，肺，肝，腎等多種臟器的疾病，同時也是酸雨的主要來源。廢氣再循環(EGR)是目前常用于控制內燃機NOx排放的有效措施之一。它把一定數量的廢氣（5%20%）引入發動機的進氣系統，使發動機混合氣中惰性氣體的比例增加。一

7、部分廢氣的再循環，減少了排氣總量，由于這些惰性氣體有較高比熱，使經再循環廢氣稀釋的混合氣的比熱增高，致使發動機最高燃燒溫度下降，由于再循環廢氣對新混合氣的稀釋，降低了混合氣中氧氣的濃度，因而廢氣再循環破壞了NOx的生成條件，從而有效抑制了NOx的生成。示意圖如下： 圖1 1.2 EGR率廢氣混入的多少,用EGR率來表示,其定義為: 隨EGR率的增加,NOx的排放量會迅速下降。新鮮混合氣混入廢氣后,其熱值下降,燃燒速度和燃燒溫度下降,發動機在全負荷時的最大輸出功率會有所下降;中等負荷時,采用較大的EGR率會使燃油消耗率升高,HC排放上升;小負荷,特別是怠速時,使用EGR使燃燒不穩定甚至導致缺火&

8、quot;為了使EGR系統能更有效地發揮作用,保證發動機的動力性能,其關鍵在于根據發動機的溫度及負荷的大小控制EGR率,使之在不同工況下得到各種性能的最佳折中,實現減少NOx生成量的控制目標。當發動機啟動!暖機時冷卻水溫和進氣溫度較低或發動機怠速或小負荷運轉時,NOx的生成量很少,通常不使用EGR;當發動機水溫達到正常工作溫度、負荷增大運轉時,燃燒室內溫度升高,促使NOx的生成,此時最好的方法是降低燃燒室溫度,采用EGR,由于NOx生成量隨負荷的增大而增大,隨負荷的增大應相應增大EGR率,一般不超過20%"由此NOx的排放可降低50%70%"如果EGR率超過這個界限,燃燒速

9、度太慢,燃燒波動增加,HC排放增加,動力性和經濟性就隨之惡化"但在全負荷運行時,由于最大輸出功率會下降,為保持發動機的動力性,即使NOx生成量多,也不宜采用EGR。此外,要保證再循環的廢氣在各缸之間分配均勻。為了精確控制EGR率,最好采用電子控制EGR閥系統"為提高降低NOx的排放效果,可采取中冷EGR,將廢氣冷卻后再還流回氣缸使進氣溫度降低。中冷EGR技術不僅可以降低NOx排放,還可使其他有害排放降低。1.3車用汽油機EGR的控制系統車用汽油機常用真空控制，電控真空控制，閉環電控三種EGR控制系統,如圖2。在真空控制EGR系統中,除切斷EGR用溫度控制閥5實現以外,其余控

10、制全靠進氣管節氣門后的真空度和真空驅動EGR閥的構造來保證。如EGR閥1是簡單的膜片閥,而節氣門后的真空度隨負荷的減小而加大,因而EGR閥的開度將隨負荷的減小而加大,這顯然不符合要求"為此改用雙膜片閥。雙膜片閥的主膜片保持最大負荷下驅動真空度小時EGR閥關閉"發動機轉速降低時,排氣背壓降低,副膜片在小彈簧作用下下移,打開控制閥,使主膜片室內的真空度流失,EGR閥開度減小。若全靠真空控制,EGR閥設計得再巧妙也不能達到理想的控制"電控真空驅動的EGR系統用預先標定的脈譜通過電控真空調節器6控制EGR閥1的開度,大大提高了控制的自由度"閉環電控EGR系統應用

11、了帶傳感器8的線性位移電磁式EGR閥9,進一步提高了控制精度。圖21.4 柴油機EGR的效果及控制由于柴油機燃燒時過量空氣系數總是大于1,排氣中的氧含量比汽油機高得多,CO2濃度要小得多,因而必須使用比汽油機更大的EGR率才能有效降低NOx。一般汽油機的EGR率不超過20%,而直噴式和非直噴式柴油機的EGR率可分別超過40%和25%。由于廢氣的溫度比新鮮空氣的溫度高,隨著EGR率的增加,進氣溫度會提高;而柴油機負荷和排氣溫度的增加又會進一步提高引入廢氣的溫度,隨著EGR率的增加,進氣溫度會進一步增加。由于廢氣的引入使進氣的溫度升高,在低負荷時因噴入柴油機的燃油量較少,使著火延長期減少; 而在大

12、負荷時,因噴入的燃油量增大,由于廢氣的引入使燃氣中的氧濃度變小而對著火不利,使著火延長期增大。采用EGR可使NOx明顯降低的原因除由于大量隋性氣體阻礙了燃燒的快速進行及混合氣的比熱容增大使燃燒溫度降低(EGR率為20%和25%時,燃燒最高溫度比無EGR時分別低50e和100e左右)外,EGR對進氣加熱和稀釋造成實際的過量空氣系數下降也是重要原因。因此,在NOx降低的同時,尤其在較大負荷時,碳煙和油耗會隨之惡化,可采用冷卻EGR的方法使發動機性能惡化的趨勢受到抑制。由于燃燒速度的減慢,可使壓力升高比下降,既可改善柴油機工作的粗暴性,且隨EGR率的增大而更明顯,還可使最高爆發壓力降低,且最高爆發壓

13、力的出現角度前移。而且EGR對發動機性能的負面影響,主要表現在大中負荷時,而小負荷時影響不大,甚至油耗和HC排放還略有改善。實際應用時,應隨工況的不同而改變EGR率。高速大負荷時,停用EGR;隨負荷及轉速的降低逐步加大EGR率"各種工況的最佳EGR率應由試驗來確定。對EGR率的控制,國外多用電子控制系統,圖3這種方法稱做內部EGR"它可通過調整進氣相位角即為一實用化的EGR系統。圖3電控系統根據發動機的轉速信號，油泵齒條位移信號(供油量)和水溫信號等,按預先設定的脈譜圖改變EGR率。柴油機還流管的直徑比汽油機的大得多,這是由于柴油機進排氣管之間的壓差較小, 所需的EGR還流

14、量又遠大于汽油機。另外,為提高排氣再循環量,在柴油機的進氣門上加上了節氣門，以便在低負荷時通過進氣節流的方法增大排氣管與進氣管之間的壓差。在增壓柴油機中,經常會出現增壓壓力大于排氣壓力的現象。為確保排氣再循環,在排氣再循環閥前應加一個單向閥,以便利用排氣脈沖進行排氣再循環。 1.5 小結：1.技術是降低內燃機,特別是柴油機廢氣中排放的有效措施,可降低20%50%。2.隨工況的不同,其最佳率也不同。因此應對不同工況進行細致的匹配,采用電控(計算機控制)最好。3.柴油機的率可比汽油機大,但一般以不超過30%為宜,否則會使功率和油耗惡化。4.采用后,柴油機工作的粗暴性可得到明顯改善。2.三元催化轉換

15、技術三元催化轉換器中裝有促使廢氣中有害物進行氧化或還原反應的催化劑（鉑、銠和鈀）。當廢氣流經催化器時，通過化學反應使有害氣體轉化為無害氣體。催化轉換器的凈化效果受混合氣濃度和工作環境溫度的影響。為提高轉化效率，可采用以下措施：2.1 冷機時稀薄燃燒 發動機冷機時，催化劑活性較差，不利于降低HC 的排放。這時，降低HC 的排放成為主要課題。在采用的方法中，稀薄燃燒技術最為有效。為保證空燃比的稀薄化，在進氣口內設置渦流控制閥，改善發動機進氣系統，提高充氣效率；改進發動機燃燒系統，合理組織燃燒室內的氣體流動，促進火焰傳播，改善著火穩定性，使發動機在稀混合氣下維持穩定燃燒，從而降低HC 的排放量。2.

16、2減少未燃HC 活塞的第一道環岸脊(指第一道環槽至活塞頂之間的區域)和氣缸壁之間，燃燒的火焰不能達到，此區域內的未燃HC 直接從氣缸內排出。提高第一道活塞環的位置，即減小第一道活塞環岸的高度，可以減少活塞環與缸壁間的容積，從而減少未燃HC 的排放。為減少活塞環槽的磨損，一般情況下，對活塞表面實施氧化鋁鍍膜處理，但由于在活塞表面易形成許多細孔，被吸附的HC 在發動機排氣行程時排出機外。為解決這一矛盾，在對活塞表面實施氧化鋁鍍膜處理時，只對活塞環槽進行處理，活塞頂面不進行處理，有利于進一步降低HC 的排放。2.3提高催化劑的早期活性為促使催化劑的早期活性，有效的方法是提高其升溫特性和降低其活性溫度

17、。提高升溫特性的主要方法是采用雙重排氣管和使用“薄壁式”催化劑載體。合理選擇低溫特性好的貴重金屬，如在催化劑中提高鉑的含量，同時提高空燃比的稀薄化，是降低催化劑活性溫度的有效手段。2.4催化劑強制加熱使用電加熱催化劑(EHC)和在排氣管內利用排放氣體的燃燒產生的熱量，促使催化劑升溫，即排氣燃燒器(EGC)能進一步提高催化劑的早期活性。EHC 采用電流預熱的方法，可使金屬載體的催化器在發動機起動后的510s 內達到催化劑的起燃溫度，從而減少起動后最初幾分鐘內的有害物的排放。EHC 已達到實用化水平，但其電氣系統較復雜。EGC 的原理是在發動機起動后，在濃空燃比狀態下產生的CO 等可燃成分與二次空氣供給的氧氣相混合，形成可燃混合氣，在排氣系統中設置排氣燃燒器，通過火花塞點火裝置，點燃未燃混合氣，利用燃燒產生的熱量提高催化劑的早期活性，同時還能燃燒凈化發動機起動后的未燃HC 成分。EGC技術雖然處于研制階段，但其催化轉化效率高，大有超過EHC 之勢。結論環保型發動機是指安裝了三元催化器凈化尾氣系統、通過氧傳感器反饋控制空燃比、使用微電腦對發動機工作性能及尾氣排放全方位系統控制的發動機，它能精確控制混合汽空燃比。 環保型發動機與化油器發動機相比具有以下先進性：(1)任何工況下都能獲得精確的空燃比混合汽；(2)加速性能好；(3)由于它使用多點電控噴射系統，保證了在汽