1、第一節 概說第二節 汽油機排氣的凈化第三節 柴油機排氣的凈化一、汽車排污的來源有三 1、從排氣管排出的廢氣，主要成分是CO(一氧化碳)，HC(碳氫化合物)，NOx(氮氫化合物)，其它還有SO2 ( 二氧化硫)，鉛化合物，炭煙等； 2、竄氣 即從活塞與氣缸之間的間隙漏出，再自曲軸箱經通氣管排出的燃燒氣體，其主要成分是HC; 3、從油箱，化油器浮子室以及油泵接頭等處蒸發出的汽油蒸汽，成分是HC。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第一節第一節 概說概說返回返回上級上級 1、HC HC的生成取決于發動機的設計和運行因素。發動機運行中，混合起過濃或過稀，燃燒組織不良，竄機油或溫度過低都會產

2、生HC。柴油機排出的未燃燒的燃料，分解的燃料分子和少量的氧化反應的中間產物。 HC的某些氫類光化學反應活性很強，可與空氣中的NO2結合，在陽光下形成以O3 為主的光化學煙霧，刺激人 的眼睛和呼吸器官，造成呼吸困難。 2、CO CO主要是由于燃料燃燒時O2相對不足，燃料中的C不能完全燃燒產生的，或由于混合氣不均勻燃燒，混合氣溫度低,CO不能氧化而留在燃氣中排出。 CO被吸入人體，很容易與血紅蛋白結合，導致缺氧，從而使人窒息；嚴重者危及生命。 第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第一節第一節 概說概說 3、NOx NOx是由空氣中N2和O2在燃燒室的高溫，高壓作用下發生化學反應生成的。

3、NOx主要以NO的形式出現，還有 少量的NO2 。 NOx可以與某些氫類發生化學反應，生成光化學煙霧，對人體有害。 4、PM(微粒) PM是由于柴油機燃燒時燃料與空氣混合不均勻，造成局部過濃，在高溫缺氧情況下產生并排出。 PM中含有可致癌的物質，容易被人體吸入并沉積在肺內。 5、SOx 燃料中的S在燃燒后形成SOx(SO2 ,SO3 )。 SOx被排出機外，易形成煙霧，污染環境。 第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第一節第一節 概概說說 排氣中的HC和NOx在一定的地理、溫度、氣象條件下，經強烈的陽光照射下，會發生光化學反應，生成以臭氧（O3 )、醛類為主的過氧化產物，稱為光化學

4、煙霧。臭氧具有獨特的臭味和很強的毒性，醛類對眼及呼吸道有刺激作用。此外，它們還防礙生物的正常成長。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第一節第一節 概概說說 1、研制無污染或低污染動力源 目前出現的新型汽車動力源中，完全沒有排污的是電動汽車中的蓄電池-電動機組。氫氣發動機的燃燒產物中沒有CO和HC，但在大負荷工況范圍內NOx排出量激增。燃氣輪機排出的CO和HC較少,NOx排出量雖然大，但易于控制。三角活塞旋轉式發動機因氣缸中燃燒溫度低而NOx排出量少，而且排出的HC和CO可以采取機外凈化措施加以處理。所以可以說，這些新型動力裝置不僅在某些性能方面有其一定的優越性，而且就減少排污公害

5、的角度看來，也很有發展前景。但是，由于在另外一些重要性能指標方面尚存在著嚴重缺陷，這些新型動力源目前在汽車上都還沒有得到推廣，有的甚至還不能付諸推廣，有的甚至還不能付諸實用。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第一節第一節 概概說說 發動機排氣凈化的方式可分為兩大類： （1）機內凈化改善可燃混合氣的品質和燃燒狀況，抑制有害氣體的產生，使排氣中的有害氣體成分減至最少； （2）機外凈化用設置在發動機外部的附加裝置使排出的廢氣凈化后在排入大氣。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第一節第一節 概說概說 一、機內凈化措施 （一）改善可燃混合氣品質 1、采用進氣溫度自動調節式空氣

6、濾清器 2、裝設葉片式旋轉器 3 、采用廢氣再循環裝置 4、 采用電子控制的汽油噴射裝置第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈汽油機排氣的凈化化返回返回上級上級 基本原理：采用進氣溫度自動調節式空氣濾清器，以保證在外界氣溫變化很大的情況下，使進氣溫度大致保持在40左右，從而得到較稀的混合氣。 結構原理：如圖6-1。 工作過程：當外界流入空氣濾清器4的空氣溫度低于某一規定值時（圖6-2a），在雙金屬片式（或臘球伸縮筒式）溫度傳感器5的作用下，真空閥3開啟，化油器節氣門2后方的真空度便經軟管9傳入真空室6。在真空度作用下，膜片7和連桿上移，使進氣控制閥8將冷空

7、氣進口A關閉，同時將熱空氣進口B打開，讓經過排氣管預熱的空氣進入空氣濾清器。當外界空氣溫度高于某一規定值時（圖6-2b），溫度傳感器便將真空閥關閉，切斷化油器與真空室之間的真空通道。在膜片彈簧作用下，B口關閉而A口開啟。 若外界空氣溫度在上述兩規定值之間，則真空閥部分開啟，真空室膜片保持在某一平衡位置，從而 進氣控制閥使A、B兩口均保持適當開度（圖6-2c）。這樣，便可使進氣溫度保持在相對穩定的范圍內。 當節氣門全開時，節氣門下方真空度很低，即使真空閥全開，進氣控制閥仍處于B口關閉、A口開啟的位置（圖6-2d）。這可以保證發動機在全負荷運轉期間進氣溫度不致過高。第九章第九章 發動機排氣的凈化發

8、動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 為改善混合氣的形成和點火條件，可在化油器和進氣管之間，裝設葉片式旋轉器。其作用是在進氣時產生旋流，粉碎粒狀油滴，以促進霧化和混合氣均勻分配。采用這種措施，降低CO及HC排放量的效果是明顯的。但在高轉速時，將增加進氣阻力，使經濟性受到一定的損失。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 基本原理是：將5%20%的廢氣再引入進氣管，與新鮮混合氣一道進入燃燒室，使最高燃燒溫度降低，從而減少NOx生成量。 結構原理：如圖6-3。 工作過程：化油器喉管產生的真空度由管道傳到真空氣室8，在

9、節氣門開度、增大或發動機轉速上升時，真空度也不斷增高。當真空度達到0.01MPa左右時，即可克服回位彈簧7的預緊力而使膜片6連同閥桿1上移，錐形的 閥門5便逐漸開啟，使廢氣得以從排氣管進入進氣管。當真空度達到0.0130.026MPa時，膜片上升到最高位置，閥門全開。因此，這種閥能相應與發動機運轉條件而改變廢氣的再循環量。怠速時，由于化油器的喉管真空度很低，閥門關閉，不進行廢氣再循環。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 采用電子控制的汽油噴射裝置也是機內凈化的有效措施之一。當初，采用這種裝置的目的是為了增大發動機功率（比化油器式增大1

10、0%）和降低油耗（約低10%）。但只要稍微犧牲一些這方面的性能，使之主要用作排氣凈化裝置，便可得到很好的效果，例如：冷機起動比較容易；怠速時可供給稀混合氣；在汽車減速而節氣門關閉時可迅速而準確地切斷燃油的供給，以防止CO、HC生成量增多等等?，F在，這種汽油裝置已成為歐洲汽油車的主要排氣凈化裝置之一。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 1、從配氣相位方面改善 混合氣在氣缸內燃燒時，火焰到達燃燒室璧附近，往往由于表面溫度低而熄火，引起HC排放量增加。顯然，減少燃燒室的表面積和容積之比（面容）可減少HC的排放量。面容比按盆形、楔形、碗形、半

11、球形的燃燒室結構順序逐漸減少。此外，降低壓縮比也可降低面容比，同時還可減少NOx的排放量。 配氣相位特別是氣門重疊時間對NOx，HC排放量的影響很大。試驗表明：氣門重疊時間長時，因排氣徹底，進氣充足，氣缸內溫度低，NOx排放量將減少，而HC的增加量并不多；當氣門重疊時間短時，HC將減少，而NOx卻增加較多。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 延遲點火時刻，可減低燃燒最高溫度，因而NOx的排放量減少；同時，由于燃燒持續時間較長，促進氧化作用，使HC減少。故這種方法已普遍用于各種低公害汽車上。采用延遲點火法的前提是必須裝有進氣預熱（否則在

12、發動機冷態時采用延遲點火法，有害氣體的排放量反而增多）。若同時還采用空氣噴射裝置-熱反應器和廢氣再循環閥等，則凈化效果更佳。但是延遲點火會引起功率下降和過熱等問題。為此，可采用雙膜片真空式點火提前調節裝置。其作用是在怠速和減速時減小點火提前角，以減少CO、HC的生成量；中、高速時則加大點火提前角，以保證功率；發動機過熱時，將點火提前角加到最大值，使轉速上升，加強冷卻作用直至恢復到正常溫度為止。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 層狀燃燒可使發動機在過稀混合氣的情況下工作。這種新的燃燒方式被認為是一種比較理想的凈化方法，國外很多廠家都在

13、積極研制。下面以日本本田技研工業公司研制成功的復合渦流控制燃燒式 （CVCC）發動機為例，說明其原理與特點。 基本原理：圖6-4示出了排污濃度與空燃比的關系由圖可知，在稀混合氣范圍內，一般發動機因缺火無法運轉，而復合渦流控制燃燒式發動機卻能使稀混合氣進行緩慢燃燒。因此，具有顯著的凈化效果。 結構原理：如圖6-5。 工作過程：進氣行程中，副燃燒室吸入少量濃混合氣，而主燃燒室則吸入大量的過稀混合氣，二者明顯地分成層狀。壓縮行程中，混合氣進一步明顯分成三層：副燃燒室中為濃混合氣，主燃燒室中是過稀混合氣，二者交接處為稍濃混合氣。壓縮終了時，用裝在副燃燒室的火花塞點燃濃混合氣，而連接孔附近因有空燃比接近

14、理論值的稍濃混合氣，故燃燒強烈。這部分高溫火焰，能使主燃燒室中呈渦流狀態的過稀混合氣得以正常燃燒，直至作功行程終了。排氣過程中，燃氣仍保持較高的溫度，使CO、HC得以盡可能充分燃燒。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 均質稀燃技術的應用： 1、擾流發生罐 結構原理：如圖6-6，用于豐田汽車12-T型發動機上。 工作原理：在氣缸蓋上設置的副燃燒室2稱擾流發生罐，火花塞4安裝于其入氣口處。在排氣行程中，擾流發生罐2內的廢氣無法掃除；進氣行程中，罐內壓力較高，新鮮混合氣被壓入，并與廢氣一起在罐內形成強烈的渦流運動。由于火花塞附近的廢氣被掃除

15、，新鮮混合氣極易被點燃。點火后，火焰隨著流向罐內氣流在罐內迅速傳播并燃燒。所產生的高壓火焰氣體噴向主燃燒室6，使主燃燒室內的稀混合氣產生強烈的擾流，并使火焰迅速向四周傳播。 基本原理：這種燃燒室在燃燒初期，燃燒速度比普通汽油機要快，最高壓力值出現于上止點附近，故熱效率較高。由于擾流發生罐內存在較多的廢氣。使著火時刻延遲。又因主燃燒室內為稀混合氣，因此,NOx的生成量顯著降低。另外，擾流發生罐2噴出的火焰氣流使主燃燒室6內的新鮮混合氣產生強烈的擾動，致使稀混合氣燃燒完全，HC和CO的排污的目的。 第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 結構

16、原理：如圖6-7所示。在發動機氣缸蓋上，除有進、排氣門外，又在其間設置了一個小型的噴流閥3。 工作過程：工作時，空氣或稀混合氣氣流經噴流閥3進入燃燒室，一方面掃除了火花塞附近的廢氣，為點火創造良好的條件，另一方面又在氣缸內形成較強的渦流，加速了火焰的傳播并擴大了稀混合氣的燃燒界限。據測，當噴流流量為0.97L/s時，火焰傳播速度可提高40%；稀混合氣燃燒界限由空燃比21：1延伸到24：1后仍可穩定燃燒。 基本原理：噴流控制閥系統使發動機在小負荷工況時可以燃燒稀混合氣，從而使CO和HC的排放顯著減少。隨著負荷增加，節氣門開度加大，由噴流閥3進入燃燒室的氣體量逐漸減少，其作用逐漸消失。 第九章第九

17、章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 結構原理：如圖6-8。在氣缸蓋5上裝有進氣門1和排氣門4。排氣門安裝在氣缸蓋下表面凹入較深的盆形腔內。進氣門安裝在凹入較淺的盆形腔內。兩腔之間由凹入較淺的通槽2相連。通槽2近于和燃燒室3相切。火花塞6設置在燃燒室3的邊緣。進氣道8為螺旋式。 工作過程：在壓縮行程中，借助螺旋式進氣道8及通槽2與燃燒室3相切的作用，使燃燒室內的氣體形成高速旋流?；鸹ㄈ唤淈c燃混合氣，高速旋轉的火焰便使燃燒室3內的稀混合氣迅速燃燒起來。 基本原理：這種燃燒室由于燃燒速度快，使發動機壓縮比可以提高到10以上而不發生爆燃和表面點火等異

18、常燃燒現象。同時，還可燃用空燃比26：1的稀混合氣。采用這種燃燒室，不僅可以提高燃燒經濟性，而且還可獲得較滿意的排放性能。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 1、液化石油氣發動機的應用 液化石油氣發動機已是比較成熟的機型，很多國家都有定型產品。液化石油氣在常溫下是氣體，在一定壓力下則呈液態存在。它主要是丙烷和丁烷的混合物。在石油開采和煉制過程中，作為副產品而形成。亦可從天然氣或煤中提取。 由于在發動機工作溫度下液化石油氣呈氣態存在，所以燃用時無需化油器，并能和空氣均勻混合形成質量良好的混合氣，獲得完全的燃燒。燃燒后的有害排放物遠比汽油

19、少。另外，液化石油氣的辛烷值很高，可以提高發動機的壓縮比從而可獲得較高的動力性能。它的缺點是裝液化石油氣的氣瓶重量大，氣瓶更換頻繁及具有爆炸的危險性等。因此，目前多用于定線行駛的公共汽車上。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 使用甲醇或甲醇與汽油的混合燃料，比單純燃用汽油時，NOx的排放量可以減少一些，而HC和CO的排放量則可明顯下降。由于甲醇有汽油的混合燃料抗爆性好，可使發動機的壓縮比提高10%，故提了發動機的功率。甲醇可從煤中提煉而得，我國又是煤碳資源較豐富的國家，因此甲醇燃料是一種很有發展前景的代用燃料。甲醇與汽油的混合燃料（甲

20、醇重量百分比為15%20%）在某些國家已經付諸實用。 甲醇具有毒性，對鋅和鋁合金有腐蝕作用，同時還有溶解塑料。因此，在使用中采取特殊的防治措施。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 氫氣是一種不含碳的清潔燃料。燃燒后沒有CO和CH的排放污染，只有NOx一種有害排放物。經試驗表明，當氫氣與空氣的混合氣其過量空氣系數超過2，NOx的排放量則很低。氫氣與空氣的混合氣燃燒時，其著火界限很寬。氫在空氣中的含量為4%75%時。均可燃燒。另外，氫對點火能量要求較低，且火焰傳播度快，約為普通燃料的79倍。因此，其動力性能很高。 研究還發現，用1%的氫和

21、99%的汽油混合燃燒時，可得到較好的凈化效果。在SH7221轎車發動機上，于怠速工況下燃用上述較稀混合氣時。測試表明和節油25%；CO的排放量可減少49%；HC排放量可減少80%。因此，采用氫油混合燃料來控制怠速排放，也是一種行之有效的方法。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化（一）利用廢氣再燃燒方法凈化排氣 常用的裝置： 1、空氣噴射裝置 2、熱反應器 3、催化反應器第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 結構原理：如圖6-9。 工作過程：葉片式空氣泵2由發動機驅動，所產生的低壓

22、空氣（稱為二次空氣）從一根軟管通過防止廢氣倒流的單向閥4，經空氣分配管5和空氣噴管7噴到各缸的排氣門背面，與高溫廢氣接觸混合，并流入能保持高溫的熱反應器內，導致殘留的CO和HC再燃燒。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 結構原理：熱反應器裝在發動機排氣道出口處，其結構見圖6-10。 工作過程：在常規的發動機上，排氣管內的溫度為597647，而在有空氣噴射裝置和熱反應器時，必須保持在977左右。因此熱反應器必須采用耐熱材料，以防止高溫下的氧化和腐蝕。當發動機在高負荷運轉時，如熱反應器工作，就要引起過熱。此時，上述的轉換閥也起了作用，使噴

23、射空氣不再流入排氣管，而全部送到發動機下部、起冷卻作用。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 結構原理：如圖6-11。 催化反應器的外形有如大型消聲器，用耐腐蝕的不銹鋼制成，安裝在削聲器之前。殼體內的催化劑是直徑為24mm的氧化鋁（Al2O3 ）顆粒，在其多孔性的表面上鍍有鉑。催化劑表面積可達150300m2左右催化反應器的構造應保證在廢氣通過時和催化劑顆粒均勻接觸。第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 在汽車排出的 HC中，來自曲軸箱竄氣的占25%，來自汽油蒸發的占20%。 目

24、前，多用閉式曲軸箱強制通風裝置（簡稱PCV裝置，圖6-12）防止竄氣。新鮮空氣來自空氣濾清器1經管C和閉式通風口6進入曲軸箱，和竄氣混合，從氣缸蓋罩通入管A，由計量閥3計量后，被吸入進氣管。因此有適量的竄氣在氣缸內再次燃燒。 第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第二節第二節 汽油機排氣的凈化汽油機排氣的凈化 計量閥可隨發動機運轉狀況自動調節吸入氣缸的竄氣量，其結構和原理見圖6-13。在怠速或小負荷時，竄氣量較少，此時，由于進氣管真空度較高，閥門被吸向左方 （圖6-13a），氣流通路關小，

25、吸入氣缸的竄氣量較少。在加速或大負荷時，竄氣量增多，與此相應，由于進氣管真空度變低，計量閥的氣流通路開大（圖6-13b），因此有較多的竄氣量進入氣缸再燃燒。一、汽油機與柴油機排污濃度的比較（由表可知，柴 油機中SO2和碳煙的排出量卻比汽油機大得多。目 前，柴油機凈化工作的重點是降低NOx和HC的合計 排出量和減少碳煙。）二、 柴油機的燃燒室型式對排污量的影響三、 噴油提前角對排污量的影響四、進氣管噴水或燃油摻水第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第三節第三節 柴油機排氣的凈化柴油機排氣的凈化返回返回上級上級 排污成分 汽油機 柴油機 CO 0.5%2.5% 0.2% HC 2000

26、5000%PPMC* 1000PPMC NOx 0.250.5% 0.25% SO2 0.008% 0.02% 碳煙 0.0050.05g/m3 0.25g/m3 鉛 有 有 * PPM是百萬分率的英語縮寫；PPMC是以百萬分率計算的含炭量 第九章第九章 發動機排氣的凈化發動機排氣的凈化 第三節第三節 柴油機排氣的凈化柴油機排氣的凈化 柴油機的燃燒室型式對排污量的影響很大。試驗表明，分隔式燃燒室排污量比直接噴射式低得多。采用分隔式燃燒室時，副燃燒室中的混合氣濃度較大，且燃燒溫度峰值較低，對NOx的形成不利。而當燃油及燃燒氣體噴到主燃燒室進行二次燃燒時，又由于大量空氣的冷卻作用，活塞又已開始下移，燃燒最高溫度低，再一次造成了不利于產生NOx的條件，因此分隔式燃燒室柴油機的NOx排放量小。此外，