发动机的排放和控制
一.发动机有害排放物的组成及其危害
发动机主要有害排放物：CO、HC、NO化合物和微粒。
一氧化碳特点：无色、无味、有毒（引起窒息）。CO与血红蛋白的亲和力是氧的300倍，而分离速度却是氧的1/3600，并会阻碍氧的释放。
对于柴油机，过量空气系数大（富氧），且燃烧温度也较低，故其CO排放低；
而汽油机，过量空气系数偏小（氧少），且燃烧温度高，CO排放较大。
CO（体积分数）：汽油机0.1--6；柴油机0.05--0.5.
碳氢化合物成分：未燃、不完全燃烧的烃类及其部分氧化物组成，如烷烃（无害），烯烃、芳香烃、醛、酮（有害）。
1.柴油机燃油是在压缩接近终了时才喷射，因而冷激、缝隙与吸附效应的影响小，故HC排放较汽油机低；
2.柴油机HC主要来源于混合不均匀造成的过浓或过稀及喷油器压力室容积内的残留燃油。
由于部分HC在排气过程中会被氧化，因此，提高排气温度（如推迟点火/喷油、排气绝热等）有助于降低HC的排放。
氮氧化合物（NO、NO2、N2O3、N2O5等）
危害：1.直接引起人类中毒；
2.形成酸雨，破坏生态；
3.在紫外线作用下，与HC反应形成光化学烟雾（浅蓝色烟雾）。
由于柴油机的最高燃烧温度较汽油机低，故氮氧化合物的排放量较汽油机少。
氮氧化合物（%)：汽油机0.2--0.4:；柴油机0.07--0.2。
微粒（碳烟）
危害：1.微粒破坏呼吸和血液循环系统；
2.微粒上的附着物（SO2、HC等）引起中毒、致癌等。
由于大部分碳烟在燃烧后期及排气过程中会被氧化，因此，提高排气温度有助于降低碳烟的排放。
对于汽油机，采用无铅汽油时基本不排放碳烟；
而柴油机，由于采用缸内喷射、边喷边烧的工作模式，较容易产生局部高温缺氧燃烧，故碳烟生成量较汽油机大得多。
通常，柴油机的碳烟排放量约为汽油机的30倍以上。
微粒（g/m3）：汽油机0.005；
柴油机0.15--0.3.
二．影响汽油机排放的主要因素及控制
影响因素
1.混合气成分（主要影响因素）
混合气浓时：缺氧燃烧，CO和HC排放大，氮氧化合物排放小；
理论空燃比附近时：燃烧迅速、充分，CO和HC排放低，但碳氧化合物排放高：
混合气稀时：燃烧速度低、温度低，CO和氮氧化合物排放低，但淬熄现象增加时HC排放高。
2.点火提前角
点火推迟（减小提前角）：后燃严重，最高燃烧温度低，氮氧化合物排放少；同时，由于排温高，有助于HC的氧化，但动力性与经济性差。
点火提前（增大提前角）：放热集中，燃烧温度高，而排温低，对氮氧化合物和HC排放均不利。
3.负荷
怠速、小负荷（节气门开度小）：
混合气偏浓而废气多，燃烧变差，温度低，HC、CO排放高而氮氧化合物排放低。
中等负荷（节气门开度25%--80%)：
供给经济混合气且残余废气少，燃烧迅速、充分，HC、CO排放低；但燃烧温度高，氮氧化合物排放高。
大负荷（节气门开度大于80%）：
供给浓混合气，燃烧温度和排温高，故氮氧化合物排放高而HC排放低；但由于氧不足，CO排放高。
4.转速
对于CO、HC：
转速高，气流运动强，可以改善燃烧（减少冷激效应），故HC和CO排放低。
对于氮氧化合物：
（1）浓混合气时：
燃烧速度快，转速越高，散热损失越少，燃烧温度高，故氮氧化合物排放高；
（2）稀混合气时
燃烧速度慢，转速越高，燃烧对应曲轴转角越大，结果燃烧温度降低，故氮氧化合物排放低。
5.工况
工况（km/h）排放量
怠速0 定速40 加速0---40 减速40---0
CO（%） 4.0----10.0 0.5---1.0 0.7---5.0 1.5----4.5
HC（10-6） 300---2000 200---400 300---600 1000---3000
氮氧化合物（10-6） 50---100 1000---3000 1000---4000 5----50
6.废气再循环
EGR率高，对降低氮氧化合物有利，但过高会影响燃烧，使HC排放和油耗增大。
降低排放的措施
1.废气再循环EGR
目的：引入部分废气，降低燃烧温度（废气比热容大）和氧的浓度，抑制氮氧化合物的生成。
需要注意事项：EGR率过大，影响燃烧，使油耗和HC排放增大；EGR率过小，氮氧化合物抑制效果差，且易引发爆燃等不正常现象。
2.改善冷启动、暖机和怠速
目的：降低CO、HC的排放。
措施：提高点火能量、增大起动机功率、采用进气加热、提高怠速转速等。
3.合理选择压缩比
目的：提高压缩终了温度，降低冷激效应，改善经济性和HC、CO的排放。
需要注意事项：压缩大，燃烧温度高，氮氧化合物排放高的同时易引发爆燃，故需与EGR、点火提前角控制相结合。
4.改善燃烧系统
措施：采用紧凑燃烧室，减少缝隙容积和燃烧室表面积，合理选择火花塞位置，并适当进气运动，加速燃烧，降低HC和CO的排放。
需要注意事项：加速燃烧会使燃烧温度升高，对抑制氮氧化合物不利，必须与其它控制措施结合。
5.改善进气过程
采用多气门结构、进气增压和合理的气门相位（如可变气门升程和正时），改善燃烧，减少油耗和HC排放。
6.采用电控燃油技术
实现空燃比的闭环控制
7.采用稀薄燃烧技术
降低油耗和氮氧化合物的排放。
8.提高燃油品质
9.采用曲轴强制通风
10.采用燃油蒸发控制系统（活性碳罐）
11.安装三元催化剂（TWC）
三.影响柴油机排放的主要因素及控制
影响因素
1.混合气成分
（1）中、小负荷
过量空气系数大，HC、CO和碳烟的排放低。
（2）.满负荷
喷油时间长，后燃严重，使CO、HC和碳烟排放增多；同时由于燃烧温度高，氮氧化合物排放也高。
2.喷油提前角
延迟喷油时，可以降低最高燃烧温度，抑制氮氧化合物生成；但会使后燃严重，不仅提高油耗，还会使碳烟排放增加。
降低排放的措施
1.废气涡轮增压与中冷
目的：提高进气量，使燃烧充分，降低CO、HC和碳烟。
需要注意事项：增压会使燃烧温度提高，增加氮氧化合物的排放，故需与中冷技术配合使用，全面降低碳烟和氮氧化合物。
2.改进进气系统
措施：降低进气阻力，增加进气充量，并组织适当涡流，改善混合和燃烧，降低CO、HC和碳烟的排放。
需要注意事项：过强的气流运动会降低进气充量，使碳烟增加，并影响动力性和经济性。
3.改进喷油系统
措施：通过减少喷油器压力室容积，提高喷油压力，减少喷孔直径，增加喷孔数量，采用高压共轨喷射等措施来改善喷射和雾化，降低HC、碳烟和油耗。
需要注意事项：燃烧加速会使燃烧温度增大，氮氧化合物排放增加。
4.改进燃烧系统
采用大的燃烧室容积比，大的S/D、大的燃烧室口径比的缩口型燃烧室，提高空气利用率，降低碳烟和油耗。
5.提高压缩比
提高压缩比，不仅可以提高动力性、经济性，降低CO、HC和碳烟的排放；但会因燃烧温度的提高使氮氧化合物排放增加。
6.废气再循环
采用EGR，抑制氮氧化合物的生成。要需要根据不同工况对EGR率进行控制。
7.减少气缸机油的窜入量
8.提高燃油品质
9.采用微粒捕集器（DPF）、HC、CO和氮氧化合物的催化转化器。
