车用汽油机hc生成机理及排放控制技术

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1、前言车用汽油发动机是大气的主要污染源之一，由于其燃烧方式与柴油机不一样，造成较大的未燃HC排放。随着环境污染的日益严重，人们对发动机的排放提出了严格的法规，促使对未燃HC的生成机理与排放进行更加深入的研究。本文在比较和归纳前人研究成果的基础上，论述了车用汽油机HC有害排放物的生成机理和降低排放的措施。1汽油机HC的生成机理(1)不完全燃烧(氧化)。发动机运转时，若混合气过浓或过稀，或者废气被严重稀释，或者点火系统发生故障，则火花塞可能不跳火，或者跳火后不能使混合气着火，或者着火后又在传播过程中熄灭，致使混合气中部分燃

2、料，甚至全部燃料以未燃HC形式排出，使HC排放明显升高。(2)壁面淬熄效应。壁面淬熄效应是指温度较低的燃烧室壁面对火焰的迅速冷却(也称激冷)，使活化分子的能力被吸收，链式反应中断，在壁面形成0.1～0.2mm的不燃烧或不完全燃烧的火焰淬熄层，产生大量未燃的HC。(3)狭缝效应。狭缝主要指活塞头部、活塞环和气缸壁之间的狭小缝隙，火花塞中心电极的空隙，火花塞的螺纹、喷油器周围的间隙等处。汽油机工作时总有一些液态油滴或燃油蒸气隐藏在这些缝隙中，因火焰无法传人其中而不能燃烧，于是成为未燃烧HC的一个来源。(4)壁面油膜和积炭

3、吸附。在进气和压缩过程中，气缸壁面上的润滑油膜，以及沉积在活塞顶部、燃烧室壁面和进气门、排气门上的多孔性积炭，会吸附未燃混合气和燃料蒸气，在膨胀和排气过程中这些吸附的燃料蒸气柱随之进入气态的燃烧产物中。这样HC的少部分被氧化，大部分则随已燃气体排出气缸。2影响HC生成的因素2.1空燃比的影响空燃比对HC排放浓度的影响甚大。通常HC排放浓度和数量有随混合气变稀而下降的趋势，但是，当混合气空燃比大于17：1时，混合气过分稀薄，易发生火焰不完全传播以至断火，使HC排放量迅速增加。因此，凡影响空燃比和排气后反应的因素，如大气

4、压力、进气温度、排气温度、排气中的含氧量等，也必然影响HC的排放。2.2点火提前角的影响点火提前角推迟，后燃严重。一方面，降低了混合气燃烧时的燃烧室面积，激冷壁面面积减小；另一方面，导致排气温度上升，促进HC在排气系统中的氧化。这些都使最终排出的HC减少。2.3转速的影响发动机转速对HC排放浓度的影响非常明显。转速较高时，增大了混合气的扰流混合和涡流扩散，同时也增加了排气的扰流和混合，使HC排放浓度明显下降。转速较低时，汽油雾化差、混合气很浓、残余废气系数大，HC排放浓度较高。2.4负荷的影响发动机试验结果表明，当空

5、燃比和转速保持不变，并按最大功率调节点火时间时，改变负荷对HC排放浓度几乎没有影响，但在负荷增加时，HC排放量会因废气流量变大而几乎呈线性增长。2.5冷却水及燃烧室壁面温度的影响提高汽油机冷却水及燃烧室壁面温度，可降低狭缝容积中储存的HC含量，减少淬熄层的厚度，改善狭缝容积逸出的HC及淬熄层扩散出来的燃油的氧化条件，而且可改善燃油的蒸发、分配，提高排气温度，使HC排放物减少。2.6排气背压的影响当排气管上装上催化转化器或消声器后，排气背压增加，留在缸内的废气增多，未燃的烃会在下一循环中被烧掉，排气中的HC含量将降低，

6、然而，如果背压过大，则留在缸内的废气过多，稀释了混合气，燃烧恶化，排出的HC会增加。2.7燃烧室壁面沉积物的影响沉积在活塞顶部、燃烧室壁面和进气门、排气门上的多孔性积炭，会吸附未燃混合气和燃料蒸气，在排气过程中再释放出来。因此，燃烧室壁面沉积物的增加，使HC的排放量增加。2.8燃烧室面容比及相关结构因素的影响燃烧室面容比通常是指活塞位于上止点时燃烧室的表面积和余隙容积之比，它既与燃烧室的主要结构参数有关，又是衡量燃烧室激冷效应强弱的一个重要因素。燃烧室面容比大，单位容积的激冷面积亦随之增大，则壁面激冷层中所包含的未燃

7、烃总量也随之增加。2.9燃料性质的影响汽油的辛烷值、挥发性也会影响HC的排放量。辛烷值太低或挥发性太差都会使HC的排放量增加。3汽油机控制HC排放的主要净化措施3.1机内净化3.1.1燃烧系统的改进燃烧室面容比越小，结构越紧凑，传热损失就越小，混合气越均匀，燃烧过程完成得就越稳定且快，HC排放就越低。因此，圆盘形、浴盆形、楔形燃烧室越来越多地被半球形、帐篷形、屋顶形等紧凑型燃烧室所代替。现代汽油机大多采用火花塞布置在燃烧室中央，以缩短火焰传播距离，加速燃烧过程。提高发动机的压缩比，从而提高缸内混合气温度，可以促进混合

8、气的形成和燃烧，达到减少HC排放的目的。3.1.2推迟点火提前角适当推迟点火提前角会降低HC的排放量。但会引起有效压力的下降和燃油消耗率的上升。因此，靠这种方法降低HC的排放有一定限度。3.1.3汽油缸内直接喷射(GDI)进气管低压电控燃油喷射系统发动机在冷启动时，进气管内的气流速度低，燃油蒸发不良会导致形成油膜，进入缸内会直接附着在进气门底面