《发动机排放污染及控制》教学大纲
第4章 汽油机机内净化技术
小尺寸的涡流和湍流，可大大改善混合气
燃烧过程。
第4章 汽油机机内净化技术
高压缩比燃烧系统 燃料辛烷值允许的前提下尽可能用较高的压 缩比，以获得较好的功率和油耗指标。 一味提高压缩比对排气净化不利。 电控点火系统的采用使精确控制点火定时成 为可能，为高压缩比点燃机在性能与排放方 面得到更好的折中可提供很大的潜力。
第4章 汽油机机内净化技术
EGR率对汽油机净化与性能的影响 废气再循环能有效地降低汽油发动机的 NOx 排放,但进行EGR时必须要考虑其对发动机动 力性、经济性的影响。通常将EGR率控制在 10%～20%范围内较合适。 冷却 EGR 技术 再循环废气经冷却器冷却后 再送入进气端，进一步降低 进气温度，更有利于降低NOx 排放，同时改善燃油经济性。
第4章 汽油机机内净化技术
汽油喷射电控系统分类
分类方式
按喷油器数目分
主要类别
单点喷射（SPI） 多点喷射（MPI） 按喷射区域分 进气（管)道喷射 缸内喷射 连续喷射 按喷射方式分 间歇喷射 按进气量检测方法分 空气流量型 进气压力型
第4章 汽油机机内净化技术
典型汽油喷射电控系统
1） L－Jetronic系统
该发动机拥有两个化油器或两套进气 管喷射装置，所以可以分别提供不同 过量空气系数的混合气给主、副室的 进气系统。
第4章 汽油机机内净化技术
轴向分层燃烧系统
1-火花塞；2-气缸；3-活塞；4-导气屏进气门；5-喷油器
燃料在涡流作用下，沿气缸轴向产生上浓下 稀的分层。
第4章 汽油机机内净化技术
滚流（纵涡）分层稀燃系统 在进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线方 向旋转的有组织的空气旋流，称为滚流， 也称为纵涡或横向涡流。滚流在压缩过程 中逐渐被压扁，在上止点附近破碎成许多
《现代汽车排放与控制技术》第三章 汽车发动机排放控制技术
有害气 措施
原始值 可变正时（VVT）
EGR 电子顺序喷射燃油
催化转换器 空气喷射 延迟点火
金属排气管隔热 （mat-canning catalysy）
HC
100％ 96％ 95％ 79％ 7％ 5％ 3％ 2.5％
CO
100％ 100％ 100％ 85％ 16％
8％ 6％ 5％
NOx
100％ 85％ 56％ 50％ 9％ 4％ 3％ 2.5％
根据工况的不同，排放特性可以分为稳态排放特性和瞬 态工况排放。稳态排放特性是指转速和负荷保持不变时发 动机的排放特性。
• 2 瞬态排放特性 1）冷起动工况 2）暖机工况 3）加减速工况
3.1.2柴油机的稳态排放特性
• 1 稳态排放特性
co排放特性
从图中可以看出，转速 一定时，随负荷的增大， CO排放量减少。在中速、 中负荷工况下，柴油机的 CO排放量最少。在小负荷 工况，CO排放量也略有增 加。但在整个工况范围CO 的排放量都很少。这是由于 涡轮增压直喷柴油机的空燃 比非常大，不易生成CO。
由于汽车排放的严格限制和先进的排放控制技术的应 用，加之汽油质量不断提高，使用的低铅、无铅汽油比例 不断增加，汽车排放污染物不断减少，空气质量得到提高。 表3-4减少了28%，NOx减少了11%。
年份
1970
1980
1990
2000
汽车保有量/亿辆
6.3排放量/Pbຫໍສະໝຸດ （Mt·a－1）CO
1.112 15.6×10－2
提高汽车排放特性可以从汽车本身的技术角度出发采 取相应的措施，但这些还是不够的，因为影响一个地区的 汽车总排放量还有其他的一些因素，必须从系统的角度来 考虑汽车的排放问题。
第5章 柴油机机内净化技术
喷油时刻对柴油机性能的影响
结论：柴油机对应每一工况都有一个最佳喷油提前角
第5章 柴油机机内净化技术
喷油定时对柴油机污染物排放的影响
喷油定时对柴油机的HC排放的影响与燃烧 室形状、喷油器结构参数及运转工况等有关。
喷油提前使滞燃期延长，导致NOX的增加。
推迟喷油减少了NOX排放量。但喷油延迟 必将使功率下降，燃油经济性变坏，并产生 后燃现象，同时排温增高，烟度增加。
Homogeneous Charge Compression Ignition
柴油机均质压燃技术
与汽油均质压燃相比，柴油的HCCI燃烧具有以下特点：
进气温度应在一定范围内，不可过高或过低。 压缩比变化范围较大
基本不存在失火或部分燃烧现象，运行范围主要受 爆炸强度限制。
第5章 柴油机机内净化技术
柴油机均质压燃技术
第5章 柴油机机内净化技术
电控柴油喷射系统
电控柴油喷射系统
三菱ECI- MULTI电控多点喷射系统
第5章 柴油机机内净化技术
位置控制系统
第5章 柴油机机内净化技术
位置控制系统
第5章 柴油机机内净化技术
位置控制系统
第5章 柴油机机内净化技术
时间控制系统
第5章 柴油机机内净化技术
时间控制系统
（a）预燃室倾斜偏置,单孔道 （b）预燃室中央正置,多孔道（c）预燃室侧面正置,单孔道 第5章 柴油机机内净化技术
直喷式燃烧系统
直喷式燃烧系统的燃烧室只在活塞顶上设置一个单独的凹 坑，燃油直接喷入其内。凹坑与气缸盖和活塞顶间的容积共 同组成燃烧室。常见的有代表性的结构如图所示： （a）浅盆形、（b、c）深坑形、（d）球形
4-涡轮增压器；5-EGR阀； 6-排气脉冲阀；7-进气节流阀； 8-文丘里管；9-文丘里管旁通阀；
汽车拖拉机发动机第八章 排气污染与控制
NOX 31-53%
此外，还有微粒、硫化物、铅、磷及醛等污染。
CO排放
CO主要是在缺氧环境下的不完全燃烧产物，是一 种无色无臭无味的气体，它和血液中输送氧的载 体血红蛋白的亲和力是氧的240倍，人体吸入微 量，将破坏造血功能，呈中毒症状；吸入含体积 浓度0.3％的CO气体，则可在30min内使人致命。
EGR可以抑制燃 烧的最高温度，有 利于抑制NO的生成。 但燃烧的有效性降 低，动力性变差。
四、工况
从汽油机排放特性图看出，对于不同的运行工况， 各种有害排放物的差异很大。
怠速与减速工况，是HC生成的主要工况。在怠速 工况下，燃烧环境温度比较低，缸内残余废气量 比较大，混合气比较浓，致使燃烧恶化，HC排放 浓度增加；在减速工况下，很高的进气管真空度 使进气管内沉积的燃料油膜大量蒸发，这是HC增 加的重要原因。
整体陶瓷颗粒式结构——催化材料浸透在大量 直径为2-3mm的多孔性陶瓷小球表面。
催化转化器的结构（整体式与颗粒式）
载体技术
载体：由于汽车尾气净化用的催化剂价格比较 昂贵，故催化剂一般都涂抹在称之为载体的物 体上，使催化剂成为具有保持有催化作用的催 化剂层。
陶瓷载体：堇青石 金属载体：一般用厚度不超过0.1mm的极薄不锈钢
如图8－9所示，NO生成率最高处仍出现在油量较大的高负 荷工况。与汽油机不同的是，柴油机NO2的生成浓度较高。 NO2浓度随 A／F增加而减少。
柴油机排气中有碳烟排出，随着混合气变浓，排烟浓度增 多。
三、影响因素--喷油时刻
四、影响因素--燃烧室类型
由排放特性可知：分隔式燃烧室生成的NOx、CO、HC和碳 烟的排放浓度均低于直喷式的，特别是NOx排放浓度一般 比直喷式燃烧室的低50％左右。
发动机排放污染物的形成(ppt 31页)
2.2 碳氢化合物
碳氢化合物的生成途径
燃烧过程中未燃烧或燃烧不 完全的碳氢燃料 漏入曲轴箱的窜气中含有大 量未燃燃料
燃油蒸汽
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发动机排放污染及控制
主讲人 龚金科等
2019/10/20
课程内容 第2章 发动机排放污染物的形成
2.1 一氧化碳 2.2 碳氢化合物 2.3 氮氧化物 2.4 微粒
概述：主要内容
介绍了汽车尾气中的主 要污染物CO、HC、NOX 和微粒的生成机理及其 影响因素。
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因 浓度出现峰值。Φa进一步增大，温度下降的
素 点作火用提占前优角势减，小N，O生NO成排量放减量少不。断下降。
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影响NOX生成的因素
影 响 柴 油 机
NOX 生 成 的 因 素
喷油提前角减小，燃烧推迟，燃烧温度较低， 生成的NOX较少。
2.1 一氧化碳
一氧化碳的生成机理 汽车尾气中CO的产生是燃烧不充分所致， 是氧气不足而生成的中间产物。
CmHnm 2O 2 m COn 2H2
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汽油机一氧化碳的生成机理
x 汽油机CO排放量 CO与α及过量空气系数Φa的关系
《发动机排放与控制》教学设计
互评
教师评价
学号
姓名
5分
5分
10分
5分
5分
10分
5分
5分
10分
10分
10分
20分
八、课外作业和教学总结
课外作业：
1.学生上网查询，汽油机国5排放标准。
教学总结：
重庆市工贸高级技工学校教案
课题
项目五排放控制系统检修
课程名称
电控发动机构造与检修
授班级
15汽高班
学时
2
授课日期
第7周第2次课
一、教学内容分析与处理
教学内容：发动机排放控制系统
教学重点：发动机排放污染的危害种类及控制原理。
重点化解方法：：1、通过设疑、解答的方法来突出重点。2、学生讨论。
教学难点：发动机排放污染种类与控制方法
安全教育
认真听讲、记录
让学生加强安全意识
1.教学引入：
发动机排放污染物的种类、危害及其控制
通过提问
引出课题
学生思考、网上查询讨论、分组回答教师提出的问题
提出问题，激发学生学习兴趣。
网络、手机。
2.认识汽油蒸发控制系统
教师讲解发动机汽油蒸发控制系统工作原理
听课、记笔记、思考并回答老师提出的问题
汽油蒸发控制系统
培养学生独立思考的习惯。
表扬好的学生
公布学生名单
认真听讲、鼓掌
培养学生积极向上意识
练习与作业
巡查指导
学生完成作业
实施方案
检查笔记
检查打分
学生完成笔记
实施方案
七、教学评价设计
第小组
听课态度
笔记完整度
回答问题正确度
作业完成
第5章 发动机排放污染与控制
❖ 5.1.1 大气污染 ISO对大气污染的定义：空气污染通常指人类 活动及自然过程引起某些物质介入大气中， 呈现出足够的浓度，在大气中保留了足够的 时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和 福利或危害了环境。 自然过程: 森林火灾、岩石风化、火山活动等 福利: 自然资源、生物、建筑物等。
芳香族燃料通过环断裂生成乙炔，或在较低温度下 形成苯基，苯基与乙炔或乙烯基乙炔反应，易生成 碳烟核心。因此燃料中芳香族成分含量高，燃烧时 碳烟生成量明显增加。
❖ 表面增长和凝聚 : 碳烟粒子通过与气相物质做表面反应使粒子 质量增加的过程称为表面增长。
凝聚是指两个小的球状碳烟粒子经碰撞形成 一个大的球状碳烟粒子的过程。
c 0.5
3.EGR Ratio 4.负荷 Engine Load
三、柴油机NOX排放的影响因素 1.负荷与转速 Engine Load and Speed
（自然吸气直喷柴油机，6×102mm×118mm，c 16）.5
2.喷油定时 Injection Timing
NOx ppm
3.EGR Ratio
❖ 集聚 :
凝聚使碳烟核心的数密度下降，当碳烟核心 数下降到一个程度后，随着基本碳烟粒子的 形成，球形粒子相互碰撞将不再融合成球形 ，而是粘结为链状，这称之为集聚。
柴油机燃烧进行到膨胀冲程时，随缸内温度 下降，低分子量未完全燃烧碳氢化合物会凝 结在碳烟微粒粒子上。
❖ 碳烟氧化 :
碳烟生成开始，伴随着成核先兆物、碳烟核 心、碳烟粒子的氧化反应。扩散火焰碳烟生 成区，碳烟生成率相当高，而氧化剂缺乏， 碳烟氧化率相对于生成率很小。随着碳烟粒 子向空气区扩散，碳烟粒子的数密度基本上 不再增加，且粒子尺寸和增长也渐渐由表面 增长转为凝聚或集聚。这时，碳烟的质量生 成率已降得很低，氧化剂却很充足，碳烟氧 化的作用突出了。
9第九章 发动机排气污染及其控制
汽车发动机原理
发动机排气污染及其控制
7
第九章 发动机排气污染及其控制
第一节 概述
汽车有害排放物对城市大气污染构成严 重影响，因此制定法规对其进行控制十分必 要。不过影响有害排放物生成的因素很复杂， 特别是由于汽油机与柴油机在燃烧机理上的 差异，使这两类机型的有害排放物的生成显 示出不同的特点。本章着重介绍以下内容:
燃烧反应所形成的环境中，其主导反应过程是:
2020年9月10日
汽车发动机原理
发动机排气污染及其控制
11
第九章 发动机排气污染及其控制
第二节 有害排放物的生成
促使上述反应正向进行而生成NO的因素有三个: (１)温度。高温时，NO的平衡浓度高，生成速
率也大。在氧充足时，温度是生成NO的重要因素。 (２)氧的浓度。在高温条件下，氧的浓度是生
2020年9月10日
汽车发动机原理
发动机排气污染及其控制
4
第九章 发动机排气污染及其控制
第一节 概述
HC包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产 物和部分氧化产物，如多环芳香烃、醛、酮、酸等在内的 200多种成分。HC中的大部分对人体健康不产生直接影响， 但其中的某些醛类和多环芳香烃对人体有严重危害，如甲 醛等损伤眼睛、上呼吸道及中枢神经，3·4苯并芘是一种强 致癌物质。另外，HC可在阳光作用下与NO，进行光化学 反应，形成一种毒性较大的光化学烟雾。其中最主要的生 成物是臭氧O3它具有很强的氧化力和特殊的臭味，使橡胶 裂开，植物受损，可见度降低，并刺激眼睛及咽喉。
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汽车发动机原理
发动机排气污染及其控制
3
第九章 发动机排气污染及其控制
第一节 概述
NOx主要是指NO和NO2发生在与燃料燃烧反应 相伴的高温与富氧的环境中，NO的毒性比NO2小， 但NO在大气中缓慢氧化形成NO2，NO2是褐色有刺激 性的气体，空气中含10 ×10 －6 ~20×10 －6可刺激 口腔及鼻道黏膜，50×10－6~300×10 －6则头痛出 汗、损伤肺组织，在大于500 ×10－6时，几分钟就 可使人出现肺浮肿而死亡。
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教学大纲
一、教学目的和任务
本课程系统而深入的介绍了与发动机排放相关的新知识、新内容和新技术。
通过本课程的学习，帮助学生掌握发动机排放污染物的生成机理、排放污染物的控制技术以及汽车排放测试等方面的知识，从而使学生初步具备发动机排放及控制领域的研究能力。
本课程的目的：
1、掌握发动机排放污染物的生成机理及其影响因素；
2、掌握发动机主要有害排放污染物的机内净化技术、后处理净化技术、排放测试基本方法及其排放标准；
3、掌握发动机主要排放污染物的一般净化方案。
本课程的任务：
1、培养学生自主学习的能力。
通过小论文的形式，要求学生查阅相关资料，对资料进行整理和分析，培养其自主获得知识的能力；
2、培养学生的分析能力。
能够根据排放污染物的特点，分析和提出排放污染物的一般进化方案，初步具有分析和解决热动力设备排放污染物及控制的能力；
3、培养学生的创新意识。
分析机内净化技术和后处理净化技术的优缺点，并结合各技术的局限性进行讨论，能够拓展学生的思维，激发学生的创新意识。
二、授课手段与教学方法
授课手段：
课堂多媒体演示讲解，课堂讲解，课程讨论，课程论文等。
教学方法：
充分发挥学生的主体作用，采用“场景—课件—网络—习题”的多元化教学平台，将理论教学与教师引导和教师非引导的自主学习相融合，实行以能力培养为轴心，动用所有教学要素，立体化、全方位地融学习与研究为一体的以学生为本的立体教学方法，营造自主学习的学习氛围，建立民主平等的师生关系，让学生在互动中优化思维，激发学生的学习兴趣，提高学生的创新意识。
三、教学内容
1、绪论：环境污染与保护，发动机排放污染物及危害。
2、发动机排放污染物的生成机理和影响因素：一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NOx和微粒等的生成机理和影响因素。
3、发动机的排放特性：汽油机和柴油机的稳态和瞬态排放特性。
4、汽油机机内净化技术：主要包括汽油机的燃烧过程、汽油喷射电控系统、低排放燃烧系统、废气再循环等。
5、柴油机机内净化技术：主要包括柴油机低排放燃烧系统、低排放柴油喷射系统、多气门技术、增压技术、废气再循环系统和电控柴油喷射系统等。
6、汽油机后处理净化技术：主要包括三效催化转化器、热反应器和空气喷射等后处理净化技术。
7、柴油机后处理净化技术：主要讲授微粒捕集器、NOx机外净化技术、氧化催化转化器等后处理净化技术。
8、燃料与排放：燃料对发动机排放的影响及其品质改进的途径，天然气、液化石油气、醇类燃料、植物油和氢气等代用燃料技术。
9、汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术：汽油机和柴油机排放污染物净化方案，新能源汽车技术。
10、汽车排放测试技术：汽车排放污染物取样系统，各种排气成分分析仪，微粒、碳烟的测量与分析，汽油车非排气污染物的测量与分析等。
11、排放法规：介绍国外汽车排放标准和我国汽车排放标准。
四、学时分配
课程教学进程表
周次课时教学内容作业授课方式
1 1
第1章绪论
环境污染与保护；汽车排放污染及危
害；汽车排放控制技术的发展过程。
第一次作业课堂教学2
第2章发动机排放污染物的形成
一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、
微粒、烟尘、硫氧化物。
1
第3章发动机的排放特性
发动机的稳态排放特性；发动机的瞬
态排放特性。
2 4 第4章汽油机机内净化技术
汽油机机内净化概述、汽油喷射电控系统；低排放燃烧系统；汽油机废气再循环、其它机内净化措施。
3 4 第5章柴油机机内净化技术
柴油机机内净化概述、低排放燃烧系
统；柴油喷射系统、多气门技术、增
压技术、柴油机废气再循环系统；电
控柴油喷射系统。
第二次作业
4 4 第6章汽油机后处理净化技术
概述三效催化转化器、热反应器、空气喷射,三效催化转化器关键技术及应用。
5 4 第7章柴油机后处理净化技术
概述、微粒捕集器、NOx机外净化技
术、氧化催化转化器。
第三次作业
6 2
第8章燃料与排放
燃料对排放的影响、燃料的改善、代
用燃料。
第四次作业2
第9章汽车排放污染物净化方案及
新能源汽车技术
汽油车排放污染物一般净化方案；柴
油车排放污染物一般净化方案；
7 1
轿车柴油机后处理系统开发;新能源
汽车技术。
2
第10章汽车排放测试
汽车排放污染物取样系统、排气成分
分析仪、微粒测量与分析、烟度测量
与分析、汽油车非排气污染物的测量
与分析。
1 第11章排放标准
国外汽车排放标准和我国汽车排放标准。
8 2 汽油车双怠速实验。
第五次作业实验课2
用滤纸烟度法测量柴油车自由加速
烟度。
总课时 32
四、考核方式
本课程考核由平时成绩（结合课堂讨论、作业、小论文等形式）和期中考试成绩（闭卷）两部分组成，比例为3∶7。
五、教材及参考书
教材：
龚金科.汽车排放及控制技术（第二版）[M]. 北京：人民交通出版社,2012.
参考书：
[1]龚金科. 汽车排放及控制技术[M]. 北京：人民交通出版社, 2007.
[2]龚金科. 汽车排放污染及控制[M]. 北京：人民交通出版社, 2005.
[3]周龙保.内燃机学[M]. 北京：机械工业出版社，1996.
[4]龚金科，鄂加强，谭理刚，等. 热动力设备排放污染及控制[M]. 北京：中国电力出版社，2007.。