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第三章车用汽油机的机内净化由前面的分析知，汽车排气污染物的产生原因主要有二，即：其一是燃油燃烧不充分；其二是在高温高压的环境下，多余空气中的N2和O2结合生成NOx。由此可见，燃油在机内充分燃烧及减小燃烧室中燃烧后的温度和压力，是减小汽车排气污染最有效且直接的方法。以此减小汽车排放污染者，称为机内净化。欲达到此目的，需对发动机各部件的结构进行优化设计和采取一系列新技术。第一节进排气系统及燃烧室的优化设计一、进、排气系统由《发动机原理》知，减小进、排气阻力，增加进气及挤气涡流，不仅可以提高充气效率，而且还可以使油、气的混合更加均匀，使燃烧更加充分。那末，如何才能减小进、排气阻力，增加进气及挤气涡流呢？设计新结构、新技术1、设计流场分析，对进排气系统进行优化设计；利用进气动态效应的结构设计减小进、排气阻力的结构设计避免进、排气管截面的突变；进、排气管弯道处应避免转折过急；对进、排气系统的流场进行分析，设计出阻力最小的进、排气系统。利用进气动态效应的结构设计发动机的间歇进气，在进气管中存在压力波。在特定的近气管条件下，可已利用此压力波来提高进气门关闭前的进气压力，提高进气效率，这就称之为进气管的动态效应。2、新结构、新技术多气门技术；可变技术：可变进气道、可变凸轮相位、可变进气持续时间等。多气门技术可变进气道可变进气道可变进气持续时间可变凸轮相位双VVT系统采用气门相位连续可变的双VVT（VariableValveTiming）系统。该系统通过配备的控制及执行系统，对发动机凸轮的相位进行调节，从而使得气门开启、关闭的时间随发动机转速的变化而变化，以提高充气效率，增加发动机功率。最新技术——电控电驱动气门技术电控系统根据发动机运行工况的实际需要控制气门的开、闭。该系统的特点是：①取消了气门的机械驱动装置，气门的开、闭直接由电驱动系统完成；②配气相位和气门开启的持续时间均按需实时调节；③气门的开、闭比机械驱动系统更迅速；④进气更充分、排气更彻底。二、燃烧室产生较大的进气和挤气涡流减小燃烧室的面容比分层给气式燃烧室——缸内喷射分隔式燃烧室1、产生较大的进气和挤气涡流2、减小燃烧室的面容比球形燃烧室半球形燃烧室多球形燃烧室3、分层给气式燃烧室——缸内喷射将汽油机的质调节改为量调节；混合气在气缸中分层，在火化塞附近为浓混合气，以便汽油发动机能有效而稳定工作。4、分隔式燃烧室将燃烧室分成两部分，即主室和副室。副室的容积很小，约占燃烧室总容积的20%左右。主、副室之间用一狭小的通道相连。主、副室分别有各自的进气门，供给副室的可燃混合气比供给主室的可燃混合气浓。火花塞CVCC发动机分隔式燃烧室安装在副室上，副室的可燃混合气被电火花点燃燃烧后经主副室间的通道高速喷入主室，使主室中的可燃混合气迅速燃烧。4、分隔式燃烧室分隔室燃烧室对减小汽车的排气污染有明显的效果。第二节废气再循环（EGR）废气再循环的净化原理废气再循环的控制策略EGR系统及EGR阀内部废气再循环一、废气再循环的净化原理将一部分燃烧后的废气引入燃烧室，由于废气占了一定的气缸容积，它不仅降低了可燃混合气的燃烧速度，而且还减少了进入气缸的混合气进气量，如此便降低了燃烧产物的温度和压力。从而达到降低NOx浓度之目的。二、废气再循环的控制策略尽管废气再循环可以降低NOx的排放量，但它同时会对发动机的动力性和经济性构成不利影响。若参与再循环的废气量太多还会使CO和HC的排放量上升，严重时还会影响到发动机的正常燃烧。所以应按照发动机运行工况的特点对再循环的废气量进行控制。三、EGR系统及EGR阀目前，车用汽油机所用的EGR系统有三种不同的类型，即：真空控制的EGR系统、电控真空驱动的EGR系统和电控的EGR系统，见下图。四、内部废气循环系统将燃烧后的废气留一部分在缸内，使其和下一循环进入缸内的可燃混合气混合，其效果和废气再循环相当，所以将其称为内部废气再循环。第三节废气涡轮增压技术利用发动机排出废气的动能和热能，增加进入气缸新鲜空气的压力，提高发动机的进气量，改善可燃混合气的质量，从而达到降低CO和HC排出量的目的。废气涡轮增压还可以降低发动机的噪声，其原因是，在燃烧过程中，增压发动机的压力升高率比普通非增压发动机小。废气涡轮增压系统最新技术——双涡轮增压最新技术——双涡轮增压（续）传统涡轮增压系统的重要缺点是迟缓的加速响应性能，为了改善涡轮增压器的迟滞性，需采用低惯性阻力的涡轮增压系统，并配合缸内直喷技术，提高动力输出的延展性，以维持全速域的动力输出。第四节电控燃油喷射技术按工况的需要准确供油；进入各缸的可燃混合气较为均衡；进气系统的阻力小，充气效率高；燃油雾化良好，油、气混合均匀；尤其是λ闭环控制系统，它可使发动机在绝大多数工况和时间内燃用α=1的可燃混合气。一、电控发机排放污染小的原因传统化油器式汽油发动机存在的问题传统柴油发动机存在的问题电控燃油喷射式发动机的排气净化原理高压共轨柴油发动机的排气净化原理1、传统化油器式汽油发动机存在的问题可燃混和气相对较浓；可燃混和气不够均匀；进气不够充分。过量空气系数：实际供给的空气量与燃烧所需的理论空气量之比。充气系数：实际进入气缸的空气量与充满气缸所需的空气量之比。1、传统化油器式汽油发动机存在的问题点火强度随转速而变化；点火正时不够准确；触点易磨损、烧蚀2、传统柴油发动机存在的问题供油量不可能实现精准的调节喷油提前角不够准确可燃混和气的质量不够好3、电控燃油喷射式发动机排气净化原理进气充分；燃油雾化良好，可燃混合气混合均匀；根据工况变化的实际需要精确供油；进气系统的阻力小，充气效率高；尤其是λ闭环控制系统，它可使发动机在绝大多数工况和时间内燃用α=1的可燃混合气。4、高压共轨柴油发动机排气净化原理喷油量精确,压力高(120～200MPa）,燃油雾化良好按照发动机运行工况的实际需要，实时准确地调节喷油提前角可实现理想的喷油规律,多次喷射，达到在降低Nox排放量的前提下,获得良好的燃油经济性和动力性二、最新技术——缸内直喷壁面控制燃烧系统在壁面控制的燃烧系统中，喷油器和火花塞相隔较远，喷油器将油束喷到活塞凹坑中，然后油气流将燃油送往火花塞。为了避免温度过高，喷油器不应布置在排气侧而应在进气侧，活塞凹坑的开口也指向进气侧。气流控制燃烧系统在气流控制的燃烧系统中，利用轮廓分明的缸内气流与油束相互作用，在发动机的大部分工况范围内都能实行恰当的充量分层。第五节计算机点火系统火花强度不受发动机转速的影响点火正时实时精准调节无机械运动，工作可靠、寿命长