发动机排放污染物的控制与净化措施

20世纪60年代以来，内燃机排放污染物的控制与净化问题已成为内燃机技术发展上的一个重要内容，国内外都取得了一些成果，其中包括排放污染物的测定方法、排放污染物的控制标准、各种控制措施（如结构和工作过程改进、改善燃料性能等）及净化措施等。控制和净化排放污染物的措施是多种多样的，大致可归纳如下三点：

一、改善混合气的调制

要求混合气尽量化油良好、各缸分配均匀、燃空比适当。在改进化油器方面，提高化油器各量孔和各关键部件的加工精度；精确调整和控制混合气，使燃空比保持在排放污染成分综合评价时在最佳范围内，或采用与机外净化手段相配合的调整以满足排放要求；采用稀混合气以减少CO、HC排放量，并采用汽油喷射、分层燃烧等方法以改善燃烧；采用降低燃烧温度的方法减少NOx生成量，如排气再循环法等；采用化油器附加装置以解决非稳定工况时的污染成分增多问题，这些非稳定工况如启动、暖车、冷态快怠速、热怠速、强制怠速、加速、急减速等，解决办法都是通过各种装置消除或补偿由于气流或燃料的惯性和机件的热惯性造成的混合气成分偏离过大，使混合气成分保持与稳定工况接近，这些装置如自动阻风机构、节气门缓冲器、节气门定位器、怠速限制器、热怠速补偿器、调温怠速螺钉、减速燃料供给装置、温度调节的加速泵柱塞等；化油器上还附设了浮子室燃油蒸汽回收系统、防止断电后自行炽热点火的电磁阀等其他防污染的装置。在进气系统上采用恒温预热装置供给热空气以保证燃油迅速蒸发，联接了油箱蒸发排放控制系统，进气管结构应使各缸混合气分配均匀。采用电子反馈化油器或微电脑控制的节气门前单点汽油喷射系统、进气门前多点喷射系统则是近年来得到进一步发展，使每一工况都可得到最佳燃空比，达到最佳的性能组合，从而大大降低排放污染。采用排气再循环装置是目前很普遍的一种办法，即把少部分（约15%以内）的排气再导回而混入新混合气，重新进入气缸燃烧，这样可以降低燃烧最高温度，降低O2的浓度，抑制NOx的产生，使燃烧延续较长时间，减少HC的生成，但这种方法对发动机经济性是不利的。还有经常采用把曲轴箱窜气强制吸入进气管，进入气缸再次燃烧的曲轴箱强制通风装置。

二、改进燃烧过程

燃烧室结构应该满足尽量少的排放污染物的生成，有尽量小的面容比以减少HC的生成。为了降低汽油机使用高辛烷值汽油的铅化合物污染，曾经有过一段控制汽油机压缩比的发展，但这显然与提高热效率相抵触。采用稀混合气可以大大改善燃烧，提高性能，减少排放污染，适于汽油机经常不满负荷运行的特点；稀混合气的非均质燃烧（分层燃烧）是发展中的一个重要内容，对于降低汽油机的几种主要排放污染物和提高经济性效果显著，这种方案的复杂性是必须有主副燃烧室的浓混合气，并用火花塞点燃，火焰使主燃烧室的稀混合气燃烧，必须有主副燃烧室和两套供油系统，往往与汽油喷射系统相结合；另外还有均质稀燃和高压缩比的稀燃等方案以改进燃烧过程、降低污染排放。改进点火系统，随转速和负荷的不同工况精确控制点火时刻和燃烧过程也是一个重要内容，采用双膜片式分电器使怠速及小负荷时延迟点火，并可降低燃烧温度，延长燃烧时间，降低排放污染物生成，采用无触点感应式晶体管点火装置以提高点火可靠性，可减少由于某些循环不着火而大量排放HC的情况。

三、尾气处理

由于只用机内净化措施有时难于满足日益严格的排放标准，所以又有各种机外的尾气处理措施。为了净化处理排放出的CO和HC，可以将新鲜空气用泵送到排气门附近，使排放物在1000 ℃以下燃烧，这种装置称为热反应器。还有一种催化反应器，如装在消声器前的氧化催化转换器，可使CO和HC在催化剂作用下氧化为无害成分，催化剂的作用是利用化学吸附作用提高污染物反应速度，进行氧化反应时一般要求在600～700 ℃，其外壳要用耐高温、耐腐蚀的不锈钢制成，内部充以粒度Φ2～Φ4 mm的一些过渡金属氧化物，表面镀以贵金属铂、钯，或者做成蜂窝状，使其表面积大而且高温强度好；还可以用一种还原催化反应使NO还原反应为无害成分，但要求更高的还原分解温度和更长的反应时间，所以目前未能普遍使用；使用催化反应器时最好不用含铅汽油，因为排放中的铅成分覆盖在催化剂表面上后会阻碍排气而与催化剂接触，大大减低催化剂的作用；更新型的尾气处理装置是采用三元催化反应器，因为对NOx而言，CO、HC等是还原性气体，对CO、HC而言，O2和NOx是氧化性气体，把这几种污染物用同一种催化剂除去是可能的，但应使各成分浓度在某一范围内保持平衡，所以这时要求燃烧前混合气空燃比精确控制在一较窄范围内，燃烧后排气中的氧气浓度要求用传感器传递信息以反馈控制混合气空燃比。这些措施表明，净化排放与改善混合气调制、改善燃烧过程是统一的，应用电子技术是必要的手段，采用电控可以使内燃机的工作更为精确，在技术原理上提高到一个新的水平。

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