汽油發(fā)動機怠速排放的控制措施

【摘 要】發(fā)動機怠速是排放很嚴(yán)重的工況。汽油機在怠速工況運行時，特別是在化油器式發(fā)動機，由于化油器供給的是較濃的混合氣，部分燃料因缺氧而不能完全燃燒，造成大量燃燒中間產(chǎn)物排出機外，所以怠速工況是汽油機HC、CO排放濃度很高的工況。汽油機怠速工況下HC和CO排放較高的根本原因在于燃燒組織不良，所以燃燒完全程度是影響HC和CO生成的最直接因素。因此， 降低怠速排放的根本措施在于改善其燃燒過程，本文將敘述汽油機在怠速工況下降低HC和CO排放的方法。

【關(guān)鍵詞】汽油 發(fā)動機 怠速 排放

一、提高怠速轉(zhuǎn)速

怠速轉(zhuǎn)速對怠速排放有很大的影響。怠速轉(zhuǎn)速越低，要求節(jié)氣門開度越小，使得殘余廢氣的稀釋嚴(yán)重，需要更濃的混合氣，這就增加了怠速時CO與HC的排放，如圖1所示。怠速轉(zhuǎn)速與怠速所需的空燃比有直接關(guān)系，因為轉(zhuǎn)速提高要對應(yīng)較大的節(jié)氣門開度和較小的殘余廢氣系數(shù)，就可用較大的空燃比。提高怠速轉(zhuǎn)速可使混合氣形成和燃燒均獲得改善，這不僅是由于可燃混合氣在進氣管中的移動速度增加所致，而且是提高充氣效率和減少殘余廢氣稀釋度的結(jié)果。

近年來，人們對汽車驅(qū)動舒適性要求越來越高，既要求發(fā)動機怠速穩(wěn)定、不熄火，又要求有良好的瞬態(tài)響應(yīng)，即一旦節(jié)氣門開啟，發(fā)動機就能迅速平穩(wěn)地過渡到所需要的任何工況。一般來說，較高的怠速轉(zhuǎn)速有利于瞬態(tài)響應(yīng)。此外，汽車空調(diào)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，也要求發(fā)動機以較高的轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)。因此，怠速轉(zhuǎn)速的提高不僅對改善怠速排放有利，還對從怠速平滑地向正常行駛工況過渡和縮短加速時的燃油滯后時間也有利。

綜上所述，對于怠速轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的觀點是把怠速轉(zhuǎn)速調(diào)得盡可能低，因為怠速時的燃料消耗量隨怠速轉(zhuǎn)速提高而增大。因此，怠速轉(zhuǎn)速多在400～500r/min范圍內(nèi)。但在這樣低的怠速轉(zhuǎn)速下，降低怠速排放是很困難的?，F(xiàn)代高速車用汽油機的怠速轉(zhuǎn)速多在800～1000r/min，使怠速排放大大下降。較高的怠速，對驅(qū)動舒適性和附件驅(qū)動也很有利。

二、高能點火

高能點火對HC排放的作用有兩方面：一是增大了初始火核半徑，有助于提高燃燒速率和減小循環(huán)變動；二是降低了混合氣較稀時的失火概率，使發(fā)動機可燃用稍稀的混合氣，從而減少了HC排放。圖2所示為高能點火和普通點火時HC排放量隨空燃比的變化?？梢?，在怠速工況時，高能點火使HC最低排放量的空燃比增大到了13左右，HC排放也有了明顯的下降。

三、增大氣門間隙，減小氣門重疊角

進、排氣門同時開啟時，怠速狀態(tài)進氣管內(nèi)存在較大的真空度，排氣管內(nèi)一部分廢氣便被吸入汽缸與新鮮混合氣混合，由于這部分廢氣幾乎不能參與燃燒，重新進入汽缸后使燃燒溫度降低，易造成失火現(xiàn)象，因此使怠速時的HC排放惡化。氣門重疊角越大，進入汽缸的廢氣量就越多，HC排放就越多。

發(fā)動機進排氣門間隙影響氣門重疊角，從而影響汽缸內(nèi)殘余廢氣的比率。圖3給出了氣門間隙對HC、CO排放的影響規(guī)律。可見，氣門間隙越大，HC、CO排放濃度越低。

此外，對進氣進行預(yù)熱，對發(fā)動機進行定期維護，及時清除燃燒室內(nèi)積碳，對減少怠速排放污染物也重要作用。

對于化油器式發(fā)動機，要進一步改進化油器怠速系統(tǒng)設(shè)計，提高其制造精度，改善怠速調(diào)整進行一致性和耐久性，以降低怠速排放。

對于電控汽油噴射式發(fā)動機，怠速排放要比化油器式發(fā)動機少。這是因為此時的霧化、氣化的質(zhì)量大改善；各缸的空燃比均勻性好；空燃比的控制程度高且穩(wěn)定；點火時刻的精確控制與點火能量的提高。所有這些因素使進氣道多點噴射的汽油機，已可在熱怠速時使用過量空氣系數(shù)φa接近1（空燃比閉環(huán)控制）的混合氣，而化油器式發(fā)動機，一般怠速時φa=0.7～0.8。