陈文浩

厦门金龙联合汽车工业有限公司 福建省厦门市 361023

1 发动机稀薄燃烧技术概况

近年来，对于汽车尾气排放的控制标准越来越严格，自2017年1月1日起，规定新车的排放标准必须达到国五的排放新标准。以往的利用控制空燃比的方法已经不能很好的满足当前的政策要求，所以对于发动机稀薄燃烧技术的研究越来越深入。目前有害的排放气体一般为一氧化碳、碳氢化合物、一氧化氮、二氧化氮，这些气体在废气中的占比虽然非常低（一般只占到百分之二），造成的危害却是相当巨大的。一氧化碳是因为燃油不完全燃烧而产生的无色无味的气体，其不仅对人身体健康会造成极大的威胁，更会因为其自身的化学反应造成危害很大的光化学污染。而一氧化碳的主要来源便是汽车尾气排放，其在空气中不断的累计，对大气造成严重的污染。碳氢化合物中混合了甲醛、丙烯酸、苯并芘等物质，具有强烈的刺激性气味，对于呼吸道和鼻腔有较为严重的危害，而且具有强致癌性，碳氢化合物对人体健康的危害是十分巨大的。一氧化氮是无色无味的危害性较小的气体，其在空气中的反应可生成二氧化氮。二氧化氮是红棕色的恶臭刺激性气体，对人体的肺部具有极强危害，会造成肺部疾病。

发动机稀薄燃烧技术是发动机的空燃比在大于理论值时的燃烧技术。在此情况下，汽车尾气所排放的一氧化碳、碳氢化合物、一氧化氮、二氧化氮等有害气体都能达到最少。在稀薄燃烧时，其燃烧的主要气体成分是氧气和氮气，比热小，燃烧效率较高。本文将对发动机的稀薄燃烧技术对排放的影响进行相关试验，因为稀薄燃烧技术有一些分层燃烧的复杂技术，在本文中就不做赘述，只做一些基础性试验研究，达到获得其对排放相关影响的结论。

图1 在2000转每分钟的工况下，采用发动机稀薄技术对排放的影响曲线图

2 发动机稀薄燃烧技术对排放的影响分析

在发动机进行正常运转时，通过传感器的反馈，电子燃油控制系统会对其喷油量进行精准的控制。可以将发动机的气体空燃比控制在理论值14.7左右。本试验通过开环控制的手法，利用发动机ECU手动调节喷油量，然后获得相关数据，表明发动机稀薄燃烧技术对于排放的影响。试验的具体过程如下：

待发动机启动达到2000转每分钟的稳定转速、50Nm扭矩的情况下，将其由闭环控制转变为开环控制，此时可以通过手动的方式控制发动机的喷油量。通过ECU的既定程序精准控制喷油量，从而对气体的空燃比进行改变。先把空燃比设定在标准的14.7上，然后将其喷油量逐步的缩小，使得气体的混合变成稀薄气体，直到最后发动机因为喷油量过小而熄火。在这个过程中，对其尾气排放的一氧化碳、碳氢化合物、一氧化氮、二氧化氮进行记录，同时对即时的发动机转速、扭矩等数据进行记录，最后通过对数据的分析得出最终结论。试验得出的汽车在2000转每分钟的工况下，采用发动机稀薄技术对排放的影响曲线图，如图1所示：

图1中显示的是随着喷油量减少，一氧化碳、碳氢化合物、一氧化氮、二氧化氮等有害气体的排放规律。试验中的喷油量是从3860uS逐步减少到2860uS的情况，一般喷油量因其控制系统的不同会存在偏差，所以并不具备普遍性，于是使用过量空气系数来表示其喷油量。

伴随着发动机喷油量的减少，过量空气系数不断增加，发动机的主要废气一氧化碳、碳氢化合物、一氧化氮、二氧化氮排放呈现出不同的变化规律。首先来看一氧化氮、二氧化氮的变化情况：当过量空气系数λ=1.07时，一氧化氮、二氧化氮的排放处于最高值，除了这个情况以外，不论其空气系数变大或者是变小，一氧化氮、二氧化氮的排放都会逐渐减小，在过量空气系数λ=1.5时，一氧化氮、二氧化氮的排放值只有最高峰值的百分之三。再来看看碳氢化合物的变化情况：当过量空气系数λ=1.24的情况下，碳氢化合物的排放处于最低值，除了这个情况以外，不论其空气系数变大或者是变小，碳氢化合物的排放都会增大，明显可以看出其朝着空气稀薄方向变化时，碳氢化合物的增加速率会加快。如图中所示，碳氢化合物和一氧化氮、二氧化氮的曲线相交于过量空气系数λ=1.35的情况下，这就表明，在这一点所处的工况环境下，碳氢化合物和一氧化氮、二氧化氮的排放总值是最低的。最后再来分析下一氧化碳的变化情况：当过量空气系数λ=1.1的情况下，一氧化碳的排放处于最低值；当过量空气系数λ<1.1的情况，也就是说空气稀薄的情况下，一氧化碳的排放量下降趋势十分的明显。λ从0.97增加到1.1时，一氧化碳的排放量将近下降了13倍。当过量空气系数λ>1.1的情况下，伴随空气变得稀薄，一氧化碳的牌坊却没有发生明显的变化，整体状况趋于稳定。

然后通过改变工况进行对比试验研究，将工况设定为转速在3000转每分钟，扭矩50Nm的情况下，发动机采用稀薄燃烧技术对排放的影响。如图2所示：

根据图2所示，首先来看一氧化氮、二氧化氮，空气变得稀薄时，一氧化氮、二氧化氮的变化与发动机在2000转每分钟的工况时采用稀薄燃烧技术的变化完全相同，在λ=1.07的情况下会出现排放的最高峰值。再来分析下碳氢化合物的变化，与发动机在2000转每分钟的工况时采用稀薄燃烧技术的变化相同，在λ=1.21的情况下会出现排放的最低值，相比于2000转每分钟时稀薄燃烧后的碳氢化合物排放最低点λ=1.24，向空气变浓方向稍有减小。一氧化碳排放与发动机在2000转每分钟的工况时采用稀薄燃烧技术的变化，只是在最低点发生了变化，与碳氢化合物的变化规律是相似的，其最低点出现在λ=1.07时，相比于2000转每分钟时的最低点λ=1.1，向空气变浓方向稍有减小。发动机在3000转每分钟的工况工作时，气体燃烧的更加充分。所以即使在2000转每分钟时较浓的混合气相对于3000转每分钟的工况也可以实现完全燃烧，使得排放的废气降到最低。由此我们可以做出类似的推论，当发动机扭矩加大时，其尾气的排放会呈现出相同的规律。

图2 在3000转每分钟的工况下，采用发动机稀薄技术对排放的影响曲线图

3 结语

本文中主要针对发动机采用稀薄燃烧技术后，主要污染物一氧化碳、碳氢化合物、一氧化氮、二氧化氮的排放变化进行了试验研究和分析。然后改变发动机工况后作了对比试验，找出了一些发动机在采用稀薄燃烧技术后其排放尾气的变化规律，可以得出如下结论，在利用手动模式减少发动机喷油量的情况下，使发动机采用稀薄燃烧技术的过程中，主要污染物一氧化碳、碳氢化合物、一氧化氮、二氧化氮排放的变化规律各不相同，但其变化都与发动机的工况变化无关，遵循着自有的规律。但是综合试验的分析情况来看，采用发动机稀薄燃烧技术能够很明显的降低一氧化碳、碳氢化合物、一氧化氮、二氧化氮等主要污染物的排放值，具有很强的环保意义。