废气再循环对NOX排放的影响如图2所示。可以看出,EGR量越大,NOX排放越少。在理论混合汽附近(燃空当量比或过量空气系数等于1附近),10%的EGR,NOx排放可以减少30%;20%的EGR,NOX排放可以减少55%。
由以上分析可以看出,凡是引起燃烧室内温度过高的原因,都会造成NOX排放的增大。例如,发动机水温过高、因燃烧室积碳而造成压缩比过高、点火过早、燃油牌号选择不当(牌号过低会引起发动机爆震,导致燃烧室内温度升高)、混合汽浓度不当等。
(二)点燃式发动机排放污染物生成的影响因素
点燃式发动机排气中有害气体的产生与混合汽浓度、点火时刻、节气门开度、发动机负荷、发动机的结构等因素有关。在发动机结构既定的情况下,混合汽浓度和点火时刻的影响最大。
1.混合汽浓度的影响
CO的排放量基本上完全取决于混合汽浓度(见图3),而其他因素的影响都是次要的。混合汽越稀,CO的排放量越小;反之,则CO的排放量越大。
HC与CO不同,在一定范围内,混合汽越稀,HC的排放量越少,但混合汽过稀时(空燃比A/F超过18时),HC的排放量会大幅上升,因为此时火焰传播比较困难,甚至会发生断火现象。混合汽较浓时,HC排放也会升高,这是由于燃料的不充分燃烧导致的。
混合汽浓度对NOX的排放也会产生巨大影响,当混合汽浓度在理论值附近且稍微偏小一些时,虽然燃烧温度不是最高的,但氧气相对充足,利于NOX的形成,因而NOX排放也最高。混合汽浓度偏离该区域,由于燃烧温度下降,NOX排放也随之降低。
2.点火时间的影响
推迟点火时间,HC的排放量将减少,这是因为点火时间被推迟后,在燃烧室内的燃烧时间将缩短,未燃燃料进入排气管后继续燃烧,使排气温度上升,促进了HC在排气管中的后氧化。虽然推迟点火时间可以使HC的排放量有所下降,但这种下降会使发动机功率降低,燃油消耗量也随之增加。
一般情况下,点火时刻对CO排放影响不大,但是点火过迟,CO排放也会有所升高,这是由于燃料燃烧时间过短,氧化反应不够充分所致。点火时间提前,燃烧温度会上升,因此,加大点火提前角会使NOX的排放量增加。另一方面,发动机的结构因素(如压缩比、燃烧室形状等)由汽车制造厂在设计过程中考虑,我们暂时不予讨论。
3.节气门开度的影响
怠速时,节气门几乎完全关闭,进气量很小,燃烧室中残余废气所占的比例较大,为了维持发动机稳定运转,ECU系统所提供的新鲜混合汽浓度一般偏大, 因此,CO排放量较高。同时,由于火焰的稳定性较差,HC排放浓度也较高;但由于怠速时的燃烧温度较低,因而NOX排放的浓度也较低。
节气门开度由怠速位置逐步增大时,燃烧室中残余废气所占的比例逐步变小,ECU系统所提供的混合汽逐步变稀,CO、HC排放的浓度随着燃烧情况的逐步改善而逐步下降,NOX排放的浓度则随燃烧温度的逐步上升而逐步增大,三种有害气体的排放总量则都随排气量的逐步增大而增多。
当节气门开度超过80%左右时,ECU系统所提供的混合汽浓度会增大,燃烧温度也会进一步升高,因此,CO、HC、NOX的排放浓度及总量都会进一步升高。
4.发动机负荷的影响
在相同转速下,发动机负载的大小不同,所对应的节气门开度、进气总量及混合汽的浓度都会有所不同。空载或轻载时,较小的节气门开度和进气总量就可以维持这样的转速,CO、HC、NOX排放的总量也就相对较小;重载或满载时,维持这样的转速则需要较大的节气门开度和进气总量,CO、HC、NOX排放的总量也就相对较大。
5.加减速的影响
急加速时,ECU系统所提供的混合汽浓度会短时增大,CO、HC、NOX排放的总量也会随之短时增多;急减速时,ECU系统一般会短时切断燃料供给,CO、HC、NOX排放会短时下降。缓慢加减速则不会产生上述效果,CO、HC、NOX排放的变化规律则符合“节气门开度的影响”和“发动机负荷的影响”。