“内燃机排放与控制”课程教学内容设计分析.docx

“内燃机排放与控制”课程教学内容设计分析 摘要：在对高等院校“内燃机排放与限制”课程教学现状进行简要介绍的基础上，重点提出了“内燃机排放与限制”课程教学内容的优化设计，并对教学的主要模块所涉及的重点教学内容进行了逐一阐述，同时提出了该课程教学的重点和难点以及相应的解决策略。 关键词：排放；内燃机；教学内容 作者简介：周松（1967-），男，江苏宜兴人，哈尔滨工程高校动力与能源工程学院，教授；郭林丽（11015-），女，黑龙江绥化人，中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司，高级工程师。（黑龙江 哈尔滨 150001） 中图分类号：G643.2 文献标识码：A 文章编号：1017-0079（2022）29-0066-02 在今日环保要求和污染排放限制日益严格的背景下，国内外减排技术、减排装置发展很快，“内燃机排放与限制”作为热能动力机械专业的重要专业课，其教学效果对学生将来工作和学习有着重要影响。1该课程在相关高校内燃机专业或发动机专业基本都有开设，但一般都是针对车用发动机的排放，兼顾船舶发动机排放的只有哈尔滨工程高校（以下简称“我校”）开设。 为完成我校培育适应社会发展的高素养、创新型人才的目标，按教学目标要求，在制订新教学大纲时，对“内燃机排放与限制”课程的教学内容进行了优化设计。在对原有教学内容进行调整的基础上，考虑到排放强制标准推动了减排技术的发展，大幅增加了国内外最新排放标准和最新减排技术的内容，尤其是IMO有关船舶发动机废气排放标准。1 一、“内燃机排放与限制”课程教学内容 1.污染物来源、生成机理及影响因素 这一教学模块通过对内燃机工作过程尤其是燃烧过程的分析，引入内燃机产生污染的缘由以及污染物种类，着重对内燃机排放的氮氧化物、一氧化碳、未燃碳氢、微粒及硫氧化物的来源、生成机理、排放浓度的预料及影响因素进行具体的探讨。 2.内燃机的排放特性 通过对汽油机和柴油机具体工作过程的探讨，分别阐述汽油机和柴油机的排放特性，并通过分析两者不同的燃烧过程和燃烧参数，对比排放污染物在种类和数量上的差异。 3.汽油机低排放设计 本教学模块针对现有汽油机特点，讲解并描述低排放汽油机设计技术，重点为燃烧系统优化设计、低排放供应系统、低排放点火系统、冷起动、暖机和怠速排放限制及排气再循环技术。 4.柴油机低排放设计 通过与上一教学模块的对比，讲解并描述通过改善燃烧实现柴油机低排放的关键技术，重点为低排放燃烧室设计、低排放燃油喷射系统、气流组织和多气阀技术、增压与增压中冷技术、排气再循环技术。 5.催化技术及柴油机颗粒捕集器 本教学模块通过催化剂在现代工业生产中的广泛用途，引入催化剂在内燃机减排技术中的作用。这一教学模块可分为三个子模块，第一子模块为催化技术的基本原理和概念，主要介绍催化反应的过程及扩散的影响因素、吸附过程及相关概念、催化作用的本质、催化剂的性能要求、催化剂的失活；其次子模块介绍催化转化器，主要包括催化转化器的结构、催化转化器的性能指标、常用气相污染物催化净化方法及主要催化转化器；第三子模块介绍柴油机排气微粒捕集器，主要内容有颗粒捕集器的过滤材料、颗粒捕集器的再生、颗粒捕集器的失活。 6.低排放燃料 本教学模块从燃料角度介绍降低内燃机排放的技术，包括石油燃料性质对排放的影响、代用燃料的排放特性。为刚好反映减排技术的发展趋势，在这一模块教学内容中增加了气体燃料发动机部分。 7.排放测量 本教学模块介绍内燃机主要排放污染物的测量方法和测量仪器，主要内容包括内燃机气态排放物取样系统、气体成分的测量方法（不分光红外分析仪NDIR、化学发光分析仪CLD、氢火焰离子分析仪FID）、颗粒及烟度测量方法和燃油蒸发污染物的测量方法。 8.排放法规及测试规程 本教学模块介绍国内外相关排放法规，主要内容包括国外汽油机和柴油机排放法规及测试规程，我国限制汽车排放的标准和技术政策，国际海事组织IMO有关船舶柴油机氮氧化物、硫氧化物排放法规及船舶能效的规定，着重讲解并描述IMO有关船舶柴油机NOx测试的规程。 9.降低船用柴油机氮氧化物和硫氧化物的机内措施 本教学模块通过对船舶柴油机工作特点的阐述，讲解并描述通过燃料和改进燃烧降低船舶柴油机氮氧化物、硫氧化物排放的各种机内限制措施，以及各种措施的成本/效果对比。 10.降低船用柴油机氮氧化物和硫氧化物的机外措施 本教学模块结合最新探讨成果，着重讲解并描述船舶柴油机排气后处理系统SCR装置、SOx洗涤装置的结构、特点、运行限制以及优缺点。 二、“内燃机排放与限制”课程教学重点、难点及解决措施 1.课程教学重点、难点 “内燃机排放与限制”是当今国内能源动力类本科专业前沿课程之一，是我校热能动力工程专业的专业特色课程和动力机械及工程、轮机工程专业探讨生的核心课程。由于内燃机排放限制法规和减排技术发展很快，课程教学内容需随时更新。“内燃机排放与限制”课程教学内容涉及到众多相关学科，教学难度较大。从学问的系统性和完整性方面来看，污染物的生成机理、低排放柴油机设计、污染物测量技术、IMO排放法规以及SCR、SOx洗涤技术是课程的教学重点，驾驭这些内容是系统驾驭“内燃机排放与限制”的关键。1，2 由于本课程在整个热能动力工程本科教学体系中属于专业课，支配在第四学年授课，学生已有流体力学、工程热力学、传热学、内燃机原理及内燃机结构等学问基础，学习本课程绝大部分内容不存在太大的难度。相对而言，课程的难点在催化机理及相关应用部分，尤以三效催化转化器和SCR技术部分内容为最，老师在授课时，需特殊留意。 2.突破课程重点、难点的策略 （1）利用现代多媒体技术，提高课堂教学效果。多媒体具有图文并茂、内容丰富、条理清楚醒目、信息量大、启迪性强的特点，适合于对非推导性学问的讲解。通过收集资料，建立课程重点、难点内容的相关PPT和动画演示文档。授课时与讲授内容有机地链接在一起，充分展示授课内容之间的联系和减排装置的细微环节，协作课堂教学，使学生既有感性相识，又上升到肯定的理性相识高度，使教学效果明显得到提高。3 （2）留意和学生的互动。在授课过程中，留意和学生的互动。每堂课起先时，采纳提问的方式，随机抽答，复习上节课的内容；之后，通过新问题引入本节课的教学内容。授课过程中，通过提问引导学生多思索、多探讨，并随时留意学生的反应，遇到学生有疑问的地方刚好讲解，并调整授课速度和内容。 （3）结合科研，培育实践创新实力。“内燃机排放与限制”是一门理论结合试验的一门学科，为此，在教授这门课程的时候，结合我校担当的柴油机减排课题，让学生参加其中部分试验，如进行SCR除NOx和洗涤脱硫试验，既增加了学生学习的主动性，又拓展了学生视野，同时加深了对NOx生成机理、催化减排技术和污染物测量等学问的驾驭，达到了良好的教学效果。 三、结论 作为热能动力类专业一门重要的专业课程，“内燃机排放与限制”扮演着重要角色。依据内燃机排放限制技术的发展，不断更新、优化其教学内容，是实现课程教学目标的关键环节。同时“内燃机排放与限制”课程具有一些不同于其他专业课程的特点，在教学过程中应针对这些特点及课程重点、难点实行相应的措施，改革教学方式，改进教学效果。几年来的教学实践表明，我校新教学大纲制订后，“内燃机排放与限制”课程取得了比较好的教学效果。 参考文献： 1周松，肖友洪，朱元清.内燃机排放与污染限制M.北京：北京航空航天高校出版社，2022. 2张志华，周松，黎苏.内燃机排放与噪声限制M.哈尔滨：哈尔滨工程高校出版社，11019. 3曹玉春，吴金星，焦森林.热能动力专业“燃烧学”课程教学的改革与创新J.中国电力教化，2022，（4）：69-73. （责任编辑：王意琴） 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页