“內燃機排放與控制”課程教學內容設計分析

摘要：在對高等院校“內燃機排放與控制”課程教學現狀進行簡要介紹的基礎上，重點提出了“內燃機排放與控制”課程教學內容的優化設計，并對教學的主要模塊所涉及的重點教學內容進行了逐一闡述，同時提出了該課程教學的重點和難點以及相應的解決策略。

關鍵詞：排放；內燃機；教學內容

作者簡介：周松（1967-），男，江蘇宜興人，哈爾濱工程大學動力與能源工程學院，教授；郭林麗（1975-），女，黑龍江綏化人，中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司，高級工程師。（黑龍江 哈爾濱 150001）

中圖分類號：G643.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）29-0066-02

在今天環保要求和污染排放限制日益嚴格的背景下，國內外減排技術、減排裝置發展很快，“內燃機排放與控制”作為熱能動力機械專業的重要專業課，其教學效果對學生未來工作和學習有著重要影響。[1]該課程在相關高校內燃機專業或發動機專業基本都有開設，但一般都是針對車用發動機的排放，兼顧船舶發動機排放的只有哈爾濱工程大學（以下簡稱“我校”）開設。

為完成我校培養適應社會發展的高素質、創新型人才的目標，按教學目標要求，在制訂新教學大綱時，對“內燃機排放與控制”課程的教學內容進行了優化設計。在對原有教學內容進行調整的基礎上，考慮到排放強制標準推動了減排技術的發展，大幅增加了國內外最新排放標準和最新減排技術的內容，尤其是IMO有關船舶發動機廢氣排放標準。[1]

一、“內燃機排放與控制”課程教學內容

1.污染物來源、生成機理及影響因素

這一教學模塊通過對內燃機工作過程尤其是燃燒過程的分析，引入內燃機產生污染的原因以及污染物種類，著重對內燃機排放的氮氧化物、一氧化碳、未燃碳氫、微粒及硫氧化物的來源、生成機理、排放濃度的預測及影響因素進行詳細的探討。

2.內燃機的排放特性

通過對汽油機和柴油機詳細工作過程的探討，分別闡述汽油機和柴油機的排放特性，并通過分析兩者不同的燃燒過程和燃燒參數，對比排放污染物在種類和數量上的差異。

3.汽油機低排放設計

本教學模塊針對現有汽油機特點，講述低排放汽油機設計技術，重點為燃燒系統優化設計、低排放供給系統、低排放點火系統、冷起動、暖機和怠速排放控制及排氣再循環技術。

4.柴油機低排放設計

通過與上一教學模塊的對比，講述通過改善燃燒實現柴油機低排放的關鍵技術，重點為低排放燃燒室設計、低排放燃油噴射系統、氣流組織和多氣閥技術、增壓與增壓中冷技術、排氣再循環技術。

5.催化技術及柴油機顆粒捕集器

本教學模塊通過催化劑在現代工業生產中的廣泛用途，引入催化劑在內燃機減排技術中的作用。這一教學模塊可分為三個子模塊，第一子模塊為催化技術的基本原理和概念，主要介紹催化反應的過程及擴散的影響因素、吸附過程及相關概念、催化作用的本質、催化劑的性能要求、催化劑的失活；第二子模塊介紹催化轉化器，主要包括催化轉化器的結構、催化轉化器的性能指標、常用氣相污染物催化凈化方法及主要催化轉化器；第三子模塊介紹柴油機排氣微粒捕集器，主要內容有顆粒捕集器的過濾材料、顆粒捕集器的再生、顆粒捕集器的失活。

6.低排放燃料

本教學模塊從燃料角度介紹降低內燃機排放的技術，包括石油燃料性質對排放的影響、代用燃料的排放特性。為及時反映減排技術的發展趨勢，在這一模塊教學內容中增加了氣體燃料發動機部分。

7.排放測量

本教學模塊介紹內燃機主要排放污染物的測量方法和測量儀器，主要內容包括內燃機氣態排放物取樣系統、氣體成分的測量方法（不分光紅外分析儀NDIR、化學發光分析儀CLD、氫火焰離子分析儀FID）、顆粒及煙度測量方法和燃油蒸發污染物的測量方法。

8.排放法規及測試規程

本教學模塊介紹國內外相關排放法規，主要內容包括國外汽油機和柴油機排放法規及測試規程，我國控制汽車排放的標準和技術政策，國際海事組織IMO有關船舶柴油機氮氧化物、硫氧化物排放法規及船舶能效的規定，著重講述IMO有關船舶柴油機NOx測試的規程。

9.降低船用柴油機氮氧化物和硫氧化物的機內措施

本教學模塊通過對船舶柴油機工作特點的闡述，講述通過燃料和改進燃燒降低船舶柴油機氮氧化物、硫氧化物排放的各種機內控制措施，以及各種措施的成本/效果對比。

10.降低船用柴油機氮氧化物和硫氧化物的機外措施

本教學模塊結合最新研究成果，著重講述船舶柴油機排氣后處理系統SCR裝置、SOx洗滌裝置的結構、特點、運行限制以及優缺點。

二、“內燃機排放與控制”課程教學重點、難點及解決措施

1.課程教學重點、難點

“內燃機排放與控制”是當今國內能源動力類本科專業前沿課程之一，是我校熱能動力工程專業的專業特色課程和動力機械及工程、輪機工程專業研究生的核心課程。由于內燃機排放控制法規和減排技術發展很快，課程教學內容需隨時更新。“內燃機排放與控制”課程教學內容涉及到眾多相關學科，教學難度較大。從知識的系統性和完整性方面來看，污染物的生成機理、低排放柴油機設計、污染物測量技術、IMO排放法規以及SCR、SOx洗滌技術是課程的教學重點，掌握這些內容是系統掌握“內燃機排放與控制”的關鍵。[1，2]

由于本課程在整個熱能動力工程本科教學體系中屬于專業課，安排在第四學年授課，學生已有流體力學、工程熱力學、傳熱學、內燃機原理及內燃機結構等知識基礎，學習本課程絕大部分內容不存在太大的難度。相對而言，課程的難點在催化機理及相關應用部分，尤以三效催化轉化器和SCR技術部分內容為最，教師在授課時，需特別注意。

2.突破課程重點、難點的策略

（1）利用現代多媒體技術，提高課堂教學效果。多媒體具有圖文并茂、內容豐富、條理清晰醒目、信息量大、啟迪性強的特點，適合于對非推導性知識的講解。通過收集資料，建立課程重點、難點內容的相關PPT和動畫演示文檔。授課時與講授內容有機地鏈接在一起，充分展示授課內容之間的聯系和減排裝置的細節，配合課堂教學，使學生既有感性認識，又上升到一定的理性認識高度，使教學效果明顯得到提高。[3]

（2）注意和學生的互動。在授課過程中，注意和學生的互動。每堂課開始時，采用提問的方式，隨機抽答，復習上節課的內容；之后，通過新問題引入本節課的教學內容。授課過程中，通過提問引導學生多思考、多討論，并隨時注意學生的反應，遇到學生有疑問的地方及時講解，并調整授課速度和內容。

（3）結合科研，培養實踐創新能力。“內燃機排放與控制”是一門理論結合實驗的一門學科，為此，在教授這門課程的時候，結合我校承擔的柴油機減排課題，讓學生參與其中部分試驗，如進行SCR除NOx和洗滌脫硫試驗，既增強了學生學習的積極性，又拓展了學生視野，同時加深了對NOx生成機理、催化減排技術和污染物測量等知識的掌握，達到了良好的教學效果。

三、結論

作為熱能動力類專業一門重要的專業課程，“內燃機排放與控制”扮演著重要角色。根據內燃機排放控制技術的發展，不斷更新、優化其教學內容，是實現課程教學目標的關鍵環節。同時“內燃機排放與控制”課程具有一些不同于其他專業課程的特點，在教學過程中應針對這些特點及課程重點、難點采取相應的措施，改革教學方式，改進教學效果。幾年來的教學實踐表明，我校新教學大綱制訂后，“內燃機排放與控制”課程取得了比較好的教學效果。

參考文獻：

[1]周松，肖友洪，朱元清.內燃機排放與污染控制[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[2]張志華，周松，黎蘇.內燃機排放與噪聲控制[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，1999.

[3]曹玉春，吳金星，焦森林.熱能動力專業“燃燒學”課程教學的改革與創新[J].中國電力教育，2010，（4）：69-71.

（責任編輯：王意琴）