“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“内燃机排放与控制”课程教学现状进行简要介绍的基础上，重点提出了“内燃机排放与控制”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，哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，教授；郭林丽（1975-），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：1007-0079（2013）29-0066-02

　　在今天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，“内燃机排放与控制”作为热能动力机械专业的重要专业课，其教学效果对学生未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大学（以下简称“我校”）开设。

　　为完成我校培养适应社会发展的高素质、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“内燃机排放与控制”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、“内燃机排放与控制”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原因以及污染物种类，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、排放浓度的预测及影响因素进行详细的探讨。

　　2.内燃机的排放特性

　　通过对汽油机和柴油机详细工作过程的探讨，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、低排放供给系统、低排放点火系统、冷起动、暖机和怠速排放控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；第二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。为及时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，我国控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控制措施，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研究成果，着重讲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、“内燃机排放与控制”课程教学重点、难点及解决措施

　　1.课程教学重点、难点

　　“内燃机排放与控制”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、轮机工程专业研究生的核心课程。由于内燃机排放控制法规和减排技术发展很快，课程教学内容需随时更新。“内燃机排放与控制”课程教学内容涉及到众多相关学科，教学难度较大。从知识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，掌握这些内容是系统掌握“内燃机排放与控制”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，安排在第四学年授课，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知识基础，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，教师在授课时，需特别注意。

　　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、条理清晰醒目、信息量大、启迪性强的特点，适合于对非推导性知识的讲解。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节，配合课堂教学，使学生既有感性认识，又上升到一定的理性认识高度，使教学效果明显得到提高。[3]

　　（2）注意和学生的互动。在授课过程中，注意和学生的互动。每堂课开始时，采用提问的方式，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考、多讨论，并随时注意学生的反应，遇到学生有疑问的地方及时讲解，并调整授课速度和内容。

　　（3）结合科研，培养实践创新能力。“内燃机排放与控制”是一门理论结合实验的一门学科，为此，在教授这门课程的时候，结合我校承担的柴油机减排课题，让学生参与其中部分试验，如进行SCR除NOx和洗涤脱硫试验，既增强了学生学习的积极性，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知识的掌握，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，“内燃机排放与控制”扮演着重要角色。根据内燃机排放控制技术的发展，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“内燃机排放与控制”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、难点采取相应的措施，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，“内燃机排放与控制”课程取得了比较好的教学效果。本文来自《内燃机学报》杂志