汽車尾氣排放控制技術(shù)應(yīng)用與分析.docxVIP

1、課題汽車尾氣排放控制技術(shù)應(yīng)用與分析當發(fā)動機怠速運行時，節(jié)氣門處于全關(guān)位置，即進入發(fā)動機的空氣量不再由節(jié)氣門進行調(diào)節(jié)。怠速控制的實質(zhì)就是通過怠速執(zhí)行器調(diào)節(jié)進氣量，同時配合噴油量及點火提前角的控制，改變怠速工況燃料消耗所發(fā)出的功率，以穩(wěn)定或改變怠速轉(zhuǎn)速。（5）怠速控制方式怠速控制的方式包括開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。一般來說，在起動、暖機、急減速等工況時多采用開環(huán)控制，而在穩(wěn)定怠速工況，多采用閉環(huán)控制。閉環(huán)控制的反饋信號為發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號。在對怠速空氣量進行閉環(huán)控制時，多采用比例積分微分PID控制方式。（6）怠速轉(zhuǎn)速的控制過程當發(fā)動機怠速負荷增大時，ECU控制怠速控制閥使進氣量增大，從而使怠速轉(zhuǎn)速提高，

2、防止發(fā)動機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或熄火；當發(fā)動機怠速負荷減小時，ECU控制怠速控制閥使進氣量減少，從而使怠速轉(zhuǎn)速降低，以免怠速轉(zhuǎn)速過高。2. 6廢氣再循環(huán)（1）系統(tǒng)說明廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)用于降低廢氣中的氧化氮（NOX）的排出量。氮和氧只有在高溫高壓條件下才會發(fā)生化學反應(yīng)，發(fā)動機燃燒室內(nèi)的溫度和壓力滿足了上述條件，在強制加速期間更是如此。（2）運作方式當發(fā)動機在負荷下運轉(zhuǎn)時，EGR閥開啟，使少量的廢氣進入進氣歧管，與可燃混合氣一起進入燃燒室。怠速時EGR閥關(guān)閉，幾乎沒有廢氣再循環(huán)至發(fā)動機。汽車廢氣是一種不可燃氣體（不含燃料和氧化劑），在燃燒室內(nèi)不參與燃燒。它通過吸收燃燒產(chǎn)生的部分熱量來降低燃燒溫度和壓力

3、，以減少氧化氮的生成量。進入燃燒室的廢氣量隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷的增加而增加。（3）工作原理EGR系統(tǒng)的主要元件是數(shù)控式EGR閥。數(shù)控式EGR閥安裝在右排氣歧管上，其作用是獨立地對再循環(huán)到發(fā)動機的廢氣量進行準確的控制，而不管歧管真空度的大小。EGR閥通過3個孔徑遞增的計量孔控制從排氣歧管流回進氣歧管的廢氣量，以產(chǎn)生7種不同流量的組合。每個計量孔都由1個電磁閥和針閥組成，當電磁閥通電時，電樞便被磁鐵吸向上方，使計量孔開啟。旋轉(zhuǎn)式針閥的特性保證了當EGR閥關(guān)閉時，具有良好密封性。EGR閥通常在下列條件下開啟：1.發(fā)動機暖機運轉(zhuǎn)。2.轉(zhuǎn)速超過怠速。ECM根據(jù)發(fā)動機冷卻水溫傳感器、節(jié)氣門位置傳感器和空氣

4、流量傳感器來控制EGR系統(tǒng)。廢氣再循環(huán)（EGR）控制方式，發(fā)動機控制電腦即ECU根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負荷（節(jié)氣門開度）、溫度、進氣流量、排氣溫度控制電磁閥適時地打開，進氣管真空度經(jīng)電磁閥進入EGR閥真空膜室，膜片拉桿將EGR閥門打開，排氣中的少部分廢氣經(jīng)EGR閥進入進氣系統(tǒng)，與混合氣混合后進入氣缸參與燃燒。少部分廢氣進入氣缸參與混合氣的燃燒，降低了燃燒時氣缸中的溫度，因NOX是在高溫富氧的條件下生成的，故抑制了NOX的生成，從而降低了廢氣中的NOX的含量。但是，過度的廢氣參與再循環(huán)，將會影響混合氣的著火、性能，從而影響發(fā)動機的動力性，特別是在發(fā)動機怠速、低速、小負荷及冷機時，再循環(huán)的廢氣會明顯地

5、影響發(fā)動機性能。所以，當發(fā)動機在怠速、低速、小負荷及冷機時，ECU控制廢氣不參與再循環(huán)，避免發(fā)動機性能受到影響；當發(fā)動機超過一定的轉(zhuǎn)速、負荷及達到一定的溫度時，ECU控制少部分廢氣參與再循環(huán)，而旦，參與再循環(huán)的廢氣量根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷、溫度及廢氣溫度的不同而不同，以達到廢氣中的NOX最低。3柴油機的內(nèi)凈化3. 1柴油發(fā)動機的燃燒過柴油在氣缸內(nèi)燃燒是一個復(fù)雜的物理一化學變化過程，燃燒過程的完善程度，直接影響著柴油機的作功能力、熱效率和使用期限，其燃燒過程劃分為四個階段：A燃燒準備階段（滯燃期），從燃油噴入到著火開始這一時期為燃燒準備階段。在這一階段，燃油需加熱、蒸發(fā)、擴散并與氣流混合等物理準備

6、過程，以及分解、氧化等化學準備過程。B速燃階段,從著火開始到氣缸內(nèi)出現(xiàn)最高壓力時止的這一階段。當少量柴油著火以后，可燃混合氣的數(shù)量繼續(xù)增加火焰迅速傳播，燃燒速度加快，放熱速率高。氣缸內(nèi)的壓力和溫度急劇升高。但壓力升高過快時，會使曲柄連桿機構(gòu)受到很大的沖擊載荷，并伴隨有尖銳的敲擊聲，柴油機工作粗爆，這種情況應(yīng)予以限制。為使柴油機工作平穩(wěn)，最大壓力增長率不應(yīng)超過292kPa588kPa/l。（曲軸轉(zhuǎn)角）。C主燃階段（緩燃期），從爆發(fā)壓力出現(xiàn)點到最高燃燒溫度出現(xiàn)點之間的階段為主燃階段。本階段的特點是噴油己經(jīng)結(jié)束，大部分的燃油在此期間燃燒，放出總熱量的約80%左右，燃氣溫度上升到最高點。但由于活塞的下

7、移，氣缸容積增大，所以氣缸內(nèi)的壓力變化不大。供油在這一階段結(jié)束。I）過后燃燒階段，從最高燃燒溫度點到燃燒結(jié)束止的階段。在這一階段，氧氣己大量消耗，后期噴入的燃油就沒有足夠的氧氣與之混合進行燃燒，加之活塞的進一步下移，氣缸內(nèi)壓力和溫度有較大的下降，使燃燒條件更加惡化，以致燃油燃燒不完全，出現(xiàn)排氣冒黑煙現(xiàn)象，使有關(guān)零部件熱負荷增加，影響柴油機經(jīng)濟性和使用壽命，所以應(yīng)盡量減少后燃期的燃燒。3. 2柴油機的主要污染物柴油車燃料混合氣的形成是在發(fā)動機燃燒室內(nèi)進行的，柴油高壓噴入燃燒室，壓縮著火后進行邊噴邊燃燒的擴散燃燒方式。這種工作方式，決定了柴油與空氣的混合是不均勻的，不可避免地存在局部缺氧或局部富氧

8、情況。油料在高溫缺氧時，易炭化形成碳煙。柴油車負荷的調(diào)節(jié)是通過改變噴油量來控制的。柴油車混合氣始終處于比較稀的狀態(tài)下，也就是說柴油機的燃燒室內(nèi)始終存在富余的空氣。這些富余的空氣在高溫作用卜容易產(chǎn)生氮氧化物（NOx）,而一氧化碳（C0）和碳氫化合物（HC）則不容易形成。因此，柴油車排放特點是顆粒物和氮氧化物（NOx）排放量多而一裁化碳（C0）和碳氫化合物（HC）排放量少此外，柴油燃燒后會生成一些有臭味的有機氣體，因此，柴油機排放中還有臭味。3.3采用新的燃燒方式傳統(tǒng)的柴油機燃燒分為預(yù)混合燃燒和擴散燃燒兩個部分。主要燃燒是品1處的擴散燃燒，火焰溫度高，極易產(chǎn)生NOx,采用稀薄的均勻混合氣可解決這一

9、問題。美國西南研究院提出的均勻充量壓縮燃燒系統(tǒng)（HCCI）和日本ACE研究所的預(yù)混稀薄燃燃燒過程（PREDIC）等均是采用這種思路。采用預(yù)混稀薄燃燃燒方式減少或消除了擴散燃燒，稀混合氣可降低燃燒溫度，可大幅度降低NOx,比一般柴油機降低98%；由于氣缸內(nèi)混合氣均勻，無局部過濃混合氣，可使PM排放比一般柴油機降低27%,預(yù)混稀薄燃燒方式目前還處于研究階段,離實用還有一定距離，但是前景非?？捎^3.4提高噴油壓力和減小噴孔直徑提高噴油壓力和減少噴孔直徑可以使燃油的噴霧顆粒進一步細化，以增大燃油和空氣接觸的表面積，加速燃油和空氣的混合，明顯地降低顆粒PM中碳的排放。高壓噴射會導致NOx的增加，如采用推

10、遲噴油時間和EGR等方法，以達到控制顆粒PM和NOx排放的目的。高壓噴射系統(tǒng)需要和燃燒室良好匹配，以避免過多的燃油噴射到氣缸的冷表面上，減少HC和顆粒PM中有機可溶物SOF排放：高壓噴射技術(shù)對噴油系統(tǒng)提出了十分苛刻的要求。要求整個系統(tǒng)有極高的強度、剛度和密封性。此種措施也必須和其他改進方法相結(jié)合才能達到更好的效果提高噴油壓力可以有效地降低柴油機的微粒排放:減少燃油平均滴徑，促進混合氣形成；降低發(fā)動機最大壓力升高率、降低燃燒噪聲。3.5先導噴射及多次噴射在主噴射之前噴入少量的燃油，以降低NOx和噪聲，主噴射要求噴油速率快、噴油壓力高，促進混合氣形成，以縮短緩燃期，保證良好的經(jīng)濟性和動力性，形成先

11、導噴射(預(yù)噴射)+主噴射的模式。為了同時降低NOx和PM的排放也可采用多次噴射的方法，即先導噴射和主噴射結(jié)束后再噴入少量的燃油形成過后噴射，過后噴射可促進碳煙的氧化，降低PM的排放。采用過后噴射會加大HC排放和耗油增加。在不同工況下要獲得良好的效果，先導噴射油房:、過后噴射油后以及各次噴射的間隔角度和時刻的控制精度都有嚴格的要求，這對于機械式噴油系統(tǒng)是很難想象的，只有電控高壓共軌噴油系統(tǒng)才能勝任。3.6采用廢氣再循環(huán)(EGR)廢氣再循環(huán)(EGR)是再保證內(nèi)燃機動力性不降低的前提下，將一部分排氣導入進氣系統(tǒng)中，和新鮮混合氣混合后再進入氣缸參加燃燒，通過降低燃燒室燃燒的最高溫度來降低NOx的排放。

12、利用廢氣再循環(huán)(EGR)來降低NOx,的排放，需要與電子控制結(jié)合，根據(jù)柴油機負荷、轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度傳感器及啟動開關(guān)信號，由ECU對I-GR率和EGR時機進行控制，保證在對柴油機性能影響不大的條件下，降低尾氣中N()x的排放目前，EGR在汽油機上的應(yīng)用比較成功，而在柴油機上卻不盡人意。主要原因在于，柴油機排放中大量的PM和其他有害排放物直接引入氣缸會增加活塞環(huán)和缸套的磨損，還會稀釋潤滑油并加速其變質(zhì)。柴油機采用EGR相當于將一定數(shù)量的CO和水蒸氣添加到進氣空氣中而成為一種稀釋劑,EGR率增大還使進氣工質(zhì)的密度和0濃度下降，致使缸內(nèi)可燃混合氣的燃燒速度和燃燒溫度均有所降低，最終導致發(fā)動機的動力性和

13、經(jīng)濟性下降，HC,CO和PM排放增加。發(fā)動機處于中小負荷工況時,采用EGR的效果十分顯著。當EGR率為30%左右時，發(fā)動機的排放及綜合性能較好：采用較大的EGR率降低NOx排放效果更加明顯，且發(fā)動機經(jīng)濟性的下降并不突出。發(fā)動機在大負荷工況時，若采用EGR,則會導致發(fā)動機的經(jīng)濟性和動力性明顯下降，另外，還會增加活塞環(huán)和缸套的磨損及加速潤滑油的變質(zhì)。因此大負荷工況時不宜采用EGR渦輪增壓柴油機在30%50%負荷以上的工況下.平均排氣壓力低于平均進氣壓力。故排氣再循環(huán)難以實現(xiàn)。為此，各國學者提出了多種在增壓柴油機上實現(xiàn)排氣再循環(huán)的方案。主要有：通過調(diào)整正時實現(xiàn)內(nèi)部EGR；在進氣管或排氣管內(nèi)裝節(jié)流閥，

14、通過節(jié)流來降低進氣壓力或提高排氣壓力；通過輔助裝置或活塞本身的壓力將廢氣壓入進氣管；通過在進氣管加裝文曲利管(VenturiPipe),降低EGR接頭處的進氣壓力；利用壓力波動等。其中采用文曲利管EGR系統(tǒng)能較方便地在高工況下實現(xiàn)排氣再循環(huán).并且附加泵氣損失少、成本不高、有很大的優(yōu)越性。4汽油機后處理凈化4.1概述機內(nèi)凈化技術(shù)以改善發(fā)動機燃燒過程為主要內(nèi)容，對降低排氣污染起到了較大作用，但其效果有限，且不同程度地給汽車的動力性和經(jīng)濟性帶來負面影響。隨著對發(fā)動機排放要求的日趨嚴格，改善發(fā)動機工作過程的難度越來越大，能統(tǒng)籌兼顧動力性、經(jīng)濟性和排放性能的發(fā)動機將越來越復(fù)雜，成本也急劇上升。因此，世界

15、各國都先后開發(fā)廢氣后處理凈化技術(shù),在不影響或少影響發(fā)動機其它性能的同時，在排氣系統(tǒng)中安裝各種凈化裝置，采用物理的和化學的方法降低排氣中的污染物最終向大氣環(huán)境的排放。專門對發(fā)動機排氣進行后處理的方法是將凈化裝置串接在發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中，在廢氣排入大氣前，利用凈化裝置在排氣系統(tǒng)中對其進行處理，以減少排入大氣的有害成分。在發(fā)達國家，車用汽油機采用后處理裝置較多。這些裝置主要有三效催化轉(zhuǎn)化器、熱反應(yīng)器和空氣噴射器等。目前，在發(fā)達國家生產(chǎn)的汽油車幾乎都裝備了三效催化轉(zhuǎn)化器，并已有二十多年的商業(yè)化應(yīng)用歷史。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市機動車輛日益增多，其廢氣已嚴重污染了大氣環(huán)境，對三效催化轉(zhuǎn)化器的需求將更

16、為迫切。4. 2三效催化轉(zhuǎn)化器三效催化轉(zhuǎn)化器是目前應(yīng)用最多的廢氣后處理凈化技術(shù)。當發(fā)動機工作時，廢氣經(jīng)排氣管進入催化器，其中氮貌化物與廢氣中的一氧化碳、氫氣等還原性氣體在催化作用下分解成氮氣和氧氣；而碳氫化合物和一氧化碳在催化作用下充分氧化，生成二氧化碳和水蒸氣。三效催化轉(zhuǎn)化器的載體一般采用蜂窩結(jié)構(gòu)，蜂窩表面有涂層和活性組分，與廢氣接觸表面積非常大，所以其凈化效率高，當發(fā)動機的空燃比在理論空燃比附近時，三效催化劑可將90%的碳狙化合物和一知化碳及70%的氮氧化物同時凈化，因此這種催化器被稱為三效催化轉(zhuǎn)化器。目前，電子控制汽油噴射加三效催化轉(zhuǎn)化器已成為國內(nèi)外汽油車排放控制技術(shù)的主流。4. 3催化

17、反應(yīng)機理催化作用的核心是催化劑。催化劑是種能夠改變化學反應(yīng)達到平衡的速率而本身的質(zhì)量和組成在化學反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)。有催化劑參與的化學反應(yīng)就稱為催化反應(yīng)。催化反應(yīng)一般都是多階段或多步驟的，從反應(yīng)物到產(chǎn)物都經(jīng)過多種中間物，催化劑參與中間物的形成，但最終不進入產(chǎn)物。根據(jù)催化劑與反應(yīng)物所處狀態(tài)的不同，催化作用可以分為均相催化和多相催化。固體催化劑對氣態(tài)或液態(tài)反應(yīng)物所起的催化作用屬于多相催化，車用催化劑就是此類型的催化。多相催化反應(yīng)過程一般包括以下步驟：反應(yīng)物分了從流體主體通過滯流層向催化劑外表面擴散（外擴散）；反應(yīng)物分子從催化劑外表面向孔內(nèi)擴散（內(nèi)擴散）；反應(yīng)物分子在催化劑內(nèi)表面上吸附;吸附態(tài)的

18、反應(yīng)物分子在催化劑表面上相互作用或與氣相分子作用的化學反應(yīng)；反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面脫附；脫附的反應(yīng)產(chǎn)物自內(nèi)孔向催化劑外表面擴散（內(nèi)擴散）；產(chǎn)物分子從催化劑外表面經(jīng)滯流層向流體主體擴散（外擴散）。其中，為傳質(zhì)過程，<5）為表面反應(yīng)過程，或稱化學動力學過程5柴油后處理技術(shù)5. 1微粒捕集器柴油機微粒的各種凈化技術(shù)都不是完美的，各有優(yōu)缺點，要有效地降低柴油機微粒排放，應(yīng)合理地結(jié)合各種凈化技術(shù)的優(yōu)點，并從燃料、燃燒、進氣、燃油噴射以及后處理等各方面綜合考慮。通過對多種捕集柴油機排氣微粒途徑的研究比較，普遍認為可行性較大的方案是采用過濾材料對排氣進行過濾捕集，即微粒捕集器法。柴油機微粒捕集器(DP

19、F,dieselparticulatefilter)被公認為是柴油機微粒排放后處理的主要方式，國際上對微粒捕集器的研究始于上個世紀70年代，現(xiàn)已逐步形成商品化產(chǎn)品。第一輛使用微粒捕集器的汽車是1985年德國奔馳公司生產(chǎn)的出口到美國加利福尼亞的轎車。隨著排放法規(guī)的日趨嚴格，如今發(fā)達國家安裝微粒捕集器的柴油車越來越多，如奧迪、帕薩特和奔馳等部分乘用車安裝了微粒捕集裝置。目前，比較成熟且應(yīng)用較多的產(chǎn)品是美國康寧(Corning)公司和口本的NGK公司生產(chǎn)的壁流式蜂窩陶瓷微粒捕集器。美國的JohnsonMatthey公司開發(fā)的連續(xù)催化再生微粒捕集器以高的捕集效率和再生效率受到關(guān)注。在我國，微粒捕集器的

20、研究起步相對較晚，目前尚無產(chǎn)品面世。微粒捕集器的關(guān)鍵技術(shù)是過濾材料的選擇與過濾體的再生，其中乂以后者尤為重要。本節(jié)主要介紹微粒捕集器的過濾機理、過濾體材料及其結(jié)構(gòu)、過濾體再生等三個方面的問題。5. 2NOx機外凈化技術(shù)如何有效降低MX排放也是柴油機有害排放物控制的難點與重點。由于機內(nèi)凈化控制不能完全凈化M排放，采取機外控制技術(shù)很有必要。NOx的機外凈化技術(shù)主要是催化轉(zhuǎn)化技術(shù)。由柴油機的富氧燃燒使得廢氣中含氧量較高，這使得利用還原反應(yīng)進行催化轉(zhuǎn)化比汽油機困難。例如在汽油機上使用三效催化轉(zhuǎn)化器，其有效凈化條件是過量空氣系數(shù)大約為1。若空氣過量時，作為NO,還原劑的C0和HC便首先與氧反應(yīng)；空氣不足

21、時，CO、HC不能被氧化。顯然，用三效催化轉(zhuǎn)化器降低NQ的技術(shù)在柴油機上是不適用的。降低柴油機MX排放的機外凈化技術(shù)主要有：吸附催化還原法、選擇性非催化還原、選擇性催化還原和等離子輔助催化還原。5.3離子輔助催化還原目前，利用低溫等離子輔助HC的選擇性催化還原系統(tǒng)降低NO*排放是研究的另一熱點。NOx的活性增強：NO-NO?第一階段：等離子HC的活性增強:CxHy+Oz一CxHyOz第二階段：催化劑JNOx在催化劑作用下選擇性催化還原LNOx（NO或NO?）+CxHyOz+ChfN2+CO2+H2O根據(jù)等離子的特點，較多采用二級系統(tǒng)，如圖7-18所示。等離子技術(shù)是指由電子、離子、自由基和中性粒

22、子等組成的導電性流體，整體保持電中性。離子、激發(fā)態(tài)分子、原子和白由基等都是化學活性極強的物種，首先利用這些活性物種把NO和IIC氧化為NO,和部分氧化的高選擇性含氧CI1類還原劑，然后再在催化劑作用下促使新產(chǎn)生的高選擇性活性物種還原NOz,生成無害的N2。反應(yīng)方程式如下：催化劑主要有貴金屬、分子篩催化劑和金屬氧化物等體系。試驗分析證明，等離子體輔助催化有三個主要作用：(1) 等離子體氧化過程是部分氧化。也就是說NO氧化為NQ；但不能進一步把N0?氧化為酸；HC部分氧化，但不能把1IC完全氧化為偵和CO”而部分氧化的含氧HC化合物在催化劑作用下能更有效地還原NO、。(2) 等離子體氧化是有選擇性

23、的。也就是說，等離子體把NO氧化為NQ,而不能把SO?氧化為SO”這使得等高子體輔助催化過程比傳統(tǒng)稀燃NO、催化轉(zhuǎn)化技術(shù)對燃料硫含量的要求低。(3) 等離子體可以改變段的組成，即先將N氧化為NO”再利用一種新型催化劑將NO,還原為N”比傳統(tǒng)稀燃NOJ崔化劑將NO還原為M具有較高的可靠性和氧化活性。NO,最高轉(zhuǎn)化效率可達到35%70%。種新型催化劑和等離子體系統(tǒng)的協(xié)同作用機制，有望實現(xiàn)更高的NO,轉(zhuǎn)化率。但是，該系統(tǒng)中HC的轉(zhuǎn)化效率極低，因此，還需要輔助裝置用來去除HC和部分未氧化的C0。等離子體輔助催化還原MX技術(shù)不論在實驗室還是在應(yīng)用中都處于迅速發(fā)展之中。用低溫等離子體技術(shù)處理柴油機排放時，

24、可減少NO、PM、HC的排放，被認為是-種很有發(fā)展前途的后處理技術(shù)。而起先等離子體技術(shù)主要用來處理微粒的排放，現(xiàn)在該項技術(shù)研究的重點是處理，但因在稀燃排氣中等離子放電主要是短化反應(yīng)，單獨用等離子體對NOx還原沒有效果，但對微粒捕集有較好的效果。將等離子體與催化劑結(jié)合，等離子體增強催化劑選擇性，對柴油機排氣中的N0,和微粒有很好的凈化效果。另一優(yōu)點是對燃料含硫量幾乎沒有要求，可在相對低的溫度下運行。Delphi.Caterpillar等公司己經(jīng)利用等離子體和催化劑系統(tǒng)開發(fā)出N(X和微粒后處理系統(tǒng)，可用于柴油轎車、重型車上。5.4氧化催化轉(zhuǎn)化器由于柴油機排氣含氧量較高，可用氧化催化轉(zhuǎn)化器(OCC,

25、oxidizationcatalyticconvertor)進行處理，消耗微粒中的可溶性有機成分SOF來降低微粒排放，同時也降低HC和CO的排放。氧化催化轉(zhuǎn)化器采用沉積在面容比很大的載體表面上的催化劑作為觸媒元件,降低化學反應(yīng)的活化能，讓發(fā)動機排出的廢氣通過，使消耗HC和C0的氧化反應(yīng)能在較低的溫度下很快地進行，使排氣中的部分或大部分HC和CO與排氣中殘留的化合，生成無害的COz和IL0。柴油機用氧化催化劑原則上可與汽油機的相同，常用的催化反應(yīng)效果較好的催化劑是由伯(Pt)系、杷(Pd)系等貴金屬和稀土金屬構(gòu)成。用有多孔的氧化鋁作催化劑載體的材料并做成多面體形粒狀(直徑一般為24mm)或是蜂窩

26、狀結(jié)構(gòu)。盡管柴油機排氣溫度低，微粒中的碳煙難以氧化，但氧化催化劑可以氧化微粒中SOF的大部分(SOF可下降40%90%),降低微粒排放，也可使柴油機的C()排放降低30%左右，HC排放降低50黑左右。此外，氧化催化轉(zhuǎn)化器可凈化多環(huán)芳(PAH)50%以上，凈化醛類達50%-100%,并能夠減輕柴油機的排氣臭味。雖然氧化傕化轉(zhuǎn)化器對微粒的凈化效果遠遠不如微粒捕集器，但由于碳氫化合物的起燃溫度較低(在170C以下就可再生)，所以氧化催化轉(zhuǎn)化器不需要昂貴的再生系統(tǒng)，投資費用較低。催化轉(zhuǎn)化器的催化轉(zhuǎn)化效率極大地依賴于柴油中的硫含量和排氣溫度。普通柴油中硫含昂:較高，硫燃燒后生成S0”由圖7-19可見，在

27、過量空氣系數(shù)念不變時，排氣中的S0,濃度基本上與柴油含硫量成正比°S02經(jīng)氧.化催化轉(zhuǎn)化器氧化后變成SO”然后生成硫酸鹽，成為微粒的一部分。氧化催化效果越好，硫酸鹽生成越多，甚至達到無氧化催化轉(zhuǎn)化器時的10倍，因此，當柴油機采用普通高硫柴油時，大負荷時由于排氣溫度高，催化氧化強烈，硫酸鹽的增加不但抵消了SOF減小的效果，甚至反而使總微粒上升。因此，只有用低硫柴油才能保證氧化催化的效果，如圖7-20所示。催化劑的表面活性作用是利用排氣熱量激發(fā)的，圖7-21表示柴油機使用氧化催化轉(zhuǎn)化器時，排氣溫度對微粒排放量的影響。從圖7-21可以看出，當排氣溫度低于150°C時，催化劑基本上

28、不起作用。隨著負荷增加，排氣溫度升高，CO和HC凈化率也增加，同時由于SOF被氧化，使微粒排放下降。只要不超過催化劑允許的最高溫度，凈化反應(yīng)便能順利進行。為了保證催化劑有足夠的溫度，應(yīng)盡量使氧化催化轉(zhuǎn)化器安裝在靠近排氣歧管處。但是，隨著溫度的升高，當排氣溫度高于350°C后，由于硫酸鹽大量生成，反而使微粒排放增加。所以，柴油機氧化催化器的最佳工作溫度范圍是200350°C，僅靠調(diào)整發(fā)動機工況很難控制排氣溫度總在這一最佳范圍內(nèi)。因此，減少柴油中的硫含量就成了十分重要的問題。現(xiàn)在，排放要求很松的地區(qū)柴油含硫量Ws(質(zhì)量分數(shù))<0.5%,對于排放要求嚴格的地區(qū)則推薦0.03

29、%,當排放要求特別嚴格時，柴油硫含量不應(yīng)超過0.003%。至于柴油機氧化催化劑的活性成分，盡管Pd的催化活性不如Pt,但產(chǎn)生的硫酸鹽要少得多，而且價格便宜，因此用Pd或Pd/Rh組合比較合適。如圖7-22所示，對于用Ws=0.2%的普通柴油的柴油機來說,Pt系催化劑由于使硫酸鹽兒乎增加10倍，總微粒排放增加到3.5倍。即使使用Ws=0.04%的低硫柴油，Pt系催化劑仍使微粒排放增加50%左右。如果使用Pd系催化劑，在SOF排放明顯降低的同時硫酸鹽的生成量也不大，因而使微?？偱欧帕拷档?/3左右。降低硫酸鹽生成的另一途徑是更換催化劑的涂層材料，由于SO/和SO,在較高溫度(>400

30、6;C)下會與ALQ活性涂層起反應(yīng)生產(chǎn)硫酸鋁。一旦載體飽和后，這些含硫物質(zhì)在較高溫度下會呈鹽類析出或熱分解排出硫酸霧。因此，以儲存硫酸鹽較少的二氧化硅或二氧化鈦為基本的活性涂層來代替氧化鋁活性涂層，也可以減少硫酸鹽的生成。從實用上看，輕型汽車柴油機使用氧化催化轉(zhuǎn)化器效果較好6發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析1汽油車排放污染物一般凈化方案對汽油車來說，其排放污染物主要有CO、HC和N0,對于二氣門或多氣門、非增壓或增壓發(fā)動機，均可采用閉環(huán)電控燃油噴射系統(tǒng)加三效催化轉(zhuǎn)化器，使其同時凈化CO、HC和NO、,并能使凈化效率最高，便可達到歐II排放標準。其方案示意圖如圖9T所示。由于歐III排放標準與歐I

31、I排放標準的主要區(qū)別在于排放限值更小，且需考慮冷起動排放，前者要求凈化效率更高，后者要求汽車一起動就應(yīng)有良好的凈化效果，即要求起動時三效催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的溫度就大于起燃溫度，要做到這一點，必須一方面使催化劑的起燃溫度盡可能低，另一方面通過強制加熱方式使轉(zhuǎn)化器內(nèi)的溫度在起動時就已超過起燃溫度。一般情況下，要滿足歐III排放標準的要求，二氣門、非增壓汽油發(fā)動機可采用閉環(huán)電控燃油噴射系統(tǒng)加緊湊耦合型三效催化轉(zhuǎn)化器或前置雙催化轉(zhuǎn)化器或三效催化轉(zhuǎn)化器輔以強制加熱對于多氣門、增壓汽油發(fā)動機則可采用閉環(huán)電控燃油噴射系統(tǒng)加低起燃溫度的三效催化轉(zhuǎn)化器或緊湊耦合型三效催化轉(zhuǎn)化器，為了使發(fā)動機滿足歐洲III號法規(guī)的要求

32、，也可采用缸內(nèi)直噴稀薄燃燒汽油機一GDI發(fā)動機。GDI發(fā)動機所采用的凈化技術(shù)主要是降低IIC和NO,的排放量。該凈化技術(shù)主要由以下四項技術(shù)構(gòu)成：采用二階段燃燒，提前激活催化劑；采用反應(yīng)式排氣管；大量EGR；使用稀NO,催化劑。圖9-3所示為三菱汽車公司的缸內(nèi)直噴汽油機排放控制措施示意圖。采用二階段燃燒和反應(yīng)式排氣管的目的是為了降低HC排放量，這種方法是在汽車起動后的冷車這段時間內(nèi)，通過二階段燃燒和使用反應(yīng)式排氣管使三效催化劑在短時間內(nèi)達到起燃溫度。為使發(fā)動機在稀燃狀態(tài)下能夠有效還原NO、，GDI發(fā)動機使用了MX吸附催化轉(zhuǎn)換器。為了凈化發(fā)動機在理論空燃比狀態(tài)下工作時排氣中的HC和NOx,GDI發(fā)

33、動機在NO,吸附型催化器之后還配置了三效催化轉(zhuǎn)換器，三效催化器的位置盡量靠近發(fā)動機，以更快激活催化劑，減少HC排放。6. 2柴油車排放污染物一般凈化方案柴油發(fā)動機排放物中的HC、CO含量很低，一般只有汽油發(fā)動機的幾十分之一，其NO,排放量與汽油機大致處于同一數(shù)量級，但柴油機的微粒排放量相當高，約為汽油機的30為達到歐II排放標準，采用渦輪增為達到歐II排放標準，采用渦輪增80倍。因此，柴油車排放主要控制N(X和微粒的排放量。壓中冷和高壓噴射減少微粒，采用廢氣再循環(huán)降低N0”有的采用電子控制噴油，有的仍用機械控制。典型的歐II凈化方案示意圖如圖9-5所示。圖9-5達到歐II排放標準的柴油車凈化方

34、案示意圖為達到歐III排放標準，需采用電子控制，噴油壓力要更高，且每循環(huán)多次噴射。其方案有高壓共軌或泵噴嘴噴油系統(tǒng)；采用多氣門和可變噴嘴渦輪增壓中冷以進一步降低微粒的排放；為進一步降低NO,采用冷卻廢氣再循環(huán)，對于重型柴油貨車還需安裝氧化催化轉(zhuǎn)化器。典型的在歐III凈化方案的基礎(chǔ)上采用微粒捕集器，進一步降低微粒；采用多級中冷廢氣再循環(huán)進一步降低NO”再加上先進的電控技術(shù)，對微粒和NO、再降低，便可使柴油車達到歐IV排放標準。其典型的凈化方案示意圖如圖9-7所示。要滿足規(guī)定的排放限值，除發(fā)動機本身需采取上述各種措施外，還要求使用無鉛低含硫量的燃油。對于柴油機，歐II標準要求使用含硫量500ppm

35、（0.05%）的柴油，歐III標準要求使用含硫量200ppm（0.02%）的柴油，而歐IV標準可能要求使用含硫量55ppm（0.0055%）的柴油。為滿足日趨嚴格的排放法規(guī)的要求，各汽車公司、高校和研究院所必須加速開發(fā)新產(chǎn)品，采取有效的機內(nèi)、機外凈化措施，有效控制發(fā)動機的廢氣排放，同時對于石油和化工等其它產(chǎn)業(yè)也應(yīng)采取有效措施。只有各相關(guān)行業(yè)共同努力，才能不斷提高大氣質(zhì)量，改善人類生存環(huán)境?；旌蟿恿?.3混合動力汽車發(fā)展概況二十世紀九十年代以來，世界各國對環(huán)保的呼聲日益高漲，電動汽車脫穎而出。雖然人們普遍認為未來是電動汽車的天下，但是目前的電池技術(shù)問題阻礙了電動汽車的發(fā)展。由于一般電池的能量密

36、度與汽油相差極大，遠未達到人們所要求的數(shù)值，所以，倘若在十年內(nèi)燃料電池技術(shù)沒有重大突破，電動汽車將無法取代燃油發(fā)動機汽車。在這種情況下，“準綠色”的新型產(chǎn)品一一混合動力型汽車登上了歷史舞臺。所謂混合動力汽車（HEV）,是將一種或多種的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)（如發(fā)動機、燃料電池、發(fā)電機、電機）和一種或多種能量存儲技術(shù)（如燃料、電池、超級電容器、飛輪）集合于一體。這種混合動力裝置既發(fā)揮了發(fā)動機持續(xù)工作時間長，動力性好的優(yōu)點，又利用了電動機無污染、低噪聲的長處，二者“并肩戰(zhàn)斗"，取長補短，汽車的熱效率可提高10%以上（對于城市公交車輛熱效率可提高30%左右），廢氣排放可改善30%以上?；旌蟿恿ζ囋?/p>

37、發(fā)達國家已經(jīng)日益成熟，有些國家已經(jīng)進入實用階段。九十年代以來，在各國政府的支持下，國外各知名汽車公司均投入巨資開始進行電動汽車和混合動力汽車實用車型的研制和開發(fā)。很多公司采用了包括現(xiàn)代電子、精密機械、控制技術(shù)、新型材料甚至航天技術(shù)在內(nèi)的各種高新技術(shù)，使不少樣車的主要動力性指標達到了燃油汽車的水平。1997年10月，全球首輛商業(yè)性混合動力型汽車“PRIUS”由日本豐田公司研制成功。隨后，其它汽車公司也推出了相應(yīng)的混合動力汽車產(chǎn)品。目錄引言5摘要61汽車排放污染物及其危害分析71.1一氧化碳與人體中毒71.2二氧化碳等與溫室效應(yīng)71.3炭煙微粒與人類健康71.4氮氧化物、未燃炷與光化學煙霧71.5

38、汽車排放對社會經(jīng)濟影響的分析82汽油機機內(nèi)凈化92.1汽油機的燃燒過程92.2汽油機機內(nèi)凈化的主要措施92.3噴油控制92.4點火系的控制102.5怠速控制：102.6廢氣再循環(huán)11(1)系統(tǒng)說明113柴油機的內(nèi)凈化133.1柴油發(fā)動機的燃燒過133.2柴油機的主要污染物133.3采用新的燃燒方式133.4提高噴油壓力和減小噴孔直徑133.5先導噴射及多次噴射143.6采用廢氣再循環(huán)(EGR)144汽油機后處理凈化15154.1概述小結(jié)參考文獻1 龔金亮汽車排放控制技術(shù)北京人民交通出版社2009胡寧陳志恒汽車電控技術(shù)北京高等教育出版社20082 倪初寧環(huán)保發(fā)動機的排放控制上海機械工業(yè)出版社20

39、092王建昕<汽車排放污染治理及催化轉(zhuǎn)化器北京北京化學工業(yè)出版20112王建昕帥金石汽車發(fā)動機原理北京北京清華出版社20112余志生汽車理論北京北京機械工程出版社20094.2三效催化轉(zhuǎn)化器154.3催化反應(yīng)機理155柴油后處理技術(shù)165.1微粒捕集器165.2NOx機外凈化技術(shù)165.3離子輔助催化還原165.4氧化催化轉(zhuǎn)化器176發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析196.1汽油車排放污染物一般凈化方案196.2柴油車排放污染物一般凈化方案196.3混合動力汽車發(fā)展概況20小結(jié)21參考文獻21引言世界范圍內(nèi)發(fā)生的能源危機及各國對于汽車排放標準的不斷提高，使人們對于節(jié)約能源的要求越來越高。但

40、是與此同時，新能源汽車的或者電動車的發(fā)展較為緩慢，尤其是高額的成本和技術(shù)的不成熟成為普及的最大障礙。與此同時電子控制技術(shù)和和傳統(tǒng)發(fā)動機技術(shù)的相結(jié)合，做到了最大程度的省油，作為新能源汽車普及之前的過渡技術(shù)就變得越來越重要了，這也是全球各大汽車廠商的共同努力的方向。作為整車心臟的發(fā)動機，對于提高燃油經(jīng)濟性有更直接的作用，發(fā)動機要根據(jù)各工況，隨時調(diào)整空燃比，噴油量，以及點火提前角等一些直接關(guān)系到燃油經(jīng)濟性的一些直接因素，所以準確的判斷出各工況是前提。通過汽車發(fā)動機上的各個傳感器對運行狀態(tài)進行測量分析來判斷工況。本文就是用傳感器對尾氣進行分析，確定發(fā)動機的工況，然后將電信后傳給ECU,與預(yù)先設(shè)定好的最

41、優(yōu)工況進行比較，做出反應(yīng),控制節(jié)氣門開度，噴油量，點火提前角，從而大大提高燃油的經(jīng)濟性。在新能源汽車普及之前，這是節(jié)能環(huán)保的最佳措施，通過裝置的設(shè)計，能夠大大提高發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性。同時,這也對人類的健康有著巨大的意義。摘要：隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人民生活水平的顯著提高，汽車數(shù)景迅猛增加導致了大氣的污染和環(huán)境的惡化。由于燃油汽車排放了大量有害氣體，對人們的身體健康和人類生存環(huán)境造成了嚴重危害，因此汽車尾氣的控制技術(shù)已經(jīng)得到了各國的審視。本文簡單得介紹了一下汽車尾氣的成分和分析了它的危害，然后若重研究了一下汽油機和柴油機的機內(nèi)凈化的技術(shù)，后處理凈化技術(shù)。最后探討了一下汽車尾氣凈化的一些方案。關(guān)

42、鍵詞：尾氣控制技術(shù)、機內(nèi)凈化技術(shù)、后處理凈化技術(shù)Abstract:Alongwithourcountryeconomyhighspeeddevelopment,people*slivingstandardhasimprovedmarkedly,carhaveincreasedrapidlyinquantityresultedinthepollutiontotheairandthedeteriorationoftheenvironment.Becausefuelautomobileemissionsofharmfulgas,onpeople*sphysicalhealthandhumanlivi

43、ngenvironmentcausedseriousharm,sothecarexhaustcontroltechnologyhasgottheattentionofallcountries.Thisarticlesimplyintroducedthetocarexhaustcomponentsandanalysesitsharm,andthenfocusesonthepetrolengineanddieselenginebuilt-inpurificationtechnology,post-processingpurificationtechnology.Finally,thepaperdi

44、scussestheautomobileexhaustpuriTicationthesomeofthescheme.Keywords:Exhaustcontroltechnology、Built-inpurificationtechnology、Post-processingpurificationtechnology1汽車排放污染物及其危害分析1.1一氧化碳與人體中毒一氧化碳是不完全燃燒的生成物，它是一種無色、無味的有毒氣體，一旦進入人體的血液和大腦，會降低紅血球的供氧能力，即使co的濃度很低，也能傷害神經(jīng)系統(tǒng)的功能及視力。例如駐車時發(fā)動機在怠速工況下帶動空調(diào)機運行時，發(fā)動機排氣系統(tǒng)漏出的c

45、o,會進入乘座艙內(nèi)，引起人體中毒，嚴重時會致命。1.2二氧化碳等與溫室效應(yīng)產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體有二氧化碳、甲烷、氧化氮(N20)、臭氧(03)及氟氯碳烷(Chlorofluorocarbons-CFCS)。汽車排氣中含有前面四種氣體，或者由排放物經(jīng)過化學反應(yīng)后生成。最后一種通常稱為氟利昂，在汽車空調(diào)、制冷裝置及某些去污劑、清潔劑中含有氟利昂，在汽車維修及損壞時，則往往排放到大氣中。氟利昂除了產(chǎn)生溫室效應(yīng)外，還會破壞高空的臭氧層，后者能阻擋太陽光的紫外線。人們受到較多紫外線的幅射，則可能引起白內(nèi)障、皮膚癌及免疫系統(tǒng)受到破壞等問題。大氣中含有上述C02等氣體，在上空形成氣層,吸收地球表面的紅外幅射，

46、又以其波長幅射的形式，將其能量返回到地球表面。這就像將地球罩在溫室里，使地面實際損失能量比其長波幅射返【可的能量要少，對地面起了保溫作用，故稱之為溫室效應(yīng)。本來這種溫室效應(yīng)對地球是有利的，假如沒有這種效應(yīng)，地球上溫度將相當?shù)汀５谴髿鈱又蠧02等氣體過多，則會產(chǎn)生相反的，對地球人類生活不利的效果。那就會使地球表面平均溫度每年上升得較快，給人類帶來海平面上升，氣候失調(diào)、水災(zāi)及風災(zāi)等。盡管對地球溫度變高是否絕對有害(有人甚至認為地球溫度會自然變高)及其根源是什么等問題，尚有不同看法。但是多數(shù)科學家還是認為降低汽車C02等排放是十分必要的。1.3炭煙微粒與人類健康車發(fā)動機排出的炭煙微粒主要由碳粒子、

47、未燃的碳氫化合物、硫化物、氧化物及含金屬成分的灰分等組成。通常將顆粒直徑大于0.002um的任何固體或液體粒子稱為微粒(Particle,簡寫為Part或PM)。汽車排放出的炭煙微粒是由燃油、潤滑油以及其中的添加劑未完全燃燒的產(chǎn)物，再加上運動零件磨損下來的金屬屑、未過濾掉的空氣中雜質(zhì)以及它們的燃燒產(chǎn)物所構(gòu)成。如不加區(qū)分可將它們概括稱之為總炭煙微粒。柴油機排放物含的一些多環(huán)芳香烷，如苯(a)并花、苯(a)崽、1.3T二稀及醛類等是有毒物質(zhì)。國際癌癥研究機構(gòu)等單位1988年發(fā)表的研究報告指出。柴油機微粒排放中的一些物質(zhì)如苯(a)并花、苯(a)蔥等具有形成腫瘤及致癌的潛在危險。將老鼠暴露在柴油機排氣

48、中，形成肺癌的比例增加。國際上及我國一些大城市呼吸系統(tǒng)疾病及肺癌死亡率上升與汽車有毒排放物有密切的關(guān)系。1.4氮氧化物、未燃燃與光化學煙霧汽車發(fā)動機未燃炷(HC)中的一些物質(zhì)除有致癌危險外，未燃烷及氮氧化物(NOx)在太陽光作用下，經(jīng)過一系列的化學反應(yīng)，產(chǎn)生淺藍色的刺激性煙霧，即所謂光化學煙霧，它含有臭林、過敏?；运猁}(PAN)以及各種自由基、醛、酮等物質(zhì)?？茖W試驗表明，HC、NOx、太陽光是形成光化學煙霧的必要條件，光化學反應(yīng)是復(fù)雜的過程，遵循J、卡博蘭提出的光化學煙霧反應(yīng)生成機理。臭氧是強的氧化劑。臭氧、過氧化?；猁}和醛類對人的眼睛、咽喉、鼻子有刺激作用，能使哮喘病發(fā)作，使慢性呼吸系統(tǒng)

49、疾病惡化。二氧化碳及臭氧均難溶于水、也不易被呼吸道粘膜所阻擋，會滲入肺部，濃度大時可引起中毒性肺氣腫。1.5汽車排放對社會經(jīng)濟影響的分析汽車排放對社會的影響，首先表現(xiàn)在經(jīng)常與汽車排放物接觸的人們的健康受到不同程度的傷害，產(chǎn)生一些慢性病癥。有的則導致腫瘤及癌癥的發(fā)生。據(jù)美國資料統(tǒng)計，美國每年約有6萬人因呼吸空氣中有害微粒等而死亡，盡管空氣中有害排放物己經(jīng)達到甚至低于目前法規(guī)要求。這些因汽車排放引發(fā)的病癥及死亡必然會增加個人及社會在醫(yī)藥等方面的開支。些學者根據(jù)統(tǒng)計資料分析，建立數(shù)學模型，分析研究不同排放物會增加社會多少費用開支，這些費用在整個汽車使用期間中的總費用所占的比例多少。不同排放物對人們健康及環(huán)境影響、危害程度不同，所產(chǎn)生的經(jīng)濟損失也不同。各個地區(qū)空氣被污染的程度不同，所產(chǎn)生的經(jīng)濟損失也不同。美國一份研究報告表明，因排放的影響所造成的費用開支，約占整個汽車使用期間的費用開支的2%12%。上面這些定量的因降低汽車有害排放物而產(chǎn)生的經(jīng)濟效益的分析，可能不十分準確，但是客觀上這種經(jīng)濟上的因果關(guān)系是存在的，而且在從定量的角度分析汽車排放物對社會影響方面邁開了有意義的一步，努