底盘污染物排放控制毕业论文.doc

毕 业 论 文 课题名称 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 系/专 业 机械工程学院/汽车检测与维修技术 班 级 汽维 0911 学 号 0901083109 学生姓名 指导教师： 2012 年 6 月 1 日 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 i 装 订 线 摘 要 本文从讲述汽车污染现状入手，逐步深入地介绍柴油发动机在排放控制运用了哪些技术， 并对跃进客车底盘在污染物排放控制上进行案例分析。 主要内容有：我国城市汽车尾气污染现状及趋势、汽车尾气排放对人体健康造成的影响、 汽车污染物及来源、柴油机排放介绍、废气再循环（egr）系统、no x的机外净化技术、微粒机 外净化技术。然后通过几个跃进客车底盘实际案例来分析阐述现如今客车在降低排放污染物上 已取得的进步。最后提出了努力发展研制柴油机欧排放技术路线，为未来汽车污染的有效控 制指明了有效的途径。 关键词: 污染物，排放，控制,案例分析 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 ii 装 订 线 abstract this article from the car pollution status quo, gradually in-depth introduction diesel engine emission control application in which technologies, and to leap forward bus chassis in the control of pollutant discharge to carry on case analysis. the main contents are: the city of our country automobile exhaust pollution and trend, vehicle exhaust on human health impacts, vehicle pollutants and sources, diesel engine emissions, exhaust gas recirculation ( egr ) system, nox out engine purification technology, particle external purification technology. then through several yuejin chassis actual case analysis on now coach in reducing emissions pollutants has made progress. finally, put forward to develop the development of diesel electronic euro iv emission and technical route, for the future of automobile pollution control points out the effective way. keywords: the pollutant, emissions, control, case analysis 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 iii 装 订 线 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 本课题研究现状 .1 1.2 本课题现有技术及我国尾气污染现状 .1 1.3 跃进客车底盘现有技术介绍 .2 第 2 章 汽车污染物及来源 .4 2.1 汽车排放污染介绍 .4 2.2 汽车排放主要污染物及危害 .4 2.2.1 一氧化碳（co） 4 2.2.2 碳氢化合物（hc） 5 2.2.3 氮氧化物（no x） 6 2.2.4 颗粒（pm） 6 第 3 章 跃进柴油机排放控制技术 .7 3.1 柴油机排放介绍 .7 3.1.1 柴油机排放特点 7 3.1.2 柴油机排放难点 7 3.2 排气（废气）再循环（egr）系统 .7 3.2.1 工作原理 7 3.2.2 柴油机 egr 的类型 8 3.3 nox 的机外净化技术 .10 3.3.1 选择性催化还原技术 10 3.3.2 nox 存储还原催化系统 10 3.4 三效催化转化器 .11 3.5 微粒机外净化技术 .12 3.5.1 微粒的捕集技术 12 3.4.2 微粒捕集器的再生技术 13 第 4 章 跃进客车底盘排放控制案例分析 15 4.1 案例 1 nj6580yfd1 国 iii 客车底盘排放控制 .15 4.1.1 nj6580yfd1 客车底盘简介 15 4.1.2 电控直列泵+egr 技术排放控制 .15 4.1.3 电控直列泵+egr 系统发动机经济技术优势 16 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 iv 装 订 线 4.2 案例 1 nj6681yfd1 国 客车底盘排放控制 .17 4.2.1 nj6681yfd1 客车底盘简介 17 4.2.2 共轨式电控燃油喷射技术排放控制的原理 18 4.2.3 共轨式电控燃油喷射技术的特点与现状 18 4.3 案例 3 nj6721yfd2 国 客车底盘排放控制 .20 4.3.1 nj6721yfd2 客车底盘简介 20 4.3.2 电控单体泵喷油系统排放控制 21 4.3.3 电控单体泵排放控制的优越性 22 第 5 章 总 结 23 谢 辞 .24 参考文献 .25 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 1 页 装 订 线 第 1 章 绪论 1.1 本课题研究现状 进入 21 世纪，汽车污染日益成为全球性问题。随着汽车数量越来越多、使用范围越来越广， 它对世界环境的负面效应也越来越大，尤其是危害城市环境，引发呼吸系统疾病，造成地表空 气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，使城市环境转向恶化。有关专家统计，到 21 世纪初，汽 车排放的尾气占了大气污染的 3060%。随着机动车的增加，尾气污染有愈演愈烈之势，由局 部性转变成连续性和累积性，而各国城市市民则成为汽车尾气污染的直接受害者。 1.2 本课题现有技术及我国尾气污染现状 随着改革开放的进一步深化和经济的持续发展，我国的汽车保有量越来越大且年平均增长 较快(2012 年保有量已达 1.99 亿辆，其中汽车 8500 多万辆，每年新增机动车 2000 多万辆) 。随 着汽车总量增加，其产生的尾气污染也越来越严重。随着城市煤烟污染逐步得到控制，汽车尾 气污染逐渐凸现出来，成为城市大气污染的主要污染源。根据我国现阶段经济发展的形势和现 有的技术水平，在短时期内，我国的汽车尾气污染还会有进一步加剧的趋势。 面对严峻的汽车尾气污染形势，世界各国都在积极防治汽车尾气污染。美、日、欧洲的发 达国家已经取得了巨大的进步，欧美发达国家排放变化如图 1.1，他们已经拥有了先进的低污染 汽车制造技术、高效的尾气控制技术和完善的尾气污染控制法律法规体系。 图 1.1 欧美的发达国家排放变化 我国在这方面起步较晚，还存在以下几方面问题。 （1）对尾气进行有效净化的技术基础落后 我国到 1997 年才在北京、上海和广州率先使用无铅汽油，到 2000 年才在全国全面实现汽 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 2 页 装 订 线 油无铅化。因此各种汽车催化净化技术、装置的运用受到限制，造成我国机动车单车尾气排放 量大。 据报道，我国国产车的碳氢化合物(hc)、一氧化碳(co) 、氧化氮 (nox)分别是 1992 年美国 新车排放量的 14.5 倍、11.8 倍、3.3 倍。 （2）有关尾气防污惩治的法律法规体系零散，未形成系统 我国于 1987 年制订的大气污染防治法中虽有关于机动车尾气污染控制的原则性规定， 但由于当时有关的国际公约和一些国家的法律没有规定关于机动车的监督管理问题，同时，我 国缺乏相关的经验和配套法规，也未有关于汽车尾气排放的相关排放标准和监测手段。因此， 我国的汽车尾气排放实际上处于无控制状态。直到 2000 年修改的大气污染防治法才比较多 地体现有关机动车尾气污染控制的规定，该次修正案设立专章对机动车进行管理，体现了全程 控制的思想，从机动车制造、在用车使用和维修、燃油质量、监督检查等几个方面分别作了规 定。就机动车排放标准而言，我国现行的排放标准基本上是参考欧洲、美国和日本的排放法规 的基础上制订的，但控制水平较低。我国在 2000 年 1 月 1 日实施(欧 1 号) 的汽车尾气排放标 准，欧洲在 1992 年左右就实施了。 （3）机动车尾气排放的管理体制存在较多问题 机动车排放管理体制存在很多问题，如未明确各有关单位的职责，尤其是环保部门的职责 范围，使对不合格车辆的抽检、治理、处罚难以实现，除汽车尾气污染控制比较发达的少数几 个城市外，多数城市的环保部门没有对汽车维修行业进行统一的监督管理。体现为多部门管理， 各个部门沟通不足，管理力度不够。承担主要治理任务的环保部门基本没有参与汽车维修行业 的监督管理；在管理中又存在很多漏洞，如检测设备不符合要求，检测质量没有保证，数据不 可靠等；对在用车的年检、路检和抽检中只有少数城市是公安环保联合实施的，大部分的城市 环保部门没有参与。这些都需要在相关制度中明确给予规定。我国虽然在汽车尾气污染控制方 面存在一些不足，但也具有很好的控制治理条件。一方面，自从 2000 年大气污染防治法修 改以来，我国的汽车尾气污染控制观念逐渐被广泛接受，污染控制净化技术也取得了较大的发 展；一方面，在经济全球化的今天，我国完全可以借鉴利用发达国家日趋成熟的汽车排放控制 技术及其法律制度。但在借鉴吸收的同时应加强自身特色的法律法规的建设，因为制度规范对 技术进步起着引导作用，有怎样的排放法规就要求有怎样的汽车排放控制技术和相应的燃油， 二者缺一不可。所以，我国在进行汽车尾气污染控制的过程中要侧重加强控制的对策，尤其是 法律控制对策的研究。 1.3 跃进客车底盘现有技术介绍 经过多年的发展与创新，跃进客车底盘全面更新换代，升级为达到国家有关部门更新等级 标准的现代化高科技产品，目前跃进客车底盘有 5.5 米9 米六个大系列，近 200 个品种。当今 世界客车最先进的技术及装置如 abs、空气悬架、电涡流缓速器等均被广泛运用于跃进底盘上。 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 3 页 装 订 线 跃进底盘选装的顶尖发动机已能轻松达到欧 iii 标准。用跃进顶级底盘改装的公路客车及公交客 车完全能达到交通部和城建部颁发的最高标准。跃进在天然气、液化石油气、电能等动力在客 车底盘上的运用推广也处于国内领先地位。 公司产品主要涉及多种客车底盘，主要产品有村村通系列，旅游客运系列，校车系列，前 公交系列，后置公交系列，cng 系列。在污染物排放控制上主要采用高压共轨柴油机，涡轮增 压柴油机，电控单体泵柴油机，egr 柴油机，选择性催化还原系统，no x 的机外净化技术，微 粒机外净化技术等。 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 4 页 装 订 线 第 2 章 汽车污染物及来源 2.1 汽车排放污染介绍 汽车排气污染指汽车排放的有害气体引起的空气污染，如图 2.1。汽车的排放污染物主要包 括：二氧化碳(co 2)、一氧化碳(co)、碳氢化合物(hc) 、氮氧化合物(no x )、微粒物( 由碳烟、铅 氧化物等重金属氧化物等组成) 和硫化物等。 图 2.1 汽车尾气污染 这些污染物由汽车的排气管、曲轴箱和燃油系统排出。分别称为尾气排放污染物、曲轴箱 污染物和燃油蒸发污染物。 在空气污染的排放分担率中，汽车尾气所占比重越来越大，80 年代以来。在车辆密度高度 集中的城市，汽车尾气排放对空气的污染尤为严重。汽车排放的尾气占大气污染的 3060。空气污染物中，co 是城市大气中数量最多的污染物，约占大气污染物总量的 l3。发达国家城市空气中的 co 有 80是汽车排放的 121。目前我国许多大城市的情况与此类 似，国际卫生组织 2001 年公布的一份报告表明，在十大污染严重的城市中，我国占据了 7 个。 虽然目前我国城市汽车保有量处于较低的水平，但汽车排放污染的分担率却居高不下。因此导 致城市污染严重，美国的汽车保有量为 214 亿辆，在城市大气污染中汽车排放污染的分担率 仅为 55；我国的城市大气污染中汽车排放污染的分担率却比美国高出十几个至几十个百分点， 2001 年，北京市的汽车 co 排放分担率为 841，重庆市的 co 排放分担率为 795，2005 年我国汽车尾气排放在城市大气污染中的分担率达到了 79。 汽车排放污染严重危害了人类的生存环境，因此，必须严格控制汽车的排放污染。 2.2 汽车排放主要污染物及危害 2.2.1 一氧化碳（co） （1）co 理化性质 为无色、无嗅、无味的气体。分子式 c-o。分子量 28.01。相对密度 0.793(液体)，熔点- 205，沸点-1915，自燃点 60889。与空气混合物爆炸限 1275。遇热、明火易燃 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 5 页 装 订 线 烧爆炸。在 400700。co 分解为碳和二氧化碳。 （2）形成原因 汽油机主要是由可燃混合气过浓造成的。 柴油机主要是由燃烧室内部缺氧或温度过低造成的。 （3）危害 co 从呼吸道吸入后，通过肺泡进入血液，它和血液中的血红素蛋白(hb)的亲和力比氧高 200300 倍，很容易与之生成碳氧血红素蛋白(cohb)，使血液的输氧能力大大降低。同时碳 氧血红素蛋白(cohb)的解离速度比氧合血红蛋白的解离慢 3600 倍，且碳氧血红素蛋白 (cohb)的存在影响氧合血红蛋白的解离，阻碍了氧的释放，导致低氧血症，引起组织缺氧， 造成脑血液循环障碍，损害中枢神经系统。为保护人体不受伤害，国家标准规定大气环境中 24 小时 co 平均浓度不超过 510ppm(体积比)，具体的 co 对人体危害见表 2.1 所示。 表 2.1 co 对人体的危害 co(ppm) co() 中毒程度 对人的危害 100 0.01 160 0.016 慢性中毒 长期接触(每天数小时)使人头痛、乏力， 慢性中毒记忆力减退、失眠 400 0.04 600 0.06 轻度中毒 1 小时后头痛、头晕、疲倦、恶心 800 0.08 中度中毒 1 小时后心悸、呼吸困难甚至昏厥 1000 0.1 4000 0.4 10000 1.0 重度中毒 l 小时后呼吸困难、昏迷阵发性抽搐 2.2.2 碳氢化合物（hc） （1）碳氢化合物（hc）性质 hc 包含有烷烃、烯烃、苯、醛、酮、多环芳烃等 100200 多种复杂成分。其中不饱和的非 甲烷碳氢对环境和人类健康有较大的危害。烯烃对人体粘膜有刺激，经代谢转换变成对基因有 毒的环氧衍生物，也是生成光化学烟雾的重要物质。 （2）形成原因 汽油机主要是因为低温缸壁的冷激作用，使火焰消失；电火花太弱，不能点燃混合气； 进排气门重叠期间，新鲜混合气泄漏；曲轴箱窜气，汽油箱或化油器浮子室内汽油蒸发等。 柴油机主要是混合气形成不良或温度过低而形成。 （3）危害 醛类气体对眼睛、呼吸道和皮肤有强烈的刺激作用，当浓度超过一定指标后会引起头晕、 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 6 页 装 订 线 恶心、红血球减少、贫血等。芳烃对血液和神经系统有害，特别是多环芳烃及其衍生物是强烈 的致癌物质。 2.2.3 氮氧化物（no x） （1）氮氧化物（no x）性质 氧化物有一氧化氮（no，无色） 、二氧化氮（no 2，红棕色） 、笑气（n 2o） 、五氧化二氮 （n 2o5）等，其中除五氧化二氮常态下呈固体外，其他氮氧化物常态下都呈气态。作为空气污染 物的氮氧化物（no x）常指 no 和 no2。 （2）形成原因 no 是在燃烧过程的高温条件下生成的，其生成量取决于氧的浓度、温度及反应时间。废气 排入大气后形成 no2。 （3）危害 no 吸入人体后会造成中枢神经系统障碍。no2 会造成血液中血红蛋白变性，使血液输气能 力下降，轻则引起呼吸异常、胸痛、恶心、咳嗽，重则导致肺气肿，直至死亡。此外，它还易 于 hc 在阳光紫外线的作用下，产生素性很大的光化学烟雾。 2.2.4 颗粒（pm） （1）形成原因 碳烟是由烃类燃料在高温缺氧条件下裂解生成的。 （2）危害 0.1m 以下的微粒对人体的危害最大，吸入肺叶后会吸附在肺细胞上，其中可溶性有机物、 多环芳香烃等是致癌物质。 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 7 页 装 订 线 第 3 章 跃进柴油机排放控制技术 3.1 柴油机排放介绍 柴油机排放主要是指柴油机排出的废气.废气的数量和成份是由进入气缸的燃料和空气柴油 机的结构参数、工况及燃烧过程等因素决定的。 3.1.1 柴油机排放特点 （1）无燃油蒸发排放问题； （2）与汽油机相比，hc 和 co 排放量少得多，而 nox 排放处于同一量级,如表 3.1。 （3）有颗粒物（pm）排放问题。 3.1.2 柴油机排放难点 （1）废气总是处于氧化氛围（过量空气系数大于 1）中，nox 难以还原； （2）排气温度明显低于汽油机的排气温度，碳烟难以氧化； （3）排气中含有大量的 sox 和微粒，容易导致催化剂中毒。 表 3.1 柴油机与汽油机排气成分对比 排气成分及排氧量/%类别 nox o2 hc co h2 汽油车排气 0.050.15 0.20.5 0.030.08 0.31.0 0.10.3 柴油车排气 0.040.08 615 0.010.05 0.010.08 0.010.05 3.2 排气（废气）再循环（egr）系统 3.2.1 工作原理 （1）no x 产生的条件 1）高温。 2）多氧。废气中含有大量的 co2 和水蒸气等接近于化学惰性气体，将其导入气缸后稀释 缸内混合气，和水蒸气等接近于化学惰性气体，将其导入气缸后稀释缸内混合气，氧浓度相应 降低。从而缓解了激烈燃烧反应。co 2 不能燃烧但能吸收热量，还能减少 nox 的生成。 （2）no x 产生的特点 1）通过 egr 降低 nox 的机理与汽油机不同 2）汽油机引入 egr 后的空燃比不变； 3）柴油机引入 egr 后减少了进缸空气量，空燃比减小 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 8 页 装 订 线 3.2.2 柴油机 egr 的类型 车用增压柴油机的 egr 系统分为外部 egr 方式和内部 egr 方式两种。外部 egr 方式又根据 进、排气管的联接方式不同分为低压回路方式和高压回路方式。 （1）外部 egr 方式 1）低压回路方式 直接联接压气机 7 入口端和废气涡轮 5 出口端来实现 egr 的方法,见图 3.1。由于压气机 7 的入口处为负压，而废气涡轮 5 出口压力为正，所以通过联接适当的 egr 回流管 6，就可以很容 易地实现 egr。但由于这种方式的废气直接流过压气机 7 和中冷器 8，所以易造成压气机的腐蚀 和中冷器的污染等。 1 凸轮(主凸轮) 2 专用凸轮 (egr 用凸轮) 3 排气门 4 阀门 5 废气涡轮 6 回流管 7 压气机 8 中冷器 图 3.1 低压回路方式 2）高压回路方式 直接联接压气机后的中冷器 8 出口端和废气涡轮 5 入口端来实现 egr，见图 3.2。由于这种 egr 方式的废气不流过压气机和中冷器，所以不存在对压气机和中冷器的腐蚀和污染问题；但可 实现的 egr 率取决于排气压力和进气压力之差。特别是在中、大负荷时，由于增压进气压力提 高，所以很难实现 egr。 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 9 页 装 订 线 1 凸轮(主凸轮) 2 专用凸轮 (egr 用凸轮) 3 排气门 4 阀门 5 废气涡轮 6 回流管 7 压气机 8 中冷器 9 空气流量计 图 3.2 高压回路方式 （2）内部 egr 方式 工作循环见图 3.3，在进气管和排气管中气流的压力脉动都很大。在这种压力脉动的作用下， 使某一缸在进气过程中，其排气门处出现正压波。此时，如果能再次开启排气门，就可实现 egr。 在排气凸轮中除控制排气所需凸轮 1(主凸轮)以外，又增设内部 egr 专用凸轮 2(egr 用凸 轮)。通过这种机构，在进气过程中的适当时刻再次开启排气门 3，使排出的废气回流到气缸内 部，以实现 egr。内部 egr 系统不需要排气节流，所以不影响泵气损失，因而对经济性无影响， 同时不需要 egr 阀以及 egr 管路等，所以结构比较简单。 1 凸轮(主凸轮) 2 专用凸轮 (egr 用凸轮) 3 排气门 4 阀门 5 废气涡轮 6 回流管 7 压气机 8 中冷器 图 3.3 内部 egr 方式 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 10 页 装 订 线 3.3 nox 的机外净化技术 3.3.1 选择性催化还原技术 选择性催化还原技术（selective catalytic reduction, scr）是指利用尾气中有机物为 还原剂或添加还原剂，在氧浓度高出 nox浓度两个数量级以上条件下，高选择性地优先把 nox还 原为 n2。其催化过程通常采用 nh3和 hc 作为还原剂。 （1）nh3 选择性催化还原 采用 nh3 作为还原剂进行催化还原 nox（nh 3-scr）的主要反应如（2.1） ；（2.2）所示。 4nh3+4no+o2 4n2+6h2o （2.1） 6no2+8nh3 7n2+12h2o （2.2） 该系统已广泛应用于固定源发动机，如船舶等大型柴油机上，主要是因为 nh3-scr 催化剂 在潮湿、富氧和含硫条件下具有较高的活性和较长的使用寿命。 由于使用了腐蚀性很强的 nh3 或氨水，对管路和设备的要求高，造价昂贵；氨的加入比例 要求精确控制，过量或未反应的 nh3 易造成二次污染。 （2）hc 选择性催化还原（hc-scr） 利用 hc 作为还原剂进行选择性催化还原 nox（hc-scr）的催化剂可分为金属氧化物、贵金 属和分子筛三大体系。该技术目前还不成熟 其催化反应式： no+hc+o2n 2+co2+h2o 3.3.2 nox 存储还原催化系统 nox 储存还原催化剂净化原理,见图 3.4。 图 3.4 nox 储存还原催化剂净化原理 nsr 应用于柴油机存在两个问题： 一是柴油机不可能始终在浓混合气工况下运行 二是催化剂容易硫中毒 前者可以通过较高的废气再循环（egr） 、空气节流、喷射策略的修正以及增加 hc 等来解决， 而硫中毒问题则必需采用脱硫燃料或减少润滑油中的硫。 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 11 页 装 订 线 当发动机在稀燃状态工作时，排气中过量的氧和 nox 储存过程中释放的活性氧直接把过滤 在陶瓷载体上的微粒氧化。当发动机在化学计量或浓混合气状态下运转时，仅有 nox存储过程中 释放的活性氧氧化微粒。也就是说，pm 无论在哪一种状态下都能被氧化，而 nox只有在浓混合 气状态下才被还原。 dpnr 系统应用在低硫（质量分数小于 50106）柴油车上，可长期保持高的净化率，净 化效率可达 95以上。即使在启动条件下，同时催化去除 pm-nox效率也可达到 80以上。dpnr 是一个简单、紧凑催化剂转化系统，并与最新开发的共轨、电子控制燃油喷射技术相配合集成 于发动机上。 3.4 三效催化转化器 三效催化器，如图 3.5，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气 排出的 co、hc 和 nox 等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。当高 温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强 co、hc 和 nox 三种气体的活性， 促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中 co 在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体； hc 化合物在高温下氧化成水(h 20)和二氧化碳；nox 还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害 气体，使汽车尾气得以净化。 图 3.5 催化转化器结构示意图 （2）要求 废气转化效率与空燃比存在相应关系，如图 3.6，空燃应比控制在理论空燃比附近。 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 12 页 装 订 线 图 3.6 废气转化效率与空燃比关系 （3）催化转换器 1）催化转换器是利用催化剂的作用将排气中的 co 、 hc 和 nox 转换为对人体无害的气体 的一种排气净化装置。 2）催化剂：金属铂、钯和铑；稀土材料。 3）氧化催化转换器：只将排气中的 co 和 hc 氧化为 co2和 h2o 4）三效催化转换器：把 nox 还原为氮(n 2)和氧(o 2)，而 co 和 hc 在还原反应中被氧化为 co2和 h2o。 排气经过三效催化转换器之后，部分未被氧化的 co 和 hc 继续在氧化催化转换器中与供入 的二次空气进行氧化反应。 （4）催化转换器的使用条件 1）装用催化转换器的发动机只能使用无铅燃料。如果使用加铅燃料，铅覆盖在催化剂表面 特使催化剂失效。 2）仅当温度超 35 时，催化转换器才起催化反应。温度较低时，转换器的转换效率急剧下 降。 3）必须向装有三效催化转换器的发动机供给理论混合比的混合气，才能保证三效催化转换 器有较好的转换效果。 3.5 微粒机外净化技术 3.5.1 微粒的捕集技术 微粒的捕集主要有静电吸附法、过滤捕集法和离心分离法。研究表明，微粒过滤器（又称 微粒捕集器）是最有价值的收集方式。其过滤器形式及部分特性见表 3.2，它主要是通过扩散、 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 13 页 装 订 线 沉积和撞击机理来过滤捕集柴油机排气中微粒的。积存在过滤器上的微粒，在合适的温度和氧 化气氛中一旦开始氧化燃烧，温度可高达 2000以上，很容易将陶瓷载体烧熔。 表 3.2 过滤器形式及部分特性 过滤器类型 过滤方式 过滤效率 壁流式蜂窝陶瓷体 表面过滤 6095 泡沫陶瓷体 体过滤 4070 管式过滤器 表面过滤 7099 金属丝网 体过滤 2050 金属纤维毡 表面过滤 5080 过滤器材料常用陶瓷蜂窝、陶瓷纤维和金属纤维，见图 3.7，考虑到寿命问题，陶瓷载体的 最高工作温度一般应控制在 1000以下。滤芯的选择和过滤器的再生控制技术是微粒过滤系统 及再生系统中的关键性环节。 图 3.7 微粒捕集器的过滤材料 3.4.2 微粒捕集器的再生技术 过滤器的再生是捕集器必须解决的关键问题之一，如果捕集器捕集的颗粒不定期清除，就 会发生滤芯堵塞以致柴油机背压急速上升的现象，影响柴油机的性能。过滤器再生的方法主要 是微粒氧化，而微粒氧化的要素是高温、富氧和氧化时间。实际柴油机排气温度一般小于 500， 特别是一些在城市工况运行的共交车的排温甚至在 300以下。捕集器再生的关键性问题是降低 平衡点温度，该温度状态下微粒形成和氧化的速度相等，此时背压较恒定，系统处于平衡状态。 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 14 页 装 订 线 平衡点温度与流速、微粒成分、no x含量、含硫浓度、碳烟形成以及发动机、燃料的参数有关。 （1）催化再生过滤器系统 在过滤器载体上涂附催化剂，其目的是为了降低微粒氧化反应的活化能，使化学反应在较 低的温度下进行，从而实现微粒与氧的催化转化反应。如涂有铂的催化过滤器可以降低微粒的 氧化温度，使微粒在 300左右氧化。这使微粒再生可能性提高，但并不能覆盖所有机动车辆的 运行工况。 （2）燃料添加剂催化再生过滤器系统 燃料添加剂是一种溶于燃料的催化剂，如铈、铁/锶和铂/铈的混合物，在发动机中燃烧后 进入排气，和微粒一起由过滤器捕集。这使得微粒和催化活性成分密切接触，相当于在微粒中 加入催化剂，来降低微粒的再生温度。缺点是催化剂随着机动车辆排气排入大气中危害人类健 康。 （3）连续再生过滤器再生系统 连续再生过滤器是由氧化器和微粒捕集器组成。crt 的原理如下图 3.8，当柴油机排气通过 氧化催化转化器时，温度在 200600条件下，co 和 hc 首先几乎全部被氧化成 co2和 h2o，no 被转化成 no2。然后，no 2氧化微粒捕集器中的微粒生成 co2，而 no2又被还原为 no，从而达到再 生的微粒的目的。应该注意该系统只能应用在低硫柴油机上，因为氧化催化剂可使硫氧化而增 加微粒的数量。另外，轻型载重车没有足够的 nox排气来氧化碳烟微粒。 图 3.8 crt 的原理 （4）辅助加热再生过滤器系统 为了使捕集器微粒氧化，目前有各种方法来加热催化剂提高再生温度，包括直接电加热、 微波加热、在缸内或排气中喷油助燃等产生热，提供一个高温反应条件，促使微粒在高温下与 废气中的氧发生氧化反应。但这些方法附加装置多，因而成本高、系统的可靠性较差。 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 15 页 装 订 线 第 4 章 跃进客车底盘排放控制案例分析 4.1 案例 1 nj6580yfd1 国 iii 客车底盘排放控制 4.1.1 nj6580yfd1 客车底盘简介 （1）nj6580yfd1 国 iii 客车底盘如图 4.1，特点概述如下： 1）经典车型，技术成熟可靠 2）通用化设计，配件通用性高，维修方便 3）动力选择多， （发动机 yz4da9-30，4dw93-84e3f）可满足不同用途需求 4）标配依维柯车桥，承载更好 图 4.1 nj6580yfd1 国 iii 客车底盘 （2）扬柴 yz4da9-30 发动机介绍 如图 4.2 所示 yz4da9-30 发动机，采用电控直列泵+egr 技术，发动机是直列、水冷、四冲 程形式。 图 4.2 yz4da9-30 发动机 4.1.2 电控直列泵+egr 技术排放控制 电控直列泵+egr 技术全称为机械式电控直列泵燃油喷射系统（见图 4.3）和冷却的电控 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 16 页 装 订 线 egr(废气再循环)技术。该技术是由发动机 ecu(电控单元)进行控制，通过进气温度传感器、进 气压力传感器、水温传感器、发动机转速传感器、油门传感器以及车辆制动信号来感知发动机 的各种状态，从而控制 egr 控制阀的开度和废气再循环比率，引回部分废气与新鲜空气共同进 入发动机气缸内参与燃烧，既降低气缸内的燃烧温度，又有效控制高温富氧条件下 nox 的生成， 从而降低发动机废气中的 nox 含量。 图 4.3 电控直列柱塞泵系统 系统采用电控供油速率燃油喷射泵，通过 ecu 对预行程调节机构的控制，来实现对喷油量、 喷油定时和喷射压力的精确控制。该泵拥有预行程电控可调结构，其供油预行程可在一定范围 内由 ecu 全程电控调节，按柴油机不同工况的需要改变预行程。通过 ecu 对预行程的控制，可 以得到精确的喷油定时和喷射压力。同时配合油门位置传感器，使油量控制更精确，从而保证 柴油机可在整个工作范围内达到最优化的经济性能和排放性能。该泵采用适用于欧排放要求 的 8 孔低惯量喷油器，具有工作可靠、性能好、适应性广泛等特点，可以有效改善 4.1.3 电控直列泵+egr 系统发动机经济技术优势 （1）开发周期短，技术开发和匹配成本低; （2）单机成本优势明显; （3）油品适应性好，维护和维修费用低，用户使用成本低; （4）燃油喷射系统与原国机械喷油泵结构类似，维修保养方便; （5）egr 系统设有控制阀和峰值单向阀，可控制不同负荷时的 egr 率。 目前，国内只有中国重汽宣称拥有权威部门认可的电控直列泵+egr 技术的国发动机。而 一汽研发的内置式 egr 国发动机已经通过台架试验，并上报申请核准。玉柴、上柴、锡柴和 潍柴等企业也都在开发 egr 发动机。 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 17 页 装 订 线 4.2 案例 1 nj6681yfd1 国客车底盘排放控制 4.2.1 nj6681yfd1 客车底盘简介 (1) nj6681yfd 国客车底盘如图 4.4，特点概述如下： 1）采用 iveco 动力总成，动力强劲，技术成熟 2）采用双弯少片簧设计，整车可实现二级踏步 3）sofim 发动机，油耗低 4）产品已全面升级，匹配更合理，噪音低，稳定性好 图 4.4 nj67001lmgg 国客车底盘 (2)索菲姆 sofim8140.43s 发动机介绍 索菲姆 sofim8140.43s3 共轨增压柴油发动机，如图 4.5，采用电子共轨喷射系统，克服了 传统柴油机喷射系统在高速、大负荷时喷射压力高，而低速、小负荷时喷射压力不足的缺陷， 实现了良好的油气混合，使低转速时扭矩提高。同时共轨喷射系统实现电子控制，可以精确地 控制燃油喷射量和喷射时间，完全优化了燃烧过程，系统通过芯片控制发动机的喷射时间及喷 射量，以达到与整车的最佳匹配，实现低油耗。厂家公布的 60km 等速油耗是百公 7 升。排放达 到欧洲 iii 号标准。该发动机的峰值功率是 92kw/3600rpm，最大扭矩是 285nm/1800rpm。 图 4.5 索菲姆 sofim8140.43s 发动机 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 18 页 装 订 线 4.2.2 共轨式电控燃油喷射技术排放控制的原理 为了降低排放中的微粒，要求特别高的喷射压力。索菲姆 8140.43s 柴油发动机如图 4.6（采用博 edcms6.3）电控共轨系统，它能适应柴油机高度复杂的控制需要，最高喷射压力可 达 135mpa，最高转速可达 6000r/min。其中， “燃油轨（共轨） ”是储存燃油的公共油轨，它使 喷射时间能够自由地组织，完全与系统压力独立。 “高压泵”用来生成喷射压力，它和燃油的喷 射过程是独立的，生成的高压燃油被储存在共轨中等待着喷射。 “电磁喷油器”具有预喷功能， 在主喷之前 1%秒内，少量的燃油被喷进了气缸压燃，预加热燃烧室。预热后的气缸使主喷射后 的压燃更加容易，缸内的压力和温度不再是突然地增加，有利于降低燃烧噪音。在膨胀过程中 进行后喷射，产生二次燃烧，将缸内温度增加 200250，降低了排气中的碳氢化合物。 “电 子控制单元 ecu”是共轨系统的控制中心，它计算需要的燃油喷射量、喷射始点和喷射压力，控 制喷油器中的电磁阀的动作，使得每一气缸的燃油喷射始点是完全独立控制的。 图 4.6 索菲姆 8140.43s 柴油发动机电控共轨系统 4.2.3 共轨式电控燃油喷射技术的特点与现状 柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，因为它集成了计算机控制技术、现代 传感检测技术以及先进的喷油结构于一身。该技术的主要特点是： 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 19 页 装 订 线 （1）采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀； （2）采用共轨方式供油； （3）高速电磁开关阀频响高，控制灵活； （4）系统结构移植方便，适应范围宽。 这一技术的研究与开发热点在于： （1）如何解决高压共轨系统的恒高压密封问题； （2）如何解决高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题； （3）如何解决高压共轨系统的多 map （三维控制数据表）优化问题； （4）如何解决微结构、高频响电磁开关阀设计与制造过程中的关键技术问题。 共轨式电控燃油喷射技术对环境保护的促进作用 共轨式燃油喷射技术有助于减少柴油机的尾气排放量，以及改善噪声、燃油消耗等方面的 综合性能；它在有利于地球环境保护的同时，也必将促进柴油机工业、汽车工业及与之相关工 业的发展。 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 20 页 装 订 线 4.3 案例 3 nj6721yfd2 国客车底盘排放控制 4.3.1 nj6721yfd2 客车底盘简介 （1）nj6721yfd2 国客车底盘如图 4.7，特点概述如下： 1）采用加强型前后桥，全面提升承载能力 2）结构简练，改装方便 3）电控单体泵发动机，绿色环保，燃油经济性高 4）少片簧、质量轻，运动噪音小，改善整车行驶平顺性与稳定性，从而提高舒适性 图 4.7 nj6721yfd2 国客车底盘 （2）扬柴 yz4d130-41 发动机介绍 yz4d130-41 发 动 机 ， 如 图 4.8， 采 用 德 尔 福 电 控 单 体 泵 系 统 加 scr 系 统 ， 发 动 机 是 直 列 、 水 冷 、 四 冲 程 ， 增 压 中 冷 的 进 气 行 式 。 图 4.8 所 示 yz4d130-41 发 动 机 4.3.2 电控单体泵喷油系统排放控制 单体泵指一个气缸一个油泵，这里的油泵指的是高压油泵，或称为喷油泵。在国内外都已 跃进客车底盘污染物排放控制案例分析 共 25 页 第 21 页 装 订 线 成熟应用的电控单体泵技术，主要包括一个带有出油控制阀的高压油泵、机械喷油器，以及连 接所需的燃油管路、滤清系统。其基本结构为：将油泵柱塞驱动与发动机配气机构所需凸轮轴 整合为一体，从而实现油泵到喷油器的燃油管路最短化。发动机工作时则通过发动机周围安装 众多的传感器以侦测发动机状态，对喷入气缸的喷油量、喷油正时进行精确、柔性的控制。如 图 4.9 电控单体泵喷油系统工作过程，通过电子系统和油泵结构设计的优化进而实现对喷油气 缸喷油压力的提高，从而改善发动机的燃烧工作过程，在有效降低发动机排放水平的同时，改 善发动机燃油经济性和噪声特性。 图 4.9 电控单体泵喷油系统工作过程 电控单体泵主要技术特征是其油泵与配气机构共用一根凸轮轴，使结构得到最大程度的简 化，并缩短了油泵出油口到喷油器的管路距离。由于在油泵出油口加装的能够精确进行燃油计 算、时间控制的电磁阀，因而能够对喷油正时和喷油量进行较为精确的控制，有利于燃烧过程 的优化。因为油泵提升压力原理与直列泵类似，所以其喷油规律为“三角形”的前缓后急的特 征，一定程度上有利于燃烧过程的优化，最高压力可达到 18002000bar。但由于油泵压力和发 动机转速成正比，低转速区域压力较低，因而不利于柴油机低速时燃烧性能的提高。在国排 放要求阶段，喷油器的喷油开启方式仍是依靠弹簧压力控制。进入国阶段，需将机械式喷油 器改成电控喷油器，形成双电磁阀单体泵系统，燃油喷射压力相应提