汽油机排放污染防治技术.doc

汽油机排放污染防治技术延边大学孙腾飞摘要本文主要介绍了汽油车上尾气污染防治技术的使用情况,着重介绍了电子控制燃油喷射系统与三元催化转化器、稀燃发动机、废气再循环等尾气净化措施。关键词汽油机排放污染污染防治Abstract：Are introduced in this paper the use of gasoline vehicle exhaust pollution prevention and control technology, emphatically introduces the electronic control fuel injection system and TWC, lean burn engine, exhaust gas recirculation and exhaust purification measures.Key word：Gasoline enginePollution dischargePollution control随着世界环境污染问题和能源危机的日趋严重,汽车作为环境污染的重要来源,其排放问题受到了越来越广泛的重视,各国纷纷制定了严格的排放法规。由于排放标准的不断加严,这就使得我们必须采用各种先进技术和排放控制措施来减少汽车有害气体的排放。目前车上常用的防污措施主要有以下几种：1、电子控制燃油喷射系统电子控制燃油喷射系统( EFI)根据各个传感器输入的信号,发动机能迅速作出反应,精确控制喷油量,可以使发动机在不同工况下混合气的空燃比为最佳值,电子控制燃油喷射系统的普遍使用大大有利于发动机排放控制和燃油经济性 1 。现代电子技术在汽车上的应用,不但促进了汽车工业的发展,也极大的推进了汽车排气污染净化技术。2、三元催化转化器这是现代汽车中普遍采用的一种排气后处理装置。让废气通过其上面的催化剂,使未燃烃和CO能在较低温度下快速氧化,或使NOx 被还原,这样由氧传感器组成的反馈系统能把空燃比精确的控制在理论值附近,实现对CO、HC和NOx 的高效率化。目前, 主要研究如何降低成本、提高性能和使用寿命: 通过纳米技术提高贵金属附着载体的能力,从而减少贵金属含量(可降低15% 40% ) ;催化剂储氧材料CeO2的研究;适应稀薄燃烧(空燃比达22)富氧条件下的NOx 还原催化剂的研究;净化稀燃汽车尾气中NOx 的“吸附 还原法”的研究,即在富氧条件下,先将NOx 用吸附剂储存起来,然后在贫氧或受热加温条件下由硝酸盐释放出NOx , NOx 与HC或CO反应,被还原为N2。3、废气再循环发动机工作过程中,将一部分废气再次引入气缸内,废气可将燃烧产生的部分热量吸收,降低气缸燃烧的最高温度,从而抑制NOx 的生成量 2 。EGR阀是该系统中最主要的执行器。在发动机工作过程中, ECU 根据发动机转速、空气流量、进气管压力、冷却水温、点火、EGR阀位置等信号,控制EGR阀电磁线圈的通电时间长短,来控制EGR阀的开度从而改变参与再循环的废气量。4、二次空气喷射控制系统该方法主要用来净化HC和CO,气泵将滤清的空气喷到排气门座附近,使高温排气和空气混合,进一步氧化HC和CO,降低HC和CO的浓度。5、稀燃发动机稀薄燃烧技术是将少量燃油和大量空气混合,使燃油充分燃烧的一种技术 3 。传统发动机的空燃比在14. 7 1附近,而稀燃发动机的空燃比通常在15 1 27 1。由于可以使燃油充分燃烧,与传统发动机相比,稀燃发动机可节约燃油,并可显著减少尾气中有害成分的含量。汽油机稀薄燃烧包括进气道喷射稀燃系统( PFI)、直接喷射稀燃系统( GDI)和均质混合气压燃系统( HCCI)4 。目前,稀燃高压缩比仍是降低汽油机排放、提高性能的主要研究方向。在稀燃时,为改善混合气质量而采取的措施: 实现分层燃烧;燃烧室设计得更紧凑,尽量减少有害的缝隙容积; 改善火花塞结构及布置,采用高能点火系统,实现快速燃烧等。1)缸内直接喷射技术缸内直喷( GDI)汽油机是在部分负荷时用混合气的分层化实现超稀薄燃烧,得到同柴油机一样低的燃油消耗率; 在高负荷时用预混合汽油机的均匀混合方式,得到高功率特性的理想汽油机5 。GDI面临的主要排放问题是UBHC (未燃尽的碳氢化合物)和NOx 排放控制。由于GDI的油气混合主要是依靠喷雾和缸内的空气运动,与冷起动时的低温关系不大,所以冷起动时无需过量供油,有效地解决了PFI 冷起动时UBHC排放过多的问题。但是在中小负荷情况下, GDI的未燃碳氢化合物的排放仍然较多。目前, GDI对NOx 排放的控制主要依靠EGR和稀燃NOx催化转化器,其中后者的发展有着深远的影响。部分负荷不使用EGR时, GDINOx 排放水平与PFI相差不多。但由于GDI可实现超稀薄分层燃烧,较稀的空燃比使缸内的富裕氧气较多,从而允许使用高EGR率,充分降低NOx 排放量,且燃烧特性不会因EGR而恶化。试验表明,在燃油经济性改善保持不变的情况下, GDI的EGR率可高达40%。虽然如此,但EGR始终不能在整个发动机转速负荷范围内减少NOx 排放量,所以单靠EGR不能满足更为严格的欧洲 和欧洲 排放法规,要进一步降低NOx 排放,必须开发在稀燃条件下的NOx 催化转化技术。2)均质混合气压燃( HCCI)HCC的全称是“ Homog eneous Char ge Compression Ignition” ,即均质充气压缩点燃方式。HCCI不同于传统的压缩点燃方式和火花塞点燃方式,是一种全新的发动机燃烧方式。采用HCCI可以使排气中氮氧化物的含量急剧下降至百万分之几。这是由于HCCI可以使用非常稀的混合气,使燃气的最高温度不超过1600。在此温度以下,空气中的氮气和氧气不进行化合反应或化合反应速度非常低。排气中超低的氮氧化物含量减轻了稀薄燃烧排气后处理的难度。在较高负荷工况,供油量增加,空燃比下降。当燃气温度升高到1 600以上时,氮氧化物的排放开始急剧升高。为了抑制氮氧化物的生成,可采用进气增压来提高混合气的空燃比。由于HCCI需采用稀混合气,在一般情况下,一氧化碳排放很低,远低于常规电喷汽油机的平。但当负荷下降、空燃比增加到70或80时,燃气最高温度将开始低于1200 ,使一氧化碳进一步氧化的过程不能完成,一氧化碳排放急剧增加,严重影响燃烧效率和热效率。因此,要扩大HCCI工作区域至低负荷区,必须采取措施控制一氧化碳的排放。HCCI汽油机的碳氢排放介于电喷汽油机和分层燃烧直喷汽油机之间。6、可变进气道及可变配气定时系统采用可变进气流通截面可改善中速运转及部分负荷时的汽油机性能,并可控制燃烧速率。采用可变配气定时系统可调节缸内剩余废气量,降低NOx 排放,改善怠速性能。7、曲轴箱强制通风装置与燃油蒸发控制系统现在车上普遍采用曲轴箱强制通风装置,这样可回收使用曲轴箱内的混合气,减少排放污染;同时为防止油箱向大气排放燃油蒸汽而产生污染,在发动机控制系统中普遍采用由ECU控制的活性炭罐蒸发污染控制装置。总之,现在车上已普遍采用电子控制燃油喷射与三元催化转化器,以及曲轴箱强制通风装置与燃油蒸发控制系统的使用极大的减少了排污,而电控喷射的分层稀燃发动机及均质混合气压燃是今后汽油机研究的重点,有望进一步提高汽油机排放性能。参考文献 1 陈文华.汽车发动机构造与维修.北京: 人民交通出版社, 2001. 8. 2 许