毕业设计（论文）-汽车发动机排放控制技术应用与分析.doc

包头职业技术学院车辆工程系毕业综合技能训练工作报告题 目：汽车发动机排放控制技术应用与分析论文撰写人 系 部 车辆工程系 班 级 312232 学 号 31223307 指 导 教师 2014年12月20日摘 要随着汽车工业的迅速发展，我国的汽车保有量急剧增加，汽车废气对空气的污染已成为严重的社会公害。在汽车密集的城市，汽车排放污染,不仅是一个环境保护问题,而且本身也造成能源浪费。汽车排气中的CO、HC对大气产生很大的污染。汽车排放污染对人们的生活环境造成了极大的影响，严重地威胁到人们的身体健康，同时也危害着一些动、植物的生存和生长，破坏了自然界的生态平衡。因此，解决汽车的排气污染成为亟待认真研究的重要课题。为了保护我们的生存环境，关爱生命健康，必须严格限制汽车尾气排放。严格汽车排放，关爱生命健康。 关键词：污染 排放 研究生态平衡前 言为车发动机的排放达到较低的法规限值要求，仅仅靠改善燃料品质及发动机工作过程是很难实现的，需要通过排气后处理系统才能达到目的。目前国内大部分汽车还没有排气后处理装置，然而根据国外汽车排放控制技术发展的趋势，汽车不仅需要装后处理器，而且要设计控制排放的整个系统吗，成为发动机供油、冷却、润滑等系统之外的一个新系统，简称为排放系统。目 录1排放系统51.1发动机排放系统的构成52发动机排放控制技术的应用52.1三元催化器简介52.2工作原理62.3性能特点62.4作用72.5形式与特点73排放后处理113.1排气后处理所要研究解决的主要问题113.2基本的化学反应123.3基本的后处理方12结 论14致 谢15参考文献161排放系统1.1发动机排放系统的构成（1）后处理装置；（2）排气管（3）消声器1.2设计排放系统的必要性及其功能将发动机排气管、后处理装置及消声器等作为一个单独的系统设计了因为降低排放日益显得重要外还有下列原因：（1）低排放、低油耗及高功率是现代车用发动机追求的主要目标，然而有些发动机参数的控制措施对实现这三大目标是矛盾的，例如混合气空燃比的控制，为了实现低油耗低CO2排放，需要采用稀混合气燃料而当前使用的三元催化剂并不能适应稀混合气的燃烧。如果将三者统一作为单独的系统处理，就能较好地解决矛盾。（2）现有排气系统除了要考虑低排放外，还要考虑降低噪声及排气热量的再利用,因此要将三者统一起来，纳入一个新的系统-排放系统。（3）至今无论发动机排气系统还是后处理装置的方案及型式都较多，随着公司及发动机系列不同而不同。同时现代汽车使用燃料的种类又增多，使用的燃料不同,排放物的组成及降低排放物的对策也不同，很有必要将排放问题从一个系统角度考虑，逐步实现规范化、标准化或者模块化。（4）现代电子技术及发动机可变技术的发展，有可能将原来发动机排气管路的设计与降低排放结合起来，成为一个单独的排放系统进行设计。2发动机排放控制技术的应用2.1三元催化器 三元催化器，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在高温下氧化成为五色、无毒的二氧化碳气体，HC化合物在高温下氧化成水(H20)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。2.2工作原理三元催化器的工作原理是：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在高温下氧化成为五色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H20)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。2.3性能特点三元催化器性能稳定、质量可靠、寿命长，其产品广泛适用于本田、奥德赛、别克、奥迪、帕萨特、桑塔纳、现代、别克、奥拓、昌河、捷达等车型。另外承揽不锈钢制品、过滤器、机箱机柜等加工业。三元催化器的载体部件是一块多孔陶瓷材料，安装在特制的排气管当中。称它是载体，是因为它本身并不参加催化反应，而是在上面覆盖着一层铂、铑、钯等贵重金属。它可以把废气中的 HC、CO 变成水和 CO2, 同时把 Nox 分解成氮气和氧气。HC、CO 是有毒气体，过多吸入会导致人死亡，而 NOX 会直接导致光化学烟雾的发生。经过研究证明，三元催化器是减少这些排放物的最有效的方法。通过氧化和还原反应，一氧化碳被氧化成二氧化碳，碳氢化合物被氧化成水和二氧化碳，氮氧化合物被还原成氮气和氧气。三种有害气体都变成了无害气体。三元催化剂最低要在 350 摄氏度的时候起反应，温度过低时，转换效率急剧下降，而催化剂的活性温度 ( 最佳的工作温度 ) 是 400 到 800 左右过高也会使催化剂老化加剧。在理想的空燃比 (14.7 ：1) 下，催化转化的效果也最好。2.4曲轴箱通风。 1.作用 在发动机工作时，总有一部分可燃混合气和废气经活塞环窜到曲轴箱内窜到曲轴箱内的汽油蒸气凝结后将使机油变稀，性能变坏。废气内含有水蒸气和二氧化硫水蒸气凝结在机油中形成泡沫，破坏机油供给，这种现象在冬季尤为严重二氧化硫遇水生成亚硫酸亚硫酸遇到空气中的氧生成硫酸这些酸性物质的出现不仅使机油变质而且也会使零件受到腐蚀。由于可燃混合气和废气窜到曲轴箱内曲轴箱内的压力将增大，机油会从曲轴油封、曲轴箱衬垫等处渗出而流失。流失到大气中的机油蒸气会加大发动机对大气的污染。发动机装有曲轴箱通风装置就可以避免或减轻上述现象，因此，发动机曲轴箱通风装置的作用是：（1）防止机油变质；（2）防止曲轴油封、曲轴箱衬垫渗漏；（3）防止各种油蒸气污染大气。 2.5形式与特点1.自然通风 自曲轴箱内抽出的气体可以直接导入大气中去，这种通风方式叫自然通风。这种通风方式结构比较简单，使用方便，但导入大气中的可燃混合气和机油蒸气容易污染大气，因此，现代发动机使用不多。按导入大气中的方式自然通风有普通式和呼吸器式。 (1)普通式 曲轴箱内的油蒸气通过机油管的加油口直接与大气相通。这种通风方式不需要专门的机件，各种油蒸气直接排入到大气中去，对大气产生了污染，因此它适用于要求不高的农村用的一些拖拉机上的内燃机。 (2)呼吸器式 曲轴箱内的油蒸气通过一个呼吸器式的装置与大气相通。这种呼吸器装置是一个过滤装置可将有害气体吸附，防止污染大气。图 l为南京跃进集团与意大利合资生产的依维柯轻型客车发动机的呼吸器式装置。呼吸器用螺栓固定在气缸体上的一侧，底部的侧面有一进气口与曲轴箱相通，上部的出气口用二橡胶管与大气相通。呼吸器内部焊有两层填满镀钵钢丝的过滤网,以分离油雾和气体。 发动机工作时，窜入曲轴箱的各种气体由呼吸器的进气口；进入呼吸器经过滤网的过滤、分离，最后干净的空气由出气口经橡胶管排出。由于有两层过滤网，油雾极少排出，既保证了曲轴箱内的压力平衡，又防止曲轴箱内的油气对大气的污染。 发动机的呼吸器式装置图 l2.强制通风 利用发动机进气系统的抽吸作用抽吸曲轴箱内的气体，这种通风方式叫强制通风。这种通风方式结构有些复杂，但可以将窜入曲轴箱内的可燃混合气和废气回收使用，不仅有利于提高发动机的经济性，而且还减轻发动机的排放污染因此在现代汽车发动机上广泛使用。按抽吸曲轴箱内气体的形式强制通风有一般式、单向阀式、油气分离式和综合式。 (1)一般式 只是用橡胶管把曲轴箱与进气管道连接起来的通风方式为一般式强制通风。这种通风方式结构比较简单，只需管路连接，中间不需要其它部件连接，适用于一些小型发动机上。BJ492Q汽油机曲轴箱为一般式强制通风装置。空气滤清器1上部装有进气软管5通至气门室罩内，挺杆室盖上有一出气管4通至化油器2的入口。 发动机工作时，曲轴箱内气体经出气管吸入化油器，由空气滤清器滤清的新鲜空气经进气软管、气门室罩补充到曲轴箱。 (2)单向阀式在连接曲轴箱与进气管的管路中连接一个单向阀，防止把曲轴箱内的机油吸出，适用于车用汽油机，如EQ6100Q、日本三菱帕杰罗(猎豹)汽车发动机等。气门室罩上装有一小空气滤清器2在曲轴箱和进气管之间用出气管1相连，并在进入进气管之前的连接管处装有一单向阀3。如图3所示。当发动机工作时，曲轴箱内的蒸气经出气管、单向阀吸入气缸中，而新鲜空气经气门室罩上的小空气滤清器进入曲轴箱内。单向阀的作用是防止发动机在低速小负荷时进气管的真空度太大而将机油从曲轴箱内吸出。图4为曲轴箱通风单向阀，主要由阀4、阀体1、阀座2和弹簧3组成。发动机在怠速时进气管内真空度大，单向阀被吸在阀座上，曲轴箱内废气经阀上小孔进入进气管，随发动机负荷增大，进气管的真空度下降，阀在弹簧力的作用下向外顶开这时通气逐渐加大，发动机大负荷时，阀完全打开，通风量最大，因而起到更新曲轴箱内空气的作用。 (3)油气分离器式在连接曲轴箱与进气管的管路中连接一个油气分离器，把从曲轴箱内抽吸的油、气进行分离，使液态的油流回曲轴箱，气态的气吸入进气管，这样可以减少机油的消耗。斯太尔发动机的油气分离器，它安装在发动机气缸盖的前端。 发动机工作时，窜入曲轴箱内的油气经管路进入油气分离器，由于该油气分离器的容积下平面呈倾斜的，所以液态的油沿斜面、回油管流回曲轴箱，而气态的气经连接管进入进气道。 (4)综合式 在连接曲轴箱与进气管的管路中不仅连接一个单向阀，而且还连接一个油气分离器，大大减少机油的消耗，保证发动机在各种工况下机油润滑的稳定。CA6102Q汽油机的曲轴箱为综合式强制通风装置。 在气缸盖前罩盖上安装曲轴箱通风进气空气滤清器(图中未画出)，在气缸盖后罩盖上安装曲轴箱通风出气口滤清器3该滤清器内有油气分离作用，因此也称油气分离器。油气分离器里面设有滤芯，滤芯上端有隔板，使其油气分离效果更好，单向阀设在油气分离器的顶部这样摆脱了高温环境对阀的粘结、堵塞等影响。 发动机工作时，漏入曲轴箱内的可燃混合气和废气在进气管真空度的作用下，经挺杆室、挡油板2、曲轴箱通风出气口滤清器3、通风软管5和单向阀6进入发动机进气管与新鲜混合气混合，进入气缸中烧掉。新鲜气体再经气缸盖前罩盖上的曲轴箱通风进气口空气滤清器进入曲轴箱。3排放后处理车用发动机排气后处理主要包括两方面内容，排气催化反应及去除微粒将有害排放物减到最低程度。3.1排气后处理所要研究解决的主要问题(1) 研究和设计汽车发动机排放系统必须要了解存在的问题。目前车用发动机排气后处理存在的主要问题如下(1) 点火温度较高 (2) 催化剂都要在较高的温度下才能对排放物起催化作用，即点火温度较高。因此在发动机冷启动及低温下工作时，排气温度低，HC及CO排放高而催化剂却不能对它们起催化、转化的作用。(2) 不能同时适应理论空燃比及稀混合气的需要 一般三元催化剂适合在发动机使用理论空燃比混合气时，同时对HC、CO及NOx起催化转化作用。而在使用稀混合气时，排气中氧含量多时NOx的还原作用就低。 (3) 微粒过滤器工作一段时间后，其中微粒增多，使排气阻力增加，需要将其中微粒烧掉并排除掉，尽管已有多种技术可使微粒过滤器的功能恢复但是仍需研究出一种更简单的办法。 (4) 贵重金属价格高，催化剂中需要有铂、Pt、钯、Pd及铑Rh，等贵金属，这些金属资源不丰富，价格高。需要寻求资源丰富、价格低的金属作催化剂用。 (5) 催化剂中毒的问题，催化剂在高温作用下长期使用容易老化，转化效率降低。另外更重要的问题是受排气中硫化物、铅等影响，催化剂会显著降低催化效率。此外还会产生臭味的硫化氢。3.2基本的化学反应排气催化反应是通过催化反应器中的催化剂的作用，加速排气中有害物质向无害物质的转化。例如使HC及CO氧化成H2O及CO2，加速NOx还原成N2、N2O、NH3及H2O等。催化剂的作用是降低反应温度，加快转化速率3.3基本的后处理方1在汽油机上应用催化反应器的技术方案有以下4种：仅采用两级催化反应器，CO及HC被转化成无害的CO2及H2O。采用两级催化反应器，第一级是采用还原型催化剂使NOx还原，而第二级是引入二次空气，并用氧化型催化剂，使CO及HC氧化燃烧。采用排气再循环及氧化型催化反应器，排气再循环用于降低排气的NOx含量，而氧化型催化反应器则使CO及HC转化成CO2及H2O。采用三元催化反应器方案，在同一反应器内，NOx、HC和CO同时都转化为无害气体。 2 在柴油机上使用催化反应器时，应考虑如下几点：柴油机的过量空气系数较大，不需二次空气就有足够氧气供CO及HC氧化。柴油机排放的HC及CO含量较汽油机的低，不易维持还原反应的温度，而排气的氧化气氛强，故难以用还原催化法去除NOx。柴油机没有四乙基铅添加剂，因此排气不会使催化剂发生铅中毒现象，但排气的微粒及焦油较多，附在催化剂上会影响其活性。柴油机需用具有催化反应剂的微粒过滤器。0结 论 随着人们对全球气候变暖和空气污染的重视程度的提高，世界各大汽车企业和研究机构都投入了大量的经费来研究汽车发动机的燃烧及后处理技术，提出了许多新的思路和方法，从不同的角度来解决汽车的燃料经济性和有害气体的排放问题，并且都取得了一定的成效，对我国汽车制造企业来说，了解并掌握汽车发动机污染控制的最新技术并加以应用，不但可以增强其产品的技术含量，而且可以提高其产品的市场竞争力和企业的生命力，因此现代汽车采用排放控制技术对汽车尾气排放的控制起着重要作用。致 谢本论文在我的导师李海岗老师的亲切关怀和悉心指导下完成。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。李老师