汽车排放污染的控制技术.doc

毕业综合作业题目：汽车排放污染的控制技术系 别： 机电工程系 专 业：汽车检测与维修技术班 级： 06汽修（高1） 姓 名： 学 号： 指导教师： 2009年4 月24日内 容 摘 要 本论文详细阐述了汽油机减少排放污染的技术：曲轴箱强制通风系统（PCV）；燃油蒸汽回收系统（EVAP）；真空控制；电脑控制；汽油蒸汽回收罐；电控电磁阀；废气再循环系统（EGR）；EGR阀的识别与测试；非电脑控制EGR系统；温控阀控制；带负压调节器的EGR系统；电脑控制EGR系统；脉冲式控制EGR系统（PWM）；回馈背压侦测控制；带排气负压控制的EGR系统二次空气吸入（AS）和喷射（AI）系统；二次空气吸入（AS）系统；二次空气喷射（AI）系统PAIR；废气催化转化器；催化剂；三元催化转化器（TWC）装置等。柴油机减少排放污染的技术：机内净化；提高喷油压力和减小喷孔直径；进气系统的优化；进气涡流的优化；改进燃烧系统；采用电控制喷油泵、电控泵喷嘴、电子调速器、可变涡流系统、多气门化和中央配置喷油器等措施；防止机油串入燃烧室；增压中冷。机外净化：喷油系统的优化就是使燃油喷射参数最佳化；优化喷油定时；进行柴油的乳化处理；使用柴油添加剂；使用代用燃料；通过计算机辅助设计对柴油机燃烧系统、进排气系统、燃油供给系统和燃烧室结构的优化设计，采用新材料和新工艺、增压中冷和电控高压喷射控制技术；采用废气再循环技术；加装氧化型催化转化器。政府对尾气排放的控制措施：建立和完善机动车尾气的监管体系；制度建设；相关经济措施。 一、汽车的普及与危害汽车是人们不可缺少的交通运输工具。然而目前以汽油为动力的机动车尾气已占所有大气污染源的60%左右，可谓大气污染的“元凶”。国际上对机动车尾气造成的大气污染非常重视。近几年来，我国汽车产业迅速发展，社会保有量在1400万辆以上。我国已经成为世界第二大汽车消费国和第三大汽车生产国。而汽车主要集中在城市，因而成为我国城市的大气污染物的主要来源。据我国各地监测分析，机动车尾气排放量已占大气污染源85左右。 目前世界上空气污染最严重的10个城市中有7个在中国。而随着经济的迅速发展和社会需要的增加，我国的汽车保有量也将迅速增加。按照我国汽车工业“十一五”规划，到2010年，我国汽车产销量将达到900万辆，民用汽车保有量将达到5500万辆。毫无疑问机动车尾气已经并且将继续成为我国大气污染，尤其是城市空气污染的罪魁祸首。过去两年,欧洲许多城市出现了高温气候,创下死人最多的记录。其他欧盟国家也有相关死亡记录。 欧盟环境空气质量监测机构经研究发现,除气候因素外,空气污染也是主要元凶。其中,汽车尾气难辞其咎,它造成地表空气中臭氧含量过高,使城市热岛效应加重。无数辆行驶在大街小巷的汽车在大量排放有害尾气的同时,还成为惊人的活动散热器,它们和空调、冰箱等制冷电器一起不停地吞能吐热,使城市的“体温”不断升高,温室效应大大增强。相关研究证实,市区空气中的有害有机物质主要是挥发性有机碳(VOC)和多环芳烃(PAH)。在欧洲许多城市,汽车尾气排放是空气中PAH污染的主要来源,占全年的35%。分析发现：汽车尾气中有上百种不同化合物,其中污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等;1辆轿车1年排出的有害废气可达自身重量的4倍。汽车所排放的尾气会严重影响人类健康。汽车尾气中的一氧化碳与血液中血红蛋白结合的速度比氧气快250倍,即使吸入微量一氧化碳,也可能给人造成可怕的缺氧性伤害,轻者眩晕、头痛,重者脑细胞将受到永久损伤;氮氧、氢氧化合物会使易感人群出现刺激反应,患上眼病、喉炎;氮氢化合物所含苯并芘是致癌物质,它是一种高散度的颗粒,可在空气中悬浮几昼夜,被人体吸入后不能排出,积累到临界浓度便激发形成恶性肿瘤。 德国科学家最近的一项研究表明:儿童患癌症几率与汽车尾气造成的空气污染有密切关系,即使孕妇吸入这些废气,其胎儿出世后也更容易患上癌症。值得一提的是,汽车尾气中的铅一般分布于地面上方1米左右的地带,正好是青少年的呼吸带,因而铅污染对青少年的危害更重。 1975年至2005年,德国波恩大学的一个科研小组对近3.5万名因患白血病或癌症而死亡的儿童进行了多次调查,他们于今年3月10日发表报告指出:对于儿童来说,汽车尾气中的一氧化碳和1,3-丁二烯是致癌的元凶。研究证实,死亡儿童的居住地点与大气污染有密切的关系:生活在距离长途汽车站或其他交通中心、石油产品储存点等污染源1公里范围内的儿童,患癌症死亡的危险剧增;如果儿童生前或者他们的母亲在怀孕期间生活在距离汽车尾气大量排放地点300米范围内,这一危险进一步增加。 为了控制汽车排放保护环境，世界汽车排放标准并立，分为欧洲、美国、日本标准体系。欧洲标准测试要求相对而言比较宽泛，是发展中国家大都沿用的汽车尾气排放体系。并且，由于我国的轿车车型大多从欧洲引进生产技术，中国大体上采用欧洲标准体系。中国汽车技术信息研究所专家李京生认为，中国有自己的国情，实施排放标准的背景也与欧洲有所不同，其中最直接涉及到的就是城乡差别问题，因此中国应该有自己的标准。我国机动车污染物排放标准中污染物排放限值大体等同欧盟排放标准，故国内也沿用类似称呼，但两者仍存有一定的技术差异。我国制定的轻型汽车污染物排放限值及测量方法()等效于“欧”标准；轻型汽车污染物排放限值及测量方法()等效于“欧”标准。而欧则比欧标准上了个台阶，有关专家做了一个形象的比喻：7辆执行欧标准的汽车，相当于1辆化油器车的污染物排放量；14辆执行欧标准的汽车，才相当于1辆化油器车的污染物排放量。按照轻型汽车号标准，家庭轿车和轻型汽车的一氧化碳排放量将在原有基础上减少30，碳氢和氮氧化合物则分别减少40。为保证车辆在使用过程中稳定达到排放限值要求，在实施新标准时，一个名叫车载诊断系统(OBD)要被加装到汽车上，OBD系统将根据发动机的工作状况随时监测汽车排放的尾气是否超标，超标时即发出警示。然而，这个OBD系统的实行体现出了很大的中国特色。根据国家环保总局的规定，2007年7月1日，全国生产和销售的新车都必须符合这一标准，OBD系统将推迟一年实施。据中国汽车技术研究中心首席专家方茂东介绍，与欧相比，欧排放标准中最大的变化在于车辆出厂前必须装配核心组件OBD，即车载自诊断系统。该系统特点在于，检测点增多、检测系统增多，在三元催化转化器的进出口上都有氧传感器。完全通过实时监控车辆排放来控制达标，可以更加保证欧排放标准的执行。据了解，现在部分国产品牌轿车已经具备达到欧排放标准的条件。但是，专家也指出，目前能够达到欧排放标准的发动机，只是排放方面相比欧有所改进。对于国标号，由于这些车辆出厂之前没有安装OBD系统，因此尚不能称在完全意义上达到欧排放标准。同时，OBD系统也不能在车辆出厂之后经过改造加上，因此即使现在购买那些已经具备达到欧排放标准条件的车辆，今后也不会视同已经符合我国新排放标准。有厂商认为，北京的路况与国外有差距，城市堵车严重，油品质量也不够好，如果安装了OBD系统，会导致系统频繁误报，这样会使消费者对车辆本身的质量产生怀疑；此外，OBD系统的售后、维修培训需要的时间为期不短，能不能与欧标准同步实施也是问题，而这些都关乎影响企业生死的品牌问题。另外，由于OBD在欧美是作为汽车召回项目中的一项，是否加装OBD将决定企业未来召回成本的问题。实际上，令众多汽车及石油企业心存疑虑的还有一个原因，即由于北京的第三阶段用油品质标准是一个完全的地方标准，他们担心的是这一标准能否得到有关部门的有力支持并在全国范围内实施。某汽车公司老总指出，我国油品质量地域差异性较大，北京等大城市的燃油质量肯定优于中小城市及乡村，油品质量对于欧标准的影响不能忽略。据专家介绍，减少汽车尾气排放是包括道路状况、交通管理、驾驶技术、驾驶习性、日常保养等全方位要求的系统工程，而交通堵塞是加剧汽车尾气排放的重要原因。交通拥挤造成高峰时段机动车车速度十分缓慢。在这种状况下，汽车不得不频繁启动和长时间低速行驶，汽车发动机燃料燃烧不充分，废气排放量增大。环境专家介绍，车辆行驶速度在25公里以下时的排污，是时速50公里时的2倍以上。北京有数量庞大的公交车和近10万辆的出租车(包括黑车),一部出租车的使用频率是私家车的10倍还多，这相当于100多万辆私家车，出租车使用频率的增加也使得交通堵塞更加恶化。如何对它们进行有效的管理，提高它们的运营效率，对于减少汽车尾气排放，意义同样重大。在大力发展新能源车型的同时，政府还将重点调整汽车市场产品结构，以节能减排车型为市场主导方向。计划将于2009年10月推出相关政策，将按照车辆油耗标准征税，以加快高油耗车型退出市场以及减少或停止使用。这将有利于扶持低油耗、节能减排车型的市场快速发展，形成汽车市场的逐步转型。二、新型节能减排汽车（一）、中国新能源汽车发展状况1、忽如一夜春风来，千树万树梨花开。在汽车产业调整振兴规划实施细则的主导下，最近很多企业尤其是自主品牌先后推出新能源轿车（比亚迪，奇瑞，吉利等）予以配合，中国新能源汽车产业似已经渐入佳境。一方面，新能源汽车产业政策是国家实现能源安全与环保这双重战略目标的重要一环；另一方面，新能源汽车产业凝结了中国汽车赶超世界先进水平的雄图，能否通过汽车产业核心技术的切换，实施“技术蛙跳”（技术飞跃）是众多业内人士关注、关心的话题。2、中国能否在新能源汽车产业实现“技术蛙跳”，盖世汽车研究院认为需要从两方面去看。一方面是看国家在新能源政策方面的决心与力度。由于世界25%的石油集中在沙特，全球每天消耗石油的八分之一来自这个国家而这个国家日益面临严峻的恐怖主义威胁，加上中国由于地缘政治及足够的军事实力保证来自这一区域稳定的石油供应；再看其他的石油来源地，俄罗斯、委内瑞拉、非洲等地，虽然也能作为补充，但是他的地位仅仅是补充，而且这些国家的石油大多由强硬的政府控制（国家队），难保对方不拿石油做政治筹码来要挟。所以，从能源安全上来看，中国不得不发展替代能源，作为石油消耗大户，汽车先被推上发展替代能源的手术台。而环保就更不必说，目前汽车尾气排放对城市的“污染贡献”令人发指，直接导致全球污染最严重的十大城市中，中国就占了六七位，污染带来的健康问题让中国损失不计其数。3、另一方面，则看企业在政府政策与现有条件下，能否有长远的战略眼光、足够的利益驱动真正面对可能的“技术蛙跳”。因为，毕竟“技术蛙跳”并不会自动发生。中国汽车产业的现状是，目前乘用车市场的主导者合资企业们，他们所拥有的技术、生产线、战略思路等等，都是沿袭了跨国公司此前的全球战略，而且，此前跨国公司为实现利益最大化，都是有意将在发达区域面临淘汰的污染较重的汽车技术与产品逐步转移到中国。4、对后进者自主品牌而言，战略眼光超前加比较能聚集各方资源（最主要是政府资源）的企业，他们反而没有沉淀的资产、技术与产品负担，更重要的是，他们要想超越目前市场主导者，新能源可能是他们未来最主要的突破点。所以，可以看到自主品牌在这方面的积极性更高。而他们的动作，将明显刺激跨国公司在华行为（比如通用、丰田等）。毕竟，过去30年来，革命性的企业创新与技术发展大部分出自美国等西方国家。这有助于更多资源集中在新能源汽车领域的发展，大家共同“试错”的进程能帮助所有人包括中国汽车企业少走弯路。5、不过，越来越多的观察者在担心，自主品牌在新能源汽车技术上落后于人，或者在核心技术上再一次被西方技术公司垄断。目前面世的包括后续推出的，都将是“山寨版”新能源汽车。更为担心的是，支撑新能源整车发展的关键零部件企业的力量更为薄弱大家普遍认为，政府主导的项目无法雨露均沾而只能照顾大企业大项目。而且，政府主导的新能源技术选择的风险非常高。6、这些怀疑不无道理。但是，我们有理由相信，一项技术能否最终商业化运营，最重要的还是看大环境甚至产业大背景。新技术的诞生，与政府初期的政策导向、资金投入以催化该产业的投资力度不无相关。我们认为，一项技术能否诞生并应用，关键在于其投入的资金与资源是否足够（只要技术本身不出现“永动机”式的根本性错误）。7、从这点来看，我们完全有理由相信中国政府在长期战略决策及资源调动方面的能力。德意志银行的一份研究报告预计，中国在未来20年里会投入上千亿美元用于发展环保技术，这将吸引大量技术领先的跨国公司进入中国投资，并可能在国家层面上实施“技术换市场”（比如最近的高铁技术就是例证）。当然，套用一句已经说的很多的话，至少在这次的新能源战略上，我们在起跑点就没有落后多少。在大环境都基本具备的情况下，关键就看中国汽车企业能否有具有强烈的企业家精神的领袖人物站起来，给中国汽车产业做个很好的示范。（二）、中国在这方面的成果1、“零排放”汽车是汽车生产商力争的目标，在汽车尾部安装一个废气循环装置就可以实现“零排放”？说出来，很多人都会觉得不可思议，然而在一名七旬老翁张裕光的手中，却变成了现实。2007年广州车展期间，就在展馆外面举行的汽车文化节上见证了神奇的“零排放”过程。 2、电动车也成为生产商青睐的对象，三菱汽车就推出了零排放电动概念车：三、汽油机减少排放污染的技术（一）、曲轴箱强制通风系统（PCV）曲轴箱内的窜缸混合气中，70%80%是未燃烧气体（HC），燃烧的副产品（水蒸汽和各种气化的酸）则占20%30%。所有这些都能破坏机油，产生油泥，使曲轴箱锈蚀。为防止这一情况，以前的车辆都是安装从曲轴箱引出的通风管道，让这些气体逸入大气。但由于许多排放法规不允许这样做，这些窜缸混合气必须回到燃烧室重新燃烧。一般来说，歧管真空度（即发动机负荷）对窜缸混合气产生的影响比发动机转速更大。因此，如果气缸盖罩和进气歧管只是简单地用一根管子连接，不会很有效地解决这一问题。因为歧管负压在低负荷时最强，而这时窜缸混合气少；在高负荷时最弱，而这时窜缸混合气多。这就是说，窜缸混合气最多时，歧管所能吸收的却最少；反之亦然。因此，在曲轴箱（气缸盖罩）和进气歧管之是安装一个曲轴箱强制通风阀（PCV），以便根据歧管真空度，改变允许进入气缸重新燃烧的窜缸混合气的量。1.发动机停机或回火时：由于其自身重量和弹簧重量，PCV阀关闭。2.怠速运转或减速时：负压很强，所以PCV阀向上移动（打开）。但是由于真空通道仍然狭窄，窜缸混合气量还很少。3.正常运转时：真空度正常，真空通道扩宽，部分打开。4.加速或高负荷时：PCV阀完全打开，真空通道也完全打开。 （二）、燃油蒸汽回收系统（EVAP）在这套装置中，汽油蒸汽回收罐（活性碳罐）用于吸收从燃油箱或化油器中浮子室蒸发的汽油（HC），以防止这些HC逸入大气。1、真空控制主要用于早期的发动机。当发动机停机时，从燃油箱蒸发的汽油就由单向阀送到活性碳罐。如果（由于外部温度低等原因）燃油箱内有负压，就要用到另一个单向阀和燃油箱盖单向阀，使外部大气进入燃油箱，平衡压力。当发动机运转时，活性碳罐内蒸发的汽油就通过化油器喷油孔吸进燃烧室燃烧。单向阀控制喷油孔的压力，使吸管压力低于喷油孔压力。但要注意，如果节气门开度小于1左右，负压就不作用于活性碳罐，因为节气门负压低于喷油量孔。这就是说，在怠速运转或低负荷时，蒸发的汽油不从活性碳罐吸进。2、电脑控制用于发动机。该系统由汽油蒸汽回收罐、电控电磁阀、单向阀及相应的管路组成。（1）汽油蒸汽回收罐汽油蒸汽回收罐内充满活性炭颗粒，故又称活性炭罐。活性炭能吸附汽油蒸汽中的汽油分子。当燃油箱内的汽油蒸汽进入回收罐时，其分子被吸附在活性炭表面上，余下的空气则排入大气。蒸汽回收罐上方的进气口与燃油箱相通；出气口经软管与发动机进气管相通，中间有一个电控电磁阀控制管路的通断。发动机运转时，如果电磁阀关闭，则进入罐内的汽油分子被活性炭吸附。回收罐内设有三个单向阀，当电磁阀开启且控制气路中的真空度较大时，1号单向阀便开启，吸附在活性炭表面的汽油分子重新蒸发，被吸入进气管参加燃烧。当燃油箱中的蒸汽压力高时，2号单向阀开启，3号单向阀关闭，燃油箱内的汽油蒸汽便进入回收罐；反之，当燃油箱内出现真空时，2号单向阀关闭，3号单向阀和油箱盖上的单向阀均打开，空气被吸入燃油箱。（2）电控电磁阀电控电磁阀的作用是控制进入进气管的燃油蒸汽量，防止正常的混合气成份被破坏。电脑根据发动机工况，控制电磁阀的通断，以调节进气量。当发动机停止或怠速运转时，电磁阀关闭；当发动机以中速或高速运转时，电磁阀开启。这时发动机的进气量较大，少量的燃油蒸汽不会影响混合气的成份。（三）、废气再循环系统（EGR）EGR装置用于减少废气中NOx的含量。如前所述，由于加速或发动机高负荷，燃烧室内的温度便升高，而生成的NOx则随之增加。这是因为高温促使氮和空气中的氧化合。所以，减少NOx生成的最好办法是降低燃烧室的温度。废气主要成分是CO2和水蒸汽（H2O）。这些都是非常稳定的气体，不和氧反应。EGR装置通过进气歧管再循环这些气体，使燃烧温度降低。空气-燃油混合气和这些废气混合在一起时，燃油在混合气中的比例自然就降低了（混合气变稀）。另外，这一混合气燃烧所产生的热量，有一部分也被废气带走了。因此，燃烧室的最高温度也下降，从而减少了NOx的产生。1、EGR阀的识别与测试正压力控制式简称P型，完全由真空来控制，当发动机发动后，若有真空源到EGR膜盒，将膜盒吸起后，EGR阀即会打开，必须真空完全消失，EGR阀才会关闭负压力控制式简称N型，由真空及排气压力来控制，当发动机发动后，原在EGR膜盒的真空会泄放，直到EGR动作条件达到时，才有发动机真空建立在膜盒内，但EGR阀尚未能开启，必须排气压力到达EGR阀时才能打开，打开时间一次可持续约20秒。通常EGR阀作用时，发动机转速会降低50rpm以上，表示该阀作用正常。当发动机在怠速运转时，直接利用真空枪接到EGR阀真空管，吸到7in-Hg真空吸力时，发动机应该会抖动或熄火，若不会，表示EGR阀卡住或膜盒不良。2、非电脑控制EGR系统（1）温控阀控制早期EGR阀的真空源是温控阀来控制。水温和节气门真空作用。（2）带负压调节器的EGR系统在EGR装置中，再循环废气的多少是由EGR负压调节器控制的。之所以需要这一控制机构，是因为排气歧管内的压力在大气压上下几个毫米汞柱范围内变化。（这引起变化称作波动）。同时，发动机负荷很低时，进气歧管负压就很强。如果对由EGR装置再循环的废气量不加以控制，就会有超过需要的废气被再循环。而发动机低负荷时，废气循环量太大就会使发动机运转不正常。另外，发动机低负荷时，EGR装置几乎没有必要工作，因为大多数NOx是在高负荷时生成的。基于上述原因，就需要EGR负压调节器，在低负荷轻时限制废气再循环量。由于温度低时，NOx的生成少，就没有必要使用EGR装置，因为使用EGR会降低车辆性能，所以，EGR这时就由TVSV（水温感知阀控制真空开关阀）自动关闭。3、电脑控制EGR系统（1）脉冲式控制EGR系统（PWM）该系统是由电脑控制EGR真空电磁阀搭铁作用，控制真空源去打开EGR阀，同时另外配置一组EGR位置传感器侦测EGR作用信号。电磁阀和位置传感器合称EGR控制电磁阀总成。EGR阀的动作由EGR位置传感器侦测到信号，回馈给主电脑，然后对EGR电磁阀控制线产生百分比脉冲信号。（2）回馈背压侦测控制该系统类似（PWM）系统，只是将EGR位置传感器外装，没有与EGR电磁阀做成一体。FORD EGR（3）排气温度侦测控制该系统类似（PWM）系统，但在侦测EGR阀是否作用，是在EGR排气口端，装置一个温度传感器去侦测EGR阀作用，但必须注意的是EGR温度传感器是由电脑输出一个12V的侦测电源到EGR温度传感器。也有采用5V参考电源的温度传感器，类似水温传感器。（4）电子回馈侦测控制该系统类似（PWM）系统，但在侦测EGR阀是否作用，是在EGR膜片上装置了一个电位计来侦测EGR阀的开度，电位计工作电源为5V，电脑取得电位信号后，以百分比来计算，当EGR阀全关时为0%，当EGR阀全开时为100%。若以电压信号侦测EGR阀全关时为0.5V到1.5V，全开时为4.5V到4.8V，真空膜盒中约4in-Hg到7in-Hg真空吸力时，即可打开EGR阀。（5）数位控制EGR系统该型电磁阀的设计是分别由三组电磁控制流量阀，由电脑控制该组电磁阀的开度，并不利用真空膜盒。步进电机式：风度A33（6）带排气负压控制的EGR系统EGR阀开启与否由电磁阀控制，而开度大小由负压调节器控制。EGR流量太大时，排气副压作用于调节器，膜片切断一条真空管，吸力减小，流量减小。（四）、二次空气吸入（AS）和喷射（AI）系统如果迫使空气进入排气歧管，且废气够热，废气就会在排入大气以前重新燃烧，废气中的CO和HC也就转化成为无污染的CO2和H2O。有两种方法可以实现这一目的：二次空气吸入（AS）法和二次空气喷射（AI）法。1、二次空气吸入（AS）系统AS系统利用废气的波动（即排气压力有规律的突然变化），打开和关闭片簧阀，让空气断续地进入排气歧管。用这个方法吸入排气歧管的空气和用AI法相比，其量甚小，所以AS法只适用于相对体积较小的发动机。在有些AS装置中，装有一个机构，在发动机减速或冷机时，阻止空气进入。减速和冷却水温度低时，空气-燃油混合气太浓，就会产生催化剂过热或排气管放炮的危险。2、二次空气喷射（AI）系统PAIRAI系统使用空气泵，迫使空气进入排气歧管（空气泵通常用V型皮带驱动）。这个方法能提供重新燃烧所需要的足够的空气，但是有一部分发动机输出功率就要用于驱动空气泵。由于EFI、三元催化净化器及其它这类设备研制成功，这个方法现在已经很少被采用了。（五）、废气催化转化器1、催化剂当催化剂温度超过400（752）时，净化率接近100%。这就是说，在温度低于400（752）时，催化剂不能有效起催化作用。2、三元催化转化器（TWC）装置废气还原氧化催化净化器是最理想的催化净化器，因为这种净化器不仅将CO和HC，也将NOx转换成非污染物。NO和O2是氧化物（能使燃烧发生），CO和HC是还原物（能被燃烧）。这两种物质按照下述方程式反应，生成中性的（不活泼的）物质N2、H2O和CO2。 NOx+HCN2+CO2 NOx+HCN2+CO2+H2O O2+HCH2O O2+HCH2O+CO2但是这种净化器的问题是：为了使上述反应发生，空燃比必须非常接近理论比值。如果能做到这一点，三种污染物都可以达到很高的净化率。这种净化器的另一个问题是：如果浓空燃混合气燃烧，废气中CO和HC的浓度就高，NOx的还原反应就会发生。但因为O2仍然不足，反应后还有CO和HC残留并排出，见下式：（CO+HC）+NOxN2+CO2+H2O+CO+HC这个反应就使NOx分解成其原来的成分（即氮和氧）。另一方面，如果燃烧的是稀空气-燃油混合气，废气中O2的浓度就高，CO和HC的氧化（燃烧）就很有效。但是，CO和HC被02氧化比NOx被还原要快，反应后还有NOx残留并排出，见下式： O2+（CO+HC+NOx）CO2+H2O+NOx因此，如果采用三元净化器，空-燃比就要用O2传感器和电脑等精密调节。3、氧传感器O2传感器装在排气歧管内，能检测废气中氧气的浓度，开据此计算空燃比，将结果传至ECU。示例：废气中O2的浓度高：如果废气中氧的百分比高，ECU判断，这意味着空燃比高，即混合气稀。废气中O2的浓度低：如果废气中氧的百分比低，ECU判断，这意味着空燃比低，即混合气较浓。O2传感器有个二氧化锆（一种陶瓷）制造的元件，其里外都镀有一层很薄的白金。这个元件低温时有很高的电阻，所以温度低时不允许电流通过。但高温时，由于空气中和废气中氧的浓度差异，氧离子却能通过这个元件。这就产生了电位差，白金将其放大。这样，理论空燃比低（较浓）时，在O2传感器元件内（废气）外（大气）之间有较大的氧气浓度差。于是，传感器产生一相对较强的电压（约1V），另一方面如果混合气稀，大气和废气之间氧气浓度差很小，传感器也就只产生一相对较弱的电压（接近0V）。四、柴油机减少排放污染的技术（一）、机内净化1、柴油机机内净化的核心是对燃烧过程进行优化，使发动机达到混合均匀、燃烧充分、工作柔和、启动可靠、排放较少的要求。采取机内净化是治本之举，它是通过改进柴油机结构参数或者增加附加装置来改善燃烧性能，进而达到减少NOx排放的目的。2、提高喷油压力和减小喷孔直径。提高喷油压力和减小喷孔直径可明显地降低PM的排放。为了避免高压喷射导致的NOx的增加，要求适当降低空气涡流运动，提高压缩比和可变定时燃油喷射与其相适应。高压喷油系统需要和燃烧室良好配合，以避免过多燃油喷射到汽缸的冷表面上，减少HC和PM中SOF(有机可溶物)的排放；同时减少喷嘴压力室容积或采用无压力室喷油嘴，能使PM和HC排放大大减少；通过燃油喷射率的优化，如采用双弹簧喷油器，可降低PM和NOx的排放。3、进气系统的优化。对进气系统进行优化设计，主要目的是在提高充气效率的同时，合理组织进气涡流，以利于混合气的形成，提高燃烧速率，并尽量减少NOx的生成。4、进气涡流的优化。提高涡流比可使燃烧加速并且完全，其结果可导致缸内最高燃烧压力与温度的升高，从而使NOx的排放明显增加；若减少进气涡流的强度虽可减少NOx的排放，但又势必会牺牲柴油机的动力性和经济性。因此，可采用可变涡流进气道技术使涡流比在0.2-2.5范围内变化，以兼顾柴油机在整个工况范围内务个方面的性能。但采用可变涡流进气道技术存在着结构复杂和成本较高的问题，因而限制了该技术的推广。5、改进燃烧系统。改进燃烧系统指的是燃烧室的形状、供油系统、进气流动的最佳匹配。应保证在发动机整个工况范围内，燃油在燃烧室中均匀分布，有合适的气体流动，有合理的喷油规律。6、采用电控制喷油泵、电控泵喷嘴、电子调速器、可变涡流系统、多气门化和中央配置喷油器等措施，既可改善柴油机性能，又可降低柴油机尾气排放物，尤其是颗粒PM物质的排放。7、防止机油串入燃烧室。由于柴油机排放颗粒状物质的相当部分，是由串入燃烧室的机油的不完全燃烧造成的，所以应尽可能地减少串机油量。防止和减少机油串入燃烧室，应通过加强机体刚度，改善汽缸盖与机体的连接，减少汽缸工作面的变形，改善活塞、活塞环和汽缸表面的设计，加强机油控制，减少从气门推杆泄漏机油等措施来实现。8、增压中冷。柴油机采用进气增压技术后，由于压缩温度升高，在动力性与经济性提高的同时，NOx的排量也必然增加。但增压柴油机在采用中冷技术以后，增压空气在进入气缸以前被冷却，在一定程度上可以抑制NOx的排放。废气涡轮增压提高了汽缸内平均有效压力、过量空气系数和整个循环的平均温度，可使柴油机颗粒物的排放量降低50%左右，并减少CO和CH的排放。利用中冷技术，NO的排放量可降低60%-70%。目前，柴油机增压中冷技术在中型柴油机上应用日益广泛，小型柴油机上也逐渐在采用。一些新研制的轿车柴油机上也开始采用。废气涡轮增压中冷技术的应用大大提高了汽车柴油机的动力性、改善了燃油经济性，并且还在降低汽车排放有害物、减少温室效应气CO2、保护环境等方面起到了重要作用。为使汽车柴油机满足欧洲I、法规，涡轮增压中冷技术是一个很好的技术方案； 为满足更高的排放法规欧洲、的要求，则必须采用电控可变喷嘴涡轮增压器。随着涡轮增压器技术和其他先进发动机技术的进一步发展，柴油机将会成为真正的低能耗、高环保性的汽车动力。（二）、机外净化采用柴油电控高压喷射技术。柴油电控技术已从第一代的位置控制、第二代的时间控制发展到今天的共轨式电控高压喷射。正在研制或装机的共轨式喷油系统，可在柴油机运转的整个特牲曲线范围内改变喷油过程。如德国Bosch公司开发的共轨喷射系统，可自由选择喷油压力，高精度控制喷油量，灵活控制喷油定时，并可灵活进行预喷射和多级喷射，对颗粒和烟度的降低很有利。在采用共轨多级喷射系统和电控喷油器的柴油机试验中观察到，由于分段喷射加强了空气的卷吸和紊流，加强了燃油和空气的混合，可明显降低烟度。电子控制柴油机高压喷射技术(如电控高压共轨喷射)的应用可使柴油机通过最佳喷油定时、最佳喷油率和预喷射，与发动机转速、负荷之间的关系进行连续调节，使颗粒排放降低40%以上，并且发动机过渡工况的排放性能也可得到显著改善。电控高压喷射控制对喷油规律进行控制，能根据发动机运行工况实现最佳喷油，同时通过控制预混合燃烧与扩散燃烧的比例，可同时降低有害排放和控制发动机的空燃比，有利于实现有效的机外净化措施。1、喷油系统的优化就是使燃油喷射参数最佳化。这些参数包括喷油定时、喷油压力、喷油速度和喷孔结构等。通过参数的优化来抑制预混合燃烧，即减少在滞燃期内形成的可燃混合气量是降低NOx排放的有效途径。2、优化喷油定时。NOx排放对喷油定时极为敏感。延迟喷油可降低NOx排放，但必须合理调整燃烧系统及喷油系统的其他参数以减少油耗、烟度和微粒排放方面的损失。为减少延迟喷油对经济性的不利影响，可采用较高的压缩比和较高的喷油压力。采用电控技术和根据运行工况调节喷油始点，可降低NOx的排放。3、提高柴油机十六烷值。十六烷值在柴油机燃料参数中对NOx排放影响最大。十六烷值较高时，由于其稳定性变差，极易裂解为碳烟。柴油机排气烟度较高，但其发火性能好，柴油机点火延迟期缩短，缸内温度与压力降低，NOx排放亦降低。当十六烷值从40提高到50时，NOx排放可降低10%左右。4、降低燃油中的含硫量。在燃烧过程中，柴油中的硫约有98%转化为SO2，其余的2%成为硫酸盐颗粒，部分SO2被进一步氧化与燃烧过程中生成的H2O结合，形成H2SO4和硫酸盐(CaSO4等)，增加了微粒的排放量。当燃料中的S从0.12%下降到0.05%时，微粒排放量将减少8%-10%；减少燃油中的芳香烃成分，可以减少NOx的排放；根据燃油馏程，合理提高燃油的十六烷值，能有效地降低发动机尾气PM、CO和NOx排放。5、进行柴油的乳化处理。在柴油中加入适当的乳化剂，通过燃料中水的汽化，降低汽缸套的温度和燃烧温度，减少NOx的排放；另外，乳化燃料中的水分子迅速汽化膨胀，成为微细的燃料油滴，促进了与空气的迅速混合，加速了燃烧，减少了汽缸内的激冷层，有利于HC的生成。6、使用柴油添加剂。在柴油中掺烧一定比例的消烟添加剂。将金属钡、镁、锌等可溶性碱化盐或中性盐作为消烟添加剂，通过促进碳烟粒子在膨胀过程中再燃烧，来促进和消除喷油器头部的积炭，可以减少30%-50%的碳烟颗粒排放；但使用添加剂会导致二次污染。7、使用代用燃料。采用代用燃料将是控制柴油机和汽油机排放的重要方法之一。目前代用燃料主要有天然气(压缩天然气CNG，液化天然气LNG)、液化石油气(LPG)、甲醇、乙醇、氢燃料及与柴油掺烧的复合燃料等，其中甲醇、天然气、液化石油气被认为是最有前途的清洁能源代用燃料。（1）柴油机燃用醇类燃料时，基本可以实现无烟排放，在中、低负荷时NOx的排量也很低。近年来可以作为内燃机代用的醇类燃料很多，其中甲醇是目前应用最广的内燃机代用燃料。但如果不采用适当措施，柴油机排放的HC、甲醛将成为重要的排气污染物。以氢作为柴油机代用燃料时，NOx和其它污染物的排放都很低。将来太阳能利用及氢的存储技术解决之后，氢将成为柴油机的主要燃料，但缺点是易于回火。如采用燃料电池，其电能转化效率在40%-65%之间，远远高于柴油。燃料电池的工作温度低于1000，此时基本不产生NOx，且其它污染物排放也很低。燃料电池的应用在技术上已不存在重大问题，唯一的障碍在于成本太高。燃用压缩天然气(CNG)或液化天然气(LNG)，NOx和微粒排放可同时减少75%-80%。二甲基乙醚作为最新出现的液体燃料，其燃烧后无微粒产生且NOx的排放亦很低。（2）代用燃料的热值较低，增加发动机的体积，各种代用燃料的特点如下：一是天然气成本低，储量丰富，主要以CNG为代表。CNG燃料本身呈气态，不需进行雾化，燃烧充分，尾气中CO含量较低，无排烟，但动力降低10%，携带不便；二是甲醇具有高辛烷值、低发热量、低公害和无排烟的特点。但甲醇的十六烷值低，着火性差，需要加装点火装置，冷启动性差，有腐蚀性，并要解决润滑油消耗量大和处理未燃甲醇来降低排放；三是液化石油气NOx、PM排放较低，HC易氧化，可实现稀薄燃烧，以预燃电热辅助点火和电控喷射液化石油气排放为佳，通常采用双燃料汽车。8、随着科技的发展，通过计算机辅助设计对柴油机燃烧系统、进排气系统、燃油供给系统和燃烧室结构的优化设计，并采用新材料和新工艺，广泛采用增压中冷和电控高压喷射控制技术并采用尾气处理技术综合控制，将是柴油机发展和进行尾气控制的发展方向。由于机内控制排放并不能完全起到净化效果，因此对已排出燃烧室但尚未排到大气中的废气进行处理，采取机外控制技术显得很有必要。NOx的机外净化主要是采用催化转化技术。由于柴油机的富氧燃烧使得废气中含氧量较高，这使得利用还原反应进行催化转化比汽油机困难。例如在汽油机上使用三元催化转化器，其有效净化条件是过量空气系数大约为1。若空气过量时，作为NOx还原剂的CO、H2和HC便首先与氧反应；空气不足时，CO、HC不能被氧化。显然，用三元催化转换器降低NOx的技术在柴油机上是不适用的。柴油机排气后处理可以用氧化催化转化器，以降低HC和CO的排放量和PM中的有机成分；用选择性还原催化转换器在寓氧条件下还原NOx；用微粒过滤装置收集柴油机排气中的颗粒状物质等。9、采用废气再循环技术。废气再循环(EGR)是将一部分排气导入进气系统中，通过降低燃烧室燃烧的最高温度来降低NOx的排放。利用EGR来降低NOx的排放，需要与电子控制(ECU)结合，根据柴油机负荷、转速、冷却水温度传感器及启动开关信号对废气进行随机控制，保证在对柴油机性能影响不大的条件下，降低尾气中NOx的排放。采用废气再循环(EGR)是降低NOx排放的一项极为有效的措施，EGR在所有负荷条件下都可以有效减少NOx排放。将定量废气引入柴油机进气系统中，再循环到燃烧室内，有利于点火延迟，增加了参与反应物质的热容量以及CO2、H2O、N2等惰性气体的对氧气的稀释作用，从而可降低燃烧最高温度，减少NOx的生成。大约60%-70%的NOx是在高负荷时产生的，此时采用合适的废气再循环率对于减少NOx是很有效的。废气再循环率为15%时，NOx排放可以减少50%以上，而废气再循环率为25%时，NOx排放可减少80%以上，但随着废气再循环率的增加，发动机燃烧速度变慢，燃烧稳定性变差，HC和油耗增加，功