汽车尾气排放控制技术应用与分析.docx

1、课题汽车尾气排放控制技术应用与分析当发动机怠速运行时，节气门处于全关位置，即进入发动机的空气量不再由节气门进行调节。怠速控制的实质就是通过怠速执行器调节进气量，同时配合喷油量及点火提前角的控制，改变怠速工况燃料消耗所发出的功率，以稳定或改变怠速转速。（5）怠速控制方式怠速控制的方式包括开环控制和闭环控制两种。一般来说，在起动、暖机、急减速等工况时多采用开环控制，而在稳定怠速工况，多采用闭环控制。闭环控制的反馈信号为发动机转速信号。在对怠速空气量进行闭环控制时，多采用比例积分微分PID控制方式。（6）怠速转速的控制过程当发动机怠速负荷增大时，ECU控制怠速控制阀使进气量增大，从而使怠速转速提高，

2、防止发动机转速不稳或熄火；当发动机怠速负荷减小时，ECU控制怠速控制阀使进气量减少，从而使怠速转速降低，以免怠速转速过高。2. 6废气再循环（1）系统说明废气再循环（EGR）系统用于降低废气中的氧化氮（NOX）的排出量。氮和氧只有在高温高压条件下才会发生化学反应，发动机燃烧室内的温度和压力满足了上述条件，在强制加速期间更是如此。（2）运作方式当发动机在负荷下运转时，EGR阀开启，使少量的废气进入进气歧管，与可燃混合气一起进入燃烧室。怠速时EGR阀关闭，几乎没有废气再循环至发动机。汽车废气是一种不可燃气体（不含燃料和氧化剂），在燃烧室内不参与燃烧。它通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力

3、，以减少氧化氮的生成量。进入燃烧室的废气量随着发动机转速和负荷的增加而增加。（3）工作原理EGR系统的主要元件是数控式EGR阀。数控式EGR阀安装在右排气歧管上，其作用是独立地对再循环到发动机的废气量进行准确的控制，而不管歧管真空度的大小。EGR阀通过3个孔径递增的计量孔控制从排气歧管流回进气歧管的废气量，以产生7种不同流量的组合。每个计量孔都由1个电磁阀和针阀组成，当电磁阀通电时，电枢便被磁铁吸向上方，使计量孔开启。旋转式针阀的特性保证了当EGR阀关闭时，具有良好密封性。EGR阀通常在下列条件下开启：1.发动机暖机运转。2.转速超过怠速。ECM根据发动机冷却水温传感器、节气门位置传感器和空气

4、流量传感器来控制EGR系统。废气再循环（EGR）控制方式，发动机控制电脑即ECU根据发动机的转速、负荷（节气门开度）、温度、进气流量、排气温度控制电磁阀适时地打开，进气管真空度经电磁阀进入EGR阀真空膜室，膜片拉杆将EGR阀门打开，排气中的少部分废气经EGR阀进入进气系统，与混合气混合后进入气缸参与燃烧。少部分废气进入气缸参与混合气的燃烧，降低了燃烧时气缸中的温度，因NOX是在高温富氧的条件下生成的，故抑制了NOX的生成，从而降低了废气中的NOX的含量。但是，过度的废气参与再循环，将会影响混合气的着火、性能，从而影响发动机的动力性，特别是在发动机怠速、低速、小负荷及冷机时，再循环的废气会明显地

5、影响发动机性能。所以，当发动机在怠速、低速、小负荷及冷机时，ECU控制废气不参与再循环，避免发动机性能受到影响；当发动机超过一定的转速、负荷及达到一定的温度时，ECU控制少部分废气参与再循环，而旦，参与再循环的废气量根据发动机转速、负荷、温度及废气温度的不同而不同，以达到废气中的NOX最低。3柴油机的内净化3. 1柴油发动机的燃烧过柴油在气缸内燃烧是一个复杂的物理一化学变化过程，燃烧过程的完善程度，直接影响着柴油机的作功能力、热效率和使用期限，其燃烧过程划分为四个阶段：A燃烧准备阶段（滞燃期），从燃油喷入到着火开始这一时期为燃烧准备阶段。在这一阶段，燃油需加热、蒸发、扩散并与气流混合等物理准备

6、过程，以及分解、氧化等化学准备过程。B速燃阶段,从着火开始到气缸内出现最高压力时止的这一阶段。当少量柴油着火以后，可燃混合气的数量继续增加火焰迅速传播，燃烧速度加快，放热速率高。气缸内的压力和温度急剧升高。但压力升高过快时，会使曲柄连杆机构受到很大的冲击载荷，并伴随有尖锐的敲击声，柴油机工作粗爆，这种情况应予以限制。为使柴油机工作平稳，最大压力增长率不应超过292kPa588kPa/l。（曲轴转角）。C主燃阶段（缓燃期），从爆发压力出现点到最高燃烧温度出现点之间的阶段为主燃阶段。本阶段的特点是喷油己经结束，大部分的燃油在此期间燃烧，放出总热量的约80%左右，燃气温度上升到最高点。但由于活塞的下

7、移，气缸容积增大，所以气缸内的压力变化不大。供油在这一阶段结束。I）过后燃烧阶段，从最高燃烧温度点到燃烧结束止的阶段。在这一阶段，氧气己大量消耗，后期喷入的燃油就没有足够的氧气与之混合进行燃烧，加之活塞的进一步下移，气缸内压力和温度有较大的下降，使燃烧条件更加恶化，以致燃油燃烧不完全，出现排气冒黑烟现象，使有关零部件热负荷增加，影响柴油机经济性和使用寿命，所以应尽量减少后燃期的燃烧。3. 2柴油机的主要污染物柴油车燃料混合气的形成是在发动机燃烧室内进行的，柴油高压喷入燃烧室，压缩着火后进行边喷边燃烧的扩散燃烧方式。这种工作方式，决定了柴油与空气的混合是不均匀的，不可避免地存在局部缺氧或局部富氧

8、情况。油料在高温缺氧时，易炭化形成碳烟。柴油车负荷的调节是通过改变喷油量来控制的。柴油车混合气始终处于比较稀的状态下，也就是说柴油机的燃烧室内始终存在富余的空气。这些富余的空气在高温作用卜容易产生氮氧化物（NOx）,而一氧化碳（C0）和碳氢化合物（HC）则不容易形成。因此，柴油车排放特点是颗粒物和氮氧化物（NOx）排放量多而一裁化碳（C0）和碳氢化合物（HC）排放量少此外，柴油燃烧后会生成一些有臭味的有机气体，因此，柴油机排放中还有臭味。3.3采用新的燃烧方式传统的柴油机燃烧分为预混合燃烧和扩散燃烧两个部分。主要燃烧是品1处的扩散燃烧，火焰温度高，极易产生NOx,采用稀薄的均匀混合气可解决这一

9、问题。美国西南研究院提出的均匀充量压缩燃烧系统（HCCI）和日本ACE研究所的预混稀薄燃燃烧过程（PREDIC）等均是采用这种思路。采用预混稀薄燃燃烧方式减少或消除了扩散燃烧，稀混合气可降低燃烧温度，可大幅度降低NOx,比一般柴油机降低98%；由于气缸内混合气均匀，无局部过浓混合气，可使PM排放比一般柴油机降低27%,预混稀薄燃烧方式目前还处于研究阶段,离实用还有一定距离，但是前景非常可观3.4提高喷油压力和减小喷孔直径提高喷油压力和减少喷孔直径可以使燃油的喷雾颗粒进一步细化，以增大燃油和空气接触的表面积，加速燃油和空气的混合，明显地降低颗粒PM中碳的排放。高压喷射会导致NOx的增加，如采用推

10、迟喷油时间和EGR等方法，以达到控制颗粒PM和NOx排放的目的。高压喷射系统需要和燃烧室良好匹配，以避免过多的燃油喷射到气缸的冷表面上，减少HC和颗粒PM中有机可溶物SOF排放：高压喷射技术对喷油系统提出了十分苛刻的要求。要求整个系统有极高的强度、刚度和密封性。此种措施也必须和其他改进方法相结合才能达到更好的效果提高喷油压力可以有效地降低柴油机的微粒排放:减少燃油平均滴径，促进混合气形成；降低发动机最大压力升高率、降低燃烧噪声。3.5先导喷射及多次喷射在主喷射之前喷入少量的燃油，以降低NOx和噪声，主喷射要求喷油速率快、喷油压力高，促进混合气形成，以缩短缓燃期，保证良好的经济性和动力性，形成先

11、导喷射(预喷射)+主喷射的模式。为了同时降低NOx和PM的排放也可采用多次喷射的方法，即先导喷射和主喷射结束后再喷入少量的燃油形成过后喷射，过后喷射可促进碳烟的氧化，降低PM的排放。采用过后喷射会加大HC排放和耗油增加。在不同工况下要获得良好的效果，先导喷射油房:、过后喷射油后以及各次喷射的间隔角度和时刻的控制精度都有严格的要求，这对于机械式喷油系统是很难想象的，只有电控高压共轨喷油系统才能胜任。3.6采用废气再循环(EGR)废气再循环(EGR)是再保证内燃机动力性不降低的前提下，将一部分排气导入进气系统中，和新鲜混合气混合后再进入气缸参加燃烧，通过降低燃烧室燃烧的最高温度来降低NOx的排放。

12、利用废气再循环(EGR)来降低NOx,的排放，需要与电子控制结合，根据柴油机负荷、转速、冷却水温度传感器及启动开关信号，由ECU对I-GR率和EGR时机进行控制，保证在对柴油机性能影响不大的条件下，降低尾气中N()x的排放目前，EGR在汽油机上的应用比较成功，而在柴油机上却不尽人意。主要原因在于，柴油机排放中大量的PM和其他有害排放物直接引入气缸会增加活塞环和缸套的磨损，还会稀释润滑油并加速其变质。柴油机采用EGR相当于将一定数量的CO和水蒸气添加到进气空气中而成为一种稀释剂,EGR率增大还使进气工质的密度和0浓度下降，致使缸内可燃混合气的燃烧速度和燃烧温度均有所降低，最终导致发动机的动力性和

13、经济性下降，HC,CO和PM排放增加。发动机处于中小负荷工况时,采用EGR的效果十分显著。当EGR率为30%左右时，发动机的排放及综合性能较好：采用较大的EGR率降低NOx排放效果更加明显，且发动机经济性的下降并不突出。发动机在大负荷工况时，若采用EGR,则会导致发动机的经济性和动力性明显下降，另外，还会增加活塞环和缸套的磨损及加速润滑油的变质。因此大负荷工况时不宜采用EGR涡轮增压柴油机在30%50%负荷以上的工况下.平均排气压力低于平均进气压力。故排气再循环难以实现。为此，各国学者提出了多种在增压柴油机上实现排气再循环的方案。主要有：通过调整正时实现内部EGR；在进气管或排气管内装节流阀，

14、通过节流来降低进气压力或提高排气压力；通过辅助装置或活塞本身的压力将废气压入进气管；通过在进气管加装文曲利管(VenturiPipe),降低EGR接头处的进气压力；利用压力波动等。其中采用文曲利管EGR系统能较方便地在高工况下实现排气再循环.并且附加泵气损失少、成本不高、有很大的优越性。4汽油机后处理净化4.1概述机内净化技术以改善发动机燃烧过程为主要内容，对降低排气污染起到了较大作用，但其效果有限，且不同程度地给汽车的动力性和经济性带来负面影响。随着对发动机排放要求的日趋严格，改善发动机工作过程的难度越来越大，能统筹兼顾动力性、经济性和排放性能的发动机将越来越复杂，成本也急剧上升。因此，世界

15、各国都先后开发废气后处理净化技术,在不影响或少影响发动机其它性能的同时，在排气系统中安装各种净化装置，采用物理的和化学的方法降低排气中的污染物最终向大气环境的排放。专门对发动机排气进行后处理的方法是将净化装置串接在发动机的排气系统中，在废气排入大气前，利用净化装置在排气系统中对其进行处理，以减少排入大气的有害成分。在发达国家，车用汽油机采用后处理装置较多。这些装置主要有三效催化转化器、热反应器和空气喷射器等。目前，在发达国家生产的汽油车几乎都装备了三效催化转化器，并已有二十多年的商业化应用历史。随着我国经济的高速发展，城市机动车辆日益增多，其废气已严重污染了大气环境，对三效催化转化器的需求将更

16、为迫切。4. 2三效催化转化器三效催化转化器是目前应用最多的废气后处理净化技术。当发动机工作时，废气经排气管进入催化器，其中氮貌化物与废气中的一氧化碳、氢气等还原性气体在催化作用下分解成氮气和氧气；而碳氢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气。三效催化转化器的载体一般采用蜂窝结构，蜂窝表面有涂层和活性组分，与废气接触表面积非常大，所以其净化效率高，当发动机的空燃比在理论空燃比附近时，三效催化剂可将90%的碳狙化合物和一知化碳及70%的氮氧化物同时净化，因此这种催化器被称为三效催化转化器。目前，电子控制汽油喷射加三效催化转化器已成为国内外汽油车排放控制技术的主流。4. 3催化

17、反应机理催化作用的核心是催化剂。催化剂是种能够改变化学反应达到平衡的速率而本身的质量和组成在化学反应前后保持不变的物质。有催化剂参与的化学反应就称为催化反应。催化反应一般都是多阶段或多步骤的，从反应物到产物都经过多种中间物，催化剂参与中间物的形成，但最终不进入产物。根据催化剂与反应物所处状态的不同，催化作用可以分为均相催化和多相催化。固体催化剂对气态或液态反应物所起的催化作用属于多相催化，车用催化剂就是此类型的催化。多相催化反应过程一般包括以下步骤：反应物分了从流体主体通过滞流层向催化剂外表面扩散（外扩散）；反应物分子从催化剂外表面向孔内扩散（内扩散）；反应物分子在催化剂内表面上吸附;吸附态的

18、反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用的化学反应；反应产物从催化剂内表面脱附；脱附的反应产物自内孔向催化剂外表面扩散（内扩散）；产物分子从催化剂外表面经滞流层向流体主体扩散（外扩散）。其中，为传质过程，<5）为表面反应过程，或称化学动力学过程5柴油后处理技术5. 1微粒捕集器柴油机微粒的各种净化技术都不是完美的，各有优缺点，要有效地降低柴油机微粒排放，应合理地结合各种净化技术的优点，并从燃料、燃烧、进气、燃油喷射以及后处理等各方面综合考虑。通过对多种捕集柴油机排气微粒途径的研究比较，普遍认为可行性较大的方案是采用过滤材料对排气进行过滤捕集，即微粒捕集器法。柴油机微粒捕集器(DP

19、F,dieselparticulatefilter)被公认为是柴油机微粒排放后处理的主要方式，国际上对微粒捕集器的研究始于上个世纪70年代，现已逐步形成商品化产品。第一辆使用微粒捕集器的汽车是1985年德国奔驰公司生产的出口到美国加利福尼亚的轿车。随着排放法规的日趋严格，如今发达国家安装微粒捕集器的柴油车越来越多，如奥迪、帕萨特和奔驰等部分乘用车安装了微粒捕集装置。目前，比较成熟且应用较多的产品是美国康宁(Corning)公司和口本的NGK公司生产的壁流式蜂窝陶瓷微粒捕集器。美国的JohnsonMatthey公司开发的连续催化再生微粒捕集器以高的捕集效率和再生效率受到关注。在我国，微粒捕集器的

20、研究起步相对较晚，目前尚无产品面世。微粒捕集器的关键技术是过滤材料的选择与过滤体的再生，其中乂以后者尤为重要。本节主要介绍微粒捕集器的过滤机理、过滤体材料及其结构、过滤体再生等三个方面的问题。5. 2NOx机外净化技术如何有效降低MX排放也是柴油机有害排放物控制的难点与重点。由于机内净化控制不能完全净化M排放，采取机外控制技术很有必要。NOx的机外净化技术主要是催化转化技术。由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效催化转化器，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NO,还原剂的C0和HC便首先与氧反应；空气不足

21、时，CO、HC不能被氧化。显然，用三效催化转化器降低NQ的技术在柴油机上是不适用的。降低柴油机MX排放的机外净化技术主要有：吸附催化还原法、选择性非催化还原、选择性催化还原和等离子辅助催化还原。5.3离子辅助催化还原目前，利用低温等离子辅助HC的选择性催化还原系统降低NO*排放是研究的另一热点。NOx的活性增强：NO-NO?第一阶段：等离子HC的活性增强:CxHy+Oz一CxHyOz第二阶段：催化剂JNOx在催化剂作用下选择性催化还原LNOx（NO或NO?）+CxHyOz+ChfN2+CO2+H2O根据等离子的特点，较多采用二级系统，如图7-18所示。等离子技术是指由电子、离子、自由基和中性粒

22、子等组成的导电性流体，整体保持电中性。离子、激发态分子、原子和白由基等都是化学活性极强的物种，首先利用这些活性物种把NO和IIC氧化为NO,和部分氧化的高选择性含氧CI1类还原剂，然后再在催化剂作用下促使新产生的高选择性活性物种还原NOz,生成无害的N2。反应方程式如下：催化剂主要有贵金属、分子筛催化剂和金属氧化物等体系。试验分析证明，等离子体辅助催化有三个主要作用：(1) 等离子体氧化过程是部分氧化。也就是说NO氧化为NQ；但不能进一步把N0?氧化为酸；HC部分氧化，但不能把1IC完全氧化为侦和CO”而部分氧化的含氧HC化合物在催化剂作用下能更有效地还原NO、。(2) 等离子体氧化是有选择性

23、的。也就是说，等离子体把NO氧化为NQ,而不能把SO?氧化为SO”这使得等高子体辅助催化过程比传统稀燃NO、催化转化技术对燃料硫含量的要求低。(3) 等离子体可以改变段的组成，即先将N氧化为NO”再利用一种新型催化剂将NO,还原为N”比传统稀燃NOJ崔化剂将NO还原为M具有较高的可靠性和氧化活性。NO,最高转化效率可达到35%70%。种新型催化剂和等离子体系统的协同作用机制，有望实现更高的NO,转化率。但是，该系统中HC的转化效率极低，因此，还需要辅助装置用来去除HC和部分未氧化的C0。等离子体辅助催化还原MX技术不论在实验室还是在应用中都处于迅速发展之中。用低温等离子体技术处理柴油机排放时，

24、可减少NO、PM、HC的排放，被认为是-种很有发展前途的后处理技术。而起先等离子体技术主要用来处理微粒的排放，现在该项技术研究的重点是处理，但因在稀燃排气中等离子放电主要是短化反应，单独用等离子体对NOx还原没有效果，但对微粒捕集有较好的效果。将等离子体与催化剂结合，等离子体增强催化剂选择性，对柴油机排气中的N0,和微粒有很好的净化效果。另一优点是对燃料含硫量几乎没有要求，可在相对低的温度下运行。Delphi.Caterpillar等公司己经利用等离子体和催化剂系统开发出N(X和微粒后处理系统，可用于柴油轿车、重型车上。5.4氧化催化转化器由于柴油机排气含氧量较高，可用氧化催化转化器(OCC,

25、oxidizationcatalyticconvertor)进行处理，消耗微粒中的可溶性有机成分SOF来降低微粒排放，同时也降低HC和CO的排放。氧化催化转化器采用沉积在面容比很大的载体表面上的催化剂作为触媒元件,降低化学反应的活化能，让发动机排出的废气通过，使消耗HC和C0的氧化反应能在较低的温度下很快地进行，使排气中的部分或大部分HC和CO与排气中残留的化合，生成无害的COz和IL0。柴油机用氧化催化剂原则上可与汽油机的相同，常用的催化反应效果较好的催化剂是由伯(Pt)系、杷(Pd)系等贵金属和稀土金属构成。用有多孔的氧化铝作催化剂载体的材料并做成多面体形粒状(直径一般为24mm)或是蜂窝

26、状结构。尽管柴油机排气温度低，微粒中的碳烟难以氧化，但氧化催化剂可以氧化微粒中SOF的大部分(SOF可下降40%90%),降低微粒排放，也可使柴油机的C()排放降低30%左右，HC排放降低50黑左右。此外，氧化催化转化器可净化多环芳(PAH)50%以上，净化醛类达50%-100%,并能够减轻柴油机的排气臭味。虽然氧化傕化转化器对微粒的净化效果远远不如微粒捕集器，但由于碳氢化合物的起燃温度较低(在170C以下就可再生)，所以氧化催化转化器不需要昂贵的再生系统，投资费用较低。催化转化器的催化转化效率极大地依赖于柴油中的硫含量和排气温度。普通柴油中硫含昂:较高，硫燃烧后生成S0”由图7-19可见，在

27、过量空气系数念不变时，排气中的S0,浓度基本上与柴油含硫量成正比°S02经氧.化催化转化器氧化后变成SO”然后生成硫酸盐，成为微粒的一部分。氧化催化效果越好，硫酸盐生成越多，甚至达到无氧化催化转化器时的10倍，因此，当柴油机采用普通高硫柴油时，大负荷时由于排气温度高，催化氧化强烈，硫酸盐的增加不但抵消了SOF减小的效果，甚至反而使总微粒上升。因此，只有用低硫柴油才能保证氧化催化的效果，如图7-20所示。催化剂的表面活性作用是利用排气热量激发的，图7-21表示柴油机使用氧化催化转化器时，排气温度对微粒排放量的影响。从图7-21可以看出，当排气温度低于150°C时，催化剂基本上

28、不起作用。随着负荷增加，排气温度升高，CO和HC净化率也增加，同时由于SOF被氧化，使微粒排放下降。只要不超过催化剂允许的最高温度，净化反应便能顺利进行。为了保证催化剂有足够的温度，应尽量使氧化催化转化器安装在靠近排气歧管处。但是，随着温度的升高，当排气温度高于350°C后，由于硫酸盐大量生成，反而使微粒排放增加。所以，柴油机氧化催化器的最佳工作温度范围是200350°C，仅靠调整发动机工况很难控制排气温度总在这一最佳范围内。因此，减少柴油中的硫含量就成了十分重要的问题。现在，排放要求很松的地区柴油含硫量Ws(质量分数)<0.5%,对于排放要求严格的地区则推荐0.03

29、%,当排放要求特别严格时，柴油硫含量不应超过0.003%。至于柴油机氧化催化剂的活性成分，尽管Pd的催化活性不如Pt,但产生的硫酸盐要少得多，而且价格便宜，因此用Pd或Pd/Rh组合比较合适。如图7-22所示，对于用Ws=0.2%的普通柴油的柴油机来说,Pt系催化剂由于使硫酸盐儿乎增加10倍，总微粒排放增加到3.5倍。即使使用Ws=0.04%的低硫柴油，Pt系催化剂仍使微粒排放增加50%左右。如果使用Pd系催化剂，在SOF排放明显降低的同时硫酸盐的生成量也不大，因而使微粒总排放量降低1/3左右。降低硫酸盐生成的另一途径是更换催化剂的涂层材料，由于SO/和SO,在较高温度(>400

30、6;C)下会与ALQ活性涂层起反应生产硫酸铝。一旦载体饱和后，这些含硫物质在较高温度下会呈盐类析出或热分解排出硫酸雾。因此，以储存硫酸盐较少的二氧化硅或二氧化钛为基本的活性涂层来代替氧化铝活性涂层，也可以减少硫酸盐的生成。从实用上看，轻型汽车柴油机使用氧化催化转化器效果较好6发动机排放污染物净化方案及分析1汽油车排放污染物一般净化方案对汽油车来说，其排放污染物主要有CO、HC和N0,对于二气门或多气门、非增压或增压发动机，均可采用闭环电控燃油喷射系统加三效催化转化器，使其同时净化CO、HC和NO、,并能使净化效率最高，便可达到欧II排放标准。其方案示意图如图9T所示。由于欧III排放标准与欧I

31、I排放标准的主要区别在于排放限值更小，且需考虑冷起动排放，前者要求净化效率更高，后者要求汽车一起动就应有良好的净化效果，即要求起动时三效催化转化器内的温度就大于起燃温度，要做到这一点，必须一方面使催化剂的起燃温度尽可能低，另一方面通过强制加热方式使转化器内的温度在起动时就已超过起燃温度。一般情况下，要满足欧III排放标准的要求，二气门、非增压汽油发动机可采用闭环电控燃油喷射系统加紧凑耦合型三效催化转化器或前置双催化转化器或三效催化转化器辅以强制加热对于多气门、增压汽油发动机则可采用闭环电控燃油喷射系统加低起燃温度的三效催化转化器或紧凑耦合型三效催化转化器，为了使发动机满足欧洲III号法规的要求

32、，也可采用缸内直喷稀薄燃烧汽油机一GDI发动机。GDI发动机所采用的净化技术主要是降低IIC和NO,的排放量。该净化技术主要由以下四项技术构成：采用二阶段燃烧，提前激活催化剂；采用反应式排气管；大量EGR；使用稀NO,催化剂。图9-3所示为三菱汽车公司的缸内直喷汽油机排放控制措施示意图。采用二阶段燃烧和反应式排气管的目的是为了降低HC排放量，这种方法是在汽车起动后的冷车这段时间内，通过二阶段燃烧和使用反应式排气管使三效催化剂在短时间内达到起燃温度。为使发动机在稀燃状态下能够有效还原NO、，GDI发动机使用了MX吸附催化转换器。为了净化发动机在理论空燃比状态下工作时排气中的HC和NOx,GDI发

33、动机在NO,吸附型催化器之后还配置了三效催化转换器，三效催化器的位置尽量靠近发动机，以更快激活催化剂，减少HC排放。6. 2柴油车排放污染物一般净化方案柴油发动机排放物中的HC、CO含量很低，一般只有汽油发动机的几十分之一，其NO,排放量与汽油机大致处于同一数量级，但柴油机的微粒排放量相当高，约为汽油机的30为达到欧II排放标准，采用涡轮增为达到欧II排放标准，采用涡轮增80倍。因此，柴油车排放主要控制N(X和微粒的排放量。压中冷和高压喷射减少微粒，采用废气再循环降低N0”有的采用电子控制喷油，有的仍用机械控制。典型的欧II净化方案示意图如图9-5所示。图9-5达到欧II排放标准的柴油车净化方

34、案示意图为达到欧III排放标准，需采用电子控制，喷油压力要更高，且每循环多次喷射。其方案有高压共轨或泵喷嘴喷油系统；采用多气门和可变喷嘴涡轮增压中冷以进一步降低微粒的排放；为进一步降低NO,采用冷却废气再循环，对于重型柴油货车还需安装氧化催化转化器。典型的在欧III净化方案的基础上采用微粒捕集器，进一步降低微粒；采用多级中冷废气再循环进一步降低NO”再加上先进的电控技术，对微粒和NO、再降低，便可使柴油车达到欧IV排放标准。其典型的净化方案示意图如图9-7所示。要满足规定的排放限值，除发动机本身需采取上述各种措施外，还要求使用无铅低含硫量的燃油。对于柴油机，欧II标准要求使用含硫量500ppm

35、（0.05%）的柴油，欧III标准要求使用含硫量200ppm（0.02%）的柴油，而欧IV标准可能要求使用含硫量55ppm（0.0055%）的柴油。为满足日趋严格的排放法规的要求，各汽车公司、高校和研究院所必须加速开发新产品，采取有效的机内、机外净化措施，有效控制发动机的废气排放，同时对于石油和化工等其它产业也应采取有效措施。只有各相关行业共同努力，才能不断提高大气质量，改善人类生存环境。混合动力车6.3混合动力汽车发展概况二十世纪九十年代以来，世界各国对环保的呼声日益高涨，电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的发展。由于一般电池的能量密

36、度与汽油相差极大，远未达到人们所要求的数值，所以，倘若在十年内燃料电池技术没有重大突破，电动汽车将无法取代燃油发动机汽车。在这种情况下，“准绿色”的新型产品一一混合动力型汽车登上了历史舞台。所谓混合动力汽车（HEV）,是将一种或多种的能量转换技术（如发动机、燃料电池、发电机、电机）和一种或多种能量存储技术（如燃料、电池、超级电容器、飞轮）集合于一体。这种混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又利用了电动机无污染、低噪声的长处，二者“并肩战斗"，取长补短，汽车的热效率可提高10%以上（对于城市公交车辆热效率可提高30%左右），废气排放可改善30%以上。混合动力汽车在

37、发达国家已经日益成熟，有些国家已经进入实用阶段。九十年代以来，在各国政府的支持下，国外各知名汽车公司均投入巨资开始进行电动汽车和混合动力汽车实用车型的研制和开发。很多公司采用了包括现代电子、精密机械、控制技术、新型材料甚至航天技术在内的各种高新技术，使不少样车的主要动力性指标达到了燃油汽车的水平。1997年10月，全球首辆商业性混合动力型汽车“PRIUS”由日本丰田公司研制成功。随后，其它汽车公司也推出了相应的混合动力汽车产品。目录引言5摘要61汽车排放污染物及其危害分析71.1一氧化碳与人体中毒71.2二氧化碳等与温室效应71.3炭烟微粒与人类健康71.4氮氧化物、未燃炷与光化学烟雾71.5

38、汽车排放对社会经济影响的分析82汽油机机内净化92.1汽油机的燃烧过程92.2汽油机机内净化的主要措施92.3喷油控制92.4点火系的控制102.5怠速控制：102.6废气再循环11(1)系统说明113柴油机的内净化133.1柴油发动机的燃烧过133.2柴油机的主要污染物133.3采用新的燃烧方式133.4提高喷油压力和减小喷孔直径133.5先导喷射及多次喷射143.6采用废气再循环(EGR)144汽油机后处理净化15154.1概述小结参考文献1 龚金亮汽车排放控制技术北京人民交通出版社2009胡宁陈志恒汽车电控技术北京高等教育出版社20082 倪初宁环保发动机的排放控制上海机械工业出版社20

39、092王建昕<汽车排放污染治理及催化转化器北京北京化学工业出版20112王建昕帅金石汽车发动机原理北京北京清华出版社20112余志生汽车理论北京北京机械工程出版社20094.2三效催化转化器154.3催化反应机理155柴油后处理技术165.1微粒捕集器165.2NOx机外净化技术165.3离子辅助催化还原165.4氧化催化转化器176发动机排放污染物净化方案及分析196.1汽油车排放污染物一般净化方案196.2柴油车排放污染物一般净化方案196.3混合动力汽车发展概况20小结21参考文献21引言世界范围内发生的能源危机及各国对于汽车排放标准的不断提高，使人们对于节约能源的要求越来越高。但

40、是与此同时，新能源汽车的或者电动车的发展较为缓慢，尤其是高额的成本和技术的不成熟成为普及的最大障碍。与此同时电子控制技术和和传统发动机技术的相结合，做到了最大程度的省油，作为新能源汽车普及之前的过渡技术就变得越来越重要了，这也是全球各大汽车厂商的共同努力的方向。作为整车心脏的发动机，对于提高燃油经济性有更直接的作用，发动机要根据各工况，随时调整空燃比，喷油量，以及点火提前角等一些直接关系到燃油经济性的一些直接因素，所以准确的判断出各工况是前提。通过汽车发动机上的各个传感器对运行状态进行测量分析来判断工况。本文就是用传感器对尾气进行分析，确定发动机的工况，然后将电信后传给ECU,与预先设定好的最

41、优工况进行比较，做出反应,控制节气门开度，喷油量，点火提前角，从而大大提高燃油的经济性。在新能源汽车普及之前，这是节能环保的最佳措施，通过装置的设计，能够大大提高发动机的燃油经济性。同时,这也对人类的健康有着巨大的意义。摘要：随着我国经济的高速发展，人民生活水平的显著提高，汽车数景迅猛增加导致了大气的污染和环境的恶化。由于燃油汽车排放了大量有害气体，对人们的身体健康和人类生存环境造成了严重危害，因此汽车尾气的控制技术已经得到了各国的审视。本文简单得介绍了一下汽车尾气的成分和分析了它的危害，然后若重研究了一下汽油机和柴油机的机内净化的技术，后处理净化技术。最后探讨了一下汽车尾气净化的一些方案。关

42、键词：尾气控制技术、机内净化技术、后处理净化技术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汽车排放污染物及其危害分析1.1一氧化碳与人体中毒一氧化碳是不完全燃烧的生成物，它是一种无色、无味的有毒气体，一旦进入人体的血液和大脑，会降低红血球的供氧能力，即使co的浓度很低，也能伤害神经系统的功能及视力。例如驻车时发动机在怠速工况下带动空调机运行时，发动机排气系统漏出的c

45、o,会进入乘座舱内，引起人体中毒，严重时会致命。1.2二氧化碳等与温室效应产生温室效应的气体有二氧化碳、甲烷、氧化氮(N20)、臭氧(03)及氟氯碳烷(Chlorofluorocarbons-CFCS)。汽车排气中含有前面四种气体，或者由排放物经过化学反应后生成。最后一种通常称为氟利昂，在汽车空调、制冷装置及某些去污剂、清洁剂中含有氟利昂，在汽车维修及损坏时，则往往排放到大气中。氟利昂除了产生温室效应外，还会破坏高空的臭氧层，后者能阻挡太阳光的紫外线。人们受到较多紫外线的幅射，则可能引起白内障、皮肤癌及免疫系统受到破坏等问题。大气中含有上述C02等气体，在上空形成气层,吸收地球表面的红外幅射，

46、又以其波长幅射的形式，将其能量返回到地球表面。这就像将地球罩在温室里，使地面实际损失能量比其长波幅射返【可的能量要少，对地面起了保温作用，故称之为温室效应。本来这种温室效应对地球是有利的，假如没有这种效应，地球上温度将相当低。但是大气层中C02等气体过多，则会产生相反的，对地球人类生活不利的效果。那就会使地球表面平均温度每年上升得较快，给人类带来海平面上升，气候失调、水灾及风灾等。尽管对地球温度变高是否绝对有害(有人甚至认为地球温度会自然变高)及其根源是什么等问题，尚有不同看法。但是多数科学家还是认为降低汽车C02等排放是十分必要的。1.3炭烟微粒与人类健康车发动机排出的炭烟微粒主要由碳粒子、

47、未燃的碳氢化合物、硫化物、氧化物及含金属成分的灰分等组成。通常将颗粒直径大于0.002um的任何固体或液体粒子称为微粒(Particle,简写为Part或PM)。汽车排放出的炭烟微粒是由燃油、润滑油以及其中的添加剂未完全燃烧的产物，再加上运动零件磨损下来的金属屑、未过滤掉的空气中杂质以及它们的燃烧产物所构成。如不加区分可将它们概括称之为总炭烟微粒。柴油机排放物含的一些多环芳香烷，如苯(a)并花、苯(a)崽、1.3T二稀及醛类等是有毒物质。国际癌症研究机构等单位1988年发表的研究报告指出。柴油机微粒排放中的一些物质如苯(a)并花、苯(a)葱等具有形成肿瘤及致癌的潜在危险。将老鼠暴露在柴油机排气

48、中，形成肺癌的比例增加。国际上及我国一些大城市呼吸系统疾病及肺癌死亡率上升与汽车有毒排放物有密切的关系。1.4氮氧化物、未燃燃与光化学烟雾汽车发动机未燃炷(HC)中的一些物质除有致癌危险外，未燃烷及氮氧化物(NOx)在太阳光作用下，经过一系列的化学反应，产生浅蓝色的刺激性烟雾，即所谓光化学烟雾，它含有臭林、过敏酰基稍酸盐(PAN)以及各种自由基、醛、酮等物质。科学试验表明，HC、NOx、太阳光是形成光化学烟雾的必要条件，光化学反应是复杂的过程，遵循J、卡博兰提出的光化学烟雾反应生成机理。臭氧是强的氧化剂。臭氧、过氧化酰基酸盐和醛类对人的眼睛、咽喉、鼻子有刺激作用，能使哮喘病发作，使慢性呼吸系统

49、疾病恶化。二氧化碳及臭氧均难溶于水、也不易被呼吸道粘膜所阻挡，会渗入肺部，浓度大时可引起中毒性肺气肿。1.5汽车排放对社会经济影响的分析汽车排放对社会的影响，首先表现在经常与汽车排放物接触的人们的健康受到不同程度的伤害，产生一些慢性病症。有的则导致肿瘤及癌症的发生。据美国资料统计，美国每年约有6万人因呼吸空气中有害微粒等而死亡，尽管空气中有害排放物己经达到甚至低于目前法规要求。这些因汽车排放引发的病症及死亡必然会增加个人及社会在医药等方面的开支。些学者根据统计资料分析，建立数学模型，分析研究不同排放物会增加社会多少费用开支，这些费用在整个汽车使用期间中的总费用所占的比例多少。不同排放物对人们健康及环境影响、危害程度不同，所产生的经济损失也不同。各个地区空气被污染的程度不同，所产生的经济损失也不同。美国一份研究报告表明，因排放的影响所造成的费用开支，约占整个汽车使用期间的费用开支的2%12%。上面这些定量的因降低汽车有害排放物而产生的经济效益的分析，可能不十分准确，但是客观上这种经济上的因果关系是存在的，而且在从定量的角度分析汽车排放物对社会影响方面迈开了有意义的一步，努