發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放物的控制系統(tǒng)講義

1、發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放物的控制系統(tǒng)講義第1頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二第2頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二第一節(jié) 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的有害排放物 發(fā)動(dòng)機(jī)的有害排放物：主要有一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOx）和微粒排放。一、一氧化碳（CO）：碳?xì)淙剂系牟煌耆a(chǎn)物，人吸入后將降低血液吸收和運(yùn)送氧氣的能力。 一氧化碳（CO）是碳?xì)淙剂显谌紵^(guò)程中生成的重要的中間產(chǎn)物。CO生成的機(jī)理比較復(fù)雜。 氧氣 不足;產(chǎn)生原因： 燃燒溫度低； 燃燒時(shí)間不足； 混合不均。 從化學(xué)當(dāng)量的角度看，CO的生成率主要受混合氣濃度c的影響。第3頁(yè)，共29頁(yè)，2022

2、年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二二、碳?xì)浠衔铮℉C）：包括未燃和未完全燃燒的燃油和 潤(rùn)滑油蒸汽。 HC和NOx在陽(yáng)光照射下形成光化學(xué)煙霧，其主要生成物是臭氧，具有強(qiáng)烈氧化性，對(duì)人類、環(huán)境危害極大。 尾氣HC占總量的60；產(chǎn)生來(lái)源： 曲軸箱竄氣HC占總量的25； 供油系統(tǒng)的蒸氣HC占總量的1520左右。 在燃燒過(guò)程中HC的生成途徑：氧氣不足、縫隙效應(yīng)、激冷與淬熄。三、氮氧化物（NOx）：發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氮氧化物主要是NO（占95%），NO2排出量較少。 高溫；主要原因： 富氧； 滯留時(shí)間。四、微粒排放：主要指柴油機(jī)排氣中的碳煙，其表面吸附的可融性有機(jī)物對(duì)人的呼吸道有害。第4頁(yè)，共29頁(yè)，2022

3、年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二第5頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二（1）形成原因 碳煙是由烴類燃料在高溫缺氧條件下裂解生成的。（2）危害 0.1m以下的微粒對(duì)人體的危害最大，吸入肺葉后會(huì)吸附在肺細(xì)胞上，其中可溶性有機(jī)物、多環(huán)芳香烴等是致癌物質(zhì)。汽油車(chē)排放的來(lái)源第6頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二第二節(jié) 汽油機(jī)的排放控制裝置 氧化催化轉(zhuǎn)化裝置一、催化轉(zhuǎn)化裝置 還原催化轉(zhuǎn)換裝置 三元催化轉(zhuǎn)換裝置 1、氧化催化轉(zhuǎn)化裝置 氧化轉(zhuǎn)換器只將排氣中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又稱為二元催化轉(zhuǎn)換器，必須提供二次空氣作為氧化劑。催化反應(yīng)器低溫下使用第7頁(yè)

4、，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二 三元催化轉(zhuǎn)換器可以同時(shí)降低CO、HC和NOx的排放。它可以以排氣中的CO和HC作為還原劑，將Nox還原成氮?dú)猓∟2）和氧氣（O2），而CO和HC則被氧化為CO2和H2O。當(dāng)空燃比在理論空燃比A/F=14.7 （a=1）附近時(shí)，氧化-還原反應(yīng)達(dá)到平衡， CO、HC和NOx的排放同時(shí)達(dá)到最低。2、三元催化轉(zhuǎn)化裝置廢氣轉(zhuǎn)化效率與a 的關(guān)系第8頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二（1）油品：催化轉(zhuǎn)換器不能使用加鉛汽油，會(huì)使催化劑失效；（2）排溫：催化轉(zhuǎn)換器僅在溫度超過(guò)350C才起作用，因此，催化轉(zhuǎn)換器都安裝在溫度較高的排氣歧管

5、后面附近；（3）混合氣成分：混合氣空燃比必須在14.7附近?；旌蠚膺^(guò)濃或氣缸缺火，都會(huì)使轉(zhuǎn)換器過(guò)熱。三元催化轉(zhuǎn)換器使用原則第9頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二二、降低低溫HC排放裝置 1直接催化 將催化轉(zhuǎn)化裝置直接安裝在排氣管之后，加快催化劑的升溫速度。對(duì)降低冷態(tài)下的HC很有效。 存在的問(wèn)題:由于催化轉(zhuǎn)化裝置安裝在離發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管盡可能接近的位置，所以受高溫的影響，促進(jìn)催化劑的熱劣化，因此，需要提高催化裝置的耐熱性。2利用電加熱催化轉(zhuǎn)化裝置 通過(guò)外部電力提前加熱催化，電加熱催化轉(zhuǎn)化裝置的主要缺點(diǎn)是耗電量大，耐久可靠性較差。3二次燃燒裝置 這是一種將燃料的一部分或過(guò)濃混合氣

6、送到催化轉(zhuǎn)化裝置之前，由燃燒器點(diǎn)火燃燒促進(jìn)催化的裝置。這種方式的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 4采用HC捕捉器第10頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二三、稀薄NOx催化轉(zhuǎn)化裝置 稀薄燃燒技術(shù)的空燃比大于理論空燃比，所以三元催化轉(zhuǎn)化裝置三元催化轉(zhuǎn)換器不再適用。因此，專門(mén)開(kāi)發(fā)出了稀薄混合氣燃燒時(shí)的NOx催化轉(zhuǎn)化裝置。這種催化轉(zhuǎn)化裝置主要有 NOx直接分解型：是一種在稀薄混合氣下以HC為還原劑直接凈化NOx的方式。 NOx吸附還原型 ：是一種在稀薄燃燒時(shí)吸附NOx，在濃或者理論空燃比時(shí)將吸附的NOx進(jìn)行還原凈化的系統(tǒng)。 第11頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二四、

7、排氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng) 廢氣再循環(huán)：把發(fā)動(dòng)機(jī)排出的部分廢氣回送到進(jìn)氣管，并與新鮮混合氣一起進(jìn)入氣缸。由于廢氣中含有大量的CO2，在不參與燃燒，卻吸收了大量的熱，因此，降低了最高燃燒溫度，又使混合氣中氧的成份降低，因此減少了NOx排放。 廢氣再循環(huán)過(guò)多，會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷、暖機(jī)工況的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，因此，必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化控制廢氣再循環(huán)率（參與廢氣再循環(huán)的廢氣比例）。 現(xiàn)代轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)由電腦控制，主要由廢氣再循環(huán)閥（EGR閥）控制廢氣再循環(huán)的廢氣量。而EGR閥的開(kāi)度大小由電磁閥和真空調(diào)節(jié)閥控制作用在EGR閥上真空膜片室內(nèi)的進(jìn)氣管真空度大小，改變膜片的位置，就

8、改變了EGR閥的開(kāi)度大小，從而改變了廢氣再循環(huán)的廢氣量。第12頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二排氣再循環(huán)（EGR）結(jié)構(gòu)組成及工作原理 1-電控單元 2-EGR閥 3-真空電磁閥(VSV) 4-三元催化器 5-氧傳感器 6-水溫傳感器 （1）低溫、低速時(shí)不投入工作 （2）高速、中等負(fù)荷時(shí)投入工作 （3）大負(fù)荷時(shí)不投入工作 第13頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二1、汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)作用:防止燃油箱和化油器浮子室內(nèi)的燃油蒸發(fā)（HC化合物）排入大氣造成污染方法:將這些汽油蒸氣收集和儲(chǔ)存在活性炭罐內(nèi)，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)再將其送入氣缸燒掉。 發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后，燃油蒸

9、氣進(jìn)入炭罐，被活性炭吸附。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，進(jìn)氣管真空度經(jīng)真空軟管10傳送到限流閥8，膜片上移并將限流孔開(kāi)啟，新鮮空氣自炭罐底部向上流過(guò)炭罐，與吸附在活性炭表面的汽油蒸氣，經(jīng)限流孔和汽油蒸氣管9進(jìn)入進(jìn)氣歧管。 五、其他排放物的控制裝置第14頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二 圖6 燃油蒸發(fā)（EVAP）控制系統(tǒng)1-汽油箱 2-燃油泵 3-蒸發(fā)閥 4-雙通閥 5-碳罐 6-EVAP控制電磁閥 7-進(jìn)氣軟管 -節(jié)氣門(mén) 9-濾網(wǎng) 10-量孔 怠速時(shí)，傳送到膜片上方的真空度很小，致使孔徑較大的限流孔關(guān)閉，以免破壞怠速時(shí)混合氣的空燃比；大負(fù)荷或高轉(zhuǎn)速工況下，限流閥全開(kāi)，大、小限流孔均開(kāi)啟

10、。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在中、小負(fù)荷下工作（水溫75C）時(shí)，電腦給EVAP控制電磁閥提供搭鐵回路，EVAP控制電磁閥開(kāi)啟，活性碳罐與進(jìn)氣管之間形成通路，新鮮空氣即從活性碳罐下方的控制量孔進(jìn)入活性碳罐，清除吸附在碳粒表面上的燃油蒸氣，并與其一起通過(guò)進(jìn)氣管進(jìn)入氣缸內(nèi)燃燒。 第15頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，進(jìn)氣管真空度沿著曲軸箱氣體軟管所形成的通道，將進(jìn)入空濾器的新鮮空氣經(jīng)空氣軟管吸入氣缸蓋罩內(nèi)，再由缸蓋和機(jī)體上的孔道進(jìn)入曲軸箱，與曲軸箱氣體混合后，經(jīng)PVC閥進(jìn)入進(jìn)氣管和氣缸。2、 強(qiáng)制式曲軸箱通風(fēng)裝置（ PCV系統(tǒng)）第16頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)

11、16分，星期二第17頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二 恒溫進(jìn)氣空氣濾清器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6-1、圖6-2所示。（進(jìn)氣管真空度作用在真空控制膜盒7上，控制控制閥8開(kāi)大或關(guān)小）3、恒溫進(jìn)氣 第18頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二第三節(jié) 柴油機(jī)排氣后處理裝置柴油機(jī)排放特點(diǎn)EGR系統(tǒng)3. 氧化催化轉(zhuǎn)化器4. NOx還原催化轉(zhuǎn)化器5. 顆粒捕捉器（DPF Diese Praticulate Filter)特點(diǎn)：（1）無(wú)燃油蒸發(fā)排放問(wèn)題；（2）與汽油機(jī)相比，HC和CO排放量少得多，而NOx排放處于同一量級(jí)；（3）有顆粒物（PM）排放問(wèn)題。難點(diǎn)：（1）廢氣總是處于氧

12、化氛圍（過(guò)量空氣系數(shù)大于1）中，NOx難以還原；（2）排氣溫度明顯低于汽油機(jī)的排氣溫度，碳煙難以氧化；（3）排氣中含有大量的SOx和微粒，容易導(dǎo)致催化劑中毒。第19頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二低壓回路方式直接聯(lián)接壓氣機(jī)7入口端和廢氣渦輪5出口端來(lái)實(shí)現(xiàn)EGR的方法(圖6-13a)。由于壓氣機(jī)7的入口處為負(fù)壓，而廢氣渦輪5出口壓力為正，所以通過(guò)聯(lián)接適當(dāng)?shù)腅GR回流管6，就可以很容易地實(shí)現(xiàn)EGR。但由于這種方式的廢氣直接流過(guò)壓氣機(jī)7和中冷器8，所以易造成壓氣機(jī)的腐蝕和中冷器的污染等。 第20頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二高壓回路方式直接聯(lián)接壓氣機(jī)

13、后的中冷器 8出口端和廢氣渦輪5入口端來(lái)實(shí)現(xiàn)EGR。由于這種EGR方式的廢氣不流過(guò)壓氣機(jī)和中冷器，所以不存在對(duì)壓氣機(jī)和中冷器的腐蝕和污染問(wèn)題；但可實(shí)現(xiàn)的EGR率取決于排氣壓力和進(jìn)氣壓力之差。特別是在中、大負(fù)荷時(shí)，由于增壓進(jìn)氣壓力提高，所以很難實(shí)現(xiàn)EGR。第21頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二內(nèi)部EGR方式 利用進(jìn)、排氣管中的氣體脈動(dòng)進(jìn)行EGR的方式。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各工作循環(huán)，在進(jìn)氣管和排氣管中氣流的壓力脈動(dòng)都很大。在這種壓力脈動(dòng)的作用下，使某一缸在進(jìn)氣過(guò)程中，其排氣門(mén)處出現(xiàn)正壓波。此時(shí)，如果能再次開(kāi)啟排氣門(mén)，就可實(shí)現(xiàn)EGR。 在排氣凸輪中除控制排氣所需凸輪1(主凸輪)以外，又

14、增設(shè)內(nèi)部EGR專用凸輪2(EGR用凸輪)。通過(guò)這種機(jī)構(gòu)，在進(jìn)氣過(guò)程中的適當(dāng)時(shí)刻再次開(kāi)啟排氣門(mén)3，使排出的廢氣回流到氣缸內(nèi)部，以實(shí)現(xiàn)EGR。 內(nèi)部EGR系統(tǒng)不需要排氣節(jié)流，所以不影響泵氣損失，因而對(duì)經(jīng)濟(jì)性無(wú)影響， 同時(shí)不需要EGR閥以及EGR管路等，所以結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。 第22頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二內(nèi)部EGR方式第23頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)16分，星期二柴油機(jī)排氣后處理裝置顆粒捕捉器目的：（1）氧化劑可以轉(zhuǎn)化可溶性有機(jī)組分（SOF）中的大部分碳?xì)浠衔?，從而達(dá)到降低微粒排放的效果；（2）進(jìn)一步降低HC和CO的排放，包括乙醛等。要求：過(guò)濾材料：DPF再生方法：（1）高過(guò)濾效率；（2）低排氣阻力；（3）耐高溫。（1）陶瓷蜂窩載體；（2）陶瓷纖維編織物；（3）金屬纖維編制物。（1）電加熱再生；（2）燃燒器加熱再生；（3）反吹式再生；（4）連續(xù)催化再生。第24頁(yè)，共29頁(yè)，2