發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制技術(shù)和應(yīng)用分析論文正稿

./摘要隨著汽車在生活中的普及,汽車排放的污染物對(duì)環(huán)境的危害越來越明顯,嚴(yán)重威脅著人類的生存環(huán)境與健康。本文主要概述了一些主要的發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的生成機(jī)理與危害,以及發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的影響因素,發(fā)展汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制技術(shù)能夠有效地抑制和減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放物對(duì)大氣環(huán)境的污染,在一定程度上減輕了污染物對(duì)人類健康的影響。關(guān)鍵詞：排放；污染；控制技術(shù)AbstractWiththepopularityofthecarinthelifeanddamageofthevehicleemissionsofpollutantsontheenvironmentismoreandmoreobvious,aseriousthreattohumansurvivalenvironmentandhealth.Thispaperprovidesanoverviewoftheformationmechanismofsomeofthemainengineandemissionofpollutantsandtheharm,aswellastheinfluenceofengineemissionsfactors,automobileengineemissioncontroltechnologycaneffectivelyinhibitandreduceengineemissionsontheatmosphericenvironmentpollution,reducesthepollutantsonhumanhealtheffectsinacertainextent.Keywords:emission;pollution;controltechnology.目錄TOC\o"1-3"\h\u5563摘要I15328AbstractII13390第一章緒論１150741.1研究的背景 １30891.2研究的意義 １326851.3研究方法 ２28044第二章發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的危害３39122.1一氧化碳〔的危害 ３224602.2碳?xì)浠衔铩驳奈：?３262022.3氮氧化物〔的危害 ３286102.4二氧化硫〔的危害 ４113122.5微粒物PM的危害 ４17318第三章發(fā)動(dòng)機(jī)主要污染物的生成機(jī)理５212403.1一氧化碳的生成機(jī)理 ５123063.2碳?xì)浠衔锏纳蓹C(jī)理 ５48673.3氮氧化物的形成 ６269143.4微粒的形成〔流行假說 ６24802第四章發(fā)動(dòng)機(jī)排放物生成的影響因素７262344.1點(diǎn)火提前角的影響 ７157684.2發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度的影響 ７136314.3燃油品質(zhì)的影響 ７310334.4空燃比的影響７1704第五章發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制技術(shù)８9465.1三元催化轉(zhuǎn)換裝置 ８184965.2缸內(nèi)直噴技術(shù) ９11595.3雙渦輪增壓技術(shù) ９151205.4氧化催化氧化器〔DOC １０311785.5選擇性催化還原系統(tǒng)〔SCR １１269565.6顆粒捕捉技術(shù)〔DPF １２244825.7廢氣冷卻再循環(huán)技術(shù)〔EGR １２5691參考文獻(xiàn)１８11535致謝１９.緒論1.1研究的背景目前,汽車已經(jīng)成為這個(gè)時(shí)代標(biāo)志性的產(chǎn)物,人們對(duì)汽車的熱愛只增不減。汽車工業(yè)的快速發(fā)展也讓汽車保有量急速上升。據(jù)數(shù)據(jù)顯示,2014年12月,全國汽車產(chǎn)量達(dá)到225.3萬輛,同比增長3.7%。2014年全年汽車產(chǎn)量達(dá)到2389.5萬輛,與2013年相比,增長7.1%。2015年,我國汽車產(chǎn)量達(dá)到2450.33萬輛,同比增長3.25%,增速比上年同期減緩4.01個(gè)百分點(diǎn),創(chuàng)全球歷史新高,連續(xù)七年位居全球第一。2015年,中國品牌乘用車銷量為873.76萬輛,同比增長15.3%；市場份額達(dá)41.3%,同比提高2.9個(gè)百分點(diǎn)。2016年2月我國汽車產(chǎn)量為161.18萬輛,同比增長了3.74%,年度累計(jì)為406.91萬輛。此外,中汽協(xié)對(duì)2016年汽車整體市場進(jìn)行了預(yù)測,預(yù)計(jì)2016年,中國汽車全年銷量為2604萬輛〔其中國內(nèi)銷量2540萬輛,出口量64萬輛,增速約為6%。其中,新能源車會(huì)繼續(xù)保持高速增長,銷量預(yù)計(jì)為70萬輛左右。2016年全年汽車市場需求約在2628萬輛?！踩昶囀袌鲂枨?總銷量-出口量+進(jìn)口量汽車需求量的增多導(dǎo)致了大量的化石燃料燃燒,發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒化石燃料的過程中會(huì)產(chǎn)生一些具有污染性的排放物和溫室氣體,這些污染排放物會(huì)影響到人類的身體健康以及整個(gè)大氣環(huán)境。據(jù)分析,城市中的霧霾大約有4%的成因與汽車尾氣排放有關(guān),這些排放物有可能間接性的與其他物質(zhì)反應(yīng)形成酸雨和光化學(xué)煙霧,其中的二氧化碳也加劇了溫室效應(yīng)。我們所要做的就是去改善汽車污染問題,減少我們身邊的大氣環(huán)境的污染,讓自己生活在一個(gè)純凈而美麗的地球上。1.2研究的意義近些年來,我們所處在的生存環(huán)境受到很多因素的威脅,其中威脅較大的就是汽車使用過程所帶來的污染問題。汽車所使用的燃料大部分都是化石燃料,化石燃料在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的氮氧化物、碳?xì)浠衔铩⑽⒘Ｒ约耙谎趸嫉扔泻ξ镔|(zhì)。這些排放物的危害程度隨著汽車保有量的增長越來越明顯,有的甚至危害到人類的身體健康。據(jù)有關(guān)專家表示,汽車排放出的污染物的主要范圍在0.3至2米之間,也就是我們正常的呼吸范圍。在一些大城市中,交通擁堵已成了家常便飯,在車輛怠速的情況下,汽車所排放出的污染物比正常情況下的排出量相對(duì)多一些,同時(shí)化石燃料的不完全燃燒導(dǎo)致了能源的浪費(fèi)。另外,汽車所排放的二氧化碳也讓溫室效應(yīng)更加嚴(yán)峻了,這對(duì)我們的生存環(huán)境非常的不利。所以,我們?cè)诎l(fā)展汽車工業(yè)的同時(shí),也要著重在發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制技術(shù)方面進(jìn)行不斷的探索,或者開發(fā)一些新的能源用以代替化石燃料,以減少化石燃料燃燒所產(chǎn)生的污染狀況。1.3研究方法本文主要通過百度搜索引擎查找發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制技術(shù)的相關(guān)資料,以及在圖書館查找一些相關(guān)類的書籍用以參考。通過百度文庫和萬方數(shù)據(jù)庫所查找的相關(guān)文獻(xiàn),分析了當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制技術(shù)與應(yīng)用的現(xiàn)狀,列舉了發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的危害以及污染物的生成機(jī)理,同時(shí)也介紹了一些現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制技術(shù),并根據(jù)現(xiàn)有的資料分析了未來發(fā)動(dòng)機(jī)在排放控制技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢。發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的危害發(fā)動(dòng)機(jī)的污染排放物在我們生活中的危害顯而易見,不僅影響著人類的身體健康,還會(huì)引起大氣環(huán)境的污染,加劇溫室效應(yīng)。尤其是近年來隨著車輛的快速增長,大氣中、、、以及的含量也陸續(xù)增多,導(dǎo)致汽車排放的尾氣對(duì)人體和大氣環(huán)境的危害程度也越來越大。在本章的內(nèi)容中主要分析了發(fā)動(dòng)機(jī)的一些排放污染物對(duì)人體和大氣環(huán)境的危害情況。2.1一氧化碳〔的危害汽車排放出的一氧化碳主要是由于化石燃料的不完全燃燒而產(chǎn)生的。它是一種無色無味的有毒氣體,在正常情況下,一氧化碳不會(huì)導(dǎo)致人體損傷。只有在吸入一定量的一氧化碳之后,才會(huì)使人出現(xiàn)頭暈、嘔吐、頭痛等癥狀,嚴(yán)重時(shí)可以造成人體窒息性死亡。引起這些癥狀的主要原因是能與血液中的血紅蛋白發(fā)生反應(yīng),使得血液中的血紅蛋白發(fā)生變質(zhì),從而減弱了血液的輸氧能力,致使人體缺氧。更重要的是,一氧化碳在大氣中比較穩(wěn)定,不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),從而能長時(shí)間的存在大氣中。2.2碳?xì)浠衔铩驳奈：μ細(xì)浠衔镆彩且驗(yàn)榛剂先紵煌耆a(chǎn)生的,但它的危害程度比一氧化碳更大。碳?xì)浠衔镏泻斜健⑷┖投喹h(huán)芳香烴等物質(zhì),帶有一定的毒性,其中多環(huán)芳香烴和苯類物質(zhì)又具有致癌作用,尤其是苯并芘和硝基烯。碳?xì)浠衔镌诠庹盏臈l件下極易與發(fā)生反應(yīng),形成以臭氧和醛類為主的有毒性光化學(xué)煙霧,嚴(yán)重影響著大氣環(huán)境與人類的健康。2.3氮氧化物〔的危害汽車所排放的氮氧化物中種類繁多,有、、等多種物質(zhì)。其中是氮氧化物中的主要成分,它的特點(diǎn)是無色無味。一般空氣中的對(duì)人體無害,但吸入一定量后,會(huì)產(chǎn)生與相似的癥狀,會(huì)影響中樞神經(jīng)系統(tǒng),造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)輕度障礙,嚴(yán)重時(shí)可使人中毒而死亡。具有強(qiáng)烈的刺激性氣味,在常溫常壓下呈棕色,主要由氧化而成,對(duì)人體的危害程度相對(duì)較大。因?yàn)槎趸獣?huì)與人體血液中的血紅素相結(jié)合,使血紅蛋白變性,對(duì)心、肝、腎都會(huì)有一定的影響,甚至?xí)斐芍参锟蔹S。此外,氮氧化物還會(huì)與碳?xì)浠衔镌诠庹盏臈l件下形成帶有毒性的光化學(xué)煙霧,造成大氣環(huán)境的污染,威脅人類的身體健康。2.4二氧化硫〔的危害化石燃料中都含有一定量的硫,在燃燒的過程中會(huì)形成具有刺激性氣味的二氧化硫。是一種無色透明的氣體,一定量的二氧化硫能夠使人體產(chǎn)生咳嗽、胸悶和呼吸困難等癥狀,嚴(yán)重時(shí)可使人體休克。此外,還極易與大氣中的水分結(jié)合生成亞硝酸,和煤塵共存時(shí)能產(chǎn)生硫酸煙霧,積累到一定程度時(shí)還會(huì)形成酸雨,使水土酸化,影響植物的生長,并對(duì)材料具有腐蝕破壞作用。2.5微粒物PM的危害PM中含有PAH等多種有害物質(zhì)微粒物,會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的影響,在一定程度是威脅著人類的健康。另外,顆粒的大小對(duì)人體的危害程度有一定的影響。一些顆粒較小〔小于0.5微米的微粒容易長時(shí)間懸浮在空氣當(dāng)中,致使人體吸入的概率大大提高,對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)有著極大的危害。另外微粒間的孔隙具有一定的吸附作用,能夠吸附一些SO、NO等致癌物質(zhì),因而對(duì)人體造成更大的危害。發(fā)動(dòng)機(jī)主要污染物的生成機(jī)理發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的形成過程十分復(fù)雜,反應(yīng)條件也有一些要求,本章主要介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)主要排放污染物的生成機(jī)理,下面就讓我們一起更多地了解發(fā)動(dòng)機(jī)污染排放物的生成機(jī)理。3.1一氧化碳的生成機(jī)理一氧化碳的形成十分復(fù)雜,其熔點(diǎn)為-205.0℃,沸點(diǎn)為-191.5℃,發(fā)火點(diǎn)為651.0℃。一般認(rèn)為,CO的形成主要有以下幾步生成,即<3.1.1><3.1.2><3.1.3><3.1.4>在理想狀態(tài)下一般不會(huì)生成一氧化碳。但發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際工作過程中,各缸混合氣不均勻,局部區(qū)域會(huì)出現(xiàn)缺氧的情況,或出現(xiàn)局部溫度過低,導(dǎo)致烴類燃料不完全燃燒,從而導(dǎo)致CO的產(chǎn)生。此外,排氣中的具有一定的還原作用,能將少量的二氧化碳直接還原成一氧化碳。3.2碳?xì)浠衔锏纳蓹C(jī)理不論是汽油機(jī)還是柴油機(jī)都是通過火焰?zhèn)鞑ナ谷剂先紵?但是緊靠缸壁的氣體層〔0.05mm-0.5mm因低溫缸壁的冷卻作用,火焰?zhèn)鞑ゲ坏?從而使這層混合氣中HC隨廢氣排出。由于柴油機(jī)中與大部分氣缸壁面直接接觸的是空氣而不是混合氣〔壁面油膜蒸發(fā)混合方式除外,采用壁面油膜蒸發(fā)混合方式的柴油機(jī),壁面直接與燃油接觸的面積與燃燒室表面相比也非常小,因此,在柴油機(jī)中幾乎不存在汽油機(jī)中由燃燒室壁面"火焰焠熄"以及汽缸壁和燃燒室壁面沉積物所釋放的HC。發(fā)動(dòng)機(jī)排放出的碳?xì)浠衔锏男纬梢蛩赜幸韵聨追N情況：燃料未完全燃燒或部分被分解、氧化而產(chǎn)生HC。不完全燃燒HC是由烴的氧化反應(yīng)終止所造成?；剂系娜紵磻?yīng)受很多因素的影響,如溫度、壓力以及混合比等。在混合氣較稀的情況下,氧化反應(yīng)的過程會(huì)比較慢。另外,燃燒室內(nèi)各區(qū)域的混合氣比例也有一定的差異,這也會(huì)導(dǎo)致排放量增多?！?"火焰焠熄"作用所產(chǎn)生的。由于冷態(tài)的燃燒室壁面在高溫時(shí)具有一定的吸附作用,所以當(dāng)火焰靠近燃燒冷態(tài)的室壁面時(shí)會(huì)發(fā)生火焰焠熄現(xiàn)象,導(dǎo)致燃料燃燒不完全。〔3汽缸壁和燃燒室壁面沉積物所釋放的HC。當(dāng)燃油濃度在混合氣中較大時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壁的潤滑油膜和燃燒室等處沉積物能吸收和溶解混合氣中的燃油；當(dāng)缸內(nèi)混合氣中燃油濃度很低或無燃油時(shí)〔如排氣沖程,潤滑油膜和沉積物則會(huì)釋放出燃油,導(dǎo)致部分燃油未參與燃燒,直接和其他燃燒產(chǎn)物一起排出,從而導(dǎo)致排量增多。3.3氮氧化物的形成汽車排放出的氮氧化物主要有和,排出的會(huì)在大氣中進(jìn)一步氧化生成?？諝庵械难鯕夂偷?dú)庠诖髿鉅顟B(tài)下,并不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),氣缸內(nèi)燃料燃燒燃燒形成的1200—2400℃的高溫環(huán)境為氧氣和氮?dú)夥磻?yīng)生成NO、NO2創(chuàng)造了條件,才造成了氮氧化物<NO>排放。形成過程相對(duì)復(fù)雜,主要經(jīng)過一下幾個(gè)過程：<3.3.1><3.3.2><3.3.3><3.3.4><3.3.5><3.3.6>這些反應(yīng)都是連鎖反應(yīng),的形成在很大程度上受發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度的影響,當(dāng)然在高溫下所停留的時(shí)間也會(huì)一下的生成。3.4微粒的形成〔流行假說微粒通常用PM〔ParticulateMatter表示,主要是由于進(jìn)氣不充分或燃燒溫度過低造成燃燒不完全所形成的。排氣中的顆粒物一般有三個(gè)來源：〔1燃料燃燒不完全產(chǎn)生的碳煙顆粒；〔2潤滑油燃燒產(chǎn)生的積碳顆粒；〔3燃料中硫生成的、和添加劑鈣生成的顆粒。發(fā)動(dòng)機(jī)排放物生成的影響因素4.1點(diǎn)火提前角的影響點(diǎn)火提前角是指發(fā)動(dòng)機(jī)〔汽油機(jī)從點(diǎn)火時(shí)刻起到活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi)曲軸所轉(zhuǎn)過的角度。在一般情況下,點(diǎn)火提前角對(duì)的排放影響不大,但過分的推遲點(diǎn)火會(huì)使氧化不完全,從而增加了排放中的,但適度推遲點(diǎn)火可減小排放。實(shí)際上當(dāng)點(diǎn)火時(shí)間推遲時(shí),為了保證輸出功率需要開大節(jié)氣門,這時(shí)排放明顯增加,但的含量會(huì)降低,主要是因?yàn)榕艢鉁囟鹊纳?促進(jìn)了和的氧化。4.2發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度的影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度會(huì)影響到氮氧化物排放,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)內(nèi)的溫度偏高時(shí),會(huì)引起排量增多。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在有效冷卻后,可以使的排量降低15%。4.3燃油品質(zhì)的影響燃油品質(zhì)也是影響尾氣排放量的重要原因,燃油中存在硫、苯、烯等元素。通過降低汽油中某些元素的含量,可以有效地減少尾氣排放量。汽油中硫的含量直接影響到顆粒物的排放量。我國的"車油不同步"一直是影響汽車排放控制的重要因素。使用符合國家第五階段標(biāo)準(zhǔn)的汽油和柴油,可以有效地將排放量降低10%,顆粒物和氮氧化物也可明顯地減少。只有進(jìn)一步提高燃油品質(zhì),才能有效地減少相關(guān)污染物的排放量。4.4空燃比的影響空燃比,是指混合氣中空氣與燃油之間的質(zhì)量比,是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的一個(gè)重要參數(shù),。各種燃料的理論空燃比是不相同的：汽油為14.7,柴油為14.3。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),所形成的空燃比對(duì)尾氣排放具有一定的影響。當(dāng)空燃比小于理論空燃比時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量較高,燃料燃燒也不完全,生成的、也多；當(dāng)空燃比大于理論空燃比時(shí),燃燒效率最高,燃油的消耗量較少,但生成的偏多。發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制技術(shù)5.1三元催化轉(zhuǎn)換裝置三元催化轉(zhuǎn)換裝置,是安裝在排氣系統(tǒng)中的一個(gè)重要裝置,可同時(shí)將排氣中的,和三大有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物,故稱三元。它以排氣中的和作為還原劑,在高溫的條件下,把還原為氮?dú)狻埠脱鯕狻?而和在還原反應(yīng)中被氧化為和。三元催化轉(zhuǎn)換裝置主要由催化劑、載體、墊層和殼體等組成,如圖1和圖2所示。其中,催化劑主要由活性成分和催化助劑組成。常用主催化劑有鉑〔Pt、鈀〔Pd、銠〔Rh等貴金屬,價(jià)格昂貴。由于Pd易受Pb<鉛>的侵蝕,而Pt易受熱劣化,所以實(shí)際應(yīng)用中以Pt/Pd組合形式使用。載體部分主要是一塊蜂窩狀的陶瓷材料,載體的表面上覆蓋了一層起催化作用貴重金屬。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),尾氣經(jīng)排氣管進(jìn)入催化器,其中的氮氧化物與尾氣中的一氧化碳、氫氣等還原劑在催化作用下分解成氮?dú)夂脱鯕?而碳?xì)浠衔锖鸵谎趸挤謩e與廢氣中殘存的氧氣及前一反應(yīng)生成的氧氣在催化作用下充分氧化,生成二氧化碳和水蒸汽。由于三元催化器中的載體為蜂窩結(jié)構(gòu),增大了與廢氣的接觸面積,提高了催化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比〔空氣和燃料的比例接近理論值時(shí),轉(zhuǎn)化器可將90％的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸技?0％的氮氧化物同時(shí)凈化掉,所以說,三元催化器是減少這些排放物的有效的方法。三元催化裝換裝置的可靠性很好,壽命長,被廣泛應(yīng)用于本田、別克、現(xiàn)代等車型上。圖1三元催化轉(zhuǎn)換裝置外觀圖圖2三元催化裝換裝置結(jié)構(gòu)當(dāng)然,三元催化轉(zhuǎn)換器還可以和氧化轉(zhuǎn)換器相結(jié)合,達(dá)到二次凈化,使得效果更加明顯。5.2缸內(nèi)直噴技術(shù)缸內(nèi)直噴技術(shù)是近年來推廣的發(fā)動(dòng)機(jī)的新技術(shù)。傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是通過電腦采集凸輪位置以及發(fā)動(dòng)機(jī)各相關(guān)工況,從而控制噴油器將汽油噴入進(jìn)氣歧管。直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)采用類似于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的供油技術(shù),通過一個(gè)活塞泵提供所需的100bar〔1bar=105Pa以上的壓力,將汽油提供給位于汽缸內(nèi)的電磁噴射器。之后通過電腦控制噴射器,將燃料在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間直接注入燃燒室,通過對(duì)燃燒室內(nèi)部形狀的設(shè)計(jì),讓混合氣能產(chǎn)生較強(qiáng)的渦流,使空氣和汽油充分混合。然后使火花塞周圍區(qū)域能有較濃的混合氣,其他周邊區(qū)域有較稀的混合氣,保證在順利點(diǎn)火的情況下盡可能的實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒,這就是發(fā)動(dòng)機(jī)分層燃燒、缸內(nèi)直噴技術(shù)的精髓所在。發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)最大地優(yōu)化了進(jìn)氣混合效率,使高效節(jié)油和大功率輸出不再矛盾。奧迪FSI〔分層燃燒和缸內(nèi)直噴技術(shù)增大了火花塞點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和輸出,同時(shí)增加了15%的經(jīng)濟(jì)性,為降低排放奠定了基礎(chǔ)。與常規(guī)的點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)相比,FSI可將燃油直接噴入燃燒室,不再需要節(jié)氣門,降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱損失,從而增大了輸出功率并降低了燃油消耗。具體地說,就是燃料分層噴射技術(shù),它代表著今后發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向。5.3雙渦輪增壓技術(shù)雙渦輪增壓技術(shù),就是采用2個(gè)相互獨(dú)立的渦輪增壓器的增壓系統(tǒng)。傳統(tǒng)的單渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)有增壓滯后和動(dòng)力空擋的缺點(diǎn),而區(qū)別于常見的單渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī),雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在2個(gè)渦輪增壓器的共同作用下,進(jìn)氣效率大幅提升,增壓效果更加顯著。由于使用了2個(gè)渦輪增壓器,雙渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜,因此多用于直列6缸和V型發(fā)動(dòng)機(jī)上,而單渦輪增壓系統(tǒng)則多用于直列4缸發(fā)動(dòng)機(jī)上。2014年,大眾率先推出了最新開發(fā)的2.0LTDIbiturbo雙渦輪增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)。雙渦輪增壓器由一個(gè)大渦輪和一個(gè)小渦輪組成,低速時(shí)小渦輪運(yùn)轉(zhuǎn),高速時(shí)大渦輪運(yùn)轉(zhuǎn),從而獲得更多的進(jìn)氣量,他們是串聯(lián)或者并聯(lián)的。大眾2.0LTDIbiturbo最大功率為180kW,峰值轉(zhuǎn)矩500N·m,與之搭配的是7速DSG變速器。搭載這款發(fā)動(dòng)機(jī)的全新車型0?100km/h加速時(shí)間在6.1s之內(nèi)。大眾雙渦輪增壓器,在任何轉(zhuǎn)速下均可產(chǎn)生所需要的充氣壓力,性能比傳統(tǒng)的單渦輪增壓器大大提高,改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的適應(yīng)性,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)也可以保證大功率的輸出。由于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力始終處于最佳狀態(tài),從而在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提高了燃燒效率,節(jié)約了燃油并改善了排放。由于雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在車輛動(dòng)力性能提升和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度方面所表現(xiàn)出來的突出優(yōu)勢,目前,包括寶馬在內(nèi)的多家汽車廠商也都已經(jīng)在各自旗下的車型上采用了雙渦輪增壓的形式。但是,雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)并不能完全消除渦輪遲滯現(xiàn)象,畢竟,渦輪增壓器葉輪的慣性作用依然存在。只不過,我們僅是從雙渦輪增壓技術(shù)的角度出發(fā)來進(jìn)行分析,在實(shí)際使用中,雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)通常都裝備在直列6缸或V型等排量較大的發(fā)動(dòng)機(jī)上,由于發(fā)動(dòng)機(jī)本身的動(dòng)力性能已經(jīng)相當(dāng)優(yōu)異,駕駛者在駕車時(shí)也不會(huì)因?yàn)闇u輪遲滯察覺到車輛在加速過程中的動(dòng)力滯后。5.4氧化催化氧化器〔DOC圖3氧化催化轉(zhuǎn)化器〔DOC工作原理氧化催化氧化器〔DOC通常為二轉(zhuǎn)化器,見圖3。它能將和氧化為和,同時(shí)也能將多環(huán)芳烴和醛類物質(zhì)氧化為和,其中的微量金屬還可以過濾掉PM。實(shí)驗(yàn)表明,DOC可以使HC減少68%,多環(huán)芳香碳?xì)浠衔餃p少56%,醛類減少70%,降低PM效率可達(dá)40%-50%。但是它只具有氧化能力,沒有還原能力,與三元催化器的區(qū)別在于各自催化劑的涂層不同。5.5選擇性催化還原系統(tǒng)〔SCR圖4選擇性催還還原系統(tǒng)〔SCR工作原理示意圖選擇性催化還原系統(tǒng)〔SCR,見圖4。主要原理：發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣首先在氧化催化器的作用下,把PM中的、氧化成和,把氧化成。然后將尿素溶液噴入氧化后的廢氣流中,通過水解催化器,把尿素轉(zhuǎn)化成,再與在SCR催化劑的作用下被還原成和,排入大氣。5.6顆粒捕捉技術(shù)〔DPF圖5顆粒捕捉技術(shù)〔DPF內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理顆粒捕捉技術(shù)〔DPF,見圖5。該裝置內(nèi)有多孔過濾器壁,在其表面涂有活性催化劑,顆粒PM、、等排放物在通過DPF時(shí),會(huì)被吸附在過濾器壁上,通過過濾效果后能極大地減少PM的排放,其凈化效率達(dá)到90%。5.7廢氣冷卻再循環(huán)技術(shù)〔EGR圖6廢氣冷卻再循環(huán)技術(shù)〔EGR工作原理圖廢氣冷卻再循環(huán)技術(shù)〔如圖6主要通過ECU來控制,主要用于控制氮氧化物的排放,排氣中的少部分廢氣經(jīng)閥門經(jīng)過冷卻器進(jìn)入EGR混合器,然后與混合氣混合進(jìn)入氣缸內(nèi)參與燃燒。廢氣的循環(huán)使得缸內(nèi)混合氣中惰性氣體〔包括和的濃度上升,惰性氣體又具有較高的比熱,故降低了燃燒時(shí)氣缸中的溫度。因是在高溫富氧的條件下生成的,故抑制了的生成,從而降低了廢氣中的的含量。但是,過度的廢氣參與再循環(huán),將會(huì)影響混合氣的著火、性能,從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性,特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、低速、小負(fù)荷及冷機(jī)時(shí),再循環(huán)的廢氣會(huì)明顯地影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。所以,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速、低速、小負(fù)荷及冷機(jī)時(shí),ECU控制廢氣不參與再循環(huán),避免發(fā)動(dòng)機(jī)性能受到影響；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)超過一定的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷及達(dá)到一定的溫度時(shí),ECU控制少部分廢氣參與再循環(huán),而且,參與再循環(huán)的廢氣量根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度及廢氣溫度的不同而不同,以達(dá)到廢氣中的最低。第六章發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制技術(shù)的發(fā)展趨勢隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展,汽車保有量所伴隨的汽車污染也越來越嚴(yán)重。很多年前,世界各國就已經(jīng)制定了相應(yīng)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),以把汽車有害排放物質(zhì)控制在最低水平。表2為1992年至2013年歐盟標(biāo)準(zhǔn)汽油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)的限值。表1歐盟標(biāo)準(zhǔn)汽油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)限值單位g/km年份COHCNOPM歐Ⅰ1992年2.72……0.97……歐Ⅱ1996年2.2……0.5……歐Ⅲ2000年2.30.20.15……歐Ⅳ2005年1.00.10.08……歐Ⅴ2008年1.00.10.060.005歐Ⅵ2013年1.00.10.060.0045由表1我們可以看出,在未來,對(duì)于汽油機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)限值會(huì)越來越嚴(yán)格,我們所需要做的就是在發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制技術(shù)方面使之達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的限值,或者采用新型技術(shù)替代或改善發(fā)動(dòng)機(jī)排放問題。由于汽車內(nèi)燃機(jī)是通過燃料的燃燒,把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,再將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的熱動(dòng)力機(jī)械。熱力學(xué)、燃燒學(xué)和機(jī)械學(xué)的理論分析表明,內(nèi)燃機(jī)是熱效率最高的熱力機(jī)械,但仍存在著巨大的節(jié)能及降低尾氣污染的潛力。未來的發(fā)動(dòng)機(jī)除繼續(xù)需要燃料燃燒,還需要曲柄連桿機(jī)構(gòu)輸出動(dòng)力之外,其余的部件均可以由電子、液壓來控制,成為真正的機(jī)、電、液一體化的產(chǎn)品。因此,今后汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.改進(jìn)結(jié)構(gòu),進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采用多種技術(shù)組合,如：電控噴射技術(shù)、廢氣循環(huán)技術(shù)、多氣門技術(shù)、廢氣旁通技術(shù)和高效增壓中冷技術(shù)等等,可以通過對(duì)噴射時(shí)間、噴射位置、噴射區(qū)域、噴射方式的智能控制,使燃油達(dá)到理想的霧化狀態(tài),進(jìn)一步提高燃油的熱效率,改善汽車的動(dòng)力性并降低有害氣體、有害微粒的排放。2.發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)的后處理技術(shù)隨著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放要求的日趨嚴(yán)格,改善發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)其實(shí)施難度也越來越大。能統(tǒng)籌兼顧動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的發(fā)動(dòng)機(jī)將越來越復(fù)雜,成本也急劇上升。因此,而治標(biāo)不治本的外科手術(shù)式的廢氣后處理凈化技術(shù)在一定時(shí)期內(nèi)<如三元催化轉(zhuǎn)化器、微粒捕集器、氧化催化轉(zhuǎn)化器等>還能得到了相應(yīng)的發(fā)展,即在不影響或少影響發(fā)動(dòng)機(jī)其他技術(shù)的同時(shí),在排氣系統(tǒng)中安裝各種凈化裝置,采用物理和化學(xué)的方法降低廢氣中的污染物。3.混合動(dòng)力技術(shù)的應(yīng)用混合動(dòng)力是指配備2個(gè)以上驅(qū)動(dòng)裝置〔動(dòng)力源,一般以發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的組合為主流。混合動(dòng)力系統(tǒng)可以在行駛過程中回收制動(dòng)時(shí)的能量并向混合動(dòng)力汽車蓄電池充電,電量不足時(shí)還可以驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電,無需使用外部電源充電。在一汽豐田的油電混合雙擎動(dòng)力車上已實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的智能切換,可更據(jù)啟動(dòng)、行駛、加速、停車等不同狀況,最佳組合發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的長處。早在20世紀(jì)70年代,豐田公司就推出了燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力車TOYOTASports800,它由燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)組成,用以解決尾氣排放引起的都市環(huán)境問題。采用混合動(dòng)力可以達(dá)到卓越的加速性能、極佳的靜謐性、低油耗、低尾氣排放,所以混合動(dòng)力技術(shù)也是汽車未來發(fā)展的研究重點(diǎn)。4.以氫動(dòng)力燃料電池驅(qū)動(dòng)技術(shù)眾所周知,以氫為燃料可以實(shí)現(xiàn)零污染,是最理想的燃料,燃燒后的產(chǎn)物是常見的水,不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。另外,氫的資源非常豐富,且容易獲得,以水為原料,電解就可以獲得。寶馬集團(tuán)在2013年與豐田汽車達(dá)成的合作協(xié)議中表示：雙方合作的目標(biāo)是在2020年之前提供經(jīng)過可靠檢驗(yàn)的燃料電池電動(dòng)汽車〔FCEV組件。寶馬公司氫動(dòng)力實(shí)驗(yàn)車是基于BMW5系GT車型研發(fā)而來,值得注意的是,在原先放置傳統(tǒng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的位置上換成了依靠氫燃料電池組的驅(qū)動(dòng)電機(jī)?？陀^的說,使用氫動(dòng)力燃料電池驅(qū)動(dòng)技術(shù)最大的好處就是實(shí)現(xiàn)零排放的同時(shí),最大限度的保證了車輛性能和使用成本與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相當(dāng),試驗(yàn)車的最高車速可達(dá)到180km/h,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大功率可達(dá)245馬力,在加滿氫燃料后可以實(shí)現(xiàn)持久續(xù)航,里程可超過500公里。氫能源的出現(xiàn)和發(fā)展,進(jìn)一步提高了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展低碳社會(huì)的可能性。純電動(dòng)汽車純電動(dòng)汽車的發(fā)展是人類在汽車新能源上的一個(gè)歷史性的突破,可實(shí)現(xiàn)零污染零排放。純電動(dòng)汽車采用的是可充電的新型理電池,儲(chǔ)存量大,充電時(shí)間短。作為目前最大的純電動(dòng)汽車生產(chǎn)公司特斯拉汽車公司,一直致力于用最具創(chuàng)新力的技術(shù),加速可持續(xù)交通的發(fā)展。特斯拉在技術(shù)上為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源供應(yīng)提供了高效方式,減少全球交通對(duì)石油類的依賴；通過開放專利以及與其它汽車廠商合作,大力推動(dòng)了純電動(dòng)汽車在全球的發(fā)展。特斯拉的新品汽車Model3采用的是松下提供的18650鈷酸鋰電池,是一款結(jié)合了實(shí)用電池續(xù)航、動(dòng)力性能、安全配置,以及寬敞空間的高級(jí)轎車。純電動(dòng)汽車的出現(xiàn)是人們?cè)谄嚹茉醇夹g(shù)上的飛躍,也是我們理性中的汽車,其零污染零排放才是大的特點(diǎn)。在未來,純電動(dòng)汽車可能會(huì)以主力軍的形式出現(xiàn)在我們眼前,讓我們一起期待吧。6.使用新型燃料從長遠(yuǎn)的角度考慮,光靠現(xiàn)有的石油來解決汽車的能源問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,,為此,我們需要積極尋找新型能源用于替代石油,以確保社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和健康的生存環(huán)境。有實(shí)驗(yàn)表明,乙醇可作為石油良好的代替品,而且是可再生資源?？梢酝ㄟ^糧食加工轉(zhuǎn)化而成,使用乙醇燃料不僅可以減少環(huán)境的污染,保持生態(tài)平衡,還能增加農(nóng)業(yè)的收入。早在很多年前,美國和巴西就已經(jīng)成功推廣了乙醇汽油,中國的XX是國內(nèi)乙醇汽油首個(gè)試點(diǎn)省份,乙醇汽油的使用和生產(chǎn)慢慢地遍布全球,這項(xiàng)燃料的轉(zhuǎn)變可以解決石油短缺問題,同時(shí)也是保護(hù)大氣環(huán)境質(zhì)量的重要措施。醇?xì)鋭?dòng)力汽車目前也在試驗(yàn)階段,醇?xì)淙紵夹g(shù)可以將二氧化碳的排放量減少60%左右,尾氣排污比汽油車減少90%以上。我校在這方面也有相應(yīng)的研究,幾輛試驗(yàn)車的效果還是很明顯,不僅在經(jīng)濟(jì)方面還是動(dòng)力方面都能夠滿足我們需求。總結(jié)汽車保有量的持續(xù)高速增長對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生了巨大的影響,危害著我們的身體健康,同時(shí)也加劇了化石燃料能源的消耗。因此,有效地控制汽車污染物的排放成為當(dāng)前的首要任務(wù)。面對(duì)嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),我們需要共同的努力。本文主要講述了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放物中主要污染物的危害、形成機(jī)理、影響因素以及當(dāng)前一些有效控制汽車污染物排放的技術(shù)方法。通過對(duì)以上幾個(gè)方面的研究,我們能夠更清楚地了解汽車在我們生活中的影響是非常大的,我們?cè)谙硎芷噹肀憬莸耐瑫r(shí)也應(yīng)該做好應(yīng)對(duì)汽車排放污染的對(duì)應(yīng)措施。在介紹了幾種排放控制技術(shù)可知,這些技術(shù)