汽車(chē)排放污染及控制.ppt

汽車(chē)排放污染及控制,第1章 緒論 第2章 汽車(chē)排放污染物的生成 機(jī)理和影響因素 第3 章 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放特性 第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 第5章 車(chē)用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化 第6章 車(chē)用汽油機(jī)后處理凈化,汽車(chē)排放污染及控制目錄,第7章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化 第8章 燃料與排放 第9章 汽車(chē)排放污染物凈化方案及分析 第10章 汽車(chē)排放及測(cè)試 第11章 排放標(biāo)準(zhǔn),汽車(chē)排放污染及控制目錄,課程內(nèi)容,4.1 概述,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,4.2 汽油噴射電控系統(tǒng),4.3 低排放燃燒系統(tǒng),4.5 其他機(jī)內(nèi)凈化措施,4.4 廢氣再循環(huán),第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,概述：主要內(nèi)容,介紹汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)，包括汽油噴射電控系統(tǒng)及其對(duì)排放的影響、典型低排放燃燒系統(tǒng)及其對(duì)排放的影響、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的工作原理及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響以及其他機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,機(jī)內(nèi)凈化,所謂機(jī)內(nèi)凈化就是從有害排放物的生成機(jī)理及影響因素出發(fā)，以改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程為核心，達(dá)到減少和抑制污染物生成的各種技術(shù)。即降低污染物生成量的技術(shù)，如改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)、改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)、改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)、采用電控汽油噴射、采用廢氣再循環(huán)技術(shù)等。機(jī)內(nèi)凈化被公認(rèn)為是治理車(chē)用汽油機(jī)排氣污染的治本措施。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,按燃燒過(guò)程的物理化學(xué)狀態(tài)，可分為三個(gè)階段：著火延遲期、明顯燃燒期和補(bǔ)燃期。,汽油機(jī)的燃燒過(guò)程,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,汽油車(chē)主要排放污染物,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化的主要措施,大力推廣汽油噴射電控系統(tǒng)。,改善點(diǎn)火系統(tǒng)。,開(kāi)發(fā)分層充氣及均質(zhì)稀燃的新型燃燒系統(tǒng)。,改進(jìn)進(jìn)氣機(jī)構(gòu)和燃燒室結(jié)構(gòu)。,采用廢氣再循環(huán)控制。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,汽油噴射電控系統(tǒng)概述,利用各種傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種狀態(tài)，經(jīng)微機(jī)的判斷、計(jì)算，使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下均能獲得合適空燃比的混合氣。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,典型汽油噴射電控系統(tǒng),第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,噴油控制,噴油控制是發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的主要控制功能，它包括噴油時(shí)刻控制和噴油量控制。,1. 噴油時(shí)刻的控制,對(duì)于多點(diǎn)噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，ECU以曲軸轉(zhuǎn)角傳感器的信號(hào)為依據(jù)進(jìn)行噴油時(shí)刻的控制，使各缸噴油器能在設(shè)定的時(shí)刻噴油。 噴油時(shí)刻控制方式有三種：同時(shí)噴射、分組噴射和順序噴射。,2. 噴油量的控制,噴油量的控制，其目的是使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒混合氣的空燃比符合各工況的需要。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,起動(dòng)噴油控制,起動(dòng)時(shí)，空氣流量計(jì)不能精確檢測(cè)。因此，起動(dòng)時(shí)，ECU不以空氣流量計(jì)的信號(hào)作為噴油量的計(jì)算依據(jù)，而是按預(yù)先設(shè)定的起動(dòng)程序來(lái)進(jìn)行噴油控制。,運(yùn)轉(zhuǎn)噴油控制,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ECU主要根據(jù)進(jìn)氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算噴油量。,噴油控制,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,噴油控制,超速斷油控制當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)允許的最高轉(zhuǎn)速時(shí)，由ECU自動(dòng)中斷噴油，減少有害物排放。 減速斷油控制當(dāng)汽車(chē)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)突然減速，發(fā)動(dòng)機(jī)仍在汽車(chē)慣性的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)。此時(shí)節(jié)氣門(mén)已關(guān)閉，進(jìn)入氣缸的空氣量很少，若繼續(xù)正常噴油，則會(huì)造成燃燒不完全與廢氣中HC和CO排放物增多。減速斷油控制的目的是為了控制急減速時(shí)有害物的排放，減少燃油消耗量，促使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速盡快下降，有利于汽車(chē)減速。,斷油控制,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,噴油控制,反饋控制,在排氣管上加裝氧傳感器，根據(jù)排氣管中氧的含量，測(cè)定進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室混合氣的空燃比值，并輸入給ECU。ECU將此信號(hào)與設(shè)定的目標(biāo)空燃比值進(jìn)行比較，不斷修正噴油量，使空燃比保持在設(shè)定目標(biāo)值附近。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,噴油控制對(duì)排放的影響,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,冷起動(dòng)及暖機(jī)階段排放控制,冷起動(dòng)階段：混合氣濃度一般要低于化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)。 暖機(jī)階段：不要提供太濃的混合氣。,為了減小汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)和暖機(jī)階段排放，要對(duì)開(kāi)環(huán)控制的空燃比進(jìn)行精確的標(biāo)定，不要過(guò)量供給燃油。,點(diǎn)火系統(tǒng)的控制,點(diǎn)火提前角由微機(jī)控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下都能調(diào)整至最佳點(diǎn)火時(shí)刻，令發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、加速性和排放等方面達(dá)到最優(yōu)。,起動(dòng)期間，點(diǎn)火提前角設(shè)為固定值。怠速時(shí)，微機(jī)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻水溫來(lái)控制點(diǎn)火提前角的大小。正常行駛時(shí)，微機(jī)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號(hào)，進(jìn)行點(diǎn)火提前角的控制。部分負(fù)荷時(shí)，要根據(jù)冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度和節(jié)氣門(mén)位置等信號(hào)進(jìn)行修正。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,點(diǎn)火系統(tǒng)的控制,火花質(zhì)量和點(diǎn)火正時(shí)對(duì)排放產(chǎn)生影響。 1）火花越弱，出現(xiàn)失火的機(jī)會(huì)就越多，而失火將會(huì)生成大量的未燃HC。,2）點(diǎn)火提前角對(duì)燃油消耗率和有害排放物的影響。,點(diǎn)火提前角對(duì)燃油消耗率和有害排放物的影響,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,怠速轉(zhuǎn)速控制,發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)是排放很?chē)?yán)重的工況。 汽油機(jī)在怠速工況下降低HC和CO排放的方法,提高怠速轉(zhuǎn)速 怠速轉(zhuǎn)速越低，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度越小，殘余廢氣的稀釋度嚴(yán)重，就需要更濃的混合氣，增加了怠速時(shí)CO與HC的排放。提高怠速轉(zhuǎn)速可使混合氣形成和燃燒均獲得改善，這不僅是由于可燃混合氣在進(jìn)氣管中的移動(dòng)速度增加所致，而且是由于提高充氣效率和減少殘余廢氣的稀釋度的結(jié)果。,高能點(diǎn)火對(duì)HC排放的作用,提高燃燒速率和減小循環(huán)變動(dòng)； 降低了混合氣較稀時(shí)的失火概率，使發(fā)動(dòng)機(jī)可燃用稍稀的混合氣，從而減小了HC的排放。,高能點(diǎn)火和普通點(diǎn)火對(duì)HC排放的影響,在怠速工況時(shí)，高能點(diǎn)火使HC最低排放量的空燃比增大到了13左右，HC排放也有了明顯的下降。,氣門(mén)間隙對(duì)HC排放的作用,增大氣門(mén)間隙，減小氣門(mén)重疊角。 氣門(mén)重疊角越大，進(jìn)入氣缸的廢氣量就越多，HC排放就越多。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣門(mén)間隙影響氣門(mén)重疊角，從而影響氣缸內(nèi)殘余廢氣的比率。氣門(mén)間隙越大，HC、CO排放濃度越低。,氣門(mén)間隙對(duì)HC和CO排放的影響,缸內(nèi)直接噴射,缸內(nèi)直接噴射汽油機(jī)與一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于汽油噴射的位置，它將噴油嘴安裝在燃燒室內(nèi)，將汽油直接噴射在燃燒室內(nèi)。,關(guān)鍵在于產(chǎn)生與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使噴入氣缸的汽油與空氣形成一種多層次的旋轉(zhuǎn)渦流。因此缸內(nèi)直噴采用了立式進(jìn)氣道、彎曲頂面活塞、高壓旋轉(zhuǎn)噴射器等三種技術(shù)手段。,直噴式發(fā)動(dòng)機(jī),缸內(nèi)空氣流動(dòng)縱向渦流即滾流。 彎曲頂面活塞利用活塞頂凸起形狀，增強(qiáng)了滾流強(qiáng)度。 雖然混合比達(dá)到40:1，但聚集在火花塞周?chē)幕旌蠚鈪s很濃，很容易點(diǎn)火燃燒。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,缸內(nèi)直接噴射汽油機(jī)存在的問(wèn)題,排放問(wèn)題 1）缸內(nèi)溫度偏低，不利于未燃碳?xì)浜笕嫉取?2）分層燃燒時(shí)在火花塞附近出現(xiàn)混合氣局部過(guò)濃或濃混合氣區(qū)域過(guò)大的狀況，使NOx生成增加，較高的壓縮比和放熱率也將導(dǎo)致大負(fù)荷工況NOX增多。 3）微粒排放在小負(fù)荷、過(guò)渡工況和冷起動(dòng)的情況下比傳統(tǒng)的進(jìn)氣道噴射汽油機(jī)有較多的增加，但仍比柴油機(jī)要低一個(gè)到幾個(gè)數(shù)量級(jí)。 成因：局部區(qū)域混合氣過(guò)濃，缸內(nèi)溫度低。,缸內(nèi)直接噴射式汽油機(jī)的排放對(duì)策,二階段混合 進(jìn)氣沖程開(kāi)始時(shí)第一次噴油，在缸內(nèi)生成很稀的均質(zhì)混合氣，第二次噴射在壓縮上止點(diǎn)前，在氣缸滾流和活塞頂形狀的幫助下產(chǎn)生分層混合氣，然后點(diǎn)火燃燒。,缸內(nèi)直接噴射式汽油機(jī)的排放對(duì)策,二階段燃燒,改善冷起動(dòng)和小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的HC和CO的排放，CO的氧化溫度比HC的低，輔助噴射燃燒首先使催化劑加熱，然后使CO燃燒產(chǎn)生較高溫度，再使HC燃燒。,二沖程缸內(nèi)直噴稀燃發(fā)動(dòng)機(jī),用壓縮空氣輔助噴射的噴油器的缸內(nèi)直噴式二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。 經(jīng)曲軸箱掃氣進(jìn)入氣缸的是空氣，汽油在噴油器中與少量空氣混合后，以0.62MPa的壓力噴入氣缸，噴霧粒度平均達(dá)到5m。通過(guò)噴霧特性、燃燒室形狀、氣流運(yùn)動(dòng)的優(yōu)化配合，可在空然比為2050的寬廣范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。,稀薄燃燒系統(tǒng),混合氣較稀時(shí)，絕熱指數(shù)K反而增大。從理論上講，混合氣越稀，K值越大，熱效率也越大。在發(fā)動(dòng)機(jī)不使其失火的前提下，應(yīng)盡可能進(jìn)行稀薄燃燒。,在a1的某一范圍內(nèi)，CO的含量可以得到有效控制。 當(dāng)空燃比超過(guò)18以上時(shí)，HC的排放量就因?yàn)橄ɑ鸷筒糠秩紵蟠笤黾?。所以進(jìn)行恰當(dāng)?shù)南”∪紵趴梢愿纳艸C的排放。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,實(shí)現(xiàn)稀燃的具體措施,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,分層燃燒系統(tǒng),分層燃燒的目的,分層燃燒就是要合理地組織氣缸內(nèi)混合氣分布，使在火花塞周?chē)休^濃的混合氣，而在燃燒室內(nèi)的大部分區(qū)域具有很稀的混合氣，以確保正常點(diǎn)火和燃燒，同時(shí)也擴(kuò)展了稀燃失火極限，并可提高經(jīng)濟(jì)性，減少排放。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,復(fù)合渦流受控燃燒系統(tǒng),這種發(fā)動(dòng)機(jī)擁有兩個(gè)化油器或兩套進(jìn)氣管?chē)娚溲b置，所以可以分別提供不同過(guò)量空氣系數(shù)的混合氣給主、副室的進(jìn)氣系統(tǒng)。,傳統(tǒng)的點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)只能在a0.951.15之間運(yùn)行，CVCC發(fā)動(dòng)機(jī)采用了這種燃燒方式，首先燃燒的那部分混和氣（在副室）具有小的過(guò)量空氣系數(shù)，雖然出現(xiàn)較高的HC和CO濃度，但混合氣所占容積很小，而后燃燒的混合氣（在主室）具有較高的過(guò)量空氣系數(shù)。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,軸向分層燃燒系統(tǒng),1-活塞；2-氣缸；3-火花塞；4-導(dǎo)氣屏進(jìn)氣門(mén)；5-噴油器,燃料在渦流作用下，沿氣缸軸向產(chǎn)生上濃下稀的分層。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,滾流（縱渦）分層稀燃系統(tǒng),在進(jìn)氣過(guò)程中形成的繞垂直于氣缸軸線方向旋轉(zhuǎn)的有組織的空氣旋流，稱為滾流，也稱為縱渦或橫向渦流。滾流在壓縮過(guò)程中逐漸被壓扁，在上止點(diǎn)附近破碎成許多小尺寸的渦流和湍流，可大大改善混合氣燃燒過(guò)程。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,高壓縮比燃燒系統(tǒng),燃料辛烷值允許的前提下盡可能用較高的壓縮比，以獲得較好的功率和油耗指標(biāo)。 一味提高壓縮比對(duì)排氣凈化不利。 電控點(diǎn)火系統(tǒng)的采用使精確控制點(diǎn)火定時(shí)成為可能，為高壓縮比點(diǎn)燃機(jī)在性能與排放方面得到更好的折衷可提供很大的潛力。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,廢氣再循環(huán)的工作原理,廢氣再循環(huán)技術(shù)是控制氮氧化合物排放的主要措施，它是將汽車(chē)排出的一部分廢氣重新引入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，與混合氣一起再進(jìn)入氣缸燃燒。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,廢氣再循環(huán),廢氣混入的多少用EGR率表示，其定義如下：,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,EGR系統(tǒng)的控制要求,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,內(nèi)部廢氣再循環(huán),發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)過(guò)EGR閥進(jìn)入進(jìn)氣歧管，與新鮮混合氣混合在一起的方式稱為外部EGR。與外部EGR相對(duì)應(yīng)的稱為內(nèi)部EGR。 滯留在缸內(nèi)的廢氣量決定于配氣相位重疊角的大小，重疊角大，則內(nèi)部廢氣再循環(huán)量也大。 過(guò)大的重疊角會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不穩(wěn)定、失火并使HC排放量增加等，因此在確定配氣相位重疊角時(shí)必須對(duì)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能進(jìn)行綜合考慮。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,EGR率對(duì)汽油機(jī)凈化與性能的影響,廢氣再循環(huán)能有效地降低汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放,但進(jìn)行EGR時(shí)必須要考慮其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的影響。通常將EGR率控制在10%20%范圍內(nèi)較合適。,冷卻EGR技術(shù),再循環(huán)廢氣經(jīng)冷卻器冷卻后再送入進(jìn)氣端，進(jìn)一步降低進(jìn)氣溫度，更有利于降低NOx排放，同時(shí)改善燃油經(jīng)濟(jì)性。,第4章 車(chē)用汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化,作業(yè):,4.1 汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化的主要措施有哪些？ 4.2 噴油時(shí)刻的控制方式包括哪幾種，并說(shuō)出各自的主要特點(diǎn)。 4.3 不同工況下，汽油噴射電控系統(tǒng)是如何控制噴油量的？ 4.4 為降低冷起動(dòng)和暖機(jī)階段的排放，應(yīng)如何進(jìn)行噴油控制？ 4.5 簡(jiǎn)述點(diǎn)火提前角的控制策略。 4.6 減小點(diǎn)火提前角對(duì)排放有何影響，并說(shuō)明原因。,作業(yè)：,4.7 提高怠速轉(zhuǎn)速，對(duì)排放有何影響，為什么