淺談如何有效控制汽油機(jī)CO排放

1、四川工業(yè)管理職業(yè)學(xué)院畢業(yè)作業(yè)（設(shè)計(jì)） 論文題目 淺談如何有效控制汽油機(jī)CO排放 學(xué)生姓名 xxxxx 學(xué) 號(hào) 201111370097 指導(dǎo)教師 左良培 專 業(yè) 汽車檢測(cè)技術(shù)與維修 年 級(jí) 2011 級(jí) 系 部 汽車工程系 四川工業(yè)管理職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 誠(chéng)信承諾一、 本論文是本人獨(dú)立完成；二、 本論文沒(méi)有任何抄襲行為；三、 若有不實(shí)，一經(jīng)查出，請(qǐng)取消本人論文成績(jī)。承諾人： 2013年 月 日 四川工業(yè)管理職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)作業(yè)（設(shè)計(jì)） 提綱淺談如何有效控制汽油機(jī)CO排放xxxxx我國(guó)已經(jīng)面臨嚴(yán)峻的由于汽車排氣污染帶來(lái)的一系列問(wèn)題。如何有效的控制盒降低汽油機(jī)有害物質(zhì)的排放已成為決定汽車業(yè)發(fā)

2、展的重大課題。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的理想燃燒是指混合氣完全燃燒，汽車的排放物應(yīng)為二氧化碳（CO2）、氮（N2）和水（H2O）。但汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際工作過(guò)程中，混合氣燃燒往往是不完全的，燃燒生成物除了以上三種之外，還有炭氫化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOX）、鉛化物以及二氧化硫等，這幾種排放物會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染、對(duì)人體造成危害。其中，一氧化碳的危害尤為普遍。因此，要對(duì)一氧化碳有一個(gè)簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)，了解一氧化碳的產(chǎn)生原理及對(duì)人體危害、環(huán)境的污染。對(duì)汽車尾氣中一氧化碳的檢測(cè)及方法要有一定的了解，了解一氧化碳的排放量對(duì)于控制尾氣排放有幫助。應(yīng)該對(duì)有害氣體、物質(zhì)的排放做好有效的控制措施。例如：大力推

3、廣汽油噴射電控系統(tǒng) ，改善點(diǎn)火系統(tǒng) ，積極開(kāi)發(fā)分層充氣及均質(zhì)稀燃的新型燃燒系統(tǒng) ，采用廢氣再循環(huán)控制等等。指導(dǎo)教師旁批位置指導(dǎo)教師尾批位置：淺談如何有效控制汽油機(jī)CO排放摘要：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的理想燃燒是指混合氣完全燃燒，汽車的排放物應(yīng)為二氧化碳（CO2）、氮（N2）和水（H2O）。但汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際工作過(guò)程中，混合氣燃燒往往是不完全的，燃燒生成物除了以上三種之外，還有炭氫化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOX）、鉛化物以及二氧化硫等，這幾種排放物會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染、對(duì)人體造成危害。因此應(yīng)該對(duì)有害氣體、物質(zhì)的排放做好有效的控制措施。例如：大力推廣汽油噴射電控系統(tǒng) ，改善點(diǎn)火系統(tǒng) ，積

4、極開(kāi)發(fā)分層充氣及均質(zhì)稀燃的新型燃燒系統(tǒng) ，采用廢氣再循環(huán)控制等等。汽車產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排現(xiàn)狀將大幅度提高，治理尾氣排放刻不容緩，為改善日益惡化的人類生存空間，也為了能夠擁有一個(gè)綠色的家園為后代提供一個(gè)更好的生活環(huán)境世界各國(guó)都在做出不斷的努力，治理尾氣排放刻不容緩。關(guān)鍵詞：一氧化碳 危害認(rèn)識(shí) 檢測(cè)方法 控制措施引言目前，世界總石油消耗量50%的是由汽車消耗，整個(gè)運(yùn)輸部門30%的二氧化碳排放來(lái)自于汽車。同時(shí)，汽車已成為最大的污染源，大氣污染中43%來(lái)自于汽車;在大城市，則有70%的空氣污染來(lái)自于汽車。在全球汽車保有量中，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)車輛的數(shù)目遠(yuǎn)大于柴油機(jī)車輛，而一臺(tái)汽油機(jī)的排放問(wèn)題也嚴(yán)重于柴油機(jī)。在我國(guó)隨

5、著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，加之我國(guó)廣大的消費(fèi)市場(chǎng)，我國(guó)汽車的數(shù)量每年都在高速增長(zhǎng)。但據(jù)世界資源研究所和中國(guó)環(huán)境檢測(cè)總站測(cè)算，全球10個(gè)大氣污染最嚴(yán)重的城市中，我國(guó)就占了4個(gè)。這樣看來(lái)，我國(guó)已經(jīng)面臨嚴(yán)峻的由于汽車排氣污染帶來(lái)的一系列問(wèn)題。如何有效的控制盒降低汽油機(jī)有害物質(zhì)的排放已成為決定汽車業(yè)發(fā)展的重大課題。汽車給人們的工作和生活帶來(lái)了極大的便利,已成為人類不可或缺的交通運(yùn)輸工具;但是在汽車產(chǎn)業(yè)得到高速發(fā)展,汽車產(chǎn)量和保有量不斷增加的同時(shí),汽車在運(yùn)行過(guò)程中給人們帶來(lái)了副產(chǎn)品汽車排放物,也帶來(lái)了越來(lái)越嚴(yán)重的大氣污染。為了改善人們的居住環(huán)境充分利用汽油機(jī)排除物。本文著重討論了汽油機(jī)排氣排放物的形成機(jī)理和

6、設(shè)計(jì)因素及使用因素的影響并提出控制措施。目錄1 淺談一氧化碳的產(chǎn)生61.1 對(duì)一氧化碳的了解61.2 一氧化碳的產(chǎn)生62 一氧化碳的危害72.1 對(duì)一氧化碳的危害進(jìn)行深刻的認(rèn)識(shí)72.2 一氧化碳的攝入量對(duì)人體的危害83 一氧化碳的檢測(cè)93.1 傳感器檢測(cè)93.2 光譜分析法104 一氧化碳的控制114.1 汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)114.2 汽油機(jī)機(jī)外凈化技術(shù)114.3 采用清潔代用燃料134.4 稀薄燃燒技術(shù)與缸內(nèi)直接噴射技術(shù)134.5 燃油控制145 對(duì)未來(lái)汽油機(jī)的展望15結(jié)論17參考文獻(xiàn)181淺談一氧化碳的產(chǎn)生1.1 對(duì)一氧化碳的了解一氧化碳（carbon monoxide, CO）純品為無(wú)色

7、、無(wú)臭、無(wú)刺激性的氣體，分子量28.01，密度1.250g/l，冰點(diǎn)為-207，沸點(diǎn)-190。在水中的溶解度甚低。空氣混合爆炸極限為12.5%74%。一氧化碳進(jìn)入人體之后會(huì)和血液中的血紅蛋白結(jié)合，從而引起機(jī)體組織出現(xiàn)缺氧，導(dǎo)致人體窒息死亡。因此一氧化碳具有毒性。一氧化碳是無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味的氣體，故易于忽略而致中毒。常見(jiàn)于家庭居室通風(fēng)差的情況下，煤爐產(chǎn)生的煤氣或液化氣管道漏氣或工業(yè)生產(chǎn)煤氣以及礦井中的一氧化碳吸入而致中毒物理性質(zhì)：在通常狀況下，一氧化碳是無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味、難溶于水的氣體，劇毒，熔點(diǎn)-207，沸點(diǎn)-191.5。標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體密度為1.25g/L，和空氣密度(標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.293g/

8、L）相差很小，這也是容易發(fā)生煤氣中毒的因素之一。屬于中性氣體化學(xué)性質(zhì)有：可燃性和還原性和毒性。一氧化碳分子中碳元素的化合價(jià)是+2，能進(jìn)一步被氧化成+4價(jià)，從而使一氧化碳具有可燃性和還原性，一氧化碳能夠在空氣中或氧氣中燃燒，生成二氧化碳：2CO+O2=點(diǎn)燃=2CO21.2 一氧化碳的產(chǎn)生一氧化碳是大氣中分布最廣和數(shù)量最多的污染物，也是燃燒過(guò)程中生成的重要污染物之一。大氣中的CO主要來(lái)源是內(nèi)燃機(jī)排氣，其次是鍋爐中化石燃料的燃燒。一氧化碳是含碳燃料燃燒過(guò)程中生成的一種中間產(chǎn)物，最初存在于燃料中的所有碳都將形成CO。一氧化碳的形成和破壞過(guò)程都是受化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理所控制，是碳?xì)淙剂先紵^(guò)程中基本反應(yīng)之

9、一，它的生成機(jī)理為：RH R RO2 RCHO RCO CO式中R為碳?xì)渥杂苫鶊F(tuán)。反應(yīng)中的RCO原子團(tuán)主要通過(guò)熱分解生成CO，也可以氧化碳?xì)浠鶊F(tuán)R后生成CO。燃燒過(guò)程中CO氧化成CO2的速率要比CO生成速率低，因此在碳?xì)浠锘鹧嬷蠧O的基本氧化反應(yīng)為：CO + H2O=高溫=CO2 + H2一氧化碳是不完全燃燒的產(chǎn)物之一。若能組織良好的燃燒過(guò)程，即具備充足的氧氣、充分的混合，足夠高的溫度和較長(zhǎng)的滯留時(shí)間，中間產(chǎn)物一氧化碳最終會(huì)燃燒完畢，生成二氧化碳或水。因此，控制一氧化碳的排放不是企圖抑制它的形成，而是努力使之完全燃燒。研究表明，碳?xì)淙剂虾涂諝獾念A(yù)混燃燒火焰中，由于一氧化碳的生成速率很快，在火

10、焰區(qū)一氧化碳濃度迅速上升到最大值，該最大值通常比反應(yīng)混合物在絕熱燃燒時(shí)的平衡值要高，隨后一氧化碳濃度緩慢地下降到平衡值。因此，從燃燒設(shè)備的排氣中檢測(cè)的一氧化碳含量要比在燃燒室中最大值低，但明顯地大于排氣狀態(tài)下平衡值。這表明化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制著一氧化碳的生成和破壞。2 一氧化碳的危害 2.1 對(duì)一氧化碳的危害進(jìn)行深刻的認(rèn)識(shí)一氧化碳(CO)是一種對(duì)血液和神經(jīng)系統(tǒng)毒性很強(qiáng)的污染物?？諝庵械囊谎趸迹–O），通過(guò)呼吸系統(tǒng)，進(jìn)入人體血液內(nèi)，與血液中的血紅蛋白（Hemoglobin，Hb）、肌肉中的肌紅蛋白、含二價(jià)鐵的呼吸酶結(jié)合，形成可逆性的結(jié)合物。 在正常情況下，經(jīng)過(guò)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入血液的氧，將與血紅蛋白（

11、Hb）結(jié)合，形成氧血紅蛋白（O2Hb）被輸送到機(jī)體的各個(gè)器官和組織，參與正常的新陳代謝活動(dòng)。如果空氣中的一氧化碳濃度過(guò)高，大量的一氧化碳將進(jìn)入機(jī)體血液。進(jìn)入血液的一氧化碳，優(yōu)先與血紅蛋白（Hb）結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白 （COHb），一氧化碳與血紅蛋白的結(jié)合力比氧與血紅蛋白的結(jié)合力大200300倍。碳氧血紅蛋白 （COHb）的解離速度只是氧血紅蛋白（O2Hb）的1/3600。 一氧化碳與血紅蛋白的結(jié)合，不僅降低了血球攜帶氧的能力，而且還抑制、延緩氧血紅蛋白（O2Hb）的解析和釋放，導(dǎo)致機(jī)體組織因缺氧而壞死，嚴(yán)重者則可能危及人的生命。 此外，機(jī)體內(nèi)的血紅蛋白（Hb）的代謝過(guò)程，也能產(chǎn)生一氧化碳，形

12、成內(nèi)源性的碳氧血紅蛋白（COHb）。正常機(jī)體內(nèi)，一般碳氧血紅蛋白（COHb）只占0.41.0%，貧血患者則會(huì)更高一些。 一氧化碳對(duì)機(jī)體的危害程度，主要取決于空氣中的一氧化碳的濃度和機(jī)體吸收高濃度一氧化碳空氣的時(shí)間長(zhǎng)短。一氧化碳中毒者血液中的碳氧血紅蛋白 （COHb）的含量與空氣中的一氧化碳的濃度成正比關(guān)系，中毒的嚴(yán)重程度則與血液中的碳氧血紅蛋白（COHb）含量有直接關(guān)系。 2.2 一氧化碳的攝入量對(duì)人體的危害心臟和大腦是人的生命最密切的組織和器官，心臟和大腦對(duì)機(jī)體供氧不足的反應(yīng)特別敏感。因此，一氧化碳中毒導(dǎo)致的機(jī)體組織缺氧，對(duì)心臟和大腦的影響最為顯著。 空氣中的一氧化碳濃度達(dá)到50ppm時(shí)，健

13、康成年人可以承受8小時(shí); 達(dá)到200ppm時(shí)，健康成年人2-3小時(shí)后，輕微頭痛、乏力;達(dá)到400ppm時(shí)，健康成年人1-2小時(shí)內(nèi)前額痛，3小時(shí)后威脅生命; 到800ppm時(shí)，健康成年人45分鐘內(nèi)，眼花、惡心、痙攣，2小時(shí)內(nèi)失去知覺(jué)，2-3小時(shí)內(nèi)死亡;達(dá)到1600ppm時(shí)，健康成年人20分鐘內(nèi)頭痛、眼 花、惡心，1小時(shí)內(nèi)死亡;達(dá)到3200ppm時(shí)，健康成年人5-10分鐘內(nèi)頭痛、眼花、惡心，25-30分鐘內(nèi)死亡; 達(dá)到6400ppm時(shí)，健康成年人1-2分鐘內(nèi)頭痛、眼花、惡心，10-15分鐘死亡; 達(dá)到12800ppm時(shí)，健康成年人1-3分鐘內(nèi)死亡。由于一氧化碳在肌肉中的累積效應(yīng)，即使在停止吸入高濃

14、度的一氧化碳后，在數(shù)日之內(nèi)，人體仍然會(huì)感覺(jué)到肌肉無(wú)力。一氧化碳中毒對(duì)大腦皮層的傷害最為嚴(yán)重，常常導(dǎo)致腦組織軟化、壞死。 一氧化碳中毒對(duì)心臟也能造成嚴(yán)重的傷害。當(dāng)碳氧血紅蛋白（COHb）達(dá)到5%以上時(shí)，冠狀動(dòng)脈血流量顯著增加；COHb達(dá)到10%時(shí)，冠狀動(dòng)脈血流量增加25%，心肌攝取氧的數(shù)量減少，導(dǎo)致某些組織細(xì)胞內(nèi)的氧化酶系統(tǒng)活動(dòng)停止。一氧化碳中毒還會(huì)引起血管內(nèi)的脂類物質(zhì)累積量增加，導(dǎo)致動(dòng)脈硬化癥。動(dòng)脈硬化癥患者，更容易出現(xiàn)一氧化碳中毒。2.5%，甚至1.7%的碳氧血紅蛋白（COHb），就可能使心絞痛患者的發(fā)作時(shí)間大大縮短。 人體內(nèi)正常水平的COHb含量為0.5%左右，安全閾值約為10%。當(dāng)COH

15、b含量達(dá)到25%30%時(shí)，顯示中毒癥狀，幾小時(shí)后陷入昏迷。當(dāng)COHb含量達(dá)到70%時(shí)，即刻死亡。血液中的COHb含量達(dá)到30%40% 時(shí)，血液呈現(xiàn)櫻紅色，皮膚、指甲、粘膜及口唇部均有顯示。同時(shí)，還出現(xiàn)頭痛、惡心、嘔吐、心悸等癥狀，甚至突然昏倒。深度中毒者出現(xiàn)驚厥，腦和肺部出現(xiàn)水腫，心肌受到損害等癥狀，如不及時(shí)搶救，極易導(dǎo)致死亡。 美國(guó)衛(wèi)生部門把碳氧血紅蛋白（COHb）不超過(guò)2%作為制定空氣中的一氧化碳（CO）限值標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)?？紤]到老人、兒童和心血管疾病患者的安全，我國(guó)環(huán)境衛(wèi)生部門規(guī)定：空氣中的一氧化碳（CO）的日平均濃度不得超過(guò)1毫克/立方米（0.8ppm）；一次測(cè)定最高容許濃度為3毫克/立方

16、米（2.4ppm）。3 一氧化碳的檢測(cè)3.1傳感器檢測(cè) 3.1.1一氧化碳傳感器一氧化碳?xì)怏w傳感器與報(bào)警器配套使用，是報(bào)警器中的核心檢測(cè)元件，它是以定電位電解為基本原理。當(dāng)一氧化碳擴(kuò)散到氣體傳感器時(shí)，其輸出端產(chǎn)生電流輸出，提供給報(bào)警器中的采樣電路，起著將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的作用。當(dāng)氣體濃度發(fā)生變化時(shí)，氣體傳感器的輸出電流也隨之成正比變化，經(jīng)報(bào)警器的中間電路轉(zhuǎn)換放大輸出，以驅(qū)動(dòng)不同的執(zhí)行裝置，完成聲、光和電等檢測(cè)與報(bào)警功能，與相應(yīng)的控制裝置一同構(gòu)成了環(huán)境檢測(cè)或監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。一氧化碳傳感器基本工作原理：當(dāng)一氧化碳?xì)怏w通過(guò)外殼上的氣孔經(jīng)透氣膜擴(kuò)散到工作電極表面上時(shí)，在工作電極的催化作用下，一氧化碳?xì)怏w

17、在工作電極上發(fā)生氧化。其化學(xué)反應(yīng)式為： CO+H2OCO2+2H+2e- 在工作電極上發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生的H+離子和電子，通過(guò)電解液轉(zhuǎn)移到與工作電極保持一定間隔的對(duì)電極上，與水中的氧發(fā)生還原反應(yīng)。其化學(xué)反應(yīng)式為：1/2O2+2H+2e-H2O 因此，傳感器內(nèi)部就發(fā)生了氧化-還原的可逆反應(yīng)。其化學(xué)反應(yīng)式為：2CO+2O2 2CO2 這個(gè)氧化-還原的可逆反應(yīng)在工作電極與對(duì)電極之間始終發(fā)生著，并在電極間產(chǎn)生電位差。但是由于在兩個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)都會(huì)使電極極化，這使得極間電位難以維持恒定，因而也限制了對(duì)一氧化碳濃度可檢測(cè)的范圍。為了維持極間電位的恒定，我們加入了一個(gè)參比電極。在三電極電化學(xué)氣體傳感器中，

18、其輸出端所反應(yīng)出的是參比電極和工作電極之間的電位變化,由于參比電極不參與氧化或還原反應(yīng)，因此它可以使極間的電位維持恒定（即恒電位），此時(shí)電位的變化就同一氧化碳濃度的變化直接有關(guān)。當(dāng)氣體傳感器產(chǎn)生輸出電流時(shí)，其大小與氣體的濃度成正比。通過(guò)電極引出線用外部電路測(cè)量傳感器輸出電流的大小，便可檢測(cè)出一氧化碳的濃度，并且有很寬的線性測(cè)量范圍。這樣，在氣體傳感器上外接信號(hào)采集電路和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換和輸出電路，就能夠?qū)σ谎趸細(xì)怏w實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和監(jiān)控。 3.1.2 氧化錫傳感器氧化錫傳感器主要用于汽車尾氣中一氧化碳濃度的檢測(cè)。它的電阻隨一氧化碳濃度的變化而變化，不同的一氧化碳濃度對(duì)應(yīng)著傳感器的不同電阻，這樣，顯示儀表的

19、指針就與一氧化碳濃度有了對(duì)應(yīng)關(guān)系，觀察儀表指針就能判斷一氧化碳濃度是否超標(biāo)。3.2 光譜分析法光譜分析法內(nèi)容包括光譜法原理、原子發(fā)射光譜法、原子吸收及原子熒光光譜法、紫外吸收光譜發(fā)、分子熒光光譜法和紅外吸收光譜法等。光譜分析技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用極為普遍，在冶金、地質(zhì)、生物、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、食品衛(wèi)生等部門得到極其廣泛的應(yīng)用。光譜分析法檢測(cè)氣體濃度時(shí)建立在氣體分子吸收光譜理論上的。每種分子都具有一系列不連續(xù)的能級(jí)，并且在某一特定時(shí)刻，分子只能處于某一能級(jí)。當(dāng)分子氣體發(fā)生能級(jí)躍遷，即從低能級(jí)到高能級(jí)時(shí)，需要吸收能量，吸收的能量必須與兩個(gè)能級(jí)間的能量差相等。當(dāng)光通過(guò)氣體時(shí)，氣體分子將吸收能量正好等于

20、其某兩個(gè)能級(jí)差的光子，既特定頻率的光子。不同氣體分子的能級(jí)差不同，因而吸收不同頻率的光子。氣體的濃度決定了氣體對(duì)光的吸收能力。濃度越大，吸收能力越強(qiáng)。通過(guò)測(cè)量吸收光譜，就能對(duì)氣體進(jìn)行定性或定量分析不分光紅外線分析儀是基于一種氣體只能夠吸收獨(dú)特波長(zhǎng)的紅外線，而且吸收的程度與該種氣體所占濃度有關(guān)。例如：一氧化碳能夠吸收波長(zhǎng)為4.6m的紅外線，二氧化碳、碳化氫分別能夠吸收波長(zhǎng)為4.2m和3.43.5m的紅外線等。工作原理兩個(gè)光源提供脈沖紅外線。儀器分上下兩部分：上部分有測(cè)定室，比較室，比較室中充有不吸收紅外線的氮?dú)馐股渚€順利通過(guò)。測(cè)定室中通入含有一氧化碳的被測(cè)尾氣，將有紅外線被吸收。下部是檢測(cè)室，有

21、容積相等的左右兩個(gè)腔，充有同摩爾數(shù)的一氧化碳，中間用金屬膜片隔開(kāi)。由于射到檢測(cè)室左室的紅外線在在通過(guò)測(cè)定室時(shí)一部分射線已被排氣中的一氧化碳吸收，而通過(guò)比較室到達(dá)檢測(cè)室右室的紅外線并未減少，這樣檢測(cè)室左右兩室吸收的紅外線能量不同，從而產(chǎn)生溫差，使得電容器一個(gè)表面的金屬膜片彎曲振動(dòng)，其振幅與排氣中一氧化碳濃度大小有關(guān)，用電信號(hào)輸出就得到了檢測(cè)值。4 一氧化碳的控制4.1 汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù) (1)電子控制燃油噴射系統(tǒng)電子控制燃油噴射系統(tǒng)(EFI) 利用傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種狀態(tài),經(jīng)微機(jī)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。 （2)可變進(jìn)氣流通截面及可變配氣定時(shí)系統(tǒng)采用可變進(jìn)氣

22、流通截面可改善中速運(yùn)轉(zhuǎn)及部分負(fù)荷時(shí)的汽油機(jī)性能,可控制燃燒速率。采用可變配氣定時(shí)系統(tǒng)可調(diào)節(jié)缸內(nèi)剩余廢氣量,降低CO排放,改善怠速性能 (3)廢氣再循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中, 將一部分排氣引到吸入的新鮮空氣(或混合氣) 中并返回氣缸進(jìn)行再循環(huán)的方法稱為廢氣再循環(huán)(EGR) ,可有效控制NOX的排放。但由于它減少了進(jìn)氣充量中的含氧量,只宜在部分負(fù)荷時(shí)采用,以使CO不致明顯增加要最大限度地減少CO氣再循環(huán)。電控技術(shù)是解決這一矛盾的有效手段。最近國(guó)外電控EGR 技術(shù)獲得成功,已使其成為現(xiàn)代車用汽油機(jī)的有機(jī)組成部分。 (4)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)不同的燃燒室形狀會(huì)使汽油機(jī)性能有很大差別燃燒室設(shè)計(jì)的重要?jiǎng)t之一是面容

23、比小,即盡可能緊湊;火花塞盡可能布置在燃燒室中央,以縮短火焰?zhèn)鞑ルx。緊湊的燃燒室可直接使汽油機(jī)的熱效率提高, CO 排放降低;與推遲點(diǎn)火提前角或EGR 聯(lián)用,可同時(shí)降低CO排放。4.2 汽油機(jī)機(jī)外凈化技術(shù)隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格,人們始考慮包括催化轉(zhuǎn)化器在內(nèi)的各種機(jī)外凈化技術(shù)。三效催化劑( TWC) 的研制成功使汽車排制技術(shù)產(chǎn)生了突破性的進(jìn)展,它可使汽油車排放的CO降低90 %以上。目前,電子控制汽油噴射加三效催化轉(zhuǎn)化器已_成為國(guó)際上汽油車排放控制技術(shù)的主流。除量微型車和中、重型貨車外,所有汽油車都采用了催化轉(zhuǎn)化器,特別是汽油機(jī)轎車和輕型卡車它們采用三效催化劑的比例分別為91.6%和100%。由

24、此可以看出三效催化轉(zhuǎn)化器在排放控制技術(shù)中的重要地位。為了消除上述污染物對(duì)環(huán)境和人體的危害，目前最有效的治理方法是在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)中加裝催化轉(zhuǎn)化器，對(duì)汽車尾氣在排放前進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化，其基本原理是通過(guò)催化劑的作用，把CO、HC、NOX 分別氧化、還原為對(duì)人體健康無(wú)害的二氧化碳（CO2）、氮?dú)猓∟2）和水蒸氣（H2O），在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，如果催化劑能同時(shí)對(duì)CO、HC、NOx三種有害物起催化凈化作用，這種催化劑就稱為三效催化劑（TWC）。此外,機(jī)外凈化技術(shù)還有曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)裝置、二次空氣噴射控制系統(tǒng)和燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)。 4.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)裝置1發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱通風(fēng)裝置的作用是：（1) 防止機(jī)油變質(zhì)

25、；（2）防止曲軸油封；（3）曲軸箱襯墊滲漏；（4）防止各種油蒸氣污染大氣。2 工作原理：（1）發(fā)動(dòng)工作時(shí)，曲軸內(nèi)的氣體通過(guò)軟管進(jìn)入進(jìn)氣歧管，最后進(jìn)入氣缸內(nèi)燃燒（2）同時(shí)，新鮮空氣通過(guò)空氣濾清器到氣門室罩到曲軸箱循環(huán)3 單向閥（PVC閥）（1）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低速和小負(fù)荷時(shí)，真空度較大，閥關(guān)閉，只有少量曲軸箱氣體進(jìn)入進(jìn)氣歧管（2）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷時(shí)，真空度減小，在彈簧作用下，閥開(kāi)，曲軸箱有較多的氣體進(jìn)入進(jìn)氣歧管 4.2.2 空氣泵型二次空氣噴射系統(tǒng)空氣泵型二次空氣噴射系統(tǒng)主要由空氣泵、分流閥、連接管道、空氣噴射歧管等組成。工作原理是：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通過(guò)曲軸傳動(dòng)帶帶動(dòng)空氣泵運(yùn)轉(zhuǎn)，泵送量大而壓力較低的空

26、氣流通過(guò)軟管進(jìn)入分流閥。正常情況下，分流閥上閥門開(kāi)啟，空氣流經(jīng)分流閥、單向閥進(jìn)入空氣噴射歧管?？諝鈬娚淦绻軐⒖諝饬鲊娙氚l(fā)動(dòng)機(jī)排氣孔或排氣歧管，與排氣中的HC、CO反應(yīng)，使其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成CO2和水蒸氣，以減少排氣污染。一旦空氣泵泵送的空氣壓力太高，釋壓閥起作用，瞬間切斷向空氣噴射歧管供應(yīng)的空氣，防止發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生回火，經(jīng)過(guò)幾秒后，雙向作用閥下落，又恢復(fù)向空氣噴射歧管供應(yīng)空氣，二次空氣噴射系統(tǒng)正常工作。當(dāng)汽車?yán)鋯?dòng)時(shí)會(huì)要求比平常高的空燃比才能保證運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。由于這個(gè)原因，電子控制模塊（ECU）在冷啟動(dòng)時(shí)會(huì)命令發(fā)動(dòng)機(jī)在開(kāi)路循環(huán)模式（固定空燃比）運(yùn)轉(zhuǎn)20到120秒，直到氧傳感器達(dá)到正常溫度。而在這個(gè)過(guò)程中，

27、尾氣中會(huì)生成大量一氧化氮和碳?xì)浠衔锏却髿馕廴疚?。這些一氧化碳和碳?xì)浠衔锸强梢岳^續(xù)被氧化而減小污染的。只可惜此時(shí)的尾氣中沒(méi)有足夠的氧氣來(lái)進(jìn)行氧化。4.3 采用清潔代用燃料為了降低汽車排氣污染,也為了節(jié)省能源和開(kāi)發(fā)新的汽車能源,以緩解汽車對(duì)石油燃料的單純依賴。清潔代用燃料可以分為: 常規(guī)燃料的變型產(chǎn)品,如新配方油(RFG) 、新配方柴油(RFD) 或低硫柴油(LSD) 等; 氣體燃料,如天然氣(NG) 、壓縮天然氣(CNG) 、液化天然氣(LNG) 、氨(NH3 ) 、H2 、液化石油氣(LPG其主要成分為丙烷) 等; 在天然氣、煤基礎(chǔ)上生產(chǎn)的燃料,如FTL 和FT 油、甲醇和醚類燃料( 二甲

28、醚DME、二乙醚DEE 等) ; 由玉米、草木類植物、含廢棄物提煉的生物乙醇; 由花生油、菜子油等 生產(chǎn)的生物柴油。4.4 稀薄燃燒技術(shù)與缸內(nèi)直接噴射技術(shù) 4.4.1 稀薄燃燒技術(shù)將少量燃油和大量空氣混合,使燃油充分燃燒的一種技術(shù)。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比在14. 7 1 附近,而稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比通常在15 127 1 。由于可使燃油充分燃燒,與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比,稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)可節(jié)約燃油,并可顯著減少尾氣中有害成分的含量。汽油機(jī)稀薄燃燒包括進(jìn)氣道噴射稀燃系統(tǒng)( PFI) 、直接噴射稀燃系統(tǒng)( GDI) 和均質(zhì)混合氣壓燃( HCCI) 。采用選擇催化還原、吸附催化還原和EGR + 三元催化技術(shù)降低稀燃下汽

29、油機(jī)的CO 排放,取得了一些具有學(xué)術(shù)價(jià)值的成果。目前,稀燃高壓縮比仍是降低汽油機(jī)排放、提高性能的主要研究方向。在稀燃時(shí),為改善混合氣質(zhì)量而采取的措施:實(shí)現(xiàn)分層燃燒;燃燒室設(shè)計(jì)得更緊湊,盡量減少有害的縫隙容積;改善火花塞結(jié)構(gòu)及布置,采用高能點(diǎn)火系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)快速燃燒等。 4.4.2 缸內(nèi)直接噴射技術(shù) 缸內(nèi)直噴( GDI) 汽油機(jī)是在部分負(fù)荷時(shí)用混合氣的分層化實(shí)現(xiàn)超稀薄燃燒,得到同柴油機(jī)一樣低的燃油消耗率;在高負(fù)荷時(shí)用預(yù)混合汽油機(jī)的均勻混合方式,得到高功率特性的理想汽油機(jī)。由于GDI 的油氣混合主要是依靠噴霧和缸內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng),與冷起動(dòng)時(shí)的低溫關(guān)系不大,所以冷起動(dòng)時(shí)無(wú)需過(guò)量供油,有效地解決了PFI 冷起

30、動(dòng)時(shí)UB HC 排放過(guò)多的問(wèn)題。FSI技術(shù)采用了兩種不同的注油模式，即分層注油和均勻注油模式。發(fā)動(dòng)機(jī)低速或中速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)采用分層注油模式。此時(shí)節(jié)氣門為半開(kāi)狀態(tài)，空氣由進(jìn)氣管進(jìn)入汽缸撞在活塞頂部，由于活塞頂部制作成特殊的形狀從而在火花塞附近形成期望中的渦流。當(dāng)壓縮過(guò)程接近尾聲時(shí)，少量的燃油由噴射器噴出，形成可燃?xì)怏w。這種分層注油方式可充分提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)速較低、負(fù)荷較小時(shí)除了火花塞周圍需要形成濃度較高的油氣混合物外，燃燒室的其它地方只需空氣含量較高的混合氣即可，而FSI使其與理想狀態(tài)非常接近。當(dāng)節(jié)氣門完全開(kāi)啟，發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，大量空氣高速進(jìn)入汽缸形成較強(qiáng)渦流并與汽油均勻混合。從而促進(jìn)燃

31、油充分燃燒，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。電腦不斷的根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況改變注油模式，始終保持最適宜的供油方式。燃油的充分利用不僅提高了燃油的利用效率和發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出而且改善了排放。4.5 燃油控制 4.5.1車用汽油機(jī)的催化轉(zhuǎn)化技術(shù) 催化轉(zhuǎn)化技術(shù)已成為成熟技術(shù)通過(guò)納米技術(shù)提高貴金屬附著載體的能力,從而減少貴金屬含量(可降低15%40%) ;催化劑儲(chǔ)氧材料CeO2的研究已進(jìn)入第三代,這是高性能催化劑的基礎(chǔ);適應(yīng)稀薄燃燒(空燃比達(dá)22) 富氧條件下的CO 還原催化劑的研究十分活躍,凈化稀燃汽車尾氣中NOx 的另一種途徑“吸附- 還原法”的研究即在富氧條件下,先將CO用吸附劑儲(chǔ)存起來(lái)(形成碳酸鹽) ,然后在

32、貧氧或受熱加溫條件由碳酸鹽釋放出COx ,COx 與HC 或CO 反應(yīng),被還原為N2 。為了使這類催化劑能在富氧- 貧氧交替的氣氛中工作,借助電控手段對(duì)催化劑再生,即每隔5060s 由發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)自動(dòng)控制節(jié)氣門減小開(kāi)度,使空燃比由2223 變到10左右,同時(shí)點(diǎn)火提前角也由上止點(diǎn)前350CA 推遲到50CA ,這一期間持續(xù)510s (催化劑再生) ,其NOx 凈化效率可達(dá)70%90% ,通過(guò)合理調(diào)節(jié),燃油經(jīng)濟(jì)性的惡化可控制在1%以內(nèi)。 4.5.2 均質(zhì)混合氣壓燃( HCCI) HCCI 燃燒方式被人們稱為內(nèi)燃機(jī)的第三種燃燒方式,是當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)燃燒的一個(gè)研究熱點(diǎn),它最有希望在近期以兩種燃燒方式 在

33、起動(dòng)和高負(fù)荷時(shí)以火花點(diǎn)火(SI) 方式或柴油機(jī)燃燒(DI) 運(yùn)轉(zhuǎn),在中、低負(fù)荷和怠速時(shí)以HCCI方式工作的組合在轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上得到應(yīng)用,從而獲得和汽油機(jī)一樣的高功率輸出和低PM 排放,以及在部分負(fù)荷(可達(dá)75%負(fù)荷) 和怠速時(shí)獲得和柴油機(jī)一樣或更高的經(jīng)濟(jì)性,但NOx 排放很低。采用HCCI 可以使排氣中氮氧化物的含量急劇下降至百萬(wàn)分之幾。這是由于HCCI 可以使用非常稀的混合氣,使燃?xì)獾淖罡邷囟炔怀^(guò)1600。在此溫度以下,空氣中的氮?dú)夂脱鯕獠贿M(jìn)行化合反應(yīng)或化合反應(yīng)速度非常低。排氣中超低的氮氧化物含量減輕了稀薄燃燒排氣后處理的難度。在較高負(fù)荷工況,供油量增加,空燃比下降。當(dāng)燃?xì)鉁囟壬叩?600

34、以上時(shí),氮氧化物的排放開(kāi)始急劇升高。為了抑制氮氧化物的生成,可采用進(jìn)氣增壓來(lái)提高 4.5.3 混合氣的空燃比技術(shù)理論空燃比：即將燃料完全燃燒所需要的最少空氣量和燃料量之比。燃料的組成成分對(duì)理論空燃比的影響不大，汽油的理論空燃比大體約為14.8，也就是說(shuō)，燃燒 1g汽油需要14.8g的空氣。一般常說(shuō)的汽油機(jī)混合氣過(guò)濃過(guò)稀，其標(biāo)準(zhǔn)就是理論空燃比?？杖急刃∮诶碚摽杖急葧r(shí)，混合氣中的汽油含量高，稱作過(guò)濃；空燃比大于理論空燃比時(shí)，混合氣中的空氣含量高，稱為過(guò)稀。 由于HCCI 需采用稀混合氣,在一般情況下,一氧化碳排放很低,遠(yuǎn)低于常規(guī)電噴汽油機(jī)的水平。但當(dāng)負(fù)荷下降、空燃比增加到70 或80 時(shí),燃?xì)庾罡?/p>

35、溫度將開(kāi)始低于1200,使一化碳進(jìn)一步氧化的過(guò)程不能完成,一氧化碳排放急劇增加,嚴(yán)重影響燃燒效率和熱效率。因此,要擴(kuò)大HCCI 工作區(qū)域至低負(fù)荷區(qū),必須采取措施控制一氧化碳的排放。HCCI 汽油機(jī)的碳?xì)渑欧沤橛陔妵娖蜋C(jī)和分層燃燒直噴汽油機(jī)之間。由于混合氣在壓縮程開(kāi)始之前就已形成,燃燒室壁上的罅隙成為碳?xì)渑欧诺闹匾颉Ｈ绻捎幂^高的壓縮比,更多的混合氣將被壓入燃燒室壁的罅隙中,使碳?xì)渑欧旁黾?。如果?fù)荷進(jìn)一步下降,混合氣變得更稀,不完全燃燒增加,碳?xì)渑欧懦掷m(xù)上升,對(duì)燃燒效率熱效率產(chǎn)生的顯著影響。5 對(duì)未來(lái)汽油機(jī)的展望我是中國(guó)石油大學(xué)石油工程專業(yè)的研究生，地球上資源的儲(chǔ)量是有限的，一般來(lái)講，石油與天然氣可供開(kāi)采年限大約在一百年左右，石油短缺之后，汽車工業(yè)會(huì)受到明顯的影響。我感覺(jué)，汽車以后將會(huì)以電力代替石油，現(xiàn)在國(guó)家已經(jīng)準(zhǔn)備大力發(fā)展核能發(fā)電，還會(huì)多建一些別的形式的發(fā)電站，很多城市已經(jīng)開(kāi)始在建汽車加電站，國(guó)家也開(kāi)始對(duì)新能源汽車進(jìn)行大幅度的補(bǔ)貼，這些都是一些信號(hào)。但我覺(jué)得，用糧食提煉出來(lái)的乙醇作為能源，可能性不大，因?yàn)槿珖?guó)的農(nóng)民在減少，糧食產(chǎn)量會(huì)下降，用食物提煉能源，非?？赡墚a(chǎn)生饑荒，進(jìn)而引起社會(huì)混亂。 為了應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的石油短缺，應(yīng)有以下四大對(duì)策：一是在技術(shù)進(jìn)步基礎(chǔ)上調(diào)整能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)，減少對(duì)油氣的依賴。譬如煤炭的氣化、液化利用，繼續(xù)開(kāi)發(fā)核電等。樹(shù)立全民節(jié)油觀念，