環(huán)保型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)論文

1、 發(fā)動(dòng)機(jī)原理大作業(yè)專 業(yè):車輛工程姓名:佟麟學(xué)號:0807130221環(huán)保型綠色汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的研究作者:佟麟 單位:遼寧工程技術(shù)大學(xué)摘要在21世紀(jì)的今天，汽車已經(jīng)成為人類生活中最常見的交通運(yùn)輸工具。自從1886年第一輛汽車誕生以來，它給人們的生活和工作帶來了極大的便利，也已經(jīng)發(fā)展成為近現(xiàn)代物質(zhì)文明的支柱之一。但是，我們也應(yīng)該看到，在汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展、汽車產(chǎn)量和保有量不斷增加的同時(shí)，汽車也帶來了大氣污染，尤其是汽車尾氣污染，使汽車排放對環(huán)境的危害日益加劇。研究汽車排放污染的防治技術(shù)刻不容緩。本文分析了汽車排放污染與人類生存環(huán)境的關(guān)系，介紹了應(yīng)從發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、燃料提供等技術(shù)及加強(qiáng)車輛維修保養(yǎng)

2、、開發(fā)新型環(huán)保汽車等措施著手，控制汽車排放，減少大氣污染。 關(guān)鍵詞：污染物成分，環(huán)保汽車 ，危害控制 ，尾氣凈化。ABSTRACTIn the 21st century, cars have become the most common human life of transportation. Since 1886 first cars since birth, it brought people's life and work brought great convenience, also has developed into one of the pillars of moder

3、n material civilization. But, we should also see, in the car industry high-speed development, auto production and quantities has increased, car also brought atmospheric pollution, especially automobile exhaust pollution to the environment, the harm of car emissions aggravating. Research emission pol

4、lution prevention and control technologies car etc. This paper analyzes auto emission pollution and human survival environment, this paper introduces the relationship from engine combustion, structural design, fuel provide technology and strengthen vehicle maintenance, developing new environmental p

5、rotection measures such as car to control car emissions, reduce air pollution.Key Words: Pollutant compositions, environmental hazard control, car, purify exhaust gas引言：在人聲鼎沸車水馬龍的城市街頭，時(shí)常會見到一股股煙氣從一輛輛機(jī)動(dòng)車尾部噴出，這種廢氣嚴(yán)重影響人的健康和環(huán)境，隨著汽車的日益增加，這種新型污染已經(jīng)引起了世界的廣泛重視，目前環(huán)保型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的研究在一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)卓有成效，雖然我國在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)特別是柴油機(jī)技術(shù)上，落后

6、于世界先進(jìn)水平1520年，而在新型能源發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)上則不然。有專家指出，我國在環(huán)保型發(fā)動(dòng)機(jī)的研制上，與國際先進(jìn)水平僅有約5年的差距，某些方面可能還略有優(yōu)勢。話雖如此，環(huán)保型發(fā)動(dòng)機(jī)在研究上存在的一系列問題也亟待解決，如何研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)保型發(fā)動(dòng)機(jī)并解決技術(shù)上的問題成了重點(diǎn)。1.廢氣再循環(huán)技術(shù)1.1廢氣再循環(huán)技術(shù)的原理氮氧化物（NOx）是燃燒過程中形成的多種氮氧化物，對人體健康危害極大，可引起心，肺，肝，腎等多種臟器的疾病，同時(shí)也是酸雨的主要來源。廢氣再循環(huán)(EGR)是目前常用于控制內(nèi)燃機(jī)NOx排放的有效措施之一。它把一定數(shù)量的廢氣（5%20%）引入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣中惰性氣體的比例增加。一

7、部分廢氣的再循環(huán)，減少了排氣總量，由于這些惰性氣體有較高比熱，使經(jīng)再循環(huán)廢氣稀釋的混合氣的比熱增高，致使發(fā)動(dòng)機(jī)最高燃燒溫度下降，由于再循環(huán)廢氣對新混合氣的稀釋，降低了混合氣中氧氣的濃度，因而廢氣再循環(huán)破壞了NOx的生成條件，從而有效抑制了NOx的生成。示意圖如下： 圖1 1.2 EGR率廢氣混入的多少,用EGR率來表示,其定義為: 隨EGR率的增加,NOx的排放量會迅速下降。新鮮混合氣混入廢氣后,其熱值下降,燃燒速度和燃燒溫度下降,發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷時(shí)的最大輸出功率會有所下降;中等負(fù)荷時(shí),采用較大的EGR率會使燃油消耗率升高,HC排放上升;小負(fù)荷,特別是怠速時(shí),使用EGR使燃燒不穩(wěn)定甚至導(dǎo)致缺火&

8、quot;為了使EGR系統(tǒng)能更有效地發(fā)揮作用,保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能,其關(guān)鍵在于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度及負(fù)荷的大小控制EGR率,使之在不同工況下得到各種性能的最佳折中,實(shí)現(xiàn)減少NOx生成量的控制目標(biāo)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)!暖機(jī)時(shí)冷卻水溫和進(jìn)氣溫度較低或發(fā)動(dòng)機(jī)怠速或小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),NOx的生成量很少,通常不使用EGR;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫達(dá)到正常工作溫度、負(fù)荷增大運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),燃燒室內(nèi)溫度升高,促使NOx的生成,此時(shí)最好的方法是降低燃燒室溫度,采用EGR,由于NOx生成量隨負(fù)荷的增大而增大,隨負(fù)荷的增大應(yīng)相應(yīng)增大EGR率,一般不超過20%"由此NOx的排放可降低50%70%"如果EGR率超過這個(gè)界限,燃燒速

9、度太慢,燃燒波動(dòng)增加,HC排放增加,動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性就隨之惡化"但在全負(fù)荷運(yùn)行時(shí),由于最大輸出功率會下降,為保持發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性,即使NOx生成量多,也不宜采用EGR。此外,要保證再循環(huán)的廢氣在各缸之間分配均勻。為了精確控制EGR率,最好采用電子控制EGR閥系統(tǒng)"為提高降低NOx的排放效果,可采取中冷EGR,將廢氣冷卻后再還流回氣缸使進(jìn)氣溫度降低。中冷EGR技術(shù)不僅可以降低NOx排放,還可使其他有害排放降低。1.3車用汽油機(jī)EGR的控制系統(tǒng)車用汽油機(jī)常用真空控制，電控真空控制，閉環(huán)電控三種EGR控制系統(tǒng),如圖2。在真空控制EGR系統(tǒng)中,除切斷EGR用溫度控制閥5實(shí)現(xiàn)以外,其余控

10、制全靠進(jìn)氣管節(jié)氣門后的真空度和真空驅(qū)動(dòng)EGR閥的構(gòu)造來保證。如EGR閥1是簡單的膜片閥,而節(jié)氣門后的真空度隨負(fù)荷的減小而加大,因而EGR閥的開度將隨負(fù)荷的減小而加大,這顯然不符合要求"為此改用雙膜片閥。雙膜片閥的主膜片保持最大負(fù)荷下驅(qū)動(dòng)真空度小時(shí)EGR閥關(guān)閉"發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí),排氣背壓降低,副膜片在小彈簧作用下下移,打開控制閥,使主膜片室內(nèi)的真空度流失,EGR閥開度減小。若全靠真空控制,EGR閥設(shè)計(jì)得再巧妙也不能達(dá)到理想的控制"電控真空驅(qū)動(dòng)的EGR系統(tǒng)用預(yù)先標(biāo)定的脈譜通過電控真空調(diào)節(jié)器6控制EGR閥1的開度,大大提高了控制的自由度"閉環(huán)電控EGR系統(tǒng)應(yīng)用

11、了帶傳感器8的線性位移電磁式EGR閥9,進(jìn)一步提高了控制精度。圖21.4 柴油機(jī)EGR的效果及控制由于柴油機(jī)燃燒時(shí)過量空氣系數(shù)總是大于1,排氣中的氧含量比汽油機(jī)高得多,CO2濃度要小得多,因而必須使用比汽油機(jī)更大的EGR率才能有效降低NOx。一般汽油機(jī)的EGR率不超過20%,而直噴式和非直噴式柴油機(jī)的EGR率可分別超過40%和25%。由于廢氣的溫度比新鮮空氣的溫度高,隨著EGR率的增加,進(jìn)氣溫度會提高;而柴油機(jī)負(fù)荷和排氣溫度的增加又會進(jìn)一步提高引入廢氣的溫度,隨著EGR率的增加,進(jìn)氣溫度會進(jìn)一步增加。由于廢氣的引入使進(jìn)氣的溫度升高,在低負(fù)荷時(shí)因噴入柴油機(jī)的燃油量較少,使著火延長期減少; 而在大

12、負(fù)荷時(shí),因噴入的燃油量增大,由于廢氣的引入使燃?xì)庵械难鯘舛茸冃《鴮χ鸩焕?使著火延長期增大。采用EGR可使NOx明顯降低的原因除由于大量隋性氣體阻礙了燃燒的快速進(jìn)行及混合氣的比熱容增大使燃燒溫度降低(EGR率為20%和25%時(shí),燃燒最高溫度比無EGR時(shí)分別低50e和100e左右)外,EGR對進(jìn)氣加熱和稀釋造成實(shí)際的過量空氣系數(shù)下降也是重要原因。因此,在NOx降低的同時(shí),尤其在較大負(fù)荷時(shí),碳煙和油耗會隨之惡化,可采用冷卻EGR的方法使發(fā)動(dòng)機(jī)性能惡化的趨勢受到抑制。由于燃燒速度的減慢,可使壓力升高比下降,既可改善柴油機(jī)工作的粗暴性,且隨EGR率的增大而更明顯,還可使最高爆發(fā)壓力降低,且最高爆發(fā)壓

13、力的出現(xiàn)角度前移。而且EGR對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的負(fù)面影響,主要表現(xiàn)在大中負(fù)荷時(shí),而小負(fù)荷時(shí)影響不大,甚至油耗和HC排放還略有改善。實(shí)際應(yīng)用時(shí),應(yīng)隨工況的不同而改變EGR率。高速大負(fù)荷時(shí),停用EGR;隨負(fù)荷及轉(zhuǎn)速的降低逐步加大EGR率"各種工況的最佳EGR率應(yīng)由試驗(yàn)來確定。對EGR率的控制,國外多用電子控制系統(tǒng),圖3這種方法稱做內(nèi)部EGR"它可通過調(diào)整進(jìn)氣相位角即為一實(shí)用化的EGR系統(tǒng)。圖3電控系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號，油泵齒條位移信號(供油量)和水溫信號等,按預(yù)先設(shè)定的脈譜圖改變EGR率。柴油機(jī)還流管的直徑比汽油機(jī)的大得多,這是由于柴油機(jī)進(jìn)排氣管之間的壓差較小, 所需的EGR還流

14、量又遠(yuǎn)大于汽油機(jī)。另外,為提高排氣再循環(huán)量,在柴油機(jī)的進(jìn)氣門上加上了節(jié)氣門，以便在低負(fù)荷時(shí)通過進(jìn)氣節(jié)流的方法增大排氣管與進(jìn)氣管之間的壓差。在增壓柴油機(jī)中,經(jīng)常會出現(xiàn)增壓壓力大于排氣壓力的現(xiàn)象。為確保排氣再循環(huán),在排氣再循環(huán)閥前應(yīng)加一個(gè)單向閥,以便利用排氣脈沖進(jìn)行排氣再循環(huán)。 1.5 小結(jié)：1.技術(shù)是降低內(nèi)燃機(jī),特別是柴油機(jī)廢氣中排放的有效措施,可降低20%50%。2.隨工況的不同,其最佳率也不同。因此應(yīng)對不同工況進(jìn)行細(xì)致的匹配,采用電控(計(jì)算機(jī)控制)最好。3.柴油機(jī)的率可比汽油機(jī)大,但一般以不超過30%為宜,否則會使功率和油耗惡化。4.采用后,柴油機(jī)工作的粗暴性可得到明顯改善。2.三元催化轉(zhuǎn)換

15、技術(shù)三元催化轉(zhuǎn)換器中裝有促使廢氣中有害物進(jìn)行氧化或還原反應(yīng)的催化劑（鉑、銠和鈀）。當(dāng)廢氣流經(jīng)催化器時(shí)，通過化學(xué)反應(yīng)使有害氣體轉(zhuǎn)化為無害氣體。催化轉(zhuǎn)換器的凈化效果受混合氣濃度和工作環(huán)境溫度的影響。為提高轉(zhuǎn)化效率，可采用以下措施：2.1 冷機(jī)時(shí)稀薄燃燒 發(fā)動(dòng)機(jī)冷機(jī)時(shí)，催化劑活性較差，不利于降低HC 的排放。這時(shí)，降低HC 的排放成為主要課題。在采用的方法中，稀薄燃燒技術(shù)最為有效。為保證空燃比的稀薄化，在進(jìn)氣口內(nèi)設(shè)置渦流控制閥，改善發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，提高充氣效率；改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)，合理組織燃燒室內(nèi)的氣體流動(dòng)，促進(jìn)火焰?zhèn)鞑?，改善著火穩(wěn)定性，使發(fā)動(dòng)機(jī)在稀混合氣下維持穩(wěn)定燃燒，從而降低HC 的排放量。2.

16、2減少未燃HC 活塞的第一道環(huán)岸脊(指第一道環(huán)槽至活塞頂之間的區(qū)域)和氣缸壁之間，燃燒的火焰不能達(dá)到，此區(qū)域內(nèi)的未燃HC 直接從氣缸內(nèi)排出。提高第一道活塞環(huán)的位置，即減小第一道活塞環(huán)岸的高度，可以減少活塞環(huán)與缸壁間的容積，從而減少未燃HC 的排放。為減少活塞環(huán)槽的磨損，一般情況下，對活塞表面實(shí)施氧化鋁鍍膜處理，但由于在活塞表面易形成許多細(xì)孔，被吸附的HC 在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣行程時(shí)排出機(jī)外。為解決這一矛盾，在對活塞表面實(shí)施氧化鋁鍍膜處理時(shí)，只對活塞環(huán)槽進(jìn)行處理，活塞頂面不進(jìn)行處理，有利于進(jìn)一步降低HC 的排放。2.3提高催化劑的早期活性為促使催化劑的早期活性，有效的方法是提高其升溫特性和降低其活性溫度

17、。提高升溫特性的主要方法是采用雙重排氣管和使用“薄壁式”催化劑載體。合理選擇低溫特性好的貴重金屬，如在催化劑中提高鉑的含量，同時(shí)提高空燃比的稀薄化，是降低催化劑活性溫度的有效手段。2.4催化劑強(qiáng)制加熱使用電加熱催化劑(EHC)和在排氣管內(nèi)利用排放氣體的燃燒產(chǎn)生的熱量，促使催化劑升溫，即排氣燃燒器(EGC)能進(jìn)一步提高催化劑的早期活性。EHC 采用電流預(yù)熱的方法，可使金屬載體的催化器在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的510s 內(nèi)達(dá)到催化劑的起燃溫度，從而減少起動(dòng)后最初幾分鐘內(nèi)的有害物的排放。EHC 已達(dá)到實(shí)用化水平，但其電氣系統(tǒng)較復(fù)雜。EGC 的原理是在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，在濃空燃比狀態(tài)下產(chǎn)生的CO 等可燃成分與二次空氣供給的氧氣相混合，形成可燃混合氣，在排氣系統(tǒng)中設(shè)置排氣燃燒器，通過火花塞點(diǎn)火裝置，點(diǎn)燃未燃混合氣，利用燃燒產(chǎn)生的熱量提高催化劑的早期活性，同時(shí)還能燃燒凈化發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的未燃HC 成分。EGC技術(shù)雖然處于研制階段，但其催化轉(zhuǎn)化效率高，大有超過EHC 之勢。結(jié)論環(huán)保型發(fā)動(dòng)機(jī)是指安裝了三元催化器凈化尾氣系統(tǒng)、通過氧傳感器反饋控制空燃比、使用微電腦對發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能及尾氣排放全方位系統(tǒng)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)，它能精確控制混合汽空燃比。 環(huán)保型發(fā)動(dòng)機(jī)與化油器發(fā)動(dòng)機(jī)相比具有以下先進(jìn)性：(1)任何工況下都能獲得精確的空燃比混合汽；(2)加速性能好；(3)由于它使用多點(diǎn)電控噴射系統(tǒng)，保證了在汽