發(fā)動機有害排放物的控制系統(tǒng)講義

1、發(fā)動機有害排放物的控制系統(tǒng)講義第1頁，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二第2頁，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二第一節(jié) 汽車發(fā)動機的有害排放物 發(fā)動機的有害排放物：主要有一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）和微粒排放。一、一氧化碳（CO）：碳氫燃料的不完全產物，人吸入后將降低血液吸收和運送氧氣的能力。 一氧化碳（CO）是碳氫燃料在燃燒過程中生成的重要的中間產物。CO生成的機理比較復雜。 氧氣 不足;產生原因： 燃燒溫度低； 燃燒時間不足； 混合不均。 從化學當量的角度看，CO的生成率主要受混合氣濃度c的影響。第3頁，共29頁，2022

2、年，5月20日，4點16分，星期二二、碳氫化合物（HC）：包括未燃和未完全燃燒的燃油和 潤滑油蒸汽。 HC和NOx在陽光照射下形成光化學煙霧，其主要生成物是臭氧，具有強烈氧化性，對人類、環(huán)境危害極大。 尾氣HC占總量的60；產生來源： 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。 在燃燒過程中HC的生成途徑：氧氣不足、縫隙效應、激冷與淬熄。三、氮氧化物（NOx）：發(fā)動機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； 滯留時間。四、微粒排放：主要指柴油機排氣中的碳煙，其表面吸附的可融性有機物對人的呼吸道有害。第4頁，共29頁，2022

3、年，5月20日，4點16分，星期二第5頁，共29頁，2022年，5月20日，4點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以下的微粒對人體的危害最大，吸入肺葉后會吸附在肺細胞上，其中可溶性有機物、多環(huán)芳香烴等是致癌物質。汽油車排放的來源第6頁，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二第二節(jié) 汽油機的排放控制裝置 氧化催化轉化裝置一、催化轉化裝置 還原催化轉換裝置 三元催化轉換裝置 1、氧化催化轉化裝置 氧化轉換器只將排氣中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又稱為二元催化轉換器，必須提供二次空氣作為氧化劑。催化反應器低溫下使用第7頁

4、，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二 三元催化轉換器可以同時降低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還原成氮氣（N2）和氧氣（O2），而CO和HC則被氧化為CO2和H2O。當空燃比在理論空燃比A/F=14.7 （a=1）附近時，氧化-還原反應達到平衡， CO、HC和NOx的排放同時達到最低。2、三元催化轉化裝置廢氣轉化效率與a 的關系第8頁，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二（1）油品：催化轉換器不能使用加鉛汽油，會使催化劑失效；（2）排溫：催化轉換器僅在溫度超過350C才起作用，因此，催化轉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。混合氣過濃或氣缸缺火，都會使轉換器過熱。三元催化轉換器使用原則第9頁，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二二、降低低溫HC排放裝置 1直接催化 將催化轉化裝置直接安裝在排氣管之后，加快催化劑的升溫速度。對降低冷態(tài)下的HC很有效。 存在的問題:由于催化轉化裝置安裝在離發(fā)動機排氣管盡可能接近的位置，所以受高溫的影響，促進催化劑的熱劣化，因此，需要提高催化裝置的耐熱性。2利用電加熱催化轉化裝置 通過外部電力提前加熱催化，電加熱催化轉化裝置的主要缺點是耗電量大，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濃混合氣

6、送到催化轉化裝置之前，由燃燒器點火燃燒促進催化的裝置。這種方式的主要缺點是結構復雜。 4采用HC捕捉器第10頁，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二三、稀薄NOx催化轉化裝置 稀薄燃燒技術的空燃比大于理論空燃比，所以三元催化轉化裝置三元催化轉換器不再適用。因此，專門開發(fā)出了稀薄混合氣燃燒時的NOx催化轉化裝置。這種催化轉化裝置主要有 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吸附NOx，在濃或者理論空燃比時將吸附的NOx進行還原凈化的系統(tǒng)。 第11頁，共29頁，2022年，5月20日，4點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)動機排出的部分廢氣回送到進氣管，并與新鮮混合氣一起進入氣缸。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)過多，會影響發(fā)動機怠速、低轉速小負荷、暖機工況的運轉穩(wěn)定性，因此，必須根據(jù)發(fā)動機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)代轎車發(fā)動機排氣再循環(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閥的開度大小由電磁閥和真空調節(jié)閥控制作用在EGR閥上真空膜片室內的進氣管真空度大小，改變膜片的位置，就

8、改變了EGR閥的開度大小，從而改變了廢氣再循環(huán)的廢氣量。第12頁，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二排氣再循環(huán)（EGR）結構組成及工作原理 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、低速時不投入工作 （2）高速、中等負荷時投入工作 （3）大負荷時不投入工作 第13頁，共29頁，2022年，5月20日，4點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存在活性炭罐內，在發(fā)動機工作時再將其送入氣缸燒掉。 發(fā)動機停機后，燃油蒸

9、氣進入炭罐，被活性炭吸附。發(fā)動機起動后，進氣管真空度經真空軟管10傳送到限流閥8，膜片上移并將限流孔開啟，新鮮空氣自炭罐底部向上流過炭罐，與吸附在活性炭表面的汽油蒸氣，經限流孔和汽油蒸氣管9進入進氣歧管。 五、其他排放物的控制裝置第14頁，共29頁，2022年，5月20日，4點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-進氣軟管 -節(jié)氣門 9-濾網(wǎng) 10-量孔 怠速時，傳送到膜片上方的真空度很小，致使孔徑較大的限流孔關閉，以免破壞怠速時混合氣的空燃比；大負荷或高轉速工況下，限流閥全開，大、小限流孔均開啟

10、。 當發(fā)動機在中、小負荷下工作（水溫75C）時，電腦給EVAP控制電磁閥提供搭鐵回路，EVAP控制電磁閥開啟，活性碳罐與進氣管之間形成通路，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，并與其一起通過進氣管進入氣缸內燃燒。 第15頁，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二 發(fā)動機工作時，進氣管真空度沿著曲軸箱氣體軟管所形成的通道，將進入空濾器的新鮮空氣經空氣軟管吸入氣缸蓋罩內，再由缸蓋和機體上的孔道進入曲軸箱，與曲軸箱氣體混合后，經PVC閥進入進氣管和氣缸。2、 強制式曲軸箱通風裝置（ PCV系統(tǒng)）第16頁，共29頁，2022年，5月20日，4點

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

12、化氛圍（過量空氣系數(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，容易導致催化劑中毒。第19頁，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二低壓回路方式直接聯(lián)接壓氣機7入口端和廢氣渦輪5出口端來實現(xiàn)EGR的方法(圖6-13a)。由于壓氣機7的入口處為負壓，而廢氣渦輪5出口壓力為正，所以通過聯(lián)接適當?shù)腅GR回流管6，就可以很容易地實現(xiàn)EGR。但由于這種方式的廢氣直接流過壓氣機7和中冷器8，所以易造成壓氣機的腐蝕和中冷器的污染等。 第20頁，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二高壓回路方式直接聯(lián)接壓氣機

13、后的中冷器 8出口端和廢氣渦輪5入口端來實現(xiàn)EGR。由于這種EGR方式的廢氣不流過壓氣機和中冷器，所以不存在對壓氣機和中冷器的腐蝕和污染問題；但可實現(xiàn)的EGR率取決于排氣壓力和進氣壓力之差。特別是在中、大負荷時，由于增壓進氣壓力提高，所以很難實現(xiàn)EGR。第21頁，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二內部EGR方式 利用進、排氣管中的氣體脈動進行EGR的方式。對發(fā)動機各工作循環(huán)，在進氣管和排氣管中氣流的壓力脈動都很大。在這種壓力脈動的作用下，使某一缸在進氣過程中，其排氣門處出現(xiàn)正壓波。此時，如果能再次開啟排氣門，就可實現(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、增設內部EGR專用凸輪2(EGR用凸輪)。通過這種機構，在進氣過程中的適當時刻再次開啟排氣門3，使排出的廢氣回流到氣缸內部，以實現(xiàn)EGR。 內部EGR系統(tǒng)不需要排氣節(jié)流，所以不影響泵氣損失，因而對經濟性無影響， 同時不需要EGR閥以及EGR管路等，所以結構比較簡單。 第22頁，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二內部EGR方式第23頁，共29頁，2022年，5月20日，4點16分，星期二柴油機排氣后處理裝置顆粒捕捉器目的：（1）氧化劑可以轉化可溶性有機組分（SOF）中的大部分碳氫化合物，從而達到降低微粒排放的效果；（2）進一步降低HC和CO的排放，包括乙醛等。要求：過濾材料：DPF再生方法：（1）高過濾效率；（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，共29頁，2