第六章發(fā)動機有害排放物控制系統(tǒng)課件

第六章發(fā)動機有害排放物的控制第六章發(fā)動機有害排放物的控制本章主要內(nèi)容汽車發(fā)動機的有害排放物汽油機的排放控制裝置其他排放物的控制系統(tǒng)柴油機的排放控制系統(tǒng)本章主要內(nèi)容汽車發(fā)動機的有害排放物2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。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3CO一氧化碳（CO）：碳氫燃料的不完全產(chǎn)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(chǎn)物。CO生成的機理比較復(fù)雜。

氧氣不足;產(chǎn)生原因：燃燒溫度低；

燃燒時間不足；混合不均。從化學(xué)當(dāng)量的角度看，CO的生成率主要受混合氣濃度c的影響?？刂品椒ù龠M混合氣生成有效控制燃燒溫度。CO一氧化碳（CO）：碳氫燃料的不完全產(chǎn)物，人吸入后4CH化合物二、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(xué)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。產(chǎn)生來源：

尾氣HC占總量的60％；曲軸箱竄氣HC占總量的25％；供油系統(tǒng)的蒸氣HC占總量的15％～20％左右。

在燃燒過程中HC的生成途徑：氧氣不足、縫隙效應(yīng)、激冷與淬熄。CH化合物二、碳氫化合物（HC）：產(chǎn)生來源：5CH控制方法控制方法采用C含量少的代用燃料采用電控技術(shù)改善燃燒保證混合氣濃度和燃燒溫度CH控制方法控制方法6NOx發(fā)動機排出的氮氧化物主要是NO（占95%），NO2排出量較少。主要原因：

高溫； 富氧；滯留時間?？刂品椒ń档突旌蠚庵醒醯臐舛冉档腿紵郎囟瓤s短在高溫燃燒帶內(nèi)的滯留時間改善混合氣的形成NOx發(fā)動機排出的氮氧化物主要是NO（占95%），N7微粒（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(zhì)?？刂品椒ㄌ岣邍娚渌俾驶蜻M行高壓噴射。改進燃燒室結(jié)構(gòu)，有效組織燃燒室內(nèi)的氣流運動。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。微粒（1）形成原因主要指柴油機排氣中的碳煙，其表面吸8歐洲汽車排放法規(guī)發(fā)展歐洲汽車排放法規(guī)發(fā)展9（1）轎車的歐洲排放標準（類別M1*），單位：（g/km）（1）轎車的歐洲排放標準（類別M1*），單位：（g/km）10第六章發(fā)動機有害排放物控制系統(tǒng)課件11第二節(jié)汽油機排放控制裝置催化轉(zhuǎn)化裝置降低低溫CH排放裝置稀薄氮氧化合物催化轉(zhuǎn)化裝置廢氣再循環(huán)系統(tǒng)第二節(jié)汽油機排放控制裝置催化轉(zhuǎn)化裝置12一、催化轉(zhuǎn)化裝置

氧化催化轉(zhuǎn)化裝置一、催化轉(zhuǎn)化裝置還原催化轉(zhuǎn)換裝置

三元催化轉(zhuǎn)換裝置

一、催化轉(zhuǎn)化裝置氧化催化131、氧化催化轉(zhuǎn)化裝置

氧化轉(zhuǎn)換器只將排氣中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又稱為二元催化轉(zhuǎn)換器，必須提供二次空氣作為氧化劑。☆催化反應(yīng)器→低溫下使用。1、氧化催化轉(zhuǎn)化裝置14

三元催化轉(zhuǎn)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(dāng)空燃比在理論空燃比A/F=14.7（a=1）附近時，氧化-還原反應(yīng)達到平衡，CO、HC和NOx的排放同時達到最低。2、三元催化轉(zhuǎn)化裝置廢氣轉(zhuǎn)化效率與a的關(guān)系三元催化轉(zhuǎn)換器可以同時降低CO、HC和NOx的排放。15（1）油品：催化轉(zhuǎn)換器不能使用加鉛汽油，會使催化劑失效；（2）排溫：催化轉(zhuǎn)換器僅在溫度超過350C才起作用，因此，催化轉(zhuǎn)換器都安裝在溫度較高的排氣歧管后面附近；（3）混合氣成分：混合氣空燃比必須在14.7附近?；旌蠚膺^濃或氣缸缺火，都會使轉(zhuǎn)換器過熱?！钊呋D(zhuǎn)換器使用原則（1）油品：催化轉(zhuǎn)換器不能使用加鉛汽油，會使催化劑失效；（216三元催化轉(zhuǎn)化裝置的結(jié)構(gòu)三元催化轉(zhuǎn)化裝置的結(jié)構(gòu)17二、降低起動過程HC排放裝置

1．直接催化

將催化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化裝置通過外部電力提前加熱催化，電加熱催化轉(zhuǎn)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送到催化轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)復(fù)雜。4．采用HC捕捉器二、降低起動過程HC排放裝置1．直接催化18三、稀薄NOx催化轉(zhuǎn)化裝置

稀薄燃燒技術(shù)的空燃比大于理論空燃比，所以三元催化轉(zhuǎn)化裝置三元催化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化裝置。這種催化轉(zhuǎn)化裝置主要有

NOx直接還原型：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)。

三、稀薄NOx催化轉(zhuǎn)化裝置稀薄燃燒技術(shù)的空燃比大于理論空燃19四、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣再循環(huán)是在發(fā)動機工作過程中，將一部分廢氣引入進氣道，與新鮮空氣混合后進入氣缸，降低最高燃燒溫度，減少NOx的排放。過渡的廢氣再循環(huán)會影響發(fā)動機的正常運行，特別是發(fā)動機處于在怠速、低速小負荷及發(fā)動機處于冷態(tài)運行時，再循環(huán)的廢氣將會明顯降低發(fā)動機的性能。因此要根據(jù)發(fā)動機工況的變化自動的調(diào)節(jié)參與再循環(huán)的廢氣量。廢氣再循環(huán)的控制指標用EGR率來表示EGR率由EGR閥來控制，通過控制閥的開度來控制EGR量。由于高溫廢氣要流經(jīng)EGR閥，因此閥本身要承受高溫，閥通常是通過真空度來控制。四、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣再循環(huán)是在發(fā)動機工作過程中，將一部分20電子控制EGR系統(tǒng)的組成EGR閥節(jié)氣門位置傳感器EGR電磁閥冷卻液溫度傳感器發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器提供發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號，是ECU計算EGR率的重要依據(jù)，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于900r/min或高于3200r/min時，ECU輸出持續(xù)高電平信號，EGR電磁閥關(guān)閉，使發(fā)動機進氣管無廢氣環(huán)流。提供節(jié)氣門位置信號，是ECU計算EGR率的重要依據(jù)，當(dāng)節(jié)氣門關(guān)閉時，發(fā)動機處于怠速工況，ECU輸出控制信號，使EGR閥關(guān)閉，不進行廢氣環(huán)流。提供發(fā)動機的負荷信號，ECU據(jù)此信號與發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號一起來確定EGR率。提供發(fā)動機溫度信號，是ECU計算廢氣再循環(huán)量的參考信號之一，在發(fā)動機溫度低時，ECU輸出控制信號，使EGR閥關(guān)閉，不進行廢氣環(huán)流。EGR電磁閥的頂端通大氣，EGR電磁閥不通電時，彈簧將閥體向上壓緊，通大氣閥口關(guān)閉，EGR閥真空室與進氣歧管相通，當(dāng)EGR電磁閥通電時，其閥體下移，將通進氣歧管的真空通道關(guān)閉，而上端的通大氣閥口打開，使EGR閥真空室與大氣相通。EGR閥膜片的下側(cè)通大氣，裝有彈簧的上側(cè)為真空室，其真空度由EGR電磁閥控制。增大真空室的真空度，使膜片克服彈簧力上拱，閥的開度就增大，廢氣循環(huán)量也增大，當(dāng)真空室失去真空度時，膜片在彈簧的作用下向下拱而使閥門關(guān)閉，阻斷廢氣環(huán)流。通大氣電子控制EGR系統(tǒng)的組成EGR閥節(jié)氣門位置傳感器EGR電磁閥21EGR系統(tǒng)小結(jié)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

EGR系統(tǒng)小結(jié)1-電控單元2-EGR閥3-真空22（1）汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)五、其他排放物的控制裝置（1）汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)五、其他排放物的控制裝置23發(fā)動機工作時漏到曲軸箱內(nèi)的汽油，一部分泄漏到曲軸箱內(nèi)的汽油蒸汽凝結(jié)后，將使?jié)櫥驼扯茸冃?；廢氣的高溫和酸性物質(zhì)及水蒸汽將侵蝕零件，使?jié)櫥托阅茏儔?。另外，由于混合氣和廢氣進入曲軸箱，使曲軸箱內(nèi)的壓力增大，溫度升高，易使機油從油封、襯墊等處向外滲漏。因此，曲軸箱必須設(shè)有通風(fēng)裝置，使漏入的氣體排出并加以利用，同時使新鮮氣體進入曲軸箱，形成不斷地對流。（1）曲軸箱通風(fēng)原因一種是自然通風(fēng)，另一種是強制通風(fēng)。（2）通風(fēng)方式（2）曲軸箱通風(fēng)裝置發(fā)動機工作時漏到曲軸箱內(nèi)的汽油，一部分泄漏到曲軸箱內(nèi)24（3）自然通風(fēng)從曲軸箱抽出的氣體直接導(dǎo)入大氣中的通風(fēng)方式稱為自然通風(fēng)。柴油機多采用這種曲軸箱自然通風(fēng)方式。在曲軸箱連通的氣門室蓋或潤滑油加注口接出一根下垂的出氣管，管口處切成斜口，切口的方向與汽車行駛的方向相反。利用汽車行駛和冷卻風(fēng)扇的氣流，在出氣口處形成一定真空度，將氣體從曲軸箱抽出。（3）自然通風(fēng)25（4）曲軸箱強制通風(fēng)從曲軸箱抽出的氣體導(dǎo)入發(fā)動機的進氣管，吸入氣缸再燃燒。這種通風(fēng)方式稱為強制通風(fēng)，汽油機一般都采用這種曲軸箱強制通風(fēng)方式，這樣，可以將竄入曲軸箱內(nèi)的混合氣回收使用，有利于提高發(fā)動機的經(jīng)濟性。

（4）曲軸箱強制通風(fēng)26

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(jīng)空氣軟管吸入氣缸蓋罩內(nèi)，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(jīng)PCV閥進入進氣管和氣缸。強制式曲軸箱通風(fēng)裝置（PCV系統(tǒng)）發(fā)動機工作時，進氣管真空度沿著曲軸箱氣體27第六章發(fā)動機有害排放物的控制第六章發(fā)動機有害排放物的控制本章主要內(nèi)容汽車發(fā)動機的有害排放物汽油機的排放控制裝置其他排放物的控制系統(tǒng)柴油機的排放控制系統(tǒng)本章主要內(nèi)容汽車發(fā)動機的有害排放物29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。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30CO一氧化碳（CO）：碳氫燃料的不完全產(chǎn)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(chǎn)物。CO生成的機理比較復(fù)雜。

氧氣不足;產(chǎn)生原因：燃燒溫度低；

燃燒時間不足；混合不均。從化學(xué)當(dāng)量的角度看，CO的生成率主要受混合氣濃度c的影響?？刂品椒ù龠M混合氣生成有效控制燃燒溫度。CO一氧化碳（CO）：碳氫燃料的不完全產(chǎn)物，人吸入后31CH化合物二、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(xué)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。產(chǎn)生來源：

尾氣HC占總量的60％；曲軸箱竄氣HC占總量的25％；供油系統(tǒng)的蒸氣HC占總量的15％～20％左右。

在燃燒過程中HC的生成途徑：氧氣不足、縫隙效應(yīng)、激冷與淬熄。CH化合物二、碳氫化合物（HC）：產(chǎn)生來源：32CH控制方法控制方法采用C含量少的代用燃料采用電控技術(shù)改善燃燒保證混合氣濃度和燃燒溫度CH控制方法控制方法33NOx發(fā)動機排出的氮氧化物主要是NO（占95%），NO2排出量較少。主要原因：

高溫； 富氧；滯留時間?？刂品椒ń档突旌蠚庵醒醯臐舛冉档腿紵郎囟瓤s短在高溫燃燒帶內(nèi)的滯留時間改善混合氣的形成NOx發(fā)動機排出的氮氧化物主要是NO（占95%），N34微粒（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(zhì)?？刂品椒ㄌ岣邍娚渌俾驶蜻M行高壓噴射。改進燃燒室結(jié)構(gòu)，有效組織燃燒室內(nèi)的氣流運動。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。微粒（1）形成原因主要指柴油機排氣中的碳煙，其表面吸35歐洲汽車排放法規(guī)發(fā)展歐洲汽車排放法規(guī)發(fā)展36（1）轎車的歐洲排放標準（類別M1*），單位：（g/km）（1）轎車的歐洲排放標準（類別M1*），單位：（g/km）37第六章發(fā)動機有害排放物控制系統(tǒng)課件38第二節(jié)汽油機排放控制裝置催化轉(zhuǎn)化裝置降低低溫CH排放裝置稀薄氮氧化合物催化轉(zhuǎn)化裝置廢氣再循環(huán)系統(tǒng)第二節(jié)汽油機排放控制裝置催化轉(zhuǎn)化裝置39一、催化轉(zhuǎn)化裝置

氧化催化轉(zhuǎn)化裝置一、催化轉(zhuǎn)化裝置還原催化轉(zhuǎn)換裝置

三元催化轉(zhuǎn)換裝置

一、催化轉(zhuǎn)化裝置氧化催化401、氧化催化轉(zhuǎn)化裝置

氧化轉(zhuǎn)換器只將排氣中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又稱為二元催化轉(zhuǎn)換器，必須提供二次空氣作為氧化劑?！畲呋磻?yīng)器→低溫下使用。1、氧化催化轉(zhuǎn)化裝置41

三元催化轉(zhuǎn)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(dāng)空燃比在理論空燃比A/F=14.7（a=1）附近時，氧化-還原反應(yīng)達到平衡，CO、HC和NOx的排放同時達到最低。2、三元催化轉(zhuǎn)化裝置廢氣轉(zhuǎn)化效率與a的關(guān)系三元催化轉(zhuǎn)換器可以同時降低CO、HC和NOx的排放。42（1）油品：催化轉(zhuǎn)換器不能使用加鉛汽油，會使催化劑失效；（2）排溫：催化轉(zhuǎn)換器僅在溫度超過350C才起作用，因此，催化轉(zhuǎn)換器都安裝在溫度較高的排氣歧管后面附近；（3）混合氣成分：混合氣空燃比必須在14.7附近?；旌蠚膺^濃或氣缸缺火，都會使轉(zhuǎn)換器過熱?！钊呋D(zhuǎn)換器使用原則（1）油品：催化轉(zhuǎn)換器不能使用加鉛汽油，會使催化劑失效；（243三元催化轉(zhuǎn)化裝置的結(jié)構(gòu)三元催化轉(zhuǎn)化裝置的結(jié)構(gòu)44二、降低起動過程HC排放裝置

1．直接催化

將催化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化裝置通過外部電力提前加熱催化，電加熱催化轉(zhuǎn)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送到催化轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)復(fù)雜。4．采用HC捕捉器二、降低起動過程HC排放裝置1．直接催化45三、稀薄NOx催化轉(zhuǎn)化裝置

稀薄燃燒技術(shù)的空燃比大于理論空燃比，所以三元催化轉(zhuǎn)化裝置三元催化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化裝置。這種催化轉(zhuǎn)化裝置主要有

NOx直接還原型：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)。

三、稀薄NOx催化轉(zhuǎn)化裝置稀薄燃燒技術(shù)的空燃比大于理論空燃46四、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣再循環(huán)是在發(fā)動機工作過程中，將一部分廢氣引入進氣道，與新鮮空氣混合后進入氣缸，降低最高燃燒溫度，減少NOx的排放。過渡的廢氣再循環(huán)會影響發(fā)動機的正常運行，特別是發(fā)動機處于在怠速、低速小負荷及發(fā)動機處于冷態(tài)運行時，再循環(huán)的廢氣將會明顯降低發(fā)動機的性能。因此要根據(jù)發(fā)動機工況的變化自動的調(diào)節(jié)參與再循環(huán)的廢氣量。廢氣再循環(huán)的控制指標用EGR率來表示EGR率由EGR閥來控制，通過控制閥的開度來控制EGR量。由于高溫廢氣要流經(jīng)EGR閥，因此閥本身要承受高溫，閥通常是通過真空度來控制。四、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣再循環(huán)是在發(fā)動機工作過程中，將一部分47電子控制EGR系統(tǒng)的組成EGR閥節(jié)氣門位置傳感器EGR電磁閥冷卻液溫度傳感器發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器提供發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號，是ECU計算EGR率的重要依據(jù)，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于900r/min或高于3200r/min時，ECU輸出持續(xù)高電平信號，EGR電磁閥關(guān)閉，使發(fā)動機進氣管無廢氣環(huán)流。提供節(jié)氣門位置信號，是ECU計算EGR率的重要依據(jù)，當(dāng)節(jié)氣門關(guān)閉時，發(fā)動機處于怠速工況，ECU輸出控制信號，使EGR閥關(guān)閉，不進行廢氣環(huán)流。提供發(fā)動機的負荷信號，ECU據(jù)此信號與發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號一起來確定EGR率。提供發(fā)動機溫度信號，是ECU計算廢氣再循環(huán)量的參考信號之一，在發(fā)動機溫度低時，ECU輸出控制信號，使EGR閥關(guān)閉，不進行廢氣環(huán)流。EGR電磁閥的頂端通大氣，EGR電磁閥不通電時，彈簧將閥體向上壓緊，通大氣閥口關(guān)閉，EGR閥真空室與進氣歧管相通，當(dāng)EGR電磁閥通電時，其閥體下移，將通進氣歧管的真空通道關(guān)閉，而上端的通大氣閥口打開，使EGR閥真空室與大氣相通。EGR閥膜片的下側(cè)通大氣，裝有彈簧的上側(cè)為真空室，其真空度由EGR電磁閥控制。增大真空室的真空度，使膜片克服彈簧力上拱，閥的開度就增大，廢氣循環(huán)量也增大，當(dāng)真空室失去真空度時，膜片在彈簧的作用下向下拱而使閥門關(guān)閉，阻斷廢氣環(huán)流。通大氣電子控制EGR系統(tǒng)的組成EGR閥節(jié)氣門位置傳感器EGR電磁閥48EGR系統(tǒng)小結(jié)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