汽車的排放凈化課件

第11章汽車的排放凈化第1節(jié)汽車排放污染物及其成因第2節(jié)汽油車的排放凈化第3節(jié)柴油車的排放凈化小結(jié)第11章汽車的排放凈化第1節(jié)汽車排放污染物及其成因第1節(jié)汽車排放污染物及其成因一、汽車排放污染物汽車排放物是汽車的排氣排放物、蒸發(fā)排放物和曲軸箱排放物的總稱，習慣上指其中的污染物。汽車排放污染物是汽車排放物中污染環(huán)境的各種物質(zhì)，主要有一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)和微粒物(PM)等。

表11一1為汽油機與柴油機排放污染物的比較。由表可見，汽油機污染物主要是(CO,HC和NOx，而柴油機污染物主要是PM和NOx。下一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因一、汽車排放污染物下一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因二、汽車排放污染物的危害1.CO的危害CO與人體紅血球中血紅蛋自的親和力為氧的200一300倍。當人們吸入CO后，CO與人體血紅蛋自親合形成碳氧血紅蛋自，使血液的輸氧能力大大降低，使心臟、頭腦等器官嚴重缺氧，引起頭暈、惡心、頭痛等癥狀。輕者使中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損，慢性中毒，嚴重時會危害血液循環(huán)系統(tǒng)，導致生命危險。2.HC的危害HC對人的鼻、眼和呼吸道鉆膜有刺激作用，可引起結(jié)膜炎、鼻炎、支氣管炎等疾病。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因二、汽車排放污染物的危害下一頁上第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.NOx危害NOx能刺激人眼鉆膜，引起結(jié)膜炎等疾病，還對呼吸系統(tǒng)具有有害作用。如果人們在NO2濃度為5×10-1的空氣中暴露10min,即可使呼吸系統(tǒng)失調(diào)4.光化學煙霧的危害光化學煙霧刺激人們的眼睛、鼻腔和咽喉，損害農(nóng)作物。5.PM的危害微粒物除對人體呼吸系統(tǒng)有害外，由于微粒物存在孔隙而能鉆附SO2,HC,NO2等有毒物質(zhì)或苯丙花等致癌物，因而對人體健康造成更大危害。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.NOx危害下一第1節(jié)汽車排放污染物及其成因三、汽油機排放污染物的成因及其影響因素

(一)汽油機排放污染物的成因1.CO(1)燃料不完全燃燒。CO是烴類燃料在燃燒過程中缺氧而不能完全燃燒的產(chǎn)物。(2)CO2和H2O在高溫時離解。當汽油機缸內(nèi)溫度超過1800℃時，CO2和H2O

在高溫時會產(chǎn)生離解，生成CO。2.HC(1)由于氣缸壁對火焰的冷卻作用、縫隙效應、油膜和沉積物對燃油蒸氣的吸附作用，使燃料未燃燒或未完全燃燒。(2)由于燃料供給系統(tǒng)的蒸發(fā)以及燃燒室等泄漏而產(chǎn)生。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因三、汽油機排放污染物的成因及其影第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.NOx(1)混合氣在高溫燃燒過程中，空氣中的分子氮被氧化為NO，也稱為高溫NO，是NO的主要來源。(2)燃料中的含氮化合物在燃燒過程中，分解成低分子氮化物被氧化生成NO，也稱為燃料NO(3)在燃燒過程中燃料中的碳氫化合物裂解出的CH,CO2,C等與空氣中的N2反應生成HCN和NH等，并進一步與OH、O反應生成NO，也稱為激發(fā)或瞬發(fā)NO。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.NOx下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(二)汽油機排放污染物的主要影響因素1.混合氣濃度空燃比與汽油機排氣污染物的關(guān)系如圖11一2所示(假定發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷不變)。當空燃比在16以下時，隨著空燃比的下降，混合氣濃度增大，氧氣不足，不完全燃燒現(xiàn)象嚴重，使CO,HC排放增多，NOx排放減少;當空燃比大于17時，隨著空燃比增大，C()排放減少，同時氧化反應速度慢，燃燒溫度下降，使HC排放增多，NOx排放減少。在混合氣濃度稍稀處，HC,CO排放濃度最小，而NOx排放濃度最大。2.運行工況

表11一2是汽車在不同運行工況下排放污染物的比較。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(二)汽油機排放污染物的主要影響第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.火花質(zhì)量和點火提前角(1)火花質(zhì)量決定點燃混合氣的能力(2)點火提前角推遲時，可降低燃燒氣體的最高溫度，使NO、排放量降低。點火提前對NOx排放濃度的影響還與混合氣空燃比有關(guān)，在理論空燃比附近，點火提前角影響最大。因此當采用電控汽油噴射加三效催化轉(zhuǎn)化器進行閉環(huán)控制時，為了滿足更嚴格的排放法規(guī)的要求，可通過推遲點火提前角降低NOx排放濃度。4.配氣相位配氣機構(gòu)凸輪形狀決定氣門開啟和關(guān)閉時刻及氣門升程曲線，而這些參數(shù)影響發(fā)動機的允氣過程。進入氣缸的新鮮混合氣數(shù)量，決定發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩和功率。留在氣缸內(nèi)的未燃混合氣量和下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.火花質(zhì)量和點火提前角下一頁上第1節(jié)汽車排放污染物及其成因在排氣門開啟時未被排出的廢氣量會影響點火性能和燃燒狀況，從而影響發(fā)動機效率、未燃HC的排放濃度。在進、排氣門同時開啟時，根據(jù)氣缸內(nèi)壓力狀況，新鮮混合氣可能排出機外，或廢氣流回進氣歧管，這會對發(fā)動機效率和未燃HC排放物造成很大影響。對一種發(fā)動機轉(zhuǎn)速只有一個最佳的配氣正時，例如發(fā)動機高速時，進氣門開啟時間長，可提高發(fā)動機功率。發(fā)動機低速或怠速運行時，若進、排氣門同時開啟時間過長，由于殘留廢氣成分過高，會造成HC排放增加和發(fā)動機燃燒不穩(wěn)定。因此理想的配氣正時，應根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷而變化，即采用可變配氣相位。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因在排氣門開啟時未第1節(jié)汽車排放污染物及其成因四、柴油機排放污染物的成因及其影響因素(一)柴油機排放污染物的成因從總體看，由于柴油機的平均混合氣濃度比汽油機稀得多，即使在高負荷區(qū)，平均過量空氣系數(shù)也遠大于1，所以柴油機總有足夠的氧氣對已形成的CO和HC進行氧化。柴油機的CO和HC排放量要比汽油機低得多。從細節(jié)上看，柴油機CO和HC的具體生成原因也與汽油機有所不同。1.CO柴油機CO主要源于缺氧造成噴注中過濃部分的不完全燃燒。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因四、柴油機排放污染物的成因及其影第1節(jié)汽車排放污染物及其成因2.HC柴油機HC的生成主要有下述兩個原因(1)滯燃期中，處于噴注前緣(圖11一3)的極稀混合氣，其濃度遠低于燃燒極限而無法著火便產(chǎn)生HC滯燃期越長，滯燃期中噴油量越多，過分稀釋的混合氣也越多,HC排放也就增多。(2)在柴油機中，噴霧質(zhì)量、噴霧貫穿度、與空氣的混合等因素對未燃HC的生成影響很大。噴油器結(jié)構(gòu)不合理，特別是針閥后壓力室容積過大是形成未燃HC的重要原因。此外，竄機油，啟動時不著火以及不正常噴射(如二次噴射)也是產(chǎn)生未燃HC的原因。在冷啟動、怠速、低負荷等條件下，噴注中的大顆粒油滴來不及蒸發(fā)，嚴重的后燃也會造成未燃HC的排放。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因2.HC下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.NOx柴油機的NOx生成條件與汽油機相同，也是高溫、富氧和較長的作用時間，但是達到上述條件的具體情況各不相同。柴油機在燃燒過程中產(chǎn)生NO的區(qū)段有速燃期的稀燃火焰區(qū)和緩燃期的打一散燃燒區(qū)。因為這兩個區(qū)段具有生成NOx的條件。4.微粒和碳煙柴油機中，微粒和碳煙的生成源于高溫和局部混合氣過濃。混合氣越濃，其中碳成分就越多。在柴油噴注中，混合氣濃度由芯部的極濃到前緣的極稀，所以噴注在燃燒過程，芯部總會有自由碳產(chǎn)生。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.NOx下一頁上一頁返第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(二)柴油機排放污染物的主要影響因素1.混合氣濃度混合氣濃度與直噴式柴油機排氣污染物的關(guān)系如圖11一5所示。2.運行工況柴油機在不同運行工況下排放污染物的比較參見表11-2。車用柴油機不僅在寬廣的負荷和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，而且還經(jīng)常進行加、減速工況轉(zhuǎn)換。這些情況下的排放特性各有其自身特點，對總體排放量有不可忽視的影響。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(二)柴油機排放污染物的主要影響第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(1)穩(wěn)定工況時負荷和轉(zhuǎn)速變化的影響。工況對排放的影響總體表現(xiàn)為:低速、低負荷時，CO和HC排放偏高，而NOx和微粒排放量很低;高速、高負荷則微粒和NOx、排放上升;特別是微粒碳煙排放，即使是中、低轉(zhuǎn)速，由于轉(zhuǎn)矩校正、油量加大的緣故，往往煙度超標，所以低速冒煙常常成為車用柴油機的一個瘤疾。(2)柴油機的加、減速排放特性對于全速式調(diào)速器，踩下加速踏板，相當于加大彈簧預緊力，調(diào)速器起作用，很快加大供油量，轉(zhuǎn)矩上升，然后再下降達到新的平衡點，因此加速迅猛，過大的油量往往造成過高的碳煙和HC,CO排放量。而兩速式調(diào)速器，踩下加速踏板直接操縱噴油泵供油拉桿，達到新的平衡點加速平緩，污染物排放量的增加很少。柴油機的減速過程是減小供油量，所以污染物排放量下降

下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(1)穩(wěn)定工況時負荷和轉(zhuǎn)速變化的第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(3)冷啟動過程的影響柴油機冷啟動時，缸內(nèi)壓縮溫度很低，燃油霧化條件差，相當部分會附于燃燒室壁面，初期未燃HC以自煙的形式排出機外。由于啟動時霧化程度低，直噴柴油機一般要加大50%~100%的啟動油量。因此碳煙、HO和CO排放量必然增多。3.噴油提前角推遲噴油，直接噴射式柴油機的NOx大幅度下降，而間接噴射式渦流室柴油機的NOx的下降幅度則小一些。但是噴油過遲，燃油消耗率和碳煙排放都會惡化，對CO和HC的排放也有不利影響。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(3)冷啟動過程的影響下一頁上一第1節(jié)汽車排放污染物及其成因4.噴油壓力在循環(huán)噴油量和噴孔大小及分布不變的情況下，提高噴油壓力就是加大噴油率，它直接產(chǎn)生兩方面的效果。(1)降低微粒碳煙的排放量。(2)降低油耗率上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因4.噴油壓力上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化一、降低汽油車污染物排放的措施降低汽油車污染物排放的措施如下。(1)采用曲軸箱強制通風裝置(2)采用燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)。(3)采用電控多點燃油噴射系統(tǒng)(4)采用二次空氣噴射系統(tǒng)(5)采用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(6)采用高能電子點火和控制系統(tǒng)(7)采用稀薄燃燒發(fā)動機技術(shù)(8)采用多氣門、可變配氣相位和進氣旋流等技術(shù)，優(yōu)化燃燒室形狀。下一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化一、降低汽油車污染物排放的措施下一頁返第2節(jié)汽油車的排放凈化(9)采用三效催化轉(zhuǎn)化器和閉環(huán)電控系統(tǒng)(10)采用車載診斷系統(tǒng)，對汽油車排放控制系統(tǒng)進行自動監(jiān)控。二、燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)主要由活性炭罐貯存裝置、燃油蒸發(fā)凈化控制裝置和燃油箱燃油蒸發(fā)控制裝置組成(圖11一6)三、三效催化轉(zhuǎn)換器三效催化轉(zhuǎn)化器(TWC)能對汽車排氣污染物中的CO,HC和NOx同時具有凈化作用。三效催化轉(zhuǎn)化器由殼體、減振層、載體和催化劑涂層四部分組成，如圖11-7(a)所示。

下一頁上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化(9)采用三效催化轉(zhuǎn)化器和閉環(huán)電控系統(tǒng)第2節(jié)汽油車的排放凈化減振層位于殼體和載體之間，起固定載體、減振、緩解熱應力、隔熱和密封等作用。載體是催化劑涂層的支撐體，如圖11一7(b)所示，排氣從其孔隙中通過并與固定在涂層上的活性催化劑相互作用，加速氧化、還原反應速度，達到凈化排氣的目的。在載體孔道的壁面上，涂有一層氧化鋁層，在涂層表面是活性材料貴重金屬，一般是鉑(Pt),鍺(Ph)和鈀(Pd)，以及作為助催化劑的稀土類材料。目前常用的三效催化轉(zhuǎn)化器的工作原理為:2CO+2NO→2CO2+N24HC+10NO→4CO2+2H2O2CO+O2

→2CO24HC+5O2→4CO2+2H2O下一頁上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化減振層第2節(jié)汽油車的排放凈化四、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)簡稱EGR系統(tǒng)。在燃燒溫度升高時，燃油汽化、混合氣混合和燃燒均得到改善，CO和HC的排出量減少，但N()的排出量增多。為了降低NOx的排出量，將5%一20%排出的廢氣重新引入進氣管和混合氣一起進入氣缸。廢氣中含有水分和CO2，可以使混合氣燃燒時的最高溫度降低，在排氣中(CO,HC不增加的情況下，使N()的濃度降低。這是由于廢氣的稀釋作用降低了氧的濃度，使在燃燒過程中NOx的生成受到控制。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的工作原理如圖11-9所示。下一頁上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化四、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)下一頁上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化五、二次空氣噴射系統(tǒng)二次空氣噴射作為早期控制污染物排放的措施之一，目前與催化轉(zhuǎn)換器配合使用。它同樣由ECU控制二次空氣噴射氣道的導通，將空氣引入催化轉(zhuǎn)換器中(圖11一11)，實現(xiàn)對N0.,CO,HC的轉(zhuǎn)變。在將空氣引入排氣管的方式中，除了空氣泵控制外，還可用排氣脈沖波來實現(xiàn)。另外，隨著研究的進一步深入，又出現(xiàn)了許多新技術(shù)。如停缸控制，它可根據(jù)負荷的不同要求，停止部分氣缸的燃油供給與點火控制，減少浪費，提高發(fā)動機效率;再如加速踏板電控系統(tǒng)，可避免機械式加速踏板因為磨損而產(chǎn)生的誤差，增加控制精度。下一頁上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化五、二次空氣噴射系統(tǒng)下一頁上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化六、稀薄燃燒發(fā)動機如果用比較稀的混合氣使發(fā)動機工作，則可減少發(fā)動機的排放污染，同時可以降低油耗(圖11一12)。一般將空燃比大于17的混合氣燃燒稱為稀薄燃燒。使混合氣逐漸變稀后，空燃比達到23左右時，混合氣還能保持穩(wěn)定的燃燒。但空燃比超過23，燃燒就會變得不穩(wěn)定，空燃比達到25左右時，轉(zhuǎn)矩就出現(xiàn)異常。因此，用燃燒壓力傳感器監(jiān)視氣缸內(nèi)的壓力，采用計算機控制稀薄燃燒的空燃比最大限度不超過24。為了促進稀薄混合氣的燃燒，在燃燒室內(nèi)設置了產(chǎn)生渦流的渦流控制閥和螺旋進氣道。上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化六、稀薄燃燒發(fā)動機上一頁返回第3節(jié)柴油車的排放凈化一、降低柴油車污染物排放的措施降低柴油車污染物排放的措施如下：(1)采用廢氣再循環(huán)控制技術(shù)(2)采用電控可變進氣渦流技術(shù)(3)采用廢氣渦輪增壓與中冷技術(shù)(4)采用氧化催化轉(zhuǎn)化器(5)采用四氣門結(jié)構(gòu)(6)發(fā)展電控柴油噴射系統(tǒng)、采用電控共軌噴射技術(shù)(7)采用可變配氣相位技術(shù)。(8)采用微粒捕集器下一頁返回第3節(jié)柴油車的排放凈化一、降低柴油車污染物排放的措施下一頁返第3節(jié)柴油車的排放凈化二、電控共軌柴油噴射技術(shù)電控共軌柴油噴射技術(shù)改變了傳統(tǒng)柱塞脈動供油原理，是在噴油泵、燃油壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式。由噴油泵將高壓燃油輸送到被稱為“共軌”(Commonrail)的油管中，通過對共軌油管內(nèi)油壓進行精確控制，使高壓油管的壓力大小與發(fā)動機轉(zhuǎn)速無關(guān)，可以大幅度減少柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機的缺陷。采用該技術(shù)的最大特點是噴油正時與燃油計量完全分開，噴油壓力、噴油量和噴油時刻由ECU控制。其噴油壓力在整個噴油期內(nèi)幾乎保持恒定，最大值可高達200MPa，是普通柴油機噴油壓力的數(shù)倍，大大降低了柴油發(fā)動機的排放污染。下一頁上一頁返回第3節(jié)柴油車的排放凈化二、電控共軌柴油噴射技術(shù)下一頁上一頁返第3節(jié)柴油車的排放凈化三、微粒捕集器微粒捕集器也稱為柴油機微粒過濾器。作為微粒捕集器的過濾材料可以是陶瓷蜂窩載體、陶瓷纖維編織物、金屬蜂窩載體和金屬纖維編織物等。目前應用最多的是壁流式蜂窩陶瓷微粒捕集器，如圖11一13所示。上一頁返回第3節(jié)柴油車的排放凈化三、微粒捕集器上一頁返回小結(jié)1.汽車排放污染物是汽車排放物中污染環(huán)境的各種物質(zhì)，主要有一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物和微粒物等。2.汽油機排放污染物的主要影響因素主要有混合氣濃度、運行工況、火花質(zhì)量和點火提前角、配氣相位等。3.柴油機排放污染物的主要影響因素有混合氣濃度、運行工況、噴油提前角和噴油壓力等4.降低汽油車污染物排放的措施主要有采用曲軸箱強制通風裝置、燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)、電控多點燃油噴射系統(tǒng)、三效催化轉(zhuǎn)化器和閉環(huán)電控系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、高能電子點火和控制系統(tǒng)、稀薄燃燒發(fā)動機技術(shù)、多氣門技術(shù)、可變配氣相位和進氣旋流等技術(shù)、采用車載診斷系統(tǒng)、對汽油車排放控制系統(tǒng)進行自動監(jiān)控等。

下一頁返回小結(jié)1.汽車排放污染物是汽車排放物中污染環(huán)境的各種物小結(jié)5.降低柴油車污染物排放的措施主要有采用廢氣再循環(huán)控制技術(shù)、電控可變進氣渦流技術(shù)、廢氣渦輪增壓與中冷技術(shù)、氧化催化轉(zhuǎn)化器、四氣門結(jié)構(gòu)，發(fā)展電控柴油噴射系統(tǒng)，采用電控共軌噴射技術(shù)、可變配氣相位技術(shù)和微粒捕集器等。上一頁返回小結(jié)5.降低柴油車污染物排放的措施主要有采用廢氣再循圖11一2空燃比與汽油機排氣污染物的關(guān)系返回圖11一2空燃比與汽油機排氣污染物的關(guān)系返回圖11一3滯燃期噴入氣缸內(nèi)的

噴注形狀示意返回圖11一3滯燃期噴入氣缸內(nèi)的

噴注形狀示意返圖11一5混合氣濃度與直噴式柴油機排氣污染物的關(guān)系返回圖11一5混合氣濃度與直噴式柴油機排氣污染物的關(guān)系返回圖11一6燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)返回圖11一6燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)返回圖11一7三效催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)返回圖11一7三效催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)返回圖11一7三效催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)返回圖11一7三效催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)返回圖11一9廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的工作原理返回圖11一9廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的工作原理返回圖11一11二次空氣噴射系統(tǒng)示意返回圖11一11二次空氣噴射系統(tǒng)示意返回圖11一12稀薄燃燒對發(fā)動機性能的影響返回圖11一12稀薄燃燒對發(fā)動機性能的影響返回圖11一13微粒捕集器返回圖11一13微粒捕集器返回表11一1汽油機與柴油機排放污染物的比較返回表11一1汽油機與柴油機排放污染物的比較返回表11-2汽車在不同運行工況下排放污染物的比較返回表11-2汽車在不同運行工況下排放污染物的比較返回第11章汽車的排放凈化第1節(jié)汽車排放污染物及其成因第2節(jié)汽油車的排放凈化第3節(jié)柴油車的排放凈化小結(jié)第11章汽車的排放凈化第1節(jié)汽車排放污染物及其成因第1節(jié)汽車排放污染物及其成因一、汽車排放污染物汽車排放物是汽車的排氣排放物、蒸發(fā)排放物和曲軸箱排放物的總稱，習慣上指其中的污染物。汽車排放污染物是汽車排放物中污染環(huán)境的各種物質(zhì)，主要有一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)和微粒物(PM)等。

表11一1為汽油機與柴油機排放污染物的比較。由表可見，汽油機污染物主要是(CO,HC和NOx，而柴油機污染物主要是PM和NOx。下一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因一、汽車排放污染物下一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因二、汽車排放污染物的危害1.CO的危害CO與人體紅血球中血紅蛋自的親和力為氧的200一300倍。當人們吸入CO后，CO與人體血紅蛋自親合形成碳氧血紅蛋自，使血液的輸氧能力大大降低，使心臟、頭腦等器官嚴重缺氧，引起頭暈、惡心、頭痛等癥狀。輕者使中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損，慢性中毒，嚴重時會危害血液循環(huán)系統(tǒng)，導致生命危險。2.HC的危害HC對人的鼻、眼和呼吸道鉆膜有刺激作用，可引起結(jié)膜炎、鼻炎、支氣管炎等疾病。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因二、汽車排放污染物的危害下一頁上第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.NOx危害NOx能刺激人眼鉆膜，引起結(jié)膜炎等疾病，還對呼吸系統(tǒng)具有有害作用。如果人們在NO2濃度為5×10-1的空氣中暴露10min,即可使呼吸系統(tǒng)失調(diào)4.光化學煙霧的危害光化學煙霧刺激人們的眼睛、鼻腔和咽喉，損害農(nóng)作物。5.PM的危害微粒物除對人體呼吸系統(tǒng)有害外，由于微粒物存在孔隙而能鉆附SO2,HC,NO2等有毒物質(zhì)或苯丙花等致癌物，因而對人體健康造成更大危害。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.NOx危害下一第1節(jié)汽車排放污染物及其成因三、汽油機排放污染物的成因及其影響因素

(一)汽油機排放污染物的成因1.CO(1)燃料不完全燃燒。CO是烴類燃料在燃燒過程中缺氧而不能完全燃燒的產(chǎn)物。(2)CO2和H2O在高溫時離解。當汽油機缸內(nèi)溫度超過1800℃時，CO2和H2O

在高溫時會產(chǎn)生離解，生成CO。2.HC(1)由于氣缸壁對火焰的冷卻作用、縫隙效應、油膜和沉積物對燃油蒸氣的吸附作用，使燃料未燃燒或未完全燃燒。(2)由于燃料供給系統(tǒng)的蒸發(fā)以及燃燒室等泄漏而產(chǎn)生。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因三、汽油機排放污染物的成因及其影第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.NOx(1)混合氣在高溫燃燒過程中，空氣中的分子氮被氧化為NO，也稱為高溫NO，是NO的主要來源。(2)燃料中的含氮化合物在燃燒過程中，分解成低分子氮化物被氧化生成NO，也稱為燃料NO(3)在燃燒過程中燃料中的碳氫化合物裂解出的CH,CO2,C等與空氣中的N2反應生成HCN和NH等，并進一步與OH、O反應生成NO，也稱為激發(fā)或瞬發(fā)NO。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.NOx下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(二)汽油機排放污染物的主要影響因素1.混合氣濃度空燃比與汽油機排氣污染物的關(guān)系如圖11一2所示(假定發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷不變)。當空燃比在16以下時，隨著空燃比的下降，混合氣濃度增大，氧氣不足，不完全燃燒現(xiàn)象嚴重，使CO,HC排放增多，NOx排放減少;當空燃比大于17時，隨著空燃比增大，C()排放減少，同時氧化反應速度慢，燃燒溫度下降，使HC排放增多，NOx排放減少。在混合氣濃度稍稀處，HC,CO排放濃度最小，而NOx排放濃度最大。2.運行工況

表11一2是汽車在不同運行工況下排放污染物的比較。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(二)汽油機排放污染物的主要影響第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.火花質(zhì)量和點火提前角(1)火花質(zhì)量決定點燃混合氣的能力(2)點火提前角推遲時，可降低燃燒氣體的最高溫度，使NO、排放量降低。點火提前對NOx排放濃度的影響還與混合氣空燃比有關(guān)，在理論空燃比附近，點火提前角影響最大。因此當采用電控汽油噴射加三效催化轉(zhuǎn)化器進行閉環(huán)控制時，為了滿足更嚴格的排放法規(guī)的要求，可通過推遲點火提前角降低NOx排放濃度。4.配氣相位配氣機構(gòu)凸輪形狀決定氣門開啟和關(guān)閉時刻及氣門升程曲線，而這些參數(shù)影響發(fā)動機的允氣過程。進入氣缸的新鮮混合氣數(shù)量，決定發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩和功率。留在氣缸內(nèi)的未燃混合氣量和下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.火花質(zhì)量和點火提前角下一頁上第1節(jié)汽車排放污染物及其成因在排氣門開啟時未被排出的廢氣量會影響點火性能和燃燒狀況，從而影響發(fā)動機效率、未燃HC的排放濃度。在進、排氣門同時開啟時，根據(jù)氣缸內(nèi)壓力狀況，新鮮混合氣可能排出機外，或廢氣流回進氣歧管，這會對發(fā)動機效率和未燃HC排放物造成很大影響。對一種發(fā)動機轉(zhuǎn)速只有一個最佳的配氣正時，例如發(fā)動機高速時，進氣門開啟時間長，可提高發(fā)動機功率。發(fā)動機低速或怠速運行時，若進、排氣門同時開啟時間過長，由于殘留廢氣成分過高，會造成HC排放增加和發(fā)動機燃燒不穩(wěn)定。因此理想的配氣正時，應根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷而變化，即采用可變配氣相位。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因在排氣門開啟時未第1節(jié)汽車排放污染物及其成因四、柴油機排放污染物的成因及其影響因素(一)柴油機排放污染物的成因從總體看，由于柴油機的平均混合氣濃度比汽油機稀得多，即使在高負荷區(qū)，平均過量空氣系數(shù)也遠大于1，所以柴油機總有足夠的氧氣對已形成的CO和HC進行氧化。柴油機的CO和HC排放量要比汽油機低得多。從細節(jié)上看，柴油機CO和HC的具體生成原因也與汽油機有所不同。1.CO柴油機CO主要源于缺氧造成噴注中過濃部分的不完全燃燒。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因四、柴油機排放污染物的成因及其影第1節(jié)汽車排放污染物及其成因2.HC柴油機HC的生成主要有下述兩個原因(1)滯燃期中，處于噴注前緣(圖11一3)的極稀混合氣，其濃度遠低于燃燒極限而無法著火便產(chǎn)生HC滯燃期越長，滯燃期中噴油量越多，過分稀釋的混合氣也越多,HC排放也就增多。(2)在柴油機中，噴霧質(zhì)量、噴霧貫穿度、與空氣的混合等因素對未燃HC的生成影響很大。噴油器結(jié)構(gòu)不合理，特別是針閥后壓力室容積過大是形成未燃HC的重要原因。此外，竄機油，啟動時不著火以及不正常噴射(如二次噴射)也是產(chǎn)生未燃HC的原因。在冷啟動、怠速、低負荷等條件下，噴注中的大顆粒油滴來不及蒸發(fā)，嚴重的后燃也會造成未燃HC的排放。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因2.HC下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.NOx柴油機的NOx生成條件與汽油機相同，也是高溫、富氧和較長的作用時間，但是達到上述條件的具體情況各不相同。柴油機在燃燒過程中產(chǎn)生NO的區(qū)段有速燃期的稀燃火焰區(qū)和緩燃期的打一散燃燒區(qū)。因為這兩個區(qū)段具有生成NOx的條件。4.微粒和碳煙柴油機中，微粒和碳煙的生成源于高溫和局部混合氣過濃?；旌蠚庠綕?，其中碳成分就越多。在柴油噴注中，混合氣濃度由芯部的極濃到前緣的極稀，所以噴注在燃燒過程，芯部總會有自由碳產(chǎn)生。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因3.NOx下一頁上一頁返第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(二)柴油機排放污染物的主要影響因素1.混合氣濃度混合氣濃度與直噴式柴油機排氣污染物的關(guān)系如圖11一5所示。2.運行工況柴油機在不同運行工況下排放污染物的比較參見表11-2。車用柴油機不僅在寬廣的負荷和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，而且還經(jīng)常進行加、減速工況轉(zhuǎn)換。這些情況下的排放特性各有其自身特點，對總體排放量有不可忽視的影響。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(二)柴油機排放污染物的主要影響第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(1)穩(wěn)定工況時負荷和轉(zhuǎn)速變化的影響。工況對排放的影響總體表現(xiàn)為:低速、低負荷時，CO和HC排放偏高，而NOx和微粒排放量很低;高速、高負荷則微粒和NOx、排放上升;特別是微粒碳煙排放，即使是中、低轉(zhuǎn)速，由于轉(zhuǎn)矩校正、油量加大的緣故，往往煙度超標，所以低速冒煙常常成為車用柴油機的一個瘤疾。(2)柴油機的加、減速排放特性對于全速式調(diào)速器，踩下加速踏板，相當于加大彈簧預緊力，調(diào)速器起作用，很快加大供油量，轉(zhuǎn)矩上升，然后再下降達到新的平衡點，因此加速迅猛，過大的油量往往造成過高的碳煙和HC,CO排放量。而兩速式調(diào)速器，踩下加速踏板直接操縱噴油泵供油拉桿，達到新的平衡點加速平緩，污染物排放量的增加很少。柴油機的減速過程是減小供油量，所以污染物排放量下降

下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(1)穩(wěn)定工況時負荷和轉(zhuǎn)速變化的第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(3)冷啟動過程的影響柴油機冷啟動時，缸內(nèi)壓縮溫度很低，燃油霧化條件差，相當部分會附于燃燒室壁面，初期未燃HC以自煙的形式排出機外。由于啟動時霧化程度低，直噴柴油機一般要加大50%~100%的啟動油量。因此碳煙、HO和CO排放量必然增多。3.噴油提前角推遲噴油，直接噴射式柴油機的NOx大幅度下降，而間接噴射式渦流室柴油機的NOx的下降幅度則小一些。但是噴油過遲，燃油消耗率和碳煙排放都會惡化，對CO和HC的排放也有不利影響。下一頁上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因(3)冷啟動過程的影響下一頁上一第1節(jié)汽車排放污染物及其成因4.噴油壓力在循環(huán)噴油量和噴孔大小及分布不變的情況下，提高噴油壓力就是加大噴油率，它直接產(chǎn)生兩方面的效果。(1)降低微粒碳煙的排放量。(2)降低油耗率上一頁返回第1節(jié)汽車排放污染物及其成因4.噴油壓力上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化一、降低汽油車污染物排放的措施降低汽油車污染物排放的措施如下。(1)采用曲軸箱強制通風裝置(2)采用燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)。(3)采用電控多點燃油噴射系統(tǒng)(4)采用二次空氣噴射系統(tǒng)(5)采用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(6)采用高能電子點火和控制系統(tǒng)(7)采用稀薄燃燒發(fā)動機技術(shù)(8)采用多氣門、可變配氣相位和進氣旋流等技術(shù)，優(yōu)化燃燒室形狀。下一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化一、降低汽油車污染物排放的措施下一頁返第2節(jié)汽油車的排放凈化(9)采用三效催化轉(zhuǎn)化器和閉環(huán)電控系統(tǒng)(10)采用車載診斷系統(tǒng)，對汽油車排放控制系統(tǒng)進行自動監(jiān)控。二、燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)主要由活性炭罐貯存裝置、燃油蒸發(fā)凈化控制裝置和燃油箱燃油蒸發(fā)控制裝置組成(圖11一6)三、三效催化轉(zhuǎn)換器三效催化轉(zhuǎn)化器(TWC)能對汽車排氣污染物中的CO,HC和NOx同時具有凈化作用。三效催化轉(zhuǎn)化器由殼體、減振層、載體和催化劑涂層四部分組成，如圖11-7(a)所示。

下一頁上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化(9)采用三效催化轉(zhuǎn)化器和閉環(huán)電控系統(tǒng)第2節(jié)汽油車的排放凈化減振層位于殼體和載體之間，起固定載體、減振、緩解熱應力、隔熱和密封等作用。載體是催化劑涂層的支撐體，如圖11一7(b)所示，排氣從其孔隙中通過并與固定在涂層上的活性催化劑相互作用，加速氧化、還原反應速度，達到凈化排氣的目的。在載體孔道的壁面上，涂有一層氧化鋁層，在涂層表面是活性材料貴重金屬，一般是鉑(Pt),鍺(Ph)和鈀(Pd)，以及作為助催化劑的稀土類材料。目前常用的三效催化轉(zhuǎn)化器的工作原理為:2CO+2NO→2CO2+N24HC+10NO→4CO2+2H2O2CO+O2

→2CO24HC+5O2→4CO2+2H2O下一頁上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化減振層第2節(jié)汽油車的排放凈化四、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)簡稱EGR系統(tǒng)。在燃燒溫度升高時，燃油汽化、混合氣混合和燃燒均得到改善，CO和HC的排出量減少，但N()的排出量增多。為了降低NOx的排出量，將5%一20%排出的廢氣重新引入進氣管和混合氣一起進入氣缸。廢氣中含有水分和CO2，可以使混合氣燃燒時的最高溫度降低，在排氣中(CO,HC不增加的情況下，使N()的濃度降低。這是由于廢氣的稀釋作用降低了氧的濃度，使在燃燒過程中NOx的生成受到控制。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的工作原理如圖11-9所示。下一頁上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化四、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)下一頁上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化五、二次空氣噴射系統(tǒng)二次空氣噴射作為早期控制污染物排放的措施之一，目前與催化轉(zhuǎn)換器配合使用。它同樣由ECU控制二次空氣噴射氣道的導通，將空氣引入催化轉(zhuǎn)換器中(圖11一11)，實現(xiàn)對N0.,CO,HC的轉(zhuǎn)變。在將空氣引入排氣管的方式中，除了空氣泵控制外，還可用排氣脈沖波來實現(xiàn)。另外，隨著研究的進一步深入，又出現(xiàn)了許多新技術(shù)。如停缸控制，它可根據(jù)負荷的不同要求，停止部分氣缸的燃油供給與點火控制，減少浪費，提高發(fā)動機效率;再如加速踏板電控系統(tǒng)，可避免機械式加速踏板因為磨損而產(chǎn)生的誤差，增加控制精度。下一頁上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化五、二次空氣噴射系統(tǒng)下一頁上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化六、稀薄燃燒發(fā)動機如果用比較稀的混合氣使發(fā)動機工作，則可減少發(fā)動機的排放污染，同時可以降低油耗(圖11一12)。一般將空燃比大于17的混合氣燃燒稱為稀薄燃燒。使混合氣逐漸變稀后，空燃比達到23左右時，混合氣還能保持穩(wěn)定的燃燒。但空燃比超過23，燃燒就會變得不穩(wěn)定，空燃比達到25左右時，轉(zhuǎn)矩就出現(xiàn)異常。因此，用燃燒壓力傳感器監(jiān)視氣缸內(nèi)的壓力，采用計算機控制稀薄燃燒的空燃比最大限度不超過24。為了促進稀薄混合氣的燃燒，在燃燒室內(nèi)設置了產(chǎn)生渦流的渦流控制閥和螺旋進氣道。上一頁返回第2節(jié)汽油車的排放凈化六、稀薄燃燒發(fā)動機上一頁返回第3節(jié)柴油車的排放凈化一、降低柴油車污染物排放的措施降低柴油車污染物排放的措施如下：(1)采用廢氣再循環(huán)控制技術(shù)(2)采用電控可變進氣渦流技術(shù)(3