第九章汽車排放控制

1、汽車構(gòu)造第九章第九章 汽車排放控制汽車排放控制第一節(jié)第一節(jié) 汽車的有害排放物汽車的有害排放物第二節(jié)第二節(jié) 汽油機排放控制汽油機排放控制第三節(jié)第三節(jié) 柴油機排放控制柴油機排放控制第四節(jié)第四節(jié) 曲軸箱通風與汽油蒸發(fā)控制曲軸箱通風與汽油蒸發(fā)控制第五節(jié)第五節(jié) 稀薄燃燒與節(jié)能減排稀薄燃燒與節(jié)能減排第一節(jié)第一節(jié) 汽車發(fā)動機有害排放物汽車發(fā)動機有害排放物 1 1、一氧化碳（、一氧化碳（COCO）2 2、氮氧化合物（、氮氧化合物（NONOx x）3 3、碳氫化合物（、碳氫化合物（HCHC）4 4、柴油機的微粒（碳煙）、柴油機的微粒（碳煙） 1、一氧化碳（、一氧化碳（CO） CO是燃料不完全燃燒的中間產(chǎn)物。汽車

2、排放中有害濃度最是燃料不完全燃燒的中間產(chǎn)物。汽車排放中有害濃度最大的成分大的成分CO生成主要原因生成主要原因：混合氣過濃或局部混合氣過濃混合氣過濃或局部混合氣過濃；燃燒溫度過低燃燒溫度過低，燃燒室容積過小燃燒室容積過?。豢諝馀c燃料空氣與燃料混合不充分混合不充分燃燒溫度越高，熱分解（吸熱反應(yīng)）燃燒溫度越高，熱分解（吸熱反應(yīng)）度越大，形成度越大，形成CO的可能性也就越的可能性也就越大大燃燒不充分燃燒不充分熱分解熱分解2、氮氧化合物、氮氧化合物(NOx)NOxNO（95%）NO2 （+其他其他5%）NOx的生成主要取決于的生成主要取決于燃燒溫度燃燒溫度降低混合氣中氧的濃度，降低降低混合氣中氧的濃度，

3、降低燃燒溫度，縮短在高溫燃燒帶燃燒溫度，縮短在高溫燃燒帶內(nèi)的滯留時間，以及改善混合內(nèi)的滯留時間，以及改善混合氣的形成等可控制氣的形成等可控制NOx產(chǎn)生。產(chǎn)生。措施：措施：3 3、碳氫化合物（、碳氫化合物（HCHC）HC排放物一般也不超過內(nèi)燃機總排放量的排放物一般也不超過內(nèi)燃機總排放量的0.5%HC排放物排放物不含氧的不含氧的HC含氧的含氧的HC化合物化合物(醛類等醛類等)采用采用C含量少的代用燃料含量少的代用燃料；改善燃燒、保證混合氣的濃度和燃燒溫改善燃燒、保證混合氣的濃度和燃燒溫度最佳方法來控制。度最佳方法來控制。HC化合物產(chǎn)生的主要化合物產(chǎn)生的主要原因：原因：燃燒室內(nèi)的氧氣量不足燃燒室內(nèi)的

4、氧氣量不足；燃燒室壁面溫度過低燃燒室壁面溫度過低；混合氣形成不充分混合氣形成不充分；燃燒室內(nèi)局部混合氣過濃燃燒室內(nèi)局部混合氣過濃采取措施：采取措施： HC和和NOx在陽光照射下形成光化學煙霧，其主要生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。成物是臭氧，具有強烈氧化性，對人類、環(huán)境危害極大。4 4、柴油機的微粒（碳煙）、柴油機的微粒（碳煙） 主要指柴油機排氣中的碳煙，其表面吸附的可融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。性有機物對人的呼吸道有害。(是汽油機的是汽油機的3060倍倍)微粒排放：微粒排放：提高噴射壓力或噴射速

5、率，促進噴霧的微?；?，是改善混提高噴射壓力或噴射速率，促進噴霧的微?；歉纳苹旌蠚獾挠行Х椒?；合氣的有效方法；改進燃燒室結(jié)構(gòu)，有效組織燃燒室內(nèi)的氣流運動，特別是改進燃燒室結(jié)構(gòu)，有效組織燃燒室內(nèi)的氣流運動，特別是保證燃燒室內(nèi)具有一定的渦流強度，是促進擴散燃燒和碳保證燃燒室內(nèi)具有一定的渦流強度，是促進擴散燃燒和碳煙氧化的很有效的措施。煙氧化的很有效的措施?？刂铺紵煹幕就緩剑嚎刂铺紵煹幕就緩剑禾岣呋鹧鏈囟龋@種方法與控提高火焰溫度，但這種方法與控制制NONOx x 排放量互相矛盾；排放量互相矛盾；控制火焰領(lǐng)域內(nèi)的混合氣濃度，控制火焰領(lǐng)域內(nèi)的混合氣濃度，避免過濃。避免過濃。具體措施具體措施第二

6、節(jié)第二節(jié) 汽油機排放控制汽油機排放控制汽油機排放的控制汽油機排放的控制燃燒控制燃燒控制廢氣廢氣再循環(huán)再循環(huán)二次空氣噴射二次空氣噴射氧化催化轉(zhuǎn)化裝置氧化催化轉(zhuǎn)化裝置還原催化轉(zhuǎn)化裝置還原催化轉(zhuǎn)化裝置三元催化轉(zhuǎn)化裝置三元催化轉(zhuǎn)化裝置催化轉(zhuǎn)化催化轉(zhuǎn)化1、氧化催化轉(zhuǎn)化裝置、氧化催化轉(zhuǎn)化裝置氧化催化轉(zhuǎn)化裝置氧化催化轉(zhuǎn)化裝置：將排氣中的將排氣中的CO和和HC氧化為氧化為CO2和和H2O。氧化催化劑氧化催化劑： Pt(鈀鈀)和和Pd(鉑鉑)等貴金屬等貴金屬影響催化反應(yīng)的基本因素影響催化反應(yīng)的基本因素：反應(yīng)物質(zhì)的反應(yīng)物質(zhì)的濃度濃度、溫度溫度以及以及空間速度空間速度。(單位時間內(nèi)的氣體流量單位時間內(nèi)的氣體流量)2

7、、三元催化轉(zhuǎn)化裝置三元催化轉(zhuǎn)化裝置三元催化劑空燃比特性三元催化劑空燃比特性 二次空氣噴射系統(tǒng)只能用再氧化的方法使二次空氣噴射系統(tǒng)只能用再氧化的方法使HC、CO的排放降的排放降低，對低，對NOx無效，而三元催化轉(zhuǎn)化裝置是能同時凈化汽車尾氣無效，而三元催化轉(zhuǎn)化裝置是能同時凈化汽車尾氣排放中的排放中的CO、HC和和NOx的后處理技術(shù)。的后處理技術(shù)。三元催化轉(zhuǎn)化三元催化轉(zhuǎn)化器器的凈化率的凈化率受受空燃比空燃比的影響很大的影響很大(1)、作用、作用(2)、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)主要由催化劑、載體、墊層、隔熱層、內(nèi)殼、外殼等組成主要由催化劑、載體、墊層、隔熱層、內(nèi)殼、外殼等組成a-顆粒式催化轉(zhuǎn)化裝置；顆粒式催化轉(zhuǎn)化裝

8、置；b、c-整體式催化轉(zhuǎn)化裝置；整體式催化轉(zhuǎn)化裝置；d-催化微觀結(jié)構(gòu)；催化微觀結(jié)構(gòu)；e-金屬蜂窩載體金屬蜂窩載體1-陶瓷顆粒載體；陶瓷顆粒載體；2-內(nèi)殼；內(nèi)殼；3-外殼；外殼；4-隔熱層；隔熱層；5-陶瓷蜂窩載體；陶瓷蜂窩載體；6-金屬蜂窩載體；金屬蜂窩載體；7-氧化鋁涂層；氧化鋁涂層；8-催化活性物質(zhì)催化活性物質(zhì)(3)、催化劑催化劑常用鉑常用鉑(Pt)、鈀、鈀(Pd)、銠、銠(Rh)等貴金屬等貴金屬為為主催化劑主催化劑采用采用Ni、Cu、V、Cr等軟金屬作為等軟金屬作為添加劑添加劑目的目的提高主催化劑的有效利用率提高主催化劑的有效利用率二氧化鈰二氧化鈰催化助劑催化助劑目的目的改善催化劑的催化

9、性能，改善催化劑的催化性能，提高主催化劑的選擇性和耐久性提高主催化劑的選擇性和耐久性。它具有在氧化它具有在氧化(稀稀)側(cè)吸藏氧氣、在還原側(cè)吸藏氧氣、在還原(濃濃)側(cè)放出氧氣的特性，側(cè)放出氧氣的特性，還具有擴大高效率凈化還具有擴大高效率凈化HC、CO、NOx三成分的空燃比范圍的效三成分的空燃比范圍的效果。果。特點特點3、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(1)、工作原理及控制方式、工作原理及控制方式廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)(EGR)是指把發(fā)動機排出的部分廢氣回送到進氣是指把發(fā)動機排出的部分廢氣回送到進氣管管,并與新鮮混合氣一起再次進入氣缸并與新鮮混合氣一起再次進入氣缸.廢氣再循環(huán)系統(tǒng)工作原理廢氣再循環(huán)系

10、統(tǒng)工作原理排氣中含氧量很低，主要有大排氣中含氧量很低，主要有大量的量的N2和和CO2，一部分再循環(huán)，一部分再循環(huán)排氣經(jīng)排氣經(jīng)EGR閥回流到進氣系統(tǒng)，閥回流到進氣系統(tǒng)，與新鮮混合氣混合，使燃燒速與新鮮混合氣混合，使燃燒速度降低；再循環(huán)排氣中的度降低；再循環(huán)排氣中的CO2不能燃燒卻吸收大量的熱，使不能燃燒卻吸收大量的熱，使氣缸中混合氣的燃燒溫度降低，氣缸中混合氣的燃燒溫度降低，從而抑制從而抑制NOx的生成量。廢氣的生成量。廢氣再循環(huán)是凈化排氣中再循環(huán)是凈化排氣中NOx的主的主要措施，因而得到廣泛應(yīng)用要措施，因而得到廣泛應(yīng)用。NoImage廢氣混入的量常用的廢氣混入的量常用的EGR率率來表示：來表示

11、：100%EGR再循環(huán)排氣量率=吸入空氣量+再循環(huán)排氣量汽油機汽油機大負荷、起動、小負荷大負荷、起動、小負荷和怠速不用和怠速不用EGR，其他工況其他工況的的EGR率一般不超過率一般不超過20%，可降低，可降低NOx排放排放50%70%EGR閥的控制方式閥的控制方式真空式真空式電磁式電磁式第三節(jié)第三節(jié) 柴油機排放控制柴油機排放控制對柴油機而言，其主要有害排放物是對柴油機而言，其主要有害排放物是NOx和微粒和微粒廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)技術(shù)捕集器捕集器1、EGR系統(tǒng)系統(tǒng)汽油機汽油機EGR率一般不超過率一般不超過20%；直噴式和非直噴式柴油機直噴式和非直噴式柴油機EGR率可超過率可超過40

12、%和和25%柴油機柴油機EGR類型類型外部外部EGR式式內(nèi)部內(nèi)部EGR式式低壓回路式低壓回路式高壓回路高壓回路1-排氣凸輪；排氣凸輪；2-進氣門；進氣門；3-排氣門；排氣門；4-EGR閥；閥；5-廢氣渦輪；廢氣渦輪；6-EGR回流管；回流管；7-壓氣機；壓氣機；8-中冷器；中冷器；9-排氣節(jié)流閥；排氣節(jié)流閥； 10-控制單元控制單元a-低壓回路低壓回路EGR方式方式 b-高壓回路高壓回路EGR方式方式2、后處理裝置、后處理裝置柴油機的后處理裝置柴油機的后處理裝置NOx還原裝置還原裝置CO及及HC氧化裝置氧化裝置微粒捕集裝置微粒捕集裝置柴油機的微粒主要采用過濾法來處理柴油機的微粒主要采用過濾法來

13、處理微粒過濾器及其工作原理1-排氣支管；2-燃油； 3-電熱塞；4-濾芯；5-燃燒器；6-噴油器濾芯一般由多孔陶瓷濾芯一般由多孔陶瓷制造制造；定時定時清除存積在濾芯清除存積在濾芯上的微粒上的微粒；燒掉滯留在濾芯上的燒掉滯留在濾芯上的微粒微粒；微粒捕集效率高，排微粒捕集效率高，排氣阻力小、耐久可靠、氣阻力小、耐久可靠、易于生產(chǎn)、應(yīng)用廣泛易于生產(chǎn)、應(yīng)用廣泛。特點：特點：第四節(jié)第四節(jié) 曲軸箱通風與汽油蒸發(fā)控制曲軸箱通風與汽油蒸發(fā)控制汽車排放到大氣中汽車排放到大氣中CH化合物總量中，來自燃料供給系統(tǒng)蒸發(fā)化合物總量中，來自燃料供給系統(tǒng)蒸發(fā)和曲軸箱竄氣各占和曲軸箱竄氣各占20%25%。采用采用曲軸箱強制通

14、風系統(tǒng)曲軸箱強制通風系統(tǒng)和和汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)予以予以控制控制。一、曲軸箱強制通風系統(tǒng)一、曲軸箱強制通風系統(tǒng)p 發(fā)動機工作時，總會有一部分可燃混合氣和燃燒產(chǎn)物經(jīng)發(fā)動機工作時，總會有一部分可燃混合氣和燃燒產(chǎn)物經(jīng)活塞環(huán)由氣缸竄入曲軸箱中?；钊h(huán)由氣缸竄入曲軸箱中。p 竄入曲軸箱中的可燃混合氣和燃燒產(chǎn)物會沖淡潤滑油，竄入曲軸箱中的可燃混合氣和燃燒產(chǎn)物會沖淡潤滑油，而且燃燒產(chǎn)物中的而且燃燒產(chǎn)物中的HCHC和其它污染物，會增加活塞和汽缸和其它污染物，會增加活塞和汽缸壁的磨損。壁的磨損。p 曲軸箱強制通風裝置（曲軸箱強制通風裝置（PCVPCV閥）是防止曲軸箱氣體排放到閥）是防止曲軸箱氣體排放

15、到大氣中的凈化裝置，它可以根據(jù)發(fā)動機工況的變化自動大氣中的凈化裝置，它可以根據(jù)發(fā)動機工況的變化自動調(diào)節(jié)進入汽缸的曲軸箱氣體的數(shù)量。調(diào)節(jié)進入汽缸的曲軸箱氣體的數(shù)量。1-進氣總管；進氣總管；2-通風管；通風管；3-穩(wěn)壓箱；穩(wěn)壓箱；4-回流管；回流管；5-PCV閥；閥；6-氣缸蓋罩；氣缸蓋罩；7-曲軸箱；曲軸箱；8-進氣支管進氣支管 2、曲軸箱通風系統(tǒng)的組成、曲軸箱通風系統(tǒng)的組成3、通風方式、通風方式自然通風：從曲軸箱內(nèi)抽出的氣體直接導入大氣中去。自然通風：從曲軸箱內(nèi)抽出的氣體直接導入大氣中去。強制通風：用進氣管的真空將曲軸箱內(nèi)抽出的氣體導入發(fā)動機進氣管道中。強制通風：用進氣管的真空將曲軸箱內(nèi)抽出的

16、氣體導入發(fā)動機進氣管道中。二、二、 汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的作用作用：將這些汽油蒸發(fā)物將這些汽油蒸發(fā)物收集和儲存收集和儲存在炭在炭罐內(nèi)，當發(fā)動機工作時再將其罐內(nèi)，當發(fā)動機工作時再將其送入氣缸燒掉送入氣缸燒掉。p 汽油箱和管路中的汽油隨時都在汽化蒸發(fā)，如果不加以汽油箱和管路中的汽油隨時都在汽化蒸發(fā)，如果不加以控制或回收，在發(fā)動機不工作時，汽油蒸汽將溢入大氣控制或回收，在發(fā)動機不工作時，汽油蒸汽將溢入大氣，造成環(huán)境污染。，造成環(huán)境污染。p 汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的功用就是將這些汽油蒸汽收集和儲汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的功用就是將這些汽油蒸汽收集和儲存在碳罐內(nèi)，在發(fā)動機工作時再將其送入氣缸內(nèi)燃燒，存在碳罐內(nèi)，在發(fā)動機工作時再將其送入氣缸內(nèi)燃燒，消除消除HCHC從汽油箱向大氣的排放。從汽油箱向大氣的排放。p 碳罐內(nèi)