十二章 內(nèi)燃機(jī)的污染及控制

1、內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制章節(jié)內(nèi)容*第一節(jié) 概述*第二節(jié) 排氣凈化裝置*第三節(jié) 強(qiáng)制曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)*第四節(jié) 汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng) 內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制學(xué)習(xí)目標(biāo)*知識(shí)目標(biāo)1能正確描述發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染的來(lái)源；2能正確描述發(fā)動(dòng)機(jī)各種排氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)和功用；3能正確描述發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)的功用；4能正確描述發(fā)動(dòng)機(jī)汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功用。*技能目標(biāo)1能結(jié)合實(shí)際運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)排放的狀況分析污染來(lái)源并提出解決辦法。 內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制第一節(jié)概述*內(nèi)燃機(jī)排污的來(lái)源主要有三個(gè)：從排氣管排出的廢氣，主要成分是CO、HC、NOx，其它還

2、有SO2、鉛化合物、碳煙等；竄氣，即從活塞與汽缸之間的間隙漏出，再自曲軸箱經(jīng)通氣管排出的氣體，其主要成分是HC；從油箱、及油管接頭等處蒸發(fā)的汽油蒸氣，成分是HC。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制第一節(jié)概述*內(nèi)燃機(jī)排污的危害:CO是一種無(wú)色無(wú)味有毒的氣體，它極易與血紅素結(jié)合，阻止人體血液中的血紅素和氧的結(jié)合。因此當(dāng)人吸入過(guò)多的CO后，便會(huì)引起頭痛、頭暈等中毒癥狀，嚴(yán)重時(shí)甚至死亡。NOx是NO、NO2等氮氧化物的總稱。它刺激人眼粘膜，引起結(jié)膜炎、角膜炎，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起肺氣腫。HC對(duì)人眼及呼吸系統(tǒng)均有刺激作用，對(duì)農(nóng)作物也有害。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制第一節(jié)概述*內(nèi)

3、燃機(jī)排污的危害:碳煙是柴油機(jī)排氣中的一種成分，主要由直徑為0.1m10m的多孔性碳粒構(gòu)成。它們往往粘附SO2等物質(zhì)，對(duì)人和動(dòng)物的呼吸道極為有害。鉛化合物呈粉末狀，主要是汽油中的含鉛添加劑燃燒的生成物。如吸到人體內(nèi)，會(huì)影響造血功能，對(duì)消化系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)也有刺激。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制第一節(jié)概述*在所有這些有害成分中，CO、HC和NOx以及碳煙微粒是主要的污染物質(zhì)，目前車輛的排放標(biāo)準(zhǔn)和凈化措施也旨在降低這幾種成分的含量。*汽油機(jī)和柴油機(jī)的混合氣形成方法和燃燒過(guò)程差別很大，所以對(duì)主要有害物質(zhì)的排放量也有差別。*汽油機(jī)的排放控制重點(diǎn)是CO、HC和NOx。*柴油機(jī)的排放控制重點(diǎn)是

4、NOx的和PM(碳煙微粒)，CO和HC的排出量較汽油機(jī)的要少，這主要由于柴油機(jī)的平均過(guò)量空氣系數(shù)大，燃燒比較完全。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制第二節(jié) 排氣凈化裝置*排氣凈化就是通過(guò)改善混合氣形成條件以及改善燃燒，使排氣中的CO、HC和NOx及碳煙微粒等有害物在氣缸內(nèi)生成量減少。排氣凈化措施很多，常見(jiàn)的有下面幾種：一、調(diào)溫進(jìn)氣系統(tǒng)二、點(diǎn)火系統(tǒng)凈化措施三、廢氣再循環(huán)（EGR）四、柴油機(jī)碳煙微粒過(guò)濾器五、催化轉(zhuǎn)換器六、空氣噴射系統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制一、調(diào)溫進(jìn)氣系統(tǒng)調(diào)溫進(jìn)氣系統(tǒng)的工作原理是在暖機(jī)期間把經(jīng)排氣加溫后的熱空氣送入進(jìn)氣系統(tǒng)的空氣濾清器，提高進(jìn)氣溫

5、度，改善混合氣的形成，以達(dá)到降低污染的目的。調(diào)溫進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖原理分析 內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制二、點(diǎn)火系統(tǒng)凈化措施點(diǎn)火正時(shí)對(duì)排放有很大影響，因而采用各種方法對(duì)真空點(diǎn)火提前裝置進(jìn)行控制，常見(jiàn)的有：雙膜片真空調(diào)節(jié)裝置、節(jié)溫真空開(kāi)關(guān)等。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制二、點(diǎn)火系統(tǒng)凈化措施雙膜片真空調(diào)節(jié)裝置發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速時(shí)，節(jié)氣門(mén)位置為圖中實(shí)線所示，此時(shí)氣口真空為零，進(jìn)氣歧管真空供給分電器降低HC排放所必需的延遲火花。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高于怠速時(shí)，節(jié)流閥位置如圖中虛線所示。這時(shí)歧管真空降低，氣口真空以正常方法提供點(diǎn)火提前。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制二、

6、點(diǎn)火系統(tǒng)凈化措施節(jié)溫真空開(kāi)關(guān) 節(jié)溫真空開(kāi)關(guān)的作用就是控制達(dá)到真空調(diào)節(jié)裝置的兩種真空源（氣口真空和歧管真空） 。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制二、點(diǎn)火系統(tǒng)凈化措施節(jié)溫真空開(kāi)關(guān)有時(shí)節(jié)溫真空開(kāi)關(guān)也用于雙膜片真空提前調(diào)節(jié)裝置。怠速時(shí)，由于氣口真空為零，故點(diǎn)火延遲以降低排放。發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱時(shí)，真空開(kāi)關(guān)使歧管真空作用于提前膜片，由于此時(shí)相同真空作用于兩膜片，故點(diǎn)火提前，提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少后燃。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制三、廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)是一種有效降低NOx排放的措施，其基本原理是：將520%的廢氣再引入進(jìn)氣管，與新鮮混合氣一道進(jìn)入燃燒室。由于廢氣不能燃燒故沖淡了混合

7、氣，降低了燃燒速度。同時(shí)廢氣中多是CO2和H2O蒸汽為主的三原子分子，熱容大。所以廢氣再循環(huán)降低了燃燒溫度，減少了NOx的排放。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制三、廢氣再循環(huán)EGR一般利用節(jié)氣門(mén)處（節(jié)氣門(mén)前部，稱為氣口真空）真空來(lái)控制EGR。怠速時(shí)，氣口真空很小EGR閥關(guān)閉。當(dāng)高于怠速時(shí)，EGR量由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷決定。有些系統(tǒng)用冷卻水溫度開(kāi)關(guān)控制氣口真空到達(dá)EGR閥。發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)阻止真空作用于EGR閥，停止EGR。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制四、柴油機(jī)碳煙微粒過(guò)濾器*對(duì)于柴油機(jī)排氣中碳煙微粒的處理，主要采用過(guò)濾法。*微粒過(guò)濾器的濾心由多孔陶瓷制造，它有較高的過(guò)

8、濾效率。排氣穿過(guò)多孔陶瓷濾心進(jìn)入排氣管，將微粒留在濾心上。*過(guò)濾器工作一段時(shí)間后，需及時(shí)清除濾心上的微粒。為此，在過(guò)濾器入口處設(shè)置一個(gè)燃燒器，通過(guò)噴油器向燃燒器內(nèi)噴入少量燃油，并供入二次空氣，利用火花塞或電熱塞將其點(diǎn)燃，將滯留在濾心上的微粒燒掉，如圖12-7所示。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制五、催化轉(zhuǎn)換器催化轉(zhuǎn)換器裝在排氣系統(tǒng)中，位于消音器前，緊靠排氣歧管。它的工作原理是利用催化劑加速反應(yīng)進(jìn)行，將廢氣中的有害物變成無(wú)害物。催化轉(zhuǎn)換器常見(jiàn)的有三種：氧化催化轉(zhuǎn)換器還原催化反應(yīng)器三元催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制五、催化轉(zhuǎn)換器氧化催化轉(zhuǎn)換器 用來(lái)處理HC和

9、CO的排放，使HC和CO進(jìn)一步氧化為CO2和H2O（水蒸汽）。還原催化轉(zhuǎn)換器 將NOx還原為N2和O2。為了將HC、CO和NOx三種排放物同時(shí)凈化，氧化反應(yīng)器和還原反應(yīng)器常制成一個(gè)整體，形成所謂的雙基（Dual-Bed）催化轉(zhuǎn)換器。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制五、催化轉(zhuǎn)換器三元催化轉(zhuǎn)換器 是一種能夠?qū)θN排放物同時(shí)起凈化作用的裝置。它內(nèi)部是一種表面覆蓋有三元催化劑的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，三元催化劑是一種不同金屬的混合物，既可以加速HC、CO的氧化，又可以加速NOx的還原。首先NOX先還原成N2和O2，放出的O2與CO和HC氧化而生成CO2和H2O，這樣三種物質(zhì)同時(shí)得到凈化。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與

10、原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制五、催化轉(zhuǎn)換器三元催化轉(zhuǎn)換器在早期的三元催化裝置常與空氣噴射系統(tǒng)配合使用。轉(zhuǎn)化器分為前、后兩個(gè)部分，中間有一個(gè)空氣室，空氣噴射系統(tǒng)將空氣噴入。NOx在轉(zhuǎn)化器前部分的三元催化轉(zhuǎn)換器中被還原，同時(shí)部分HC和CO被氧化，在轉(zhuǎn)化器的后一部分廢氣與噴入的空氣混合，HC和CO被徹底氧化為CO2和H2O內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制五、催化轉(zhuǎn)換器催化轉(zhuǎn)換器使用主要事項(xiàng):防止催化劑過(guò)熱 催化轉(zhuǎn)換器中催化劑起作用需要一定的溫度，溫度過(guò)低催化劑活性足，溫度過(guò)高又會(huì)使催化劑表面積迅速減小，并且催化劑發(fā)生質(zhì)的變化。使用無(wú)鉛汽油 催化轉(zhuǎn)換器損壞的另一原因是排氣中的鉛化物

11、。排氣中的鉛化物是由汽油中的鉛添加劑燃燒后產(chǎn)生的。鉛化物易于堵塞載體烽窩狀結(jié)構(gòu)和覆蓋催化劑的表面，故催化轉(zhuǎn)換器要求汽油機(jī)使用無(wú)鉛汽油。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制六、空氣噴射系統(tǒng)空氣開(kāi)關(guān)閥的作用就是控制由空氣泵來(lái)的壓縮空氣的流向。 空氣分流閥的作用是防止發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管“回火”（放炮）單向閥的作用是保護(hù)空氣泵并免受排氣倒流的損壞。 空氣噴射系統(tǒng)是用空氣泵將空氣噴入排氣歧管中，使廢氣中的HC和CO進(jìn)一步氧化，轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等無(wú)害物質(zhì)。它主要由空氣泵、空氣分流閥、空氣開(kāi)關(guān)閥（或空氣控制閥）、單向閥、溫控真空開(kāi)關(guān)以及真空管路及空氣管路組成。 內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污

12、染與控制第三節(jié) 強(qiáng)制曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng) 曲軸箱竄氣是一個(gè)重要污染源，大約20%25%的HC來(lái)自曲軸箱竄氣。阻止曲軸箱氣體排入大氣，常見(jiàn)的措施就是采用曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)。強(qiáng)制曲軸箱通風(fēng)依靠進(jìn)氣歧管的直空將曲軸箱內(nèi)氣體從曲軸箱吸入進(jìn)氣歧管，并重新進(jìn)入氣缸燒掉。從結(jié)構(gòu)上強(qiáng)制曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)可以分為開(kāi)式和閉式兩種。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制1.開(kāi)式曲軸箱通風(fēng)用管子將曲軸箱與進(jìn)氣歧管相聯(lián)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，新鮮的空氣通過(guò)機(jī)油加入口蓋上的通風(fēng)孔被吸入曲軸箱（開(kāi)式通風(fēng)系統(tǒng)即由此得名）。這些空氣與曲軸箱內(nèi)的蒸汽混合，流入進(jìn)氣歧管，進(jìn)而進(jìn)入氣缸。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制1.開(kāi)式

13、曲軸箱通風(fēng)內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制開(kāi)式曲軸箱通風(fēng)從曲軸箱內(nèi)流出的通風(fēng)量是 受強(qiáng)制曲軸箱通風(fēng)閥控制的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)氣管真空度很大，為了不使曲軸箱通風(fēng)過(guò)量，PCV閥的柱塞被吸在左側(cè)，減小流通截面。而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高速、大負(fù)荷行駛時(shí)，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度增加，進(jìn)氣歧管的真空度小，柱塞位置右移增加了流通截面，這樣就使通風(fēng)量維持在一定的水平（這種PCV閥稱為SmithPCV閥）。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制開(kāi)式曲軸箱通風(fēng)另外，有些發(fā)動(dòng)機(jī)的PCV閥采用膜片式的結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)∷贂r(shí)PCV閥被曲軸箱真空所關(guān)閉。而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，則被曲軸箱內(nèi)的壓力打開(kāi)。通風(fēng)量取決于發(fā)

14、動(dòng)機(jī)的漏氣量。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制開(kāi)式曲軸箱通風(fēng)開(kāi)式PCV系統(tǒng)有如下兩點(diǎn)不足：（1）汽車在重載下或加速期間，進(jìn)氣歧管內(nèi)的真空度很低，風(fēng)量小，導(dǎo)致曲軸箱內(nèi)的氣壓上升，這樣就使一些曲軸箱蒸汽通過(guò)機(jī)油注入口帽上的通風(fēng)孔倒流入大氣。（2）當(dāng)PCV系統(tǒng)堵塞時(shí)，也會(huì)使曲軸箱內(nèi)氣體排入大氣。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制2閉式曲軸箱通風(fēng)閉式PCV系統(tǒng)與開(kāi)式PCV系統(tǒng)相比，主要區(qū)別在于機(jī)油注入口帽不與大氣相通。曲軸箱通風(fēng)所需的空氣是由空氣濾清器提供的。有一個(gè)軟管從空氣濾清器將空氣引入右排氣缸的氣門(mén)室蓋，在另一排氣缸的氣門(mén)室蓋上有一軟管將曲軸箱內(nèi)的蒸汽引入進(jìn)氣歧管。如果

15、對(duì)于直列式發(fā)動(dòng)機(jī)，則一般從空氣濾清器來(lái)的空氣從氣門(mén)室蓋的一端引出進(jìn)入進(jìn)氣歧管。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制2閉式曲軸箱通風(fēng)對(duì)閉式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)，在正常情況下，從空氣濾清器來(lái)的清潔空氣，經(jīng)軟管進(jìn)入曲軸箱，然后與燃燒室漏氣混合。混合后的氣體經(jīng)PCV閥被吸入進(jìn)氣歧管。當(dāng)大負(fù)荷或曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)堵塞時(shí)，過(guò)量的曲軸箱蒸汽將改變正常的流動(dòng)方向流回到空氣濾清器，與進(jìn)入空濾的空氣混合，經(jīng)化油器、進(jìn)氣歧管在燃燒室中被燃燒掉，而不是排入大氣當(dāng)中，因而閉式曲軸箱通風(fēng)幾乎可以徹底地防止曲軸箱竄氣帶來(lái)的污染。 內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制2閉式曲軸箱通風(fēng)內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)

16、燃機(jī)污染與控制2閉式曲軸箱通風(fēng)閉式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)有下列三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）由于曲軸箱內(nèi)的有害氣體被排除，所以延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。（2）避免了曲軸箱氣體污染大氣。（3）由于所有漏到曲軸箱內(nèi)的未燃烴回流到進(jìn)氣管被利用，所以提高了經(jīng)濟(jì)性。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制2閉式曲軸箱通風(fēng)閉式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)存在不足：由于PCV系統(tǒng)的空氣和蒸汽流入進(jìn)氣系統(tǒng)，所以將影響發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣。當(dāng)PCV系統(tǒng)出現(xiàn)任何故障時(shí)，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)操縱性的問(wèn)題（如怠速不穩(wěn)，加速不良等）。如果PCV系統(tǒng)不能正常地工作，將使機(jī)油稀釋、變質(zhì)，或在空氣濾清器上沉積機(jī)油，造成發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)早磨損，或使空氣濾清器堵塞。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理

17、課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制第四節(jié) 汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)汽油蒸發(fā)也是一個(gè)主要的污染源，大約20%的HC排放是由汽油蒸發(fā)造成的。汽油蒸發(fā)的部位主要是油箱和化油器的浮子室。對(duì)于油箱內(nèi)的汽油蒸汽，當(dāng)蒸汽過(guò)多具有一定壓力時(shí)，將通過(guò)油箱蓋上的壓力閥，泄入大氣，而浮子室內(nèi)的汽油蒸汽將通過(guò)浮子室壓力平衡孔排入大氣（外部平衡）或進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)（內(nèi)部平衡），部分地被空氣濾清器吸附，這樣就會(huì)造成大氣污染。內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制當(dāng)?shù)∷倩蛲C(jī)時(shí)，通道開(kāi)通，使蒸汽貯存于碳罐中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常行駛時(shí)，則通道關(guān)閉。發(fā)動(dòng)機(jī)停車時(shí)，汽油蒸汽貯存到碳罐中，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，在進(jìn)氣歧管真空作用下，供油系內(nèi)的汽油蒸汽和吸附在碳罐內(nèi)的汽油蒸汽被吸入進(jìn)氣系統(tǒng)。第四節(jié) 汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制碳罐內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理課程第十二章 內(nèi)燃機(jī)污染與控制第四節(jié) 汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)流量的控制方法應(yīng)滿足下面要求；必須保證活性碳得到凈化，恢復(fù)其活性。對(duì)空燃比和操縱性帶來(lái)影響要小。常見(jiàn)的有下面兩種方法：變流量?jī)艋绞?。凈化空氣流量與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量成比例。利用空氣濾清器入口的氣流速度或空氣濾濾芯的壓降來(lái)控