汽油機(jī)的排放控制廣西科技大學(xué) 車輛課件

1、汽油機(jī)的排放控制學(xué)校：廣西科技大學(xué)學(xué)院：汽車與交通學(xué)院專業(yè)：車輛工程姓名： 學(xué)號(hào)：2012002050時(shí)間：2014、11、30摘要：本文對(duì)汽油機(jī)排放污染物的控制措施進(jìn)行了闡述。分別從機(jī)前，機(jī)內(nèi)，機(jī)外詳細(xì)概述了具體措施關(guān)鍵詞：廢氣成分，排放，汽油機(jī)汽車縮短了世界的距離，影響著人們的生活質(zhì)量，以至于一系列的賽車運(yùn)動(dòng)隨之誕生。然而隨著汽車數(shù)量的增加，汽車與環(huán)境的交互作用已經(jīng)日益成為人們思考的問(wèn)題。汽車排放控制已成為評(píng)測(cè)一輛車的重要指標(biāo)，當(dāng)今環(huán)保的焦點(diǎn)也集中在了汽車的廢氣排放方面。1汽車污染物的認(rèn)識(shí)內(nèi)燃機(jī)常用的汽油、柴油、CNG等燃料在內(nèi)燃機(jī)中燃燒時(shí)可能產(chǎn)生：碳?xì)浠衔?HC)、一氧化碳(CO)，氮

2、氧化物(N0x)，二氧化碳(C02)、二氧化硫(S02)、碳煙等有害排放物。汽車又是一個(gè)流動(dòng)污染源，其排放的氣體中有害物質(zhì)嚴(yán)重污染環(huán)境，對(duì)人類健康和動(dòng)植物生長(zhǎng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車在我國(guó)的保有量和產(chǎn)量的增加，由汽車排放產(chǎn)生的環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，直接危害著人們的生命健康，過(guò)量的汽車排放污染物還可以破壞自然界的生態(tài)平衡，汽車的排放污染物對(duì)大氣的污染已成為公害。由于使用集中，數(shù)量大，單車污染排放量較大，導(dǎo)致市區(qū)的大氣污染也以機(jī)動(dòng)車為首要污染源。已有研究表明，即使是在汽車排氣控制嚴(yán)格、技術(shù)水平先進(jìn)的發(fā)達(dá)國(guó)家，汽車排氣也仍然是大氣污染物的一個(gè)重要來(lái)源，它的分擔(dān)率較高。據(jù)研究，在大城市

3、中，空氣中的CO、HC、NOx等有害氣體分別有87、61、55來(lái)自汽車排氣。在美國(guó)，大氣中一氧化碳的84、氮氧化物的42、碳?xì)浠衔锏?0來(lái)源于汽車的排氣：在歐洲，一氧化碳的76、碳?xì)浠衔锏?6和氮氧化物的51來(lái)源于汽車排氣。對(duì)國(guó)內(nèi)一些城市大氣污染狀況的調(diào)查研究結(jié)果也得到類似的研究結(jié)論。據(jù)國(guó)內(nèi)環(huán)保部門的研究結(jié)果，城市空氣污染中20的C02、6070的CO、40的NOx和70的HC來(lái)自于汽車尾氣。例如北京汽車排氣污染分擔(dān)率：C0為634、HC為735、NOx為56。2現(xiàn)代汽油車的排放控制措施從20世紀(jì)50年代起，許多專家、學(xué)者對(duì)如何控制、降低汽油機(jī)的排氣污染作了大量的研究工作，提出了很多有效的

4、措施。一般將這些措施主要?jiǎng)澐譃椋簷C(jī)前凈化措施(進(jìn)氣前措施)、機(jī)內(nèi)凈化措施、機(jī)外廢氣凈化轉(zhuǎn)化措施(排氣后處理)。2.1 機(jī)前凈化措施，是指在混合氣進(jìn)入汽缸前，為控制排放對(duì)燃料和空氣所采取的措施，主要包括：2.11燃油發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比高則應(yīng)使用辛烷值高的汽油，如使用辛烷值低的汽油就會(huì)發(fā)生爆燃；汽油的揮發(fā)性會(huì)影響蒸發(fā)排放；不完全燃燒的芳香烴對(duì)臭氧形成影響很大。因此，目前對(duì)汽油成分的限制越來(lái)越嚴(yán)。以無(wú)鉛汽油為例，滿足歐III、歐排放的汽油，硫含量要控制為O003，烯烴含量為10。此外，在燃油中使用添加劑能減少車輛進(jìn)氣系統(tǒng)和油路中因燃燒而產(chǎn)生的積碳現(xiàn)象，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性提高，

5、HC和CO排放得到降低。在汽油中添加抗爆劑可以提高汽油辛烷值，其中甲基叔丁基醚(MTBE)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)普遍使用，它不僅能有效提高汽油辛烷值，而且還能改善汽車性能，降低排氣中CO含量，同時(shí)降低汽油生產(chǎn)成本。2.12進(jìn)氣系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)氣運(yùn)動(dòng)形成盡可能均勻的混合氣，其對(duì)冷起動(dòng)的排放控制具有特別重要的意義。比如，采用可變進(jìn)氣管、螺旋進(jìn)氣道等措施，加強(qiáng)進(jìn)氣渦流和壓縮渦流，可使燃料和空氣充分混合，燃燒良好，降低有害排放。此外，增壓可提高內(nèi)燃機(jī)的功率、降低排放和油耗，將成為未來(lái)低排放車用汽油機(jī)重要技術(shù)手段。其主要包括：機(jī)械增壓(發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直接驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)壓縮空氣，適用于小增壓比汽油機(jī))、渦輪增壓(發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣

6、驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器壓縮新鮮空氣)、氣波增壓(發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣直接壓縮新鮮空氣)。2.2機(jī)內(nèi)凈化措施機(jī)內(nèi)凈化措施主要是指通過(guò)改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)本身的設(shè)計(jì)和不斷優(yōu)化燃燒的工作過(guò)程來(lái)降低排放的措施，主要有空燃比控制、燃燒控制、點(diǎn)火正時(shí)控制、可變配氣相位等，這些措施大部分都是通過(guò)精確的發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。除此以外，還有一些車用汽油機(jī)實(shí)現(xiàn)低排放的其它技術(shù)手段。2.201無(wú)節(jié)氣門預(yù)混合稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)取消機(jī)械節(jié)氣門，利用廢氣控制加熱進(jìn)氣來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的目的。采用無(wú)節(jié)氣門進(jìn)氣預(yù)熱的方式來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷比用機(jī)械節(jié)氣門來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷可使發(fā)動(dòng)機(jī)中、低負(fù)荷下的熱效率至少提高10以上，混合氣溫度的提高使燃料稀燃限變寬，發(fā)動(dòng)機(jī)

7、可在很稀的當(dāng)量比下穩(wěn)定工作并且不會(huì)發(fā)生爆震，但燃燒的最高溫度卻大大低于化學(xué)當(dāng)量比燃燒的溫度，導(dǎo)致NOx排放大大降低。2.202缸內(nèi)直噴GDI(Gasoline Directhiection)汽油機(jī)(采用分層稀燃技術(shù))優(yōu)點(diǎn)：部分負(fù)荷燃油經(jīng)濟(jì)性好；輸出功率高；空燃比控制精確；瞬態(tài)響應(yīng)能力好；快速冷起動(dòng)和減速快速斷油能力好。2.203均質(zhì)壓燃HCCI(Homogeneous cha唱e compression Ignition)汽油機(jī)(采用均質(zhì)預(yù)混合壓燃稀燃技術(shù))優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性好，壓縮比高、多點(diǎn)同時(shí)著火接近等容燃燒；通過(guò)設(shè)計(jì)較稀的混合氣或采用EGR控制可同時(shí)降低NOx和碳煙；燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

8、單，只需將氣道噴射汽油機(jī)的壓縮比提高到柴油機(jī)的水平。2.204燃燒室和活塞表面涂催化劑優(yōu)點(diǎn)：加快燃燒速度，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性提高；HC和CO排放降低：冷起動(dòng)性能提高、冷起動(dòng)排放降低。2.205曲軸箱式控制法這是一種燃油蒸發(fā)污染物(主要成分是HC)控制與曲軸箱有害物排放控制相結(jié)合的方法。系統(tǒng)工作時(shí)，將曲軸箱作為汽油蒸汽的儲(chǔ)存空間，燃油箱及化油器浮子室內(nèi)產(chǎn)生的燃油蒸汽進(jìn)入曲軸箱，利用曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥PCVfPressure C0ntrolValve)，將燃油蒸汽吸入燃燒室燒掉。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，汽油蒸汽仍可從濾清器、曲軸箱加機(jī)油口處溢出，污染空氣，因此這種方法只是在一定程度上對(duì)

9、燃油蒸汽排放起抑制作用。2.206EGR(Exhaust Gas Recycle)閉環(huán)控制技術(shù)基于發(fā)動(dòng)機(jī)排溫的EGR閉環(huán)控制，可在功率下降不大的條件下大幅度降低NOx。2.207電液或電磁氣門實(shí)現(xiàn)配氣相位和氣門升程的最優(yōu)控制。2.208電控可變進(jìn)氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在各個(gè)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)最佳的充氣效率。2.209寬域空燃比控制采用線性氧傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)稀薄燃燒的最優(yōu)控制。2.210電子油門發(fā)動(dòng)機(jī)ECU(Electronic C0ntrol Unit)根據(jù)接收到的電子油門信號(hào)，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、空氣流量、冷卻液溫度等參數(shù)確定最優(yōu)的噴油時(shí)刻和噴油量。2.211活性炭罐式控制方法活性炭罐式控制方法的原理是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作

10、時(shí)，來(lái)自于燃油箱、化油器浮子室的燃油蒸汽通過(guò)管路進(jìn)入活性炭罐，并被吸附在活性炭顆粒上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，依靠進(jìn)氣管內(nèi)的真空，油箱和浮子室內(nèi)的蒸汽被吸入氣缸，同時(shí)可把吸附在活性炭上的汽油蒸汽和從炭罐進(jìn)入的新鮮空氣一起吸入燃燒室，實(shí)現(xiàn)對(duì)活性炭罐的脫附。2.212電控和活性炭罐聯(lián)合控制方法由電子控制組件控制脫附閥，可在發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況，由計(jì)算機(jī)指令使脫附閥執(zhí)行不同的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)活性炭對(duì)燃油蒸汽吸附或?qū)μ抗薜拿摳健?.3機(jī)外凈化措施機(jī)外凈化技術(shù)就是在汽車的排氣系統(tǒng)中安裝各種凈化裝置，采用物理的、化學(xué)的方法來(lái)減少排氣中的污染物。世界各國(guó)都先后開(kāi)發(fā)排氣后處理技術(shù)，即在廢氣排入大氣前時(shí)，在不影響或少影響其它性能

11、的同時(shí)，來(lái)降低有害廢氣的排放。2.31催化后處理措施現(xiàn)在最成功的排氣后處理裝置是汽油機(jī)用的三效催化器，它同時(shí)可以凈化汽油機(jī)排氣中的三種主要污染物C0，HC和NOx，是目前最有效和最現(xiàn)實(shí)的措施。但轉(zhuǎn)換效率與發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣燃油混合比有關(guān)。當(dāng)空燃比接近理想值147時(shí)，轉(zhuǎn)換效率最高。2.32熱力學(xué)后處理措施熱力學(xué)后措施主要有二次空氣噴射及吸入系統(tǒng)、熱反應(yīng)器及二次燃燒。：二次空氣噴射及吸入系統(tǒng)。新鮮空氣被吸入或噴入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門后面，促使高溫廢氣中的CO和HC與新鮮空氣中的02進(jìn)一步化合變成無(wú)害的H20和C02，以降低廢氣中的HC和CO。熱反應(yīng)器和二次燃燒。熱反應(yīng)器安裝在排氣道出口處，一般和二次空氣噴射同時(shí)使用，使二次空氣和未燃燒氣體混合后，利用本身的余熱延長(zhǎng)廢氣在高溫狀態(tài)的滯留時(shí)間，使HC和CO更好的進(jìn)行后反應(yīng)，從而使其排出濃度降低。二次燃燒是在排氣管中設(shè)置點(diǎn)火源，使排氣中的CO，HC燃燒而凈化，但由于二次燃燒法不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且要增加燃料消耗，至今很少應(yīng)用。3結(jié)論為了減少汽車尾氣有害排放，應(yīng)該采取機(jī)前，機(jī)內(nèi)，機(jī)外凈化措施，即通過(guò)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，采用電子控制，可變氣門正時(shí)和升程，可變進(jìn)氣等先進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化燃燒條件，減少未完全燃燒混合氣的生成；對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)工作已產(chǎn)生的有害氣體，通過(guò)加三元催化轉(zhuǎn)化器和氧傳感器、微粒撲捉器，氧化催化轉(zhuǎn)化器使有害氣體HC,CO,NOx,和PM