汽油機的排放控制廣西科技大學(xué) 車輛課件

1、汽油機的排放控制學(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：2012002050時間：2014、11、30摘要：本文對汽油機排放污染物的控制措施進行了闡述。分別從機前，機內(nèi)，機外詳細概述了具體措施關(guān)鍵詞：廢氣成分，排放，汽油機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動隨之誕生。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題。汽車排放控制已成為評測一輛車的重要指標(biāo)，當(dāng)今環(huán)保的焦點也集中在了汽車的廢氣排放方面。1汽車污染物的認識內(nèi)燃機常用的汽油、柴油、CNG等燃料在內(nèi)燃機中燃燒時可能產(chǎn)生：碳氫化合物(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。汽車又是一個流動污染源，其排放的氣體中有害物質(zhì)嚴重污染環(huán)境，對人類健康和動植物生長構(gòu)成嚴重威脅。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車在我國的保有量和產(chǎn)量的增加，由汽車排放產(chǎn)生的環(huán)境污染越來越嚴重，直接危害著人們的生命健康，過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)的大氣污染也以機動車為首要污染源。已有研究表明，即使是在汽車排氣控制嚴格、技術(shù)水平先進的發(fā)達國家，汽車排氣也仍然是大氣污染物的一個重要來源，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來自汽車排氣。在美國，大氣中一氧化碳的84、氮氧化物的42、碳氫化合物的70來源于汽車的排氣：在歐洲，一氧化碳的76、碳氫化合物的36和氮氧化物的51來源于汽車排氣。對國內(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50年代起，許多專家、學(xué)者對如何控制、降低汽油機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劃分為：機前凈化措施(進氣前措施)、機內(nèi)凈化措施、機外廢氣凈化轉(zhuǎn)化措施(排氣后處理)。2.1 機前凈化措施，是指在混合氣進入汽缸前，為控制排放對燃料和空氣所采取的措施，主要包括：2.11燃油發(fā)動機壓縮比高則應(yīng)使用辛烷值高的汽油，如使用辛烷值低的汽油就會發(fā)生爆燃；汽油的揮發(fā)性會影響蒸發(fā)排放；不完全燃燒的芳香烴對臭氧形成影響很大。因此，目前對汽油成分的限制越來越嚴。以無鉛汽油為例，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)動機的燃燒效率，使發(fā)動機動力性和燃油經(jīng)濟性提高，

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，同時降低汽油生產(chǎn)成本。2.12進氣系統(tǒng)通過進氣運動形成盡可能均勻的混合氣，其對冷起動的排放控制具有特別重要的意義。比如，采用可變進氣管、螺旋進氣道等措施，加強進氣渦流和壓縮渦流，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)燃機的功率、降低排放和油耗，將成為未來低排放車用汽油機重要技術(shù)手段。其主要包括：機械增壓(發(fā)動機曲軸直接驅(qū)動壓氣機壓縮空氣，適用于小增壓比汽油機)、渦輪增壓(發(fā)動機廢氣

6、驅(qū)動渦輪增壓器壓縮新鮮空氣)、氣波增壓(發(fā)動機廢氣直接壓縮新鮮空氣)。2.2機內(nèi)凈化措施機內(nèi)凈化措施主要是指通過改進內(nèi)燃機本身的設(shè)計和不斷優(yōu)化燃燒的工作過程來降低排放的措施，主要有空燃比控制、燃燒控制、點火正時控制、可變配氣相位等，這些措施大部分都是通過精確的發(fā)動機電子控制來實現(xiàn)的。除此以外，還有一些車用汽油機實現(xiàn)低排放的其它技術(shù)手段。2.201無節(jié)氣門預(yù)混合稀燃發(fā)動機取消機械節(jié)氣門，利用廢氣控制加熱進氣來達到調(diào)節(jié)發(fā)動機負荷的目的。采用無節(jié)氣門進氣預(yù)熱的方式來調(diào)節(jié)發(fā)動機的負荷比用機械節(jié)氣門來調(diào)節(jié)發(fā)動機的負荷可使發(fā)動機中、低負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)動機

7、可在很稀的當(dāng)量比下穩(wěn)定工作并且不會發(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(采用分層稀燃技術(shù))優(yōu)點：部分負荷燃油經(jīng)濟性好；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(采用均質(zhì)預(yù)混合壓燃稀燃技術(shù))優(yōu)點：動力性和燃油經(jīng)濟性好，壓縮比高、多點同時著火接近等容燃燒；通過設(shè)計較稀的混合氣或采用EGR控制可同時降低NOx和碳煙；燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡

8、單，只需將氣道噴射汽油機的壓縮比提高到柴油機的水平。2.204燃燒室和活塞表面涂催化劑優(yōu)點：加快燃燒速度，發(fā)動機動力性和燃油經(jīng)濟性提高；HC和CO排放降低：冷起動性能提高、冷起動排放降低。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，將曲軸箱作為汽油蒸汽的儲存空間，燃油箱及化油器浮子室內(nèi)產(chǎn)生的燃油蒸汽進入曲軸箱，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)動機停止工作時，汽油蒸汽仍可從濾清器、曲軸箱加機油口處溢出，污染空氣，因此這種方法只是在一定程度上對

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)動機排溫的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電液或電磁氣門實現(xiàn)配氣相位和氣門升程的最優(yōu)控制。2.208電控可變進氣系統(tǒng)實現(xiàn)在各個工況下發(fā)動機最佳的充氣效率。2.209寬域空燃比控制采用線性氧傳感器實現(xiàn)對稀薄燃燒的最優(yōu)控制。2.210電子油門發(fā)動機ECU(Electronic C0ntrol Unit)根據(jù)接收到的電子油門信號，結(jié)合發(fā)動機轉(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)動機不工作

10、時，來自于燃油箱、化油器浮子室的燃油蒸汽通過管路進入活性炭罐，并被吸附在活性炭顆粒上。當(dāng)發(fā)動機工作時，依靠進氣管內(nèi)的真空，油箱和浮子室內(nèi)的蒸汽被吸入氣缸，同時可把吸附在活性炭上的汽油蒸汽和從炭罐進入的新鮮空氣一起吸入燃燒室，實現(xiàn)對活性炭罐的脫附。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)動機的不同工況，由計算機指令使脫附閥執(zhí)行不同的動作，實現(xiàn)活性炭對燃油蒸汽吸附或?qū)μ抗薜拿摳健?.3機外凈化措施機外凈化技術(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)的方法來減少排氣中的污染物。世界各國都先后開發(fā)排氣后處理技術(shù)，即在廢氣排入大氣前時，在不影響或少影響其它性能

11、的同時，來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用的三效催化器，它同時可以凈化汽油機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)實的措施。但轉(zhuǎn)換效率與發(fā)動機的空氣燃油混合比有關(guān)。當(dāng)空燃比接近理想值147時，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)動機排氣門后面，促使高溫廢氣中的CO和HC與新鮮空氣中的02進一步化合變成無害的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廢氣在高溫狀態(tài)的滯留時間，使HC和CO更好的進行后反應(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)該采取機前，機內(nèi)，機外凈化措施，即通過改進發(fā)動機設(shè)計，采用電子控制，可變氣門正時和升程，可變進氣等先進技術(shù)，優(yōu)化燃燒條件，減少未完全燃燒混合氣的生成；對于發(fā)動機工作已產(chǎn)生的有害氣體，通過加三元催化轉(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