汽車尾氣排放溫度研究報告1

1、汽車尾氣排放溫度研究報告 近年來，汽車工業(yè)的飛速發(fā)展和國民生活質(zhì)量逐步提高，汽車對百姓已經(jīng)不再是可望而不可及的消費(fèi)品。隨著私家車、多種行業(yè)運(yùn)輸車輛數(shù)量大幅增加，導(dǎo)致對大氣環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重。汽車發(fā)動機(jī)所排出的污染物成分和濃度與發(fā)動機(jī)的技術(shù)狀況密切相關(guān)，汽車排放的尾氣中，具有多種有害氣體和微粒，如 CO、HC、NOX等，影響人們的生活和健康，所以通過對發(fā)動機(jī)的排氣溫度進(jìn)行檢測，對評價發(fā)動機(jī)技術(shù)狀況和保護(hù)人類生存環(huán)境都具有重要意義。1.排氣系統(tǒng) 組成和原理：一般由排氣歧管、排氣管、催化轉(zhuǎn)換器、排氣溫度傳感器、消聲器和排氣尾管等組成，如下圖1-1。其簡單工作原理是汽缸中的廢氣由排氣門排出后，經(jīng)各缸排

2、氣歧管匯至排氣總管，由三元催化轉(zhuǎn)換器凈化處理及消音器消聲后從排氣尾管排出車外?，F(xiàn)代汽車為了對空燃比進(jìn)行反饋控制，在廢氣到達(dá)三元催化轉(zhuǎn)換器前還需由氧傳感器對廢氣中氧的含量講行檢測。 圖1-1 汽車排氣系統(tǒng)組成類型：汽車排氣系統(tǒng)分為單排氣系統(tǒng)及雙排氣系統(tǒng)。 單排氣系統(tǒng)：只有一套消音、催化轉(zhuǎn)換裝置及一個排氣尾管。 直列式發(fā)動機(jī)采用單排氣系統(tǒng)。V型發(fā)動機(jī)有兩套排氣壤管，兩套排氣歧管通過一條叉型管將兩套排氣歧管連接到同一個排氣管上，這樣的系統(tǒng)仍為單排氣系統(tǒng)。如圖1-2所示:圖1-2 單排氣系統(tǒng) 雙排氣系統(tǒng)：有兩套消音、催化轉(zhuǎn)換裝置及排氣尾管。有些V型發(fā)動機(jī)采用雙排氣系統(tǒng)，有兩個排氣支管，各用一

3、套催化轉(zhuǎn)換裝置、消聲器、排氣尾管，車尾可以看到兩個排氣口。雙排氣系統(tǒng)降低了排氣系統(tǒng)內(nèi)的壓力，使發(fā)動機(jī)排氣更為順暢，汽缸中殘余的廢氣較少，因而可以充入更多的空氣。如圖1-3所示:圖1-3 雙排氣系統(tǒng)2.排氣溫度、時間的檢測 排氣溫度是衡量發(fā)動機(jī)燃燒過程好壞的重要指標(biāo)，它決定于發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)。燃料在汽車發(fā)動機(jī)燃燒室燃燒后，約有3040%的熱量通過循環(huán)冷卻水和排氣散失到空氣中，由于排氣管是用散熱性能好的材料做成，并通過自然風(fēng)冷等方式散熱，發(fā)動機(jī)排氣溫度在整個排氣系統(tǒng)中變化很大，一般在100800之間。下圖2-1為汽油機(jī)在八個工況下不同位置檢驗(yàn)排氣溫度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：可以得出以下結(jié)論：（1）靠近排氣門出口

4、處的排氣溫度其變化范圍為450600，靠近排氣門出口處約100cm的排氣溫度其變化范圍為160400；（2）在汽油機(jī)不同工況下排氣管兩處測溫點(diǎn)的排氣溫度的變化規(guī)律相同，怠速時溫度最低，加速時溫度較高，高負(fù)荷時溫度最高。3.尾氣產(chǎn)生機(jī)理及其危害 汽車尾氣主要是指汽車燃料在發(fā)動機(jī)內(nèi)燃燒后產(chǎn)生的廢氣。對汽油發(fā)動機(jī)來說，汽油是各種烴類的混合物，主要由碳(C)、氫(H)兩元素組成，還含有氮(N)、氧(O)、硫(S)等元素。在理想條件下，供氧充分時,燃料完全燃燒,化學(xué)反應(yīng)式為:CnHm+(n+m/4)O2nCO2+(m/2)H2O在各種有害成分中，一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)和氮氧化物(NOx)是

5、主要的污染物質(zhì)。CO是一種無色、無臭的有毒氣體,對人體的危害往往是致命的，被人們稱為無聲的殺人犯。當(dāng)吸入人體內(nèi)的CO濃度過高時，會導(dǎo)致體內(nèi)缺氧，損害中樞神經(jīng)，造成記憶衰退等癥狀。若空氣中有0.3%容積的CO時，吸入體內(nèi)300PPm，30min內(nèi)可使人致死。HC是石油產(chǎn)品的基本組成成分,它是燃燒過程中與氧化合時,它提供能使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的能量,而那些未經(jīng)燃燒就排入大氣的HC則被視為污染物。汽車尾氣中所排出的HC包括一此烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酮以及各種烴類衍生物。一些碳?xì)浠衔飼寡?、鼻及喉粘膜受到劇烈刺激，一些多環(huán)芳香烴被看作是潛在的致癌物。NOx是在高溫燃?xì)庵猩倭康腘被氧化成NO、NO2等物質(zhì),

6、大部分NO從排氣管中排出時又被氧化成NO2。NO2是一種嚴(yán)重有毒物,濃度超過155PPm時,會嚴(yán)重刺激呼吸器官；當(dāng)濃度達(dá)到500-1500PPm時,會產(chǎn)生急性中毒,導(dǎo)致肺水腫或窒息死亡。同時這些污染物質(zhì)與大氣中其它物質(zhì)及它們相互之間還可以發(fā)生一系列復(fù)雜反應(yīng)，使污染程度成倍增加。例如,大氣中的NOx在陽光的作用下，還能與共存的SO2、CO、HC等污染物作用生成光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧對眼睛刺激特別厲害。當(dāng)濃度大于0.1PPm時，短時間接觸可使人流淚不止;濃度增至1PPm時，眼睛發(fā)痛難睜，伴有頭痛，呼吸困難等癥狀；濃度大于50PPm時，人有死亡危險。4. 凈化對策 CO是當(dāng)燃油燃燒時，由于空氣供應(yīng)不

7、充足，發(fā)生不完全燃燒而產(chǎn)生。在汽車怠速時，排氣中CO較多，污染程度較高。CO的產(chǎn)生量與空燃比和過量空氣系數(shù)有關(guān)?？杖急仁侵腹┙o發(fā)動機(jī)的空氣與燃料的質(zhì)量比，實(shí)際供給的空氣量與理論空氣需要量之比稱為過量空氣系數(shù)K。當(dāng)K<1時，為濃混合氣，含空氣量不足；當(dāng)K>1時,為稀混合氣，含有過量空氣；當(dāng)K>1.25時,混合氣不能點(diǎn)燃，如圖4-1所示，排氣中的CO濃度隨空燃比的增大(即供給發(fā)動機(jī)的空氣量增大，K值增大，混合氣稀薄)而降低。所以為減少CO的排放量，應(yīng)將空燃比控制得高于14.8，既K值大于1，這時燃燒較好。排氣中的NOx產(chǎn)生于發(fā)動機(jī)大功率范圍內(nèi)，既在高速行駛高溫燃燒時產(chǎn)生的。隨溫度

8、升高,NOx生成急劇增多。如圖4-1所示。HC來源于汽車尾氣中未經(jīng)燃燒的燃油以及因燃燒不完全而產(chǎn)生的各種烴類衍生物。同CO一樣，HC生成的趨勢也與空燃比和過量空氣系數(shù)有關(guān)。如圖4-1所示，為了減少HC的排出，應(yīng)將混合氣控制在一定稀薄的范圍內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定的燃燒。圖4-1 燃燒溫度與CO、NOx、HC濃度關(guān)系示意圖根據(jù)以上分析，改善發(fā)動機(jī)燃燒狀況，可直接減少各種污染物的排放量，具體可采取以下幾條措施: (1)對進(jìn)氣加熱，以提高燃油的氣化程度，若要改善汽車排放性能，必須使每個氣缸的充氣量相等，汽油分配均勻、適量。在低溫狀態(tài)，為解決汽油的蒸發(fā)和分配問題，對發(fā)動機(jī)和混合氣要進(jìn)行預(yù)熱，進(jìn)氣預(yù)熱溫度愈高，進(jìn)氣管

9、中油膜蒸發(fā)愈快，愈完善，有利于燃燒和減少排氣中有害污染物量。 (2)采用易于控制適當(dāng)空燃比的電子控制式燃油噴射裝置。電子控制燃油噴射系統(tǒng)靠迅速、正確地處理裝在發(fā)動機(jī)上的各種傳感器所收到的信息而工作,可以分別控制汽油量與空氣量，且控制精度高,使空燃比的計量更精確,能保證所需要的空燃比,使燃料更充分燃燒,將廢氣中CO、HC、NOx控制在一定范圍內(nèi),減少大氣污染。 (3)使用排氣再循環(huán)系統(tǒng)。排氣再循環(huán)就是讓一部分排氣從排氣一側(cè)再循環(huán)到進(jìn)氣一側(cè)用來稀釋進(jìn)入氣缸中的空氣燃油混合氣，并因廢氣中含氧量少，惰性較強(qiáng)，可使混合氣燃燒較慢，產(chǎn)生的熱量不像未稀釋的混合氣那么多,則混合氣溫度較低，產(chǎn)生的NOx量少，減

10、少排氣污染。 催化器的快速起燃也是降低冷起動階段發(fā)動機(jī) HC 排放的有效手段之一。催化劑的轉(zhuǎn)化效率和起燃特性主要與排氣特性以及催化器本身的屬性有關(guān)。只有達(dá)到起燃溫度以上催化劑才能正常工作。催化劑的起燃特性關(guān)系著冷起動階段發(fā)動機(jī)的排放水平。冷起動時，催化器主要靠排氣溫度來加熱，催化器的起燃需要一定的時間。因此，催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化效率和起燃特性除了受到蜂窩載體材料、橫截面積、長度、蜂窩密度、孔間壁厚等的直接影響外，還受催化器入口端的排氣流場、溫度場和排氣成分的影響，其中催化器入口排氣流場分布的均勻性和排氣溫度對催化器的起燃有重要的影響. 為了滿足嚴(yán)格的排放法規(guī)，要求催化器在冷起動過程中盡快起燃。許多技術(shù)可以加速催化器的快速起燃，其中最常用的是標(biāo)定發(fā)動機(jī)起動控制參數(shù)來加快催化劑的起燃，如推遲點(diǎn)火時刻、增加發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速以及采用稀的空燃比混合氣起動. 將催化器靠近發(fā)動機(jī)安裝，可以減少排氣熱損失，加速催化器的起燃過程。吉林大學(xué)的劉巽俊等人在一臺火花點(diǎn)火 LPG 發(fā)動機(jī)上做了催化器位置對催化器起燃時間的研究，結(jié)果表明，在發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速為 1600r/min，點(diǎn)火時刻為上止點(diǎn)時，將催化器的位置從距離發(fā)動機(jī) 28 厘米移到距離發(fā)動機(jī) 15 厘米，催化劑HC 的起燃時間從 180 秒降到了 76 秒?？梢?，催化器前移對加快其起燃有非常明顯的效果。另外，通過附加裝置和附加能量，如電加熱載體、