发动机排放系统的应用分析 毕业论文.doc

毕业设计（论文）发证学校 题目名称： 发动机排放系统的应用分析 系 别： 汽车技术系 专 业： 汽车维修（机电一体化） 班 级： 高修0803 姓 名： 学 号 指导教师： 交稿时间： 2012 年 6 月 15 日 发动机排放系统的应用分析摘 要 随着汽车工业的迅速发展，我国的汽车保有量急剧增加，汽车废气对空气的污染已成为严重的社会公害。在汽车密集的城市，汽车排放污染,不仅是一个环境保护问题,而且本身也造成能源浪费。汽车排气中的co、hc对大气产生很大的污染。汽车排放污染对人们的生活环境造成了极大的影响，严重地威胁到人们的身体健康，同时也危害着一些动、植物的生存和生长，破坏了自然界的生态平衡。因此，解决汽车的排气污染成为亟待认真研究的重要课题。为了保护我们的生存环境，关爱生命健康，必须严格限制汽车尾气排放。严格汽车排放 关爱生命健康。关键词 污染 排放 研究 生态平衡 1发动机排放系统的构成1.1发动机排放系统是由排气管、后处理装置、消声器等组成1.2 设计排放系统的必要性及其功能将发动机排气管、后处理装置及消声器等作为一个单独的系统设计，除了因为降低排放日益显得重要外，还有下列原因： 低排放、低油耗及高功率是现代车用发动机追求的主要目标，然而有些发动机参数的控制措施对实现这三大目标是矛盾的，例如混合气空燃比的控制，为了实现低油耗及低co2排放，需要采用稀混合气燃料，而当前使用的三元催化剂并不能适应稀混合气的燃烧。如果将三者统一作为单独的系统处理，就能较好地解决矛盾。 现有排气系统除了要考虑低排放外，还要考虑降低噪声及排气热量的再利用，因此要将三者统一起来，纳入一个新的系统-排放系统。至今无论发动机排气系统还是后处理装置的方案及型式都较多，随着公司及发动机系列不同而不同。同时现代汽车使用燃料的种类又增多，使用的燃料不同，排放物的组成及降低排放物的对策也不同，很有必要将排放问题从一个系统角度考虑，逐步实现规范化、标准化或者模块化。现代电子技术及发动机可变技术的发展，有可能将原来发动机排气管路的设计与降低排放结合起来，成为一个单独的排放系统进行设计。 2 三元催化器三元催化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的co、hc和nox等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强co、hc和nox三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中co在高温下氧化成为五色、无毒的二氧化碳气体；hc化合物在高温下氧化成水(h20)和二氧化碳；nox还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。2.1 工作原理三元催化器的工作原理是：当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强co、hc和nox三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中co在高温下氧化成为五色、无毒的二氧化碳气体；hc化合物在高温下氧化成水(h20)和二氧化碳；nox还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。2.2 性能特点 三元催化器性能稳定、质量可靠、寿命长，其产品广泛适用于本田、奥德赛、别克、奥迪、帕萨特、桑塔纳、现代、别克、奥拓、昌河、捷达等车型。另外承揽不锈钢制品、过滤器、机箱机柜等加工业。三元催化器的载体部件是一块多孔陶瓷材料，安装在特制的排气管当中。称它是载体，是因为它本身并不参加催化反应，而是在上面覆盖着一层铂、铑、钯等贵重金属。它可以把废气中的 hc、co 变成水和 co2, 同时把 nox 分解成氮气和氧气。hc、co 是有毒气体，过多吸入会导致人死亡，而 nox 会直接导致光化学烟雾的发生。经过研究证明，三元催化器是减少这些排放物的最有效的方法。通过氧化和还原反应，一氧化碳被氧化成二氧化碳，碳氢化合物被氧化成水和二氧化碳，氮氧化合物被还原成氮气和氧气。三种有害气体都变成了无害气体。三元催化剂最低要在 350 摄氏度的时候起反应，温度过低时，转换效率急剧下降；而催化剂的活性温度 ( 最佳的工作温度 ) 是 400 到 800 左右，过高也会使催化剂老化加剧。在理想的空燃比 (14.7 ：1) 下，催化转化的效果也最好。2.2.1 加强排放系统的空气动力学研究过去对发动机缸内气体流动研究得较多。现代及未来将致力于排放系统气体动力学的研究，该研究包括以下三方面内容：一是催化反应器中排气流动的研究，二是排气动能及可变技术的研究，三是降低排气阻力及噪声的研究。这三个方面的研究要达到多种目的，会有一些干扰的矛盾产生，必要时如何采取折中方案，妥善解决这些矛盾，以便使综合效果最佳，这也是研发工作者的主要任务之一。 2.2.2 单独进行排放系统所需空燃比的调节提高发动机性能，降低油耗所需要的空燃比与提高催化效率所需要的空燃比是不一样的，存在一些矛盾。未来发展的趋势是采取一些措施，调节排放催化系统中的空燃比，或者说调节其含氧量，这样使发动机本身及排放系统空燃比的调节分开，使两者都能得到最大的效益。2.2.3 研究适合稀燃需要的催化剂发动机采用稀混合气快速燃烧技术日益受到重视，采用燃油直接喷入汽缸及稀燃的技术，可以使发动机兼备高比功率及低油耗的优点。然而需要开发适应稀燃发动机的新型催化剂，以便能在含氧量较多的排气中，也能使nox还原转化。2.2.4 研究开发适合清洁燃料发动机的排放系统使用醇燃料、气体燃料及灵活燃料的汽车排气中的成份与汽油、柴油相比，有一定变化，增加了未燃醇、甲烷、甲醛及乙醛等，这些排放物同样污染大气环境，影响人类健康及生态的平衡。现有催化剂不能很好地抑制、消除这些排放物。需要根据这些排放物生成的特点、氧化转化机理及条件，研究新的催化剂及排放系统。2.3 基本的化学反应排气催化反应是通过催化反应器中的催化剂的作用，加速排气中有害物质向无害物质的转化。例如使hc及co氧化成h2o及co2；加速nox还原成n2、n2o、nh3及h2o等。催化剂的作用是降低反应温度，加快转化速率。2.4 基本的后处理方案2.4.1在汽油机上应用催化反应器的技术方案有以下4种：仅采用两级催化反应器，co及hc被转化成无害的co2及h2o；采用两级催化反应器，第一级是采用还原型催化剂使nox还原，而第二级是引入二次空气，并用氧化型催化剂，使co及hc氧化燃烧；采用排气再循环及氧化型催化反应器，排气再循环用于降低排气的nox含量，而氧化型催化反应器则使co及hc转化成co2及h2o；采用三元催化反应器方案，在同一反应器内，nox、hc和co同时都转化为无害气体。2.4.2 在柴油机上使用催化反应器时，应考虑如下几点：柴油机的过量空气系数较大，不需二次空气，就有足够氧气供co及hc氧化；柴油机排放的hc及co含量较汽油机的低，不易维持还原反应的温度，而排气的氧化气氛强，故难以用还原催化法去除nox；柴油机没有四乙基铅添加剂，因此排气不会使催化剂发生铅中毒现象，但排气的微粒及焦油较多，附在催化剂上会影响其活性。柴油机需用具有催化反应剂的微粒过滤器。3 结论随着人们对全球气候变暖和空气污染的重视程度的提高，世界各大汽车企业和研究机构都投入了大量的经费来研究汽车发动机的燃烧及后处理技术，提出了许多新的思路和方法，从不同的角度来解决汽车的燃料经济性和有害气体的排放问题，并且都取得了一定的成效，对我国汽车制造企业