绿盾尾气治理汽油机的排气再循环系统

1、第五节车用汽油机的排气再循环系统-、排气再循环的原理及排气再循环系统的基本构成燃烧温度越高，n“产生越多，在最适合于燃烧的点火时期点火及使用最经济的空燃比 时，都将产生更多的no,。从减少no,排放的角度看，内燃机应该使用不利于经济性的 空燃比及燃烧的点火时期，但其后果是容易发生不完全燃烧，增加hc及co排放，还使发 动机的功率下降。可以较好地解决这一矛盾的技术为排气再循环（exhaust gas recir- cjag, egr） 技术。egr可将车辆发动机排放有害物氮氧化合物控制在极低程度。egr的原理是使发动 机排出气体的一部分重新进人进气系统，引人不活性气体（主要是0）2、1120和的

2、到燃烧室, 增加燃烧室内气体的热容量，使最高燃烧温度下降，从而抑制了 no的生成。no排放的传统控制方法有推迟点火提前等推迟点火时刻可以降低最高燃烧温度, 因而控制点火时刻的点火控制装置过去一直被用来减少no的排放量。但由于点火时刻的 过晚，使发动机偏离了最佳点火时间，因而牺牲了发动机的动力性及经济性。虽然这个 办法至今仍有应用，但并不是理想的方法。相比之下，egr是降低no排放星校为理想的 方法，因而近年来最新的低排放车都安装有egr系统。排气再循环装置基本组成为egr阀、egr温度传感器、egr真空控制模块、真空开关阀 和连接管等（图5-38及图5-39）。egr阀是排气再循环装置中的关键

3、部件，它通常安装 在进排气系统之间，有一通向排气歧管的短金属管与它连接，对进入进气歧管的排气董进 行控制：egr阀上有一真空管连在进气系统的真空口上，用来控制egr阀的开.闭时刻及 开度大小。温度传感器安装在靠近节温器的冷却液通道上，它将发动机工作温度信号传 送到egr真空控制模块二、排气再循环对发动机性能的影响采用egr时.由于燃烧温度下降，故冷却损失减少。比热容増大还可使进气温度降低、压 力上升，泵气损失减少，故采用合适的点火时间可改善热效率。但是egr量过大时，将使燃烧 速度变缓燃烧变动增大采用egr的发动机可使用较小空燃比，适当提前点火，增强缸内的气 体流动。三、排气再循环系统的种类及

4、排气再循环阀的结构1. 按结构特点分类根据节气门与再循环排气入口的相互位置,egr系统可分为节气门前egr系统和节气 门后egr系统。前者的再循环排气的入口设在节气门前方，后者的再循环排气的入口设在 节气门后方。根据再循环排气量的确定方式,egr系统可分为空气比例式egr系统和负荷比例式 egr系统。前者使发动机吸人的空气量与排气作再循环的egr量之比固定不变，后者根据 发动机的负荷大小按一定百分比确定再循环排气量。2. 按控制方式分类根据控制方式的不同，egr系统可分为如下6类：(1) 孔口真空控制式egr系统:由节气门处真空口的真空度直接作用在egr阀上，以 控制再循环排气量的egr系统。

5、(2) 喉管真空控制式egr系统:以化油器喉管处的真空度作为控制信号来控制再循环排 气量的egr系统。(3) 排气压力控制式egr系统：以排气压力作为控制信号来控制再循环排气量的egr 系统。(4) 节气门控制式egr系统:以与节气门机构联动的egr阀来控制再循环排气量的 egr系统。(5) 声速控制式egr系统:以声速喷嘴控制再循环排气量的egr系统。(6) 电子控制式egr系统:根据发动机的运转工况，利用电子控制系统来控制再循环排 气量的egr系统。3. 排气压力控制式egr阀(机械控制式egr阀egr阀的工作原理可以看出，发动机在停止状态时，由于没有真空信号,egr阀不能t作;发 动机在

6、怠速状态时，由于排气压力(背压)很低，egr阀同样不能工作。由此还可看出，当 排气装置中的消声器、排气管、催化转换器等受到破坏后，排气系统原来调好的压力将产生 变化，这将使来自排气歧管的排气的背压与设计值不一致,使背压egr阀式排气再循环装置 不能正常工作，这一点应给予注意。4. 电控egr阀电控egk阀通常用于电控发动机车辆。电控单元通过空气温度传感器、冷却液温度传 感器、egr阀位置传感器和氧传感器等精确地检测发动机进气温度、冷却液温度、egr阀的 位置和空气燃油混合比等数据。根据这些参数，电控单元通过计算确定实时最佳控制位置。 同时，向排气再循环系统的执行元件egr线圈发出指令。电控eg

7、r阀的执行元件可以采用 图5和图5 -44所示的直线式和步进电机式。egr阀位置传感器一般安装在egr阀的顶部，能准确地检测egr阀阀门开启或关闭的程度，并把这个位置信号 传送给计算机。egr执行元件接收到控制计算机指令后，对egr阀的开启、关闭及egr率 的大小进行控制。通过控制egr阀门开度的变化实现最佳排气循环量,使发动 机的no,产生 最少,动力性能和经济性能改善。第六节排气污染物的催化净化技术i催化剂及其载体的种类1. 催化剂及其载体的种类催化剂也叫做触媒,其定义是指本身不发生反应但能控制化学反e!支路径的一种物质。 催化剂虽然本身不发生反应，但实际上在化学反应中反复不看z字笔的重组

8、与排 列。催化剂是能够用于有效地进行物质变换的关键物质：7第指标主要有活性、选择性、寿 命等。活性是最基本的功能，是加快化学反应速赛对于那些不使用催化剂就不能发生化学反 应的场合，便需要使用催化剂引s化 学对其反应速度进行控制。活性越高，反应器体积就越小,其效率也越高：s5指奄化剂对不同的化学反应的不同活性。寿命即耐久 性。在原理上不进行化学龟化刘，但经过一段时间使用后，却会失去活性，故必须更换新 的催化剂。汽车排气催化净化器中的催化剂的作用是促使hc、co的氧化或nu ? : £ ?;:气油车 尾气净化用的催化剂可以分为三效催化剂（three way catalya. ci剂（ox

9、idation catalyst,oc）.还原（包括选择还原）催化剂和助催化剂四类对汽车尾气净化效果最好的催化剂是铀（pt）、耙（pd） rh苓贵全篱龟*七:由于这 些催化剂价格比较昂贵，故催化剂一般都涂抹在称为载体kit人上.支唱剂成为具有保持催化 作用的催化剂层。催化剂在载体上涂抹及分布如国5-45$5/崔化剂的分布越均匀越好。助催化剂本身不具活性或活性很小，但能改变催化剂5苦z学组成、离子价态、酸 碱性、表面结构、晶粒大小等，从而使催化剂的活性s泠1厂毒性或稳定性得以改善。汽 车催化净化器中常见的助催化剂有ceo:、ba .la苓主要弔于提高催化剂耐热性、储氧和 吸附n02等。3载体的种

10、类现在使用的催化剂载体大部分是陶瓷载体和金属载体,可用作汽车催化净化器金属载体 材料主要有fe-cr-a1. nicr、femow等。其中，fecr- a1的加工性能和经济价值 较好，其应用前景最好。载体的形状是整体式或蜂巢状的，载体上开有气体流动的通孔，陶瓷载体的孔多为正方 形，也有圆形、六角形的，但就有效涂层的面积而言，六角形的最大（图546）;金属载体的 孔多为波纹状的。金属载体（fe-cr- a1）与陶瓷载体（堇青石）的热特性、物理特性、机械 特性和热冲击特性的比较如表58所列。金属载体与陶瓷载体相比有三个优点:与排出气 体接触的几何表面积大，催化剂的涂抹面积大。如对单位面积孔数同为6

11、2个/cm?的金属载体 和陶瓷载体而言,金属载体和陶瓷载体的几何表面积（gsa）分别为3&8 cm vcm3和26.8 g2/cm3,因而金属载体有利于催化反应进行。金属载体的流通阻力小。其原因是金属载体开 口率大于陶瓷载体，如62孔/cm?金属载体的开口率为90.3% ,而相同孔数的陶瓷载体的开口 率仅为75.0%o金属载体的热传导性能好，易于将高温条件下的热量散发出去，可延缓催 化剂的热老化。金属载体的主要不足是抗高温氧化性能差（如在800t以上高温条件下，fe cr-a1合金材料容易与氧结合生成氧化铁、氧化铸、氧化镜等氧化物）、催化剂起燃性能差、 成形工艺过于复杂、成本过高及在剧

12、烈温度变化下金属载体与担载有催化剂的活性涂层的附 着性差等问题。高温氧化锈蚀作用是金属蜂窝载体催化器丧失催化功能的原因之一，金属载体 虽然在摩托车上有一定应用，但在新车上的应用仅有百分之几。相比之下，陶瓷载体原材料 易于获得、成本低、制造工艺简单，因此在汽车催化器上得到了广泛应用。1. 转换率转换率指催化器将污染物转换为无害成分的体积分数或体积百分比，用7?表示。假定 催化器人口、出口处某污染物的体积分数依次为，则有7? = ( 1 - (t>ou/4>in) x 100%转换率通常是对某一种有害气体如hc、co、no而言的，般来说，不同污染物的转换 率不同。转换率的高低随着催化器

13、的温度、发动机的运转条件而变化。在高温时，稳定状态 下，新氧化催化剂的转换率对co为98% -99%，对hc高于95%o然而，在温度低于250t -3001时，催化剂效果很差。转换率的测定，一般在发动机试验台上或装车试验中进行。2. 活化开始温度通常把催化器的转换率等于50%时的温度称为活化开始温度或点燃温度，由于此时位 于仪表板上的显示灯熄灭，故该温度也称为熄灯温度：显然,熄灯温度越低，汽车冷启动后催 化器起作用的时间越早，对降低冷启动排放越有利：3. 表面速度(area velocity , av)av是描述催化器的表面活性的参数。当转换效率和催化器的排出气体流量相同时,av 越大，表明催

14、化器的表面活性越强，或者说表面活性强的催化器容许的表面速度高。av的 计算公式如下：av(m/h)=催化器的排出气体流量(m3/h)/催化器有效活性表面的几何面积(m2)4. 空间时间s,空间时间简称空时，其定义为5. (h) =催化器的反应器体积h(dm3)/催化器的排出气体流量(?r(dm3/h)它是度量连续流动催化反应器生产强度的一个参数。例如，空时为is,表明每秒可以处 理与反应器体积相等的物料量。显然，s,越大,催化反应器生产强度越小。5. 空间速度空间速度简称空速，空速是空时的倒数，其物理意义是单位时间单位催化反应器体积所能 处理进口气体的体积。其定义为st(h-*) =催化器的排

15、出气体流量(dm/h)/催化器的体积(dm3)它主要用于评价催化器的安装占用空间的程度；由于汽车的排气流量是变化的，故汽车 的空速是随汽车的运转条件变化的。由sv的定义可知，在同样的排气流量下，排气催化净化 器所容许的空速sv越大，催化器的体积就可以越小。或者说，s、越小，在同样的排气流量 下，反应气体在催化剂中的停留时间越长，转换效率越高。如某催化器的h03h，则由sv 的定义可知，该催化器每小时能处理进口气体的体积为反应器体积的103倍。一般 而言，在 sy=iosm时，仍具有很高的转换效率的催化器被认为是性能良好的催化器。6. 流动阻力由于汽车催化器安装在汽车排气系统，故其流动阻力直接影响发动机排气背压，排气背 压太大，则发动机性能下降。催化转化器产生的压力损失应控制在整个排气系统压力损失的30%40%。在大负荷高速运转时，排气经过催化器的压力损失可达几千帕。一般而言，金 属载体的催化器的流动阻力比陶瓷载体的小。净化器流动阻力主要是由载体的细小孔道造成 的，a/主要决定于气体流速km/s)、载体长度l( mm).孔的水力 直径dh(tnm)和开口率 0fa(0fa=(db)2/d2)等。下式为压力损失ap( mmhg)的一个经验公式:可见，