第九章汽车排放控制

1、汽车构造第九章第九章 汽车排放控制汽车排放控制第一节第一节 汽车的有害排放物汽车的有害排放物第二节第二节 汽油机排放控制汽油机排放控制第三节第三节 柴油机排放控制柴油机排放控制第四节第四节 曲轴箱通风与汽油蒸发控制曲轴箱通风与汽油蒸发控制第五节第五节 稀薄燃烧与节能减排稀薄燃烧与节能减排第一节第一节 汽车发动机有害排放物汽车发动机有害排放物 1 1、一氧化碳（、一氧化碳（COCO）2 2、氮氧化合物（、氮氧化合物（NONOx x）3 3、碳氢化合物（、碳氢化合物（HCHC）4 4、柴油机的微粒（碳烟）、柴油机的微粒（碳烟） 1、一氧化碳（、一氧化碳（CO） CO是燃料不完全燃烧的中间产物。汽车

2、排放中有害浓度最是燃料不完全燃烧的中间产物。汽车排放中有害浓度最大的成分大的成分CO生成主要原因生成主要原因：混合气过浓或局部混合气过浓混合气过浓或局部混合气过浓；燃烧温度过低燃烧温度过低，燃烧室容积过小燃烧室容积过小；空气与燃料空气与燃料混合不充分混合不充分燃烧温度越高，热分解（吸热反应）燃烧温度越高，热分解（吸热反应）度越大，形成度越大，形成CO的可能性也就越的可能性也就越大大燃烧不充分燃烧不充分热分解热分解2、氮氧化合物、氮氧化合物(NOx)NOxNO（95%）NO2 （+其他其他5%）NOx的生成主要取决于的生成主要取决于燃烧温度燃烧温度降低混合气中氧的浓度，降低降低混合气中氧的浓度，

3、降低燃烧温度，缩短在高温燃烧带燃烧温度，缩短在高温燃烧带内的滞留时间，以及改善混合内的滞留时间，以及改善混合气的形成等可控制气的形成等可控制NOx产生。产生。措施：措施：3 3、碳氢化合物（、碳氢化合物（HCHC）HC排放物一般也不超过内燃机总排放量的排放物一般也不超过内燃机总排放量的0.5%HC排放物排放物不含氧的不含氧的HC含氧的含氧的HC化合物化合物(醛类等醛类等) 采用采用C含量少的代用燃料含量少的代用燃料； 改善燃烧、保证混合气的浓度和燃烧温改善燃烧、保证混合气的浓度和燃烧温度最佳方法来控制。度最佳方法来控制。HC化合物产生的主要化合物产生的主要原因：原因： 燃烧室内的氧气量不足燃烧

4、室内的氧气量不足； 燃烧室壁面温度过低燃烧室壁面温度过低； 混合气形成不充分混合气形成不充分； 燃烧室内局部混合气过浓燃烧室内局部混合气过浓采取措施：采取措施： HC和和NOx在阳光照射下形成光化学烟雾，其主要生在阳光照射下形成光化学烟雾，其主要生成物是臭氧，具有强烈氧化性，对人类、环境危害极大。成物是臭氧，具有强烈氧化性，对人类、环境危害极大。4 4、柴油机的微粒（碳烟）、柴油机的微粒（碳烟） 主要指柴油机排气中的碳烟，其表面吸附的可融主要指柴油机排气中的碳烟，其表面吸附的可融性有机物对人的呼吸道有害。性有机物对人的呼吸道有害。(是汽油机的是汽油机的3060倍倍)微粒排放：微粒排放：1.1.

5、 提高喷射压力或喷射速率，促进喷雾的微粒化，是改善混提高喷射压力或喷射速率，促进喷雾的微粒化，是改善混合气的有效方法；合气的有效方法；2.2. 改进燃烧室结构，有效组织燃烧室内的气流运动，特别是改进燃烧室结构，有效组织燃烧室内的气流运动，特别是保证燃烧室内具有一定的涡流强度，是促进扩散燃烧和碳保证燃烧室内具有一定的涡流强度，是促进扩散燃烧和碳烟氧化的很有效的措施。烟氧化的很有效的措施。控制碳烟的基本途径：控制碳烟的基本途径：1.1. 提高火焰温度，但这种方法与控提高火焰温度，但这种方法与控制制NONOx x 排放量互相矛盾；排放量互相矛盾；2.2. 控制火焰领域内的混合气浓度，控制火焰领域内的

6、混合气浓度，避免过浓。避免过浓。具体措施具体措施第二节第二节 汽油机排放控制汽油机排放控制汽油机排放的控制汽油机排放的控制燃烧控制燃烧控制废气废气再循环再循环二次空气喷射二次空气喷射氧化催化转化装置氧化催化转化装置还原催化转化装置还原催化转化装置三元催化转化装置三元催化转化装置催化转化催化转化1、氧化催化转化装置、氧化催化转化装置氧化催化转化装置氧化催化转化装置：将排气中的将排气中的CO和和HC氧化为氧化为CO2和和H2O。氧化催化剂氧化催化剂： Pt(钯钯)和和Pd(铂铂)等贵金属等贵金属影响催化反应的基本因素影响催化反应的基本因素：反应物质的反应物质的浓度浓度、温度温度以及以及空间速度空间

7、速度。(单位时间内的气体流量单位时间内的气体流量)2、三元催化转化装置三元催化转化装置三元催化剂空燃比特性三元催化剂空燃比特性 二次空气喷射系统只能用再氧化的方法使二次空气喷射系统只能用再氧化的方法使HC、CO的排放降的排放降低，对低，对NOx无效，而三元催化转化装置是能同时净化汽车尾气无效，而三元催化转化装置是能同时净化汽车尾气排放中的排放中的CO、HC和和NOx的后处理技术。的后处理技术。三元催化转化三元催化转化器器的净化率的净化率受受空燃比空燃比的影响很大的影响很大(1)、作用、作用(2)、结构、结构主要由催化剂、载体、垫层、隔热层、内壳、外壳等组成主要由催化剂、载体、垫层、隔热层、内壳

8、、外壳等组成a-颗粒式催化转化装置；颗粒式催化转化装置；b、c-整体式催化转化装置；整体式催化转化装置；d-催化微观结构；催化微观结构；e-金属蜂窝载体金属蜂窝载体1-陶瓷颗粒载体；陶瓷颗粒载体；2-内壳；内壳；3-外壳；外壳；4-隔热层；隔热层；5-陶瓷蜂窝载体；陶瓷蜂窝载体；6-金属蜂窝载体；金属蜂窝载体；7-氧化铝涂层；氧化铝涂层；8-催化活性物质催化活性物质(3)、催化剂催化剂常用铂常用铂(Pt)、钯、钯(Pd)、铑、铑(Rh)等贵金属等贵金属为为主催化剂主催化剂采用采用Ni、Cu、V、Cr等软金属作为等软金属作为添加剂添加剂目的目的提高主催化剂的有效利用率提高主催化剂的有效利用率二氧

9、化铈二氧化铈催化助剂催化助剂目的目的改善催化剂的催化性能，改善催化剂的催化性能，提高主催化剂的选择性和耐久性提高主催化剂的选择性和耐久性。它具有在氧化它具有在氧化(稀稀)侧吸藏氧气、在还原侧吸藏氧气、在还原(浓浓)侧放出氧气的特性，侧放出氧气的特性，还具有扩大高效率净化还具有扩大高效率净化HC、CO、NOx三成分的空燃比范围的效三成分的空燃比范围的效果。果。特点特点3、废气再循环系统、废气再循环系统(1)、工作原理及控制方式、工作原理及控制方式废气再循环废气再循环(EGR)是指把发动机排出的部分废气回送到进气是指把发动机排出的部分废气回送到进气管管,并与新鲜混合气一起再次进入气缸并与新鲜混合气

10、一起再次进入气缸.废气再循环系统工作原理废气再循环系统工作原理排气中含氧量很低，主要有大排气中含氧量很低，主要有大量的量的N2和和CO2，一部分再循环，一部分再循环排气经排气经EGR阀回流到进气系统，阀回流到进气系统，与新鲜混合气混合，使燃烧速与新鲜混合气混合，使燃烧速度降低；再循环排气中的度降低；再循环排气中的CO2不能燃烧却吸收大量的热，使不能燃烧却吸收大量的热，使气缸中混合气的燃烧温度降低，气缸中混合气的燃烧温度降低，从而抑制从而抑制NOx的生成量。废气的生成量。废气再循环是净化排气中再循环是净化排气中NOx的主的主要措施，因而得到广泛应用要措施，因而得到广泛应用。废气混入的量常用的废气

11、混入的量常用的EGR率率来表示：来表示：100%EGR再循环排气量率=吸入空气量+再循环排气量汽油机汽油机大负荷、起动、小负荷大负荷、起动、小负荷和怠速不用和怠速不用EGR，其他工况其他工况的的EGR率一般不超过率一般不超过20%，可降低，可降低NOx排放排放50%70%EGR阀的控制方式阀的控制方式真空式真空式电磁式电磁式第三节第三节 柴油机排放控制柴油机排放控制对柴油机而言，其主要有害排放物是对柴油机而言，其主要有害排放物是NOx和微粒和微粒废气再循环废气再循环(EGR)技术技术捕集器捕集器1、EGR系统系统汽油机汽油机EGR率一般不超过率一般不超过20%；直喷式和非直喷式柴油机直喷式和非

12、直喷式柴油机EGR率可超过率可超过40%和和25%柴油机柴油机EGR类型类型外部外部EGR式式内部内部EGR式式低压回路式低压回路式高压回路高压回路1-排气凸轮；排气凸轮；2-进气门；进气门；3-排气门；排气门；4-EGR阀；阀；5-废气涡轮；废气涡轮；6-EGR回流管；回流管；7-压气机；压气机；8-中冷器；中冷器；9-排气节流阀；排气节流阀； 10-控制单元控制单元a-低压回路低压回路EGR方式方式 b-高压回路高压回路EGR方式方式2、后处理装置、后处理装置柴油机的后处理装置柴油机的后处理装置NOx还原装置还原装置CO及及HC氧化装置氧化装置微粒捕集装置微粒捕集装置柴油机的微粒主要采用过

13、滤法来处理柴油机的微粒主要采用过滤法来处理微粒过滤器及其工作原理1-排气支管；2-燃油； 3-电热塞；4-滤芯；5-燃烧器；6-喷油器 滤芯一般由多孔陶瓷滤芯一般由多孔陶瓷制造制造； 定时定时清除存积在滤芯清除存积在滤芯上的微粒上的微粒； 烧掉滞留在滤芯上的烧掉滞留在滤芯上的微粒微粒； 微粒捕集效率高，排微粒捕集效率高，排气阻力小、耐久可靠、气阻力小、耐久可靠、易于生产、应用广泛易于生产、应用广泛。特点：特点：第四节第四节 曲轴箱通风与汽油蒸发控制曲轴箱通风与汽油蒸发控制汽车排放到大气中汽车排放到大气中CH化合物总量中，来自燃料供给系统蒸发化合物总量中，来自燃料供给系统蒸发和曲轴箱窜气各占和曲

14、轴箱窜气各占20%25%。采用采用曲轴箱强制通风系统曲轴箱强制通风系统和和汽油蒸发控制系统汽油蒸发控制系统予以予以控制控制。一、曲轴箱强制通风系统一、曲轴箱强制通风系统p 发动机工作时，总会有一部分可燃混合气和燃烧产物经发动机工作时，总会有一部分可燃混合气和燃烧产物经活塞环由气缸窜入曲轴箱中。活塞环由气缸窜入曲轴箱中。p 窜入曲轴箱中的可燃混合气和燃烧产物会冲淡润滑油，窜入曲轴箱中的可燃混合气和燃烧产物会冲淡润滑油，而且燃烧产物中的而且燃烧产物中的HCHC和其它污染物，会增加活塞和汽缸和其它污染物，会增加活塞和汽缸壁的磨损。壁的磨损。p 曲轴箱强制通风装置（曲轴箱强制通风装置（PCVPCV阀）

15、是防止曲轴箱气体排放到阀）是防止曲轴箱气体排放到大气中的净化装置，它可以根据发动机工况的变化自动大气中的净化装置，它可以根据发动机工况的变化自动调节进入汽缸的曲轴箱气体的数量。调节进入汽缸的曲轴箱气体的数量。1-进气总管；进气总管；2-通风管；通风管；3-稳压箱；稳压箱；4-回流管；回流管；5-PCV阀；阀；6-气缸盖罩；气缸盖罩；7-曲轴箱；曲轴箱；8-进气支管进气支管 2、曲轴箱通风系统的组成、曲轴箱通风系统的组成3、通风方式、通风方式自然通风：从曲轴箱内抽出的气体直接导入大气中去。自然通风：从曲轴箱内抽出的气体直接导入大气中去。强制通风：用进气管的真空将曲轴箱内抽出的气体导入发动机进气管

16、道中。强制通风：用进气管的真空将曲轴箱内抽出的气体导入发动机进气管道中。二、二、 汽油蒸发控制系统汽油蒸发控制系统汽油蒸发控制系统的汽油蒸发控制系统的作用作用：将这些汽油蒸发物将这些汽油蒸发物收集和储存收集和储存在炭在炭罐内，当发动机工作时再将其罐内，当发动机工作时再将其送入气缸烧掉送入气缸烧掉。p 汽油箱和管路中的汽油随时都在汽化蒸发，如果不加以汽油箱和管路中的汽油随时都在汽化蒸发，如果不加以控制或回收，在发动机不工作时，汽油蒸汽将溢入大气控制或回收，在发动机不工作时，汽油蒸汽将溢入大气，造成环境污染。，造成环境污染。p 汽油蒸发控制系统的功用就是将这些汽油蒸汽收集和储汽油蒸发控制系统的功用就是将这些汽油蒸汽收集和储存在碳罐内，在发动机工作时再将其送入气缸内燃烧，存在碳罐内，在发动机工作时再将其送入气缸内燃烧，消除消除HCHC从汽油箱向大气的排放。从汽油箱向大气的排放。p 碳罐