排气污染与控制

1、COHCNOX88-99%63-95%31-53% 汽油机是一种汽油机是一种预混燃烧，它靠电预混燃烧，它靠电火花进行外源点火，火花进行外源点火，火核形成以后，以火核形成以后，以火焰传播为特征，火焰传播为特征，其可燃混合气浓度其可燃混合气浓度范围比较窄，混合范围比较窄，混合气成分是影响排放气成分是影响排放的最主要的因素。的最主要的因素。 一、混合气成分一、混合气成分二、点火正时二、点火正时点火正时点火正时 减小点火提前减小点火提前角，不仅降低燃烧角，不仅降低燃烧最高温度、减小燃最高温度、减小燃烧反应滞留时间，烧反应滞留时间，对降低对降低NONO十分有利；十分有利；而且由于点火推迟，而且由于点火推

2、迟，膨胀时的温度及排膨胀时的温度及排气温度均上升，对气温度均上升，对降低降低HCHC也有利也有利 EGR EGR可以抑可以抑制燃烧的最高温制燃烧的最高温度，有利于抑制度，有利于抑制NONO的生成。但燃的生成。但燃烧的有效性降低，烧的有效性降低，动力性变差。动力性变差。三、吸入废气量三、吸入废气量(EGR)(EGR)汽油机净化系统基本构成汽油机净化系统基本构成 从空气滤清器引出一股新鲜空气进入曲从空气滤清器引出一股新鲜空气进入曲轴箱，再经流量调节阀（轴箱，再经流量调节阀（PCV阀）把窜入曲阀）把窜入曲轴箱的气体和空气的混合气一起吸入气缸烧轴箱的气体和空气的混合气一起吸入气缸烧掉。掉。 当窜缸气体

3、量大于阀门的流通能力时，当窜缸气体量大于阀门的流通能力时，曲轴箱中过量的窜气量将通过空气滤清器连曲轴箱中过量的窜气量将通过空气滤清器连接管接管2 2进入空气滤清器，进入气缸再次燃烧。进入空气滤清器，进入气缸再次燃烧。 一、曲轴箱强制通风系统（一、曲轴箱强制通风系统（PCV系统）系统）PCV阀的工作原理阀的工作原理 系统的主要组成有止回阀、净化控制阀、活系统的主要组成有止回阀、净化控制阀、活性炭罐等。性炭罐等。 如燃料箱中压力变高时，止回阀开启，蒸如燃料箱中压力变高时，止回阀开启，蒸发燃料被活性炭吸附。当由吸气压力控制的净化发燃料被活性炭吸附。当由吸气压力控制的净化控制阀打开时，被吸附在活性炭上

4、的燃料蒸气和控制阀打开时，被吸附在活性炭上的燃料蒸气和经过活性炭罐的空气滤清器的空气一起被吸入进经过活性炭罐的空气滤清器的空气一起被吸入进气系统，再进入气缸燃烧。气系统，再进入气缸燃烧。 二、燃油蒸发净化装置二、燃油蒸发净化装置 三、废气再循环装置（三、废气再循环装置（EGR）EGR工作原理工作原理EGR率对发动机性能的影响率对发动机性能的影响 EGR率对发动机性能的影响率对发动机性能的影响 四、汽油机三效催化转化器四、汽油机三效催化转化器222NOHCONOxHCCOTWC1 1、工作原理、工作原理%1001%催化器入口浓度催化器出口浓度）转换效率（n催化器出、入口浓度分别代表有害气体（催化

5、器出、入口浓度分别代表有害气体（HCHC、COCO、NOxNOx）的浓度。可见，转换效率表示把）的浓度。可见，转换效率表示把HCHC、COCO、NOxNOx等有害气体转换成无害气体的百分率。等有害气体转换成无害气体的百分率。转换效率的测定一般在发动机试验台或装车试转换效率的测定一般在发动机试验台或装车试验中进行。验中进行。）催化器体积（）量（催化器排出气体体积流331/)(dmhdmhSVnSVSV简称空速，主要用于评价催化器的安装占用简称空速，主要用于评价催化器的安装占用空间的程度。显然，在同样的排气流量下，排空间的程度。显然，在同样的排气流量下，排气催化转化器所允许的空速气催化转化器所允许

6、的空速SVSV越大，催化器的越大，催化器的体积就越小。或者说，体积就越小。或者说，SVSV越小，在同样的排气越小，在同样的排气流量下，反应气体在催化器中的停留时间越长，流量下，反应气体在催化器中的停留时间越长，转换效率越高。转换效率越高。n（2 2）空间速度）空间速度5 5、催化转化器的结构、催化转化器的结构催化转化器的结构（整体式与颗粒式）催化转化器的结构（整体式与颗粒式）外外壳壳减振密封垫减振密封垫载体与催化剂载体与催化剂催化转化器的结构（椭圆形）催化转化器的结构（椭圆形） 不锈钢外壳催化转化器不锈钢外壳催化转化器载体与催化剂载体与催化剂贵金属贵金属Pt,Rh,Pd氧化铝氧化铝助催化剂助催

7、化剂催化剂涂层催化剂涂层载体载体载体载体技术技术催化剂催化剂化学老化化学老化热老化热老化积垢老化积垢老化机械老化机械老化中毒：不可逆吸附或发生表面反应抑制：毒物的竞争可逆吸附毒物导致催化剂表面重构发生载体孔结构的阻塞 活性组分的烧结形成合金载体结构发生变化贵金属-贱金属的相互作用贵金属表面重组贵金属挥发碳沉积（结碳）热冲击磨损机械破坏 7 7、汽油机排气后处理之未来、汽油机排气后处理之未来快速起燃技术快速起燃技术紧耦合型催化转化器紧耦合型催化转化器（CCC）三、三、HC的生成机理的生成机理四、四、 NO的生成机理的生成机理影响因素影响因素-燃烧室类型燃烧室类型n柴油机排放综合控制技术（柴油机排

8、放综合控制技术（DPF+SCRDPF+SCR）FUEL TIMELINE2005: EU ULSD 50ppm S2005: Japan ULSD 50ppm S2006: EPA/CARB ULSD 15ppm S2007: US Non-road LSD 500ppm S2009: EU SULSD 10ppm S2010: US Non-road ULSD 15ppm S(2000)(2005)(2008)China 2010China 2007Nothing, orDOC to control odorDOC+DPF+FBC, orDOC+CDPF, orDOC, SCRDOC+CDP

9、FDOC+CDPF+ SCR微粒捕集器的结构原理微粒捕集器的结构原理- -表面型表面型OutletSectionFilterSectionCatalyst SectionInlet SectionV-Clamps试验后的微粒捕集器试验后的微粒捕集器进口进口出口出口试验后微粒捕集器外壳试验后微粒捕集器外壳进口部分进口部分出口部分出口部分l l喷油助燃再生喷油助燃再生l l电加热再生电加热再生l l微波加热再生微波加热再生l l催化再生催化再生l l连续再生连续再生l l添加剂再生添加剂再生l l进气节流再生进气节流再生l l排气节流再生排气节流再生l l后燃再生后燃再生l l逆向喷气再生逆向喷气

10、再生l l机械振动再生机械振动再生利用外部热源再生利用外部热源再生（主动再生）（主动再生）降低微粒活化能再生降低微粒活化能再生（被动再生）（被动再生）利用发动机热能再生利用发动机热能再生（主动再生）（主动再生）非加热机械式再生非加热机械式再生（主动再生）（主动再生）再生再生方法方法2 2、微粒捕集器的再生方法、微粒捕集器的再生方法陶瓷纤维缠绕微粒捕集及催化再生过程陶瓷纤维缠绕微粒捕集及催化再生过程电加热再生电加热再生喷油助燃再生喷油助燃再生微波加热再生微波加热再生壁流陶瓷捕集器的进一步研究壁流陶瓷捕集器的进一步研究增加捕集容量、延长再生周期增加捕集容量、延长再生周期 过流式微粒捕集原理过流式微

11、粒捕集原理 减小捕集量，延长使用时间减小捕集量，延长使用时间Pt催化剂催化剂DPF发 动 机 排发 动 机 排气气净 化 后 排净 化 后 排气气NO+O2NO2C+NO2CCO2+N2C+O2CO2Inlet SectionCatalystSectionFilterSectionOutletSectionHoneycombCatalystWall-flowFilter连续再生捕集器（连续再生捕集器（CRT）SCRT System Configuration EngineCRTTMSCRSlip CatalystRemoval of HC, CO, PMRemoval of NOxRemova

12、l of NH3 slip if required4-way conversionUrea柴油机排气四效净化技术柴油机排气四效净化技术n非稳态烟度测量（自由加速法和控非稳态烟度测量（自由加速法和控制加速法制加速法 ）标准名称 生效时间 CO/g.km-1 HC/g.km-1 NOX/g.km-1 NOX+HC/g.km-1 测试规范 欧洲1 1992.07 2.72 0.97 ECE+EUDC 欧洲2 1996.01 2.20 0.50 欧洲3 2000.01 2.30 0.20 0.15 修改试验规范 2000.01 2.30 0.12 0.15 欧洲4 2005.01 2.30 0.10

13、0.08 2005.01 2.30 0.10 0.08 法。法。HC和和N0 x。分流稀释系统测量；分流稀释系统测量；n采用符合欧洲采用符合欧洲 CEC RF03A84标准的柴油作为型式认证和生产标准的柴油作为型式认证和生产一致性检查试验用油，以排除柴油一致性检查试验用油，以排除柴油本身品质不同的影响；本身品质不同的影响；生产一致性试验限值为同一值；生产一致性试验限值为同一值；n自由加速微粒排放试验也规定必须自由加速微粒排放试验也规定必须采用不透光烟度计，木能使用滤纸采用不透光烟度计，木能使用滤纸式烟度计，因为后者不能测量瞬态式烟度计，因为后者不能测量瞬态可见污染物排放浓度的大小；规定可见污染

14、物排放浓度的大小；规定在发动机台架上也可以进行自由加在发动机台架上也可以进行自由加速试验，但发动机要与测功机脱开速试验，但发动机要与测功机脱开，飞轮转动惯量要与整车相当；，飞轮转动惯量要与整车相当；二、我国、欧盟和美国的排放法规、二、我国、欧盟和美国的排放法规、标准的限值标准的限值红外线是波长为红外线是波长为0.8600um（工业上多用（工业上多用215um）的电）的电磁波。多数气体对一定波长的磁波。多数气体对一定波长的红外线具有吸收能力，其吸收红外线具有吸收能力，其吸收能量与气体浓度有关，例如能量与气体浓度有关，例如CO能吸收波长能吸收波长4.55um的红外的红外线。由此，线。由此， NDI

15、R的基本原理的基本原理如图如图 828所示。所示。 （1 1）不分光红外线吸收型分析仪（）不分光红外线吸收型分析仪（NDIRNDIR） FID工作原理是利工作原理是利用有机用有机HC在氢火焰的高在氢火焰的高温（约温（约2000）中燃烧，）中燃烧，一部分分子或原子就会离一部分分子或原子就会离子化而生成自由离子；在子化而生成自由离子；在外加电场作用下，离子向外加电场作用下，离子向两极移动，形成离子电流，两极移动，形成离子电流，其电流大小与待测气体的其电流大小与待测气体的流量和浓度成正比。流量和浓度成正比。（2 2）氢火焰离子型分析仪（）氢火焰离子型分析仪（FIDFID）化学发光法原理如下：化学发光法原理如下： NONOO O3 3NONO2 2* *+O+O2 2 NO NO2 2* *NONO2 2十十h hv v 当气样中当气样中NO和和O3（臭氧（臭