柴油机尾气排放净化技术最终稿

1、高职院校毕业论文档案材料专门从事汽车检测和维修技术3、汽车检测与维修技术类(3)学生 论文柴油机废气净化技术讲师 材料清单:1。毕业论文任务书2.毕业论文3.毕业论文评估表目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453410 摘要.1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453411 关键词.1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453412 引言.1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453413 1柴油发动机整机的使用. 2 HYPERLINK l _Ref

2、Heading_Toc252453414 1.1柴油发动机的总体构造.2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453415 1.2四冲程柴油发动机的工作原理.3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453416 2.柴油机尾气排放主要成分.3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453417 2.1一氧化碳（CO）.3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453418 2.2氮氧化物（NO）.4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453419 2.3碳氢化合物（HC）.4

3、HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453420 2.4颗粒物（PM）.4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453421 3.当前柴油机尾气排放的主要净化措施.5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453422 3.1废气再循环（EGR）系统.5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453423 3.1.1废气再循环(EGR)系统工作原理. 5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453424 3.1.2增压柴油机EGR的实现.6 HYPERLINK l _RefHea

4、ding_Toc252453425 3.1.3废气再循环排气的冷却. 7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453426 3.1.4柴油机EGR的控制.7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453427 3.1.5柴油机EGR系统的结构.8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453428 3.2催化转化技术.9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453429 3.3颗粒物的净化技术.10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453430 3.4四效催化转换器.17 H

5、YPERLINK l _3.4.1四效催化转化器原理 3.4.1四效催化转换器原理.17 HYPERLINK l _3.4.2四效催化转化器举例 3.4.2四效催化转换器举例 17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453431 4 柴油机尾气排放异常故障诊断.20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453432 4.1柴油机排烟的生成.20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453433 4.2排气管冒白烟.20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453434 4.2.1冒白烟的特征与原因

6、. 20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453435 4.2.2冒白烟的故障原因. 22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453436 4.2.3故障维修步骤. 22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453437 4.3排气管冒蓝烟.23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453438 4.3.1冒蓝烟的原因. 23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453439 4.3.2故障维修方法. 23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2524

7、53440 4.4排气管冒黑烟.24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453441 4.4.1冒黑烟的影响因素. 24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453442 4.4.2冒黑烟故障的诊断程序. 25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453443 5.结论.25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453444 参考文献.27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453445 致.28摘要:与汽油机相比，现代车用柴油机具有功率大、经济性好两大优势，其特点是效率

8、高、油耗低、寿命长、使用可靠。目前，柴油车占欧洲汽车消费市场的40%。我国柴油车发展较晚，但发展迅速。到2002年，全国汽车产量325万辆，柴油车99.8万多辆，约占汽车总量的30%。如此快速的增长必然会对环境造成很大的影响。随着柴油车社会保有量的迅速增加，伴随工业文明快速发展的环境问题也日益增多。环境保护已经引起了越来越多的人的关注。柴油机在运转过程中排放的产物可分为两类:一类是可见的产物，即颗粒物，如碳粒、重烃、硫酸盐、油气、水蒸气、灰分等，另一类是肉眼不可见的，如一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、碳氢化合物(HC)。CO对人体有毒，在大气中不易自行净化；有令人不快

9、的二氧化硫刺鼻气味；在一定的地理气候条件下，HC和NO在Tai的作用下会形成剧毒的光化学烟雾。NOx和SO2易溶于水形成酸雨。显而易见，柴油机工作产生的燃烧产物不仅会污染和破坏人类的生存环境，还会因柴油燃烧不完全而浪费能源。烟越浓，放出的可燃物质越多，对环境的污染越严重，能源的浪费也越大。控制的重点是氢氧化物和颗粒污染物。面对当前形势，汽车制造商采用了许多排气净化装置和技术。本文介绍了几种先进的柴油机排气净化技术。关键词:柴油机排气；排放；尾气净化引用单词随着汽车工业的快速发展，汽车数量迅速膨胀，汽车排放问题引起了人们的高度重视，因为汽车排放严重影响生态环境、人类健康，制约经济发展。为了更好地

10、控制环境污染，各国相继颁布了越来越严格的排放法规。随着车用柴油机进程的加快，对车用柴油机低污染的要求越来越突出。1整体柴油机的使用1.1柴油机的总体结构手推车用柴油机是由几个机构、组件和零件组成的机器。目前，往复活塞式发动机虽然种类繁多，结构复杂，但其整体结构是统一的、通用的。车辆柴油发动机通常由以下机构和系统组成:有机体。发动机缸体的固定部件-缸体总成、气缸盖总成等。发动机机体不仅是柴油机机构和各种系统的装配载体，而且其本身的很多零件都是相关机构和系统的组成部分。曲轴连杆机构。曲轴连杆机构主要包括活塞连杆组件和曲轴飞轮组件。该机构是柴油机的主要部件，将活塞的往复直线运动转化为旋转运动，输出动

11、力。气体分布和传输机制。气门配气和传动机构主要包括凸轮轴总成、气门保持总成和齿轮传动机构。它的作用是定时开启和关闭进气门和排气门，使空气充入气缸，废气排出气缸。进排气系统。包括空气滤清器、进气管、排气管和消声器。柴油机、中冷器或废气净化装置也应包括在该系统中。它的作用是将空气过滤加压，合理供给各缸；将发动机燃烧后的废气排出，或净化后排出，以免污染大气。润滑系统。包括机油泵、机油滤清器、油管和油底壳等。它的作用是向摩擦部件提供润滑油，减少磨损，冷却部件和清洁摩擦表面。冷却系统。包括水泵、风扇、水箱散热器、节温器、机油散热器、中冷器等。它的作用是利用冷却介质(水或空气)将高温零件的热量散发到大气中

12、，以保证发动机的正常工作。电气系统。包括主充电发电机(调压器、蓄电池)、DC启动器和一些辅助设备(便于启动)。其他设备。例如空气压缩机。1.2四冲程柴油机的工作原理汽油机和柴油机各冲程的对比见表2-1。表2-1汽油机和柴油机各冲程对比中风汽油机柴油发动机进气冲程空气燃料混合物被负压吸入燃烧室。只吸入空气。压缩冲程压缩活塞空气燃料混合物。活塞压缩空气使其压力增加到3.5-4.5兆帕，温度高达110-150动力行程火花塞点燃压缩的混合物。燃油喷入高温高压的空气中，由于压缩空气的高温，这是很自然的。排气冲程将活塞废气压出气缸。将活塞废气压出气缸。与汽油机相比，柴油机有其自身的特点。具有汽油机转速高(

13、目前轿车汽油机最高转速达到5000-6000转/分，卡车汽油机达到4000转/分左右)、质量低、运转时噪音低、易启动、制造和维护成本低等特点。因此广泛应用于轿车、中小货车和军用越野车。它的缺点是油耗率高，所以燃油经济性差。柴油机因为压缩比高，平均油耗率比汽油机低30%左右，而且柴油价格低，所以燃油经济性更好。一般装载质量在7t以上的货车多采用柴油发动机。柴油机的弱点是转速低于汽油机(一般最高转速为2500-3000转/分)，质量大，制造和维修成本高(因为喷油泵和喷油器的加工精度要求高)。但目前柴油机的这些弱点正在逐渐被克服，其应用范围正在向中、轻型卡车扩展。近年来，国外和国有汽车也采用了柴油机

14、，最高转速可达5000转/分。2.柴油发动机废气排放的主要成分2.1一氧化碳(CO)一氧化碳是柴油在空气不足(缺氧)的情况下燃烧的中间产物。一般柴油机尾气中一氧化碳含量较低，在柴油机燃烧出现局部缺氧时容易产生。产生的一氧化碳量取决于空燃比。因为柴油机空燃比大，所以一氧化碳的排放量小。当一氧化碳浓度达到一定程度时，可引起人体慢性中毒，导致人体组织缺氧，危害中枢神经系统，引起头痛、头晕、四肢无力等中毒症状。严重的情况下，会导致生命危险。2.2氮氧化物柴油机在高温下燃烧会产生氮氧化物，其形成取决于燃烧过程中的温度和反应时间。在直喷式柴油机中，由于空燃比大，氧气充足，燃烧温度高，氮氧化物的生成量大。在

15、间接喷射式柴油机中，燃烧首先在极度缺氧的涡流室(或辅助燃烧室)中进行，燃烧温度相对较低。火焰喷入主燃烧室时，燃烧在充足的空气中进行，燃烧温度相对较低，可以避免氮氧化物的生成机会，所以氮氧化物的排放量相对较低。氮氧化物中的NO和NO2有毒，对人体和环境有害。人们会头晕、虚弱等。吸入氮氧化物后，严重者甚至窒息。此外，还会与碳氢化合物发生光化学反应，造成更严重的危害。2.3碳氢化合物(HC)柴油机排放物中碳氢化合物产生的主要途径有燃料的不完全燃烧、间隙效应、曲轴箱泄漏等。柴油机虽然空燃比大，但雾化质量(喷油器雾化不良，二次喷射，滴油等。)很难实现。由于空气被混合到理想的均匀程度，燃油在喷射过程中不可

16、避免地会喷到壁面上，造成混合气局部过浓，部分不完全燃烧。此外，喷油正时滞后和延迟、负荷和转速的变化、低温启动、怠速运转等都会增加未燃碳氢化合物的浓度。废气中的碳氢化合物毒性很大，是一种强致癌物。另外，碳氢化合物是光化学反应的原因，生成的过氧化物对环境危害很大。2.4颗粒物(PM)柴油机排放的颗粒物主要是碳粒(也叫煤烟)，其形成过程也非常复杂。影响碳粒形成的主要因素是高温和缺氧。当过量空气系数很低，油气混合不均匀时，高温下的油滴会裂解，产生大量的碳粒。在柴油机燃烧过程中，碳粒的形成除了与过量空气系数、混合气的均匀性和燃烧温度密切相关外，还与燃料的成分密切相关。比如燃料的碳氢比和灰分含量都会影响碳

17、粒的形成。碳颗粒容易附着重的碳氧化物和硫酸盐，形成的颗粒悬浮在空气中，会与空气中的其他物质发生光化学反应，对环境造成危害。3.目前柴油机尾气排放的主要净化措施3.1废气再循环(EGR)系统3.1.1废气再循环(EGR)系统的工作原理像汽油发动机一样，柴油发动机也产生大量的NO。废气再循环(EGR)是通过引入部分废气和新鲜空气参与燃烧反应，利用惰性气体(CO2、N2、H2O等)比热容高的特点，减少NOX的生成。)在废气中。柴油机产生NOX的原因是虽然燃烧过程中的平均过量空气系数比较大，但由于混合气成分不均匀，局部燃烧温度高，产生了大量的NOX。但随着柴油机负荷的降低，NOX的排放迅速降低。废气再

18、循环(EGR)是降低汽油机NOX的最重要方法，废气再循环(EGR)也可用于柴油机降低NOX排放。为什么废气再循环(EGR)可以减少氮氧化物？因为NOX的生成条件是高温富氧，而废气的引入，一方面使混合气的热容量增加，导致等量混合气升高相同温度所需的热容量增加，从而降低最高燃烧温度；另一方面，废气对新鲜充量的稀释也降低了氧的浓度，从而有效地抑制了NOX的生成。根据废气是否进入气缸并通过发动机的进气系统，EGR系统可分为部分EGR系统和外部EGR系统。部分:EGR系统是通过改变气门正时实现的。该系统不需要额外的设备，结构简单，应用方便，可以避免回收废气对管道的腐蚀，有利于提高系统的耐久性。因为排气门

19、在进气冲程中直接打开以使废气回流，所以很难精确控制EGR速率。同时，废气不经冷却直接回流，造成混合气温度升高，有利于NOX的生成。因此，部分EGR对NOX的抑制作用并不显著。然而，随着控制技术的不断提高，偏EGR因其简单方便而日益受到青睐。外部:EGR采用特殊的管道将废气引入进气歧管，使废气和新鲜空气在进入气缸前得到充分混合。外置EGR不仅可以通过电控系统精确控制EGR率，优化发动机性能，还可以在外置系统中安装EGR冷却器，有效降低燃烧温度，所以目前普遍采用外置EGR系统。3.1.2增压柴油机EGR的实现自然吸气式柴油机的EGR系统与汽油机相似。因为进排气之间有足够的压差，所以EGR的控制相对

20、容易。在现代涡轮增压柴油机中，由于涡轮增压器效率的提高，在很多工况下涡轮增压器后的进气压力(增压压力)会高于涡轮增压器前的排气压力，这将造成EGR困难，或者至少不会达到足够高的EGR率。可以采取以下措施:如图3-1a所示，在EGR阀5之前增加一个排气脉冲阀6，利用排气脉冲来增加EGR量。用节流阀7(见图3-1b)对进气进行节流，可以降低柴油机前的进气压力，大大提高EGR率。但会明显增加柴油机的泵气损失，损害燃油经济性。在进气系统中，安装文丘里管8(见图3-1c)可以提高EGR的有效压差，从而扩大EGR率的可调范围。由于文丘里喉管处的压降，在喉管下游可以实现部分恢复，降低压力损失。调节文丘里管的

21、旁通阀9可以改变EGR的有效压差。带有特殊EGR泵11(见图3-1d)的强制EGR当然是最灵活的。然而，由于EGR泵的高流量要求，机械驱动的泵显然太大且昂贵。如图所示，涡轮增压器驱动附加的EGR泵11是一种实用的方案。采用可变喷嘴涡轮增压器VNT是实现增压柴油机有效EGR的新途径。使用普通的涡轮增压器，通常很难获得足够的EGR。实验结果表明:使用普通涡轮增压器时，在部分负荷下只能获得0.1左右的EGR率。使用可变喷嘴涡轮增压器时，当柴油机处于大负荷时，可以通过减小涡轮喷嘴的流通面积来提高排气压力，从而提高大负荷区域的EGR率。图3-1(涡轮增压中冷柴油机的EGR系统)带有排气脉冲阀a的EGR系

22、统和带有进气节流阀b的EGR系统c带有文丘里管的EGR系统D带有EGR泵的EGR系统1电子控制单元2中冷器3柴油机4涡轮增压器5EGR阀6排气脉冲阀7-进气节流阀8-文丘里管9-文丘里管旁通阀10-EGR冷却器11-EGR泵3.1.3废气再循环废气的冷却实验表明，对再循环废气进行冷却，即采用所谓的冷EGR，可以减少进入气缸的新鲜空气的损失，从而避免重负荷燃油经济性和排气烟度的恶化。EGR系统的布局如图3-1c和图3-1d所示。EGR冷却器10可以用柴油机的冷却水冷却，但冷却温降有限，最好直接用空气冷却。已成功投产的EGR制冷机在不同工况下可使EGR温度降低50-150，NO降低10%左右。3.

23、1.4柴油机的EGR控制(1)控制模式柴油机的EGR控制比较复杂，尤其是增压柴油机，一般采用电子控制。其控制方式可以是开环控制，也可以是闭环控制。开环控制。开环控制一般以MAP控制为基础，即通过试验确定典型工况下满足排放要求的最佳EGR率。这种方法控制简单，目前应用广泛。但其精度取决于各种工况下MAP的准确编制，动态响应较慢。典型的开环控制是考虑混合气的成分，根据不同的转速和负荷情况，通过进排气中的氧浓度来确定最佳的EGR率。例如，在图3-1a中，电子控制单元1根据柴油发动机的转速和负载、来自传感器的输入信号(例如进气和排气中的氧浓度和温度)以及根据校准的EGR脉冲频谱来控制致动器，例如EGR

24、阀5、节流阀7、旁通阀9。EGR阀5可以是真空阀。电子控制单元1通过调节由独立真空源产生的真空度来控制真空阀的打开。EGR阀也可以是电磁阀，其可以由电子控制单元通过PWM信号直接控制。闭环控制。闭环控制可以选择基于排气背压的闭环控制或者基于排气氧传感器紫的闭环控制。在排气氧传感器闭环控制的基础上，选取对发动机性能影响最大的两个参数进气氧浓度和排气氧浓度进行考虑。基于过量空气系数的EGR控制通过过量空气系数间接测量NOx排放，过量空气系数受EGR率影响较大，可作为EGR闭环控制的反馈信号。闭环控制可以根据工况的变化实时自动调整EGR量，使EGR达到最优。因此，它比开环控制有更好的效果，但它的结构

25、也更复杂。(2)控制时间汽油在发动机小负荷时会将一定量的废气引入燃烧室参与燃烧，但在怠速和满负荷时不会工作。柴油机在怠速和中小负荷时，有一定量的废气被引入燃烧室参与燃烧，满负荷不做功。3.1.5柴油机EGR系统的结构以一汽大众柴油车为例，其柴油机EGR系统的结构主要分为两类:将废气再循环电磁阀与机械阀分开(见图3-2)废气再循环电磁阀与机械阀结合，由发动机控制单元直接控制(见图3-3)。图3-2(EGR和机械阀的分离模式)图3-3(EGR和机械阀的组合模式)1-发动机控制单元2-废气再循环阀(电磁)1-发动机控制单元2-废气再循环阀(电磁)3-废气再循环阀(机械式)4-空气流量计3-废气再循环

26、阀(机械式)4-废气净化装置5-尾气净化装置3.2催化转化技术3.2.1催化转化器的工作原理柴油机用的催化转化器和汽油机用的基本一样，可以用Pt等贵金属。催化器的作用是促进废气中的PM、HC、CO的催化反应，氧化成水和二氧化碳排出。然而，由于柴油机排气温度低，微粒中的碳烟很难被氧化。氧化催化剂主要用于转化SOF(可溶性有机成分)以达到减少微粒排放的效果。同时还能进一步降低HC和CO的排放，净化其他有害成分(如乙醛等。)来减少柴油发动机的尾气气味。虽然Pd的催化活性不如Pt，但生成的硫酸盐少得多，价格也低。因此，也选择Pd作为柴油机催化转化器的活性成分。实验表明，使用Pt催化剂时，颗粒物排放总量

27、比不使用催化剂时高50%以上，而使用Pd催化剂时，SOF排放明显减少，硫酸盐量也不大，因此颗粒物排放总量减少约1/3。此外，使用二氧化硅代替氧化铝作为涂层材料也可以减少硫酸的形成。图3-4是具有吸附功能的催化转化器的示意图。在发动机刚起动后催化剂活性非常低的低温阶段，排气中未燃烧的HC和PM(颗粒物)中的可溶性有机SOF被HC吸附材料吸附。当温度升高时，催化剂的活性增加，吸附材料的吸附能力降低，因此未燃烧的HC和SOF在催化转化器的作用下从吸附材料中分离出来并作为无害成分排出。由于使用了难以与SO2反应的材料，催化转化器的寿命和效率得以提高。实验结果表明，具有吸附功能的催化转化器可使尾气中的C

28、O、HC和SOF降低50%-90%。这种催化剂的缺点是不能去除。颗粒物中的碳颗粒。催化转化器应用中的困难主要是由于柴油中硫含量高，燃烧后产生SO2，催化转化器氧化后产生SO3，与废气中的水结合后产生硫酸盐。催化转化效果越好，产生的硫酸盐就越多，甚至达到平时的8-9倍。这无疑会抵消SOF减少带来的环境效益，甚至会增加颗粒物排放。同时，硫也是催化剂中毒和劣化的原因之一。图3-4(具有吸附功能的催化转化器示意图)3.3颗粒物净化技术柴油机微粒净化技术主要包括上述催化转化技术、过滤净化技术、微粒收集或捕集技术以及催化转化器和过滤器。最有效的方法之一是各种过滤器。微粒过滤器也被称为微粒收集器、微粒捕集器

29、等。DPF(柴油机微粒过滤器)的原理是先用过滤装置过滤废气中的颗粒物。当过滤器收集的颗粒物过多影响柴油机运行时，则更换过滤器或采用氧化或燃烧技术清理收集的颗粒物，使颗粒过滤器恢复原状，重新工作。这项技术主要有三个难点。第一，安装滤清器使排气背压增大，且随着收集颗粒物的增加而增大，会导致发动机性能指标下降；其次，一般柴油机工况下收集的颗粒物不能被点燃氧化；第三，颗粒物被点燃后，容易造成温度过高，损坏或烧坏滤芯。颗粒过滤器通常是圆柱形的，直接串联在排气管路中。排气微粒通过滤芯收集，随着运行时间的增加，过滤效率会降低，排气背压会因滤芯堵塞而增加。因此，经过一段时间后，过滤器应进行再生，以烧掉过滤器中

30、的颗粒。根据过滤器结构的不同，微粒过滤器可分为非整体式和整体式两种。非整体式颗粒过滤器的滤芯由耐高温金属丝网或陶瓷纤维构成。废气通过蜿蜒的小孔。使用矩形截面的金属丝时，通常会包裹一层-Al2O3，因为-Al2O3的表面是松木状晶体，比表面积大。不同丝上-Al2O3的比表面积不同，一般为20 40 cm/g.整体式过滤器的滤芯为蜂窝状，通常由堇青石(由MgO、Al2O3和SiO2组成)制成。两端通道的进、排气孔用瓷塞间隔堵塞，如图3-5所示。当废气(沿箭头指示的方向)通过细多孔壁时，颗粒被拦截。通常，在过滤元件和不锈钢管的外壳之间安装一个弹性陶瓷垫圈。目的是补偿金属外壳和过滤元件的不同轴向和径向

31、膨胀和收缩；缓冲车辆对滤芯的冲击和滤芯的振动；密封过滤器元件的外周以防止废气从外围流出；隔热以降低金属管和过滤元件的径向温度梯度和热应力；调整金属管不同的轴向膨胀和剪切变形，以减少传递到滤芯的应力。图3-5集成滤芯示意图微粒过滤器的要求:(1)过滤效率高颗粒过滤器的过滤效率是车辆单位行驶里程或单位时间内收集在过滤器中的颗粒质量与车辆单位行驶里程或单位时间内进入过滤器的颗粒质量的比值。过滤效率越高，过滤器的过滤效果越好。颗粒的过滤效率一般在50% 80%。陶瓷载体的孔径、壁厚、壁孔密度和过滤器的外形尺寸是影响过滤效率的主要因素。为了使过滤器具有高效率、低排气流动阻力和较小的总体尺寸，有必要研究它

32、们之间的关系，并对主要结构尺寸进行优化。在设计滤清器时，还应考虑车辆类型以及应满足的微粒法规和标准。一般情况下，对于高颗粒排放的重型柴油机，过滤效率应达到80%，但对于低颗粒排放的轻型柴油机，过滤效率应更低。(2)应具有较低的初始流阻和在较宽负荷范围内的自再生能力。当废气通过过滤器时，会有一定的阻力，导致排气背压增大。随着运行时间的增加，过滤器中颗粒的存储量增加，背压也增加。排气背压的增加会导致燃气轮机功率下降，燃油消耗率增加，排放进一步恶化。因此，要求设计的过滤器应具有较低的初始流动阻力和在较宽的负荷范围内的自再生能力，即在排气温度和催化剂的作用下，颗粒能够被烧掉而不在过滤器内堆积，从而保持

33、较低的流动阻力。根根据使用中的滤芯压降和未使用的滤芯压降的比较，可以确定过滤器的颗粒堆积程度，从而通过辅助手段确定过滤器是否需要再生。(3)滤芯材料性能好的颗粒过滤器不仅经常处于随温度变化的废气中，而且在再生过程中，由于颗粒的燃烧会释放出大量的热量，温度可高达1000以上。因此，过滤材料应能承受高温和热冲击，并应具有足够的强度、化学稳定性、抗热裂性和耐熔性。滤芯的主要损坏形式有材料软化、高温局部熔化和粘结、开裂等。(4)过滤器体积适当增大过滤器体积可以提高过滤效率，降低压降，但其整体尺寸增大。为了不妨碍安装在排气管道中，在保证过滤效率和低流阻的前提下，尽量减小整体尺寸，并具有一定的通用性。(5

34、)长寿命过滤器会受到热膨胀、振动以及排气管中由此产生的机械应力和热应力的影响。因此，它应该具有足够的可靠性。过滤器成本高，应具有足够的寿命和较好的再生技术措施，长期使用后仍能保持较高的过滤效率。过滤器的功能是拦截颗粒并储存它们。然而，过滤器的体积是有限的。使用一段时间后，排气背压会增加。如果不清除微粒，柴油机的性能会变差，燃油消耗率会增加。因此，随着时间的推移，有必要再生颗粒过滤器。滤清器再生的原理是使颗粒发生氧化反应，变成CO2气体，随废气一起排入大气。颗粒能否发生氧化反应成为CO2气体主要取决于以下几个方面:温度是否高于开始点火燃烧的最低温度；氧气浓度是否大于2%；是否有足够的反应时间等。

35、最重要的是粒子的温度。柴油机在高转速、高负荷运转时，排气温度可达600以上，滤清器的颗粒会被迅速氧化燃烧。实验表明，约85%的颗粒物被氧化成CO2气体，其余由于缺氧未完全燃烧，变成CO；但是，在部分负荷和小负荷下，温度较低，因此不能进行颗粒过滤器的再生。为了使颗粒物在各种工况下发生氧化反应，变成CO2气体，通常采用降低颗粒物开始着火的最低温度或提高排气温度的方法。1.提高排气温度。(1)在部分负荷时使用进气节气门，可以减少柴油机的进气量，降低排气流量，提高排气温度，满足滤清器再生的需要。但过度节流会使氧浓度降低过多，增加排气微粒量，降低动力性和燃油经济性。当柴油机从节流回到不节流，转速降低时，

36、滤清器内过热的颗粒得到氧气，迅速燃烧，释放出大量热量，滤芯材料会因温度突然升高而损坏。在低负荷时，为了获得再生条件，需要加大油门，但这会大大增加燃油消耗率，恶化燃气轮机的性能。(2)带燃烧器的柴油机，怠速时排气温度只有120 150，低速低负荷时也低。而颗粒的着火温度，仅靠进气节流等措施是达不到的。此时，提高排气温度的可靠方法是在过滤器群前设置燃烧器，用喷射器向燃烧器内喷射少量燃油，利用供给燃烧器的排气氧气或二次空气产生高温燃气，点燃过滤器内的颗粒，用火花塞或电热塞点燃燃油。一般1 2 min后，再生过程即可完成，如图3-6所示。图3-6燃油喷射再生系统示意图1发动机2消声器3进气口4碳化硅过

37、滤器5出气口6燃油泵7燃料箱8燃料和空气9点火线圈10空气箱11空气泵2-燃烧器温度信号13-电池14-温度15-放大图16-温度7-压力18-发动机负载19-发动机转速此外，通过再循环废气或调整喷射正时，可以增加废气中的HC和CO含量，使其在更高的排气温度和富氧下燃烧，产生更高的热量，进而点燃颗粒。这种方法的缺点是可能产生新的二次污染。除了进气节流，排气节流，延迟喷射时间，加热进气也可以用来提高排气温度。2.降低颗粒开始点燃和燃烧的最低温度。由于提高排气温度会导致油耗增加和新的二次污染等新问题，可以使用催化剂(如铂、钯、铜、铅、锰等金属化合物)来降低颗粒的着火和燃烧温度。首先，在滤芯材料表面

38、涂覆催化剂。然而，在这种方法中，只有与催化剂表面接触的颗粒才能在较低的温度下进行催化燃烧；二是在燃料油中加入催化剂。柴油中加入金属化合物催化剂有两种方法，一种是预先配制混合燃料，另一种是边混合边使用。前一种方法容易分层，两种方法都会使柴油供配系统复杂化。这种方法可能会造成新的二次污染。在4.3L排量柴油机上的试验表明，在柴油中添加不同的金属化合物催化剂，可以明显降低整体式多孔陶瓷过滤器中颗粒物的最低温度(也称着火温度)。几种常用催化剂对颗粒物着火温度的影响见表3-3-1。表3-3-l催化剂对柴油中颗粒着火温度的影响催化剂的类型和数量没有催化剂添加0.13克/升铜。加入0.13克/升铝。加入0.

39、13克/升锰。颗粒着火温度/600700400450450500500 - 550反向再生模式下的颗粒过滤装置图3-7显示了带有电加热器的颗粒过滤装置。该装置最显著的特点是，收集在过滤器中的颗粒以反向再生的方式从过滤器的出口侧燃烧到群体侧。与传统再生方法相比，逆向再生的优点在于:有利于将颗粒的燃烧温度控制在较低的水平，可以扩大过滤器内堆积颗粒安全再生的上下限。过滤器出口侧的颗粒比入口侧多，容易点燃堆积的颗粒开始燃烧。逆向再生中，二次气流能将颗粒燃烧产生的热量带离滤壁，而传统再生产生的热量直接传递给滤壁，造成滤壁温度过高、损坏或烧毁。可以缩短所需的再生时间。图3-7带专用电加热器的颗粒过滤装置示

40、意图带反喷净化器的颗粒过滤装置，最大的特点是可以将过滤器与颗粒燃烧部分分开。因此，该装置解决了以下两个问题:(1)再生过程中颗粒燃烧放热导致过滤器开裂和熔化；颗粒燃烧留下的灰堆积在过滤器中。图3-8和3-9是具有四个横流过滤器的过滤系统和过滤装置的示意图。含有颗粒的废气从过滤器的上部流入用于过滤颗粒的圆柱形通道，不含颗粒的废气从侧壁间隙排出。快速压缩空气从与废气流相反的方向注入，因此颗粒从圆柱形通道的表面移除并落入漏斗。收集在漏斗中的颗粒被铠装电热器燃烧。为了提高反向喷射净化的效果，过滤装置设有控制排气的蝶阀。这些阀门在反向喷射净化时立即关闭，以防止压缩空气倒流。过滤装置有两个独立的排气管，在

41、每个排气管处进行不同时间的反向喷射净化。图3-8反向喷射净化过滤系统示意图无论发动机如何工作，都可以随时清洗。如果在发动机工作的同时进行净化，过滤装置的压降会增加一倍，但是由于反向喷射净化只需要0.45秒就可以完成，所以不会对发动机工作产生任何影响。图3-9过滤装置示意图3.4四效催化转化器3.4.1四效催化转化器的原理四效催化转化器是一种理想的柴油机排气净化装置。它能使颗粒和NOX成为氧化剂和还原剂，在同一催化床上同时脱除CO、HC、PM(颗粒)和NOX。3.4.2四效催化转化器的示例马自达的Direc-D增压柴油机(1.998 L)采用了四效催化转化器。由于采用了共轨高压燃油喷射系统，发动

42、机的功率提高了40%，而NOX、黑烟、振动噪声、CO2和油耗都大大降低，其排放也低于欧IV限值。法国公司配备的1.2L直列4缸16门增压柴油发动机Ellypse也配备了四效催化转化器。同时配备车载诊断系统，持续检测排气成分，当汽车该维修时，会自动亮起预警。图3-10是丰田汽车公司近年推出的装有四效催化转化器的电喷柴油机。柴油发动机是共轨燃油系统发动机，它还具有排气口喷射(EPI)装置和低温燃烧LTC(Low)。温度燃烧)装置和补充喷射装置PI(后喷射)等。图3-10丰田公司四效催化转化器电喷柴油机系统示意图1节气门2EGR阀3中冷器4排气管喷射器5进气6空气流量计7增压器8DPNR净化器9废气

43、10氧化转换器11空燃比传感器12温度传感器13压差传感器14EGR冷却器15共轨系统车辆上的四效催化转化器的结构与颗粒过滤器的结构相似，只是颗粒过滤器的表面涂有NSR(腈储存还原)催化剂。为了进一步减少PM、CO和HC，在DPNR(柴油机微粒-腈还原系统)催化转化器的下游布置了氧化催化剂。该装置基于多孔陶瓷颗粒过滤器和用于稀燃汽油机的吸附-还原三元催化转化器。其原理是利用稀混合气运行时产生的氧气吸附NOX和废气中的氧气来氧化PM。当在瞬时浓混合气侧运行时，尽管废气中的氧含量低，但是在NOX解吸后的还原过程中产生的氧可用于氧化PM。为了最大限度地净化NOX，提高PM的氧化率，必须精确控制再生和

44、脱硫时间。发动机工作时，DPNR系统对各装置的控制如图3-11所示。发动机冷态时，随着扭矩和转速的不同，发动机的工作状态分为正常燃烧、正常燃烧加EPI装置；发动机热态时，随着扭矩和转速的不同，发动机工作状态可分为三种，即正常燃烧、正常燃烧和EPI。器件协同工作，LTC和EPI器件协同工作；在发动机内进行PM氧化时，随着扭矩和转速的不同，发动机工作状态可分为三种:正常燃烧和EPI装置共同工作、补充喷射和EPI装置共同工作、LTC和EPI装置共同工作；当发动机工作在脱除SO2时，根据扭矩和转速的不同，发动机工作状态可分为两种，即正常燃烧与IYC和EPI装置共同工作。配备该净化系统的2t货车PM和N

45、O的排放量仅为日本2000年排放限值的20%。如果进一步改变废气的流向，可以促进催化剂NO与PM的反应，对于大排量的重型车，PM的净化效率可以达到更高的值。需要注意的是，燃油中的硫会降低四效催化转化器的净化能力，因此应使用低硫优质柴油。图3-11各种工况下DPNR系统的控制1-正常燃烧2-正常燃烧+EPI 3-LTC+EPI 4-补充喷射+EPI4柴油机废气排放异常故障诊断4.1柴油机排烟的产生在一般工况下，技术状况良好、排放合格的柴油车排气管排出的废气无色透明。只有在柴油机过载或短时间启动时，废气才呈现灰色或深灰色。发生异常燃烧时，废气会冒烟。如果在普通工况下，废气有特殊的颜色，这是排放超标

46、的反映。排气烟色异常一般分为三种，即黑烟、蓝烟和白烟。不同烟色形成的原因不同。目前，汽车工业发达国家对黑烟的形成有不同程度的研究，但对其形成机理众说纷纭。一般来说，起决定性作用的是温度。250以下形成的烟色通常为白色，250至着火温度易形成蓝烟。而黑烟只有在到达燃点后才会出现。柴油机在重负荷下通常会冒黑烟。当柴油机高负荷运转时，喷入燃烧室的燃油增加。由于柴油机混合气形成的不均匀性，即使平均过量空气系数大于1，也不可避免地会出现局部缺气。此时，当燃烧室内温度较高时，燃料在高温缺氧条件下不会完全燃烧，主要由多孔碳颗粒组成。柴油机的白烟和蓝烟含有未燃烧的碳氢化合物(包括燃油和润滑油)、水蒸气和不完全

47、燃烧中间产物(如含氧碳氢化合物)。除了水汽，都属于粒子域。在排气过程中，大部分吸附在固体碳基颗粒上，相互凝聚形成大絮体。在光的折射下，它们发出白烟或蓝烟。黑烟又称碳烟，主要是柴油机在高压燃烧条件下，因局部高温、缺氧、裂解、脱氢而形成的以碳为主要成分的固体微小颗粒。在排气过程中形成较大的煤烟颗粒或絮状物，使排气胃冒黑烟。柴油机排气微粒中的碳烟比例与柴油机的运行状态有关。一般柴油机高负荷运转时，碳烟是主要颗粒，低负荷或怠速时，碳氢化合物是主要颗粒。4.2排气管冒白烟。4.2.1白烟的特征和原因排气管冒白烟表明柴油蒸汽在燃烧室中无法着火或柴油中有水。白烟是柴油蒸汽，水蒸气颜色很浅。柴油机白烟可分为灰

48、烟和水蒸气白烟。一般情况下，发动机在冷启动时会冒白烟，尤其是在冬季初次启动时。随着机器温度的升高，白烟消失是正常的。但如果白烟没有随着机器温度的升高而消失，则属于异常运行状态。排气管冒白烟是由未燃烧的燃油雾或油中的水变成蒸汽引起的。影响因素大多是:冷却保温系统故障，水温无法上升，导致缸温过低；喷油器雾化不良；喷油正时太晚；柴油中有水或气缸垫烧穿，气缸套和气缸盖开裂和泄漏等。，导致气缸进水；柴油质量差(尤其是蜡沉积造成的喷油器雾化不良)。温度较低时，发动机启动后往往会立即冒出白烟，因为喷射的燃油在较低的温度下燃烧。常见的车用柴油机在寒冷季节，启动后或长时间怠速时，排气管冒白烟；柴油机进入工作状态

49、，排气管冒出松散的白烟；加速慢，动力不足，油耗增加；不规则白烟，爆裂声，转速异常。这是由于燃烧室的温度没有上升到足以进行有效燃烧的程度。因此，未燃烧的燃料(即碳氢化合物)以蒸汽的形式排出，产生白色或蓝色的废气。这种现象可能是由以下原因之一造成的。喷油正时过度延迟(带辅助燃烧室的发动机)。如果喷油正时延迟，则在活塞通过上止点之前不会喷油。导致辅助燃烧室压力下降，部分燃油没有燃烧就排出，产生白烟。这种故障伴随着发动机动力输出不足。喷油正时过度提前(带直喷式燃烧室的发动机)。如果喷油过早，喷油时，燃烧室的压力和温度不足以使燃油完全燃烧。因此，燃烧室壁会被燃料冷却(称为激冷)，燃烧温度会相应下降。结果

50、，部分喷射的燃料没有燃烧就排出，产生白烟。预热和余辉失效(带辅助燃烧室的发动机)。如果预热系统出现故障，辅助燃烧室中的温度无法升高到足以燃烧燃油的程度。因此，部分燃油喷射在没有完全燃烧的情况下排出，导致白烟排放。自然，这种故障总是伴随着发动机难以启动的现象。如果发动机启动后余辉系统失效，会排出白烟，直到发动机完全燃烧。机油过度燃烧。如果由于某种故障导致大量机油进入发动机气缸，多余的机油会在没有燃烧的情况下排出，产生白烟。这种故障还伴随着过量的机油消耗。当油在蒸汽中冷却燃烧室时，部分燃料在燃烧前被排出。压缩压力太低。如果燃烧室的压缩压力太低，燃油需要更长的时间才能达到着火温度。结果一部分在燃烧前

51、排出，导致废气冒白烟。燃油与水混合。在燃油中混入水也会产生白烟，因为燃油中的水会降低燃烧室的温度。因此，部分燃料在没有燃烧的情况下排出。4.2.2白烟的原因。柴油机排气管断断续续地冒出淡淡的白烟。柴油机工作时，排气管间歇性冒出淡淡的白烟，常伴有不规则的爆裂声，油门踩得越大，声音越明显。这种现象会使汽车带负荷运行。失败的原因如下:气缸供油时间滞后。江铃宝典皮卡一辆柴油车中低速行驶正常。高速行驶时，排气管除了爆音外，还会间歇性地冒出白烟。松开第四缸高压油管螺母，切断供油后，异响和白烟消失。原因是第四缸供油太晚。第四缸的喷油泵靠近凸轮轴后轴承，当凸轮轴后端因轴承滚道剥落而下降时，其径向间隙会增大，导

52、致第四缸供油时间延迟。喷油器针阀与针阀阀体之间密封不严。柴油机工作时，从喷油泵泵出的高压柴油往往携带一些机械杂质进入喷油嘴，粘附在针阀阀体的密封锥上，使其密封不严。故障排除步骤首先确定柴油质量是否符合使用要求，检查油箱内是否有水。水比油重，有水就沉到底。拧下油箱底部的放油螺栓，排出积水。环境温度过低或汽车露天存放，导致柴油机机体温度过低。起动前，应在散热器中加入热水或沸水，以提高发动机机体的温度，便于起动。温度升高白烟消失，属于正常现象。检查喷油正时是否太晚。如果太晚了，就应该调整。逐个进行断油试验。如果断油到某一缸，白烟排出明显减少或消失，但恢复供油时，白烟排出明显增加，所以故障通常是喷油器

53、雾化不良引起的。拆下该气缸的喷油器进行检查，如有必要，更换新的喷油器进行比较。逐个进行断油试验。如果断油试验时各缸排烟颜色无明显变化，通常是柴油质量差或不符合使用规范造成的故障。4.3排气管冒蓝烟4.3.1蓝烟的原因蓝烟俗称烧机油。柴油机在使用时，会冒出蓝烟，这是机油进入燃烧室受热蒸发的结果。是润滑油逸入气缸燃烧造成的。故障特征。机油消耗量过大超过正常值；车冷的时候，尾气带着油滴；汽车热的时候，尾气排放蓝烟，有时还带油滴。寒冷季节负荷较轻时，沿排气管向外滴机油；燃烧室积碳严重，夜间运行时废气带火花脱落；燃烧室积炭过热，影响进气、混合和燃烧，导致做功粗糙，功率低。蓝烟排放的影响因素。油底壳油位过

54、高；曲轴箱通风不良；活塞环严重磨损、断裂、倒转；活塞和缸套之间的间隙过大；气门油封损坏；气门杆和气门导管之间的配合间隙太大；增压器排油严重。4.3.2故障排除方法首先检查发动机润滑油量。如果油位过高，应排出一些润滑油。发动机运转时，打开加油口。如果发动机的蓝烟明显减少并逐渐消失，再盖上机油加注口一段时间后，发动机加速，蓝烟逐渐增多，那么故障通常是曲轴箱通风装置不良引起的。拆下增压器(或中冷器)到进气口的软管，观察排气烟度。如果蓝烟明显减少并逐渐消失，通常是增压器排油严重造成的故障。踩下油门踏板，发动机高速运转时，排气管冒出大量浓浓的蓝烟，进油口可听到曲轴箱发出“砰砰”的窜气声，进油口出现大股蓝烟或脉动的油烟，说明活塞环严重磨损、断裂、倒转或气缸与活塞配合间隙过大。应将活塞连杆组拆下进行检查分析，并对症维修。发动机在重负荷运转时，排气管冒出浓浓的蓝烟，但进油口听不到明显的窜气声，进油口也没有明显的冒烟现象，通风稳定。故障是气门油封损坏或气门杆与气门导管配合间隙过大，应更换气门油封、气门或气门导管。4.4排气管冒黑烟。4.4.1