汽车发动机原理与汽车理论第9章课件.ppt

1、第九章第九章 发动机的排放与噪声发动机的排放与噪声第一节排放物及危害第一节排放物及危害第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术第三节排放法规及测试方法第三节排放法规及测试方法第四节柴油机的噪声第四节柴油机的噪声第五节第五节 工程应用实例（文摘）工程应用实例（文摘）一、排放物分类一、排放物分类 1.CO的形成的形成 CO是烃燃料在空气不足的情况下是烃燃料在空气不足的情况下,进行不完全燃烧的产进行不完全燃烧的产物物,是汽油机排气中有害成分浓度最大的物质。在汽油机是汽油机排气中有害成分浓度最大的物质。在汽油机中中,1(A/F1,CO主要是在局部缺氧或低温下形成的主要是

2、在局部缺氧或低温下形成的,所以所以CO的含的含量在全负荷或低负荷下较高量在全负荷或低负荷下较高,中等负荷时较低。中等负荷时较低。对于柴油机而言对于柴油机而言,CO的排放率要比的排放率要比CO2的排放率小得多。的排放率小得多。在燃烧室中在燃烧室中,生成生成CO的主要部位是富油区、稀燃熄火区的主要部位是富油区、稀燃熄火区和火焰猝熄区。和火焰猝熄区。第一节第一节排放物及危害排放物及危害一、排放物分类一、排放物分类2.HC的形成的形成 HC是未燃的燃料、不完全燃烧或裂解反应的碳氢化合物是未燃的燃料、不完全燃烧或裂解反应的碳氢化合物及少量的氧化反应的中间产物及少量的氧化反应的中间产物(如醛、酮等如醛、酮

3、等)。在汽油机。在汽油机中中,排气中的排气中的HC主要是由缸壁和狭缝的熄火作用造成的主要是由缸壁和狭缝的熄火作用造成的,另外混合气过稀或过浓以及废气稀释严重、缸内温度过另外混合气过稀或过浓以及废气稀释严重、缸内温度过低时低时,可能引起火焰传播不完全甚至断火可能引起火焰传播不完全甚至断火,HC增多。二冲增多。二冲程汽油机换气时程汽油机换气时,也会排出大量的也会排出大量的HC。在柴油机中。在柴油机中,排气排气中的中的HC是由于混合气形成不良是由于混合气形成不良(如喷油质量不好、雾化如喷油质量不好、雾化不良不良)、燃烧组织不良、燃烧组织不良(如供油提前角过小如供油提前角过小)、窜机油或者、窜机油或者

4、在过低的温度下在过低的温度下(如柴油机怠速运转等如柴油机怠速运转等)产生的。产生的。第一节第一节排放物及危害排放物及危害一、排放物分类一、排放物分类3.NOx的形成的形成 发动机排放的发动机排放的NOx主要是主要是NO和和NO2。对汽油机来说。对汽油机来说,在气在气缸高温下主要生成缸高温下主要生成NO,是在紧跟火焰前锋后的燃烧产物是在紧跟火焰前锋后的燃烧产物区内形成的区内形成的,根据链反应机理根据链反应机理O2 2OO+N2 NO+NN+O2 NO+O2NO+O2 2NO2 对柴油机而言对柴油机而言,NOx在其排气废气中占主导地位。根据前在其排气废气中占主导地位。根据前述述NOx生成条件生成条

5、件,柴油机可以通过降低火焰高峰温度、缩柴油机可以通过降低火焰高峰温度、缩短空气在高温中停留的时间、降低燃油和空气的混合速短空气在高温中停留的时间、降低燃油和空气的混合速率等措施减少率等措施减少NOx的形成。的形成。第一节第一节排放物及危害排放物及危害一、排放物分类一、排放物分类4.微粒微粒 汽油机排气中有微粒包括有机微粒汽油机排气中有微粒包括有机微粒(含炭烟含炭烟)和硫酸盐和硫酸盐,由由于汽油机采用预混合燃烧方式于汽油机采用预混合燃烧方式,所以一般认为汽油机不产所以一般认为汽油机不产生有机微粒生有机微粒,但硫酸盐的排放量直接取决于汽油机的硫含但硫酸盐的排放量直接取决于汽油机的硫含量。而柴油机因

6、其采用扩散燃烧方式量。而柴油机因其采用扩散燃烧方式,所以就不可避免地所以就不可避免地会产生微粒了。会产生微粒了。(1)微粒的成分如表微粒的成分如表9-1所示所示,柴油机微粒是由三部分组柴油机微粒是由三部分组成的成的,即干炭烟即干炭烟DS、可溶性有机物、可溶性有机物SOF和硫酸盐。和硫酸盐。第一节第一节排放物及危害排放物及危害成分质 量 分 布干炭烟DS(Dry Soot)40%50%可溶性有机物SOF(Soluble Organic Fraction)35%45%硫酸盐5%10%表表9-1柴油机微粒的组成柴油机微粒的组成一、排放物分类一、排放物分类4.微粒微粒(2)(2)炭烟和微粒的生成与氧化

7、炭烟和微粒的生成与氧化 1)1)炭烟和微粒的生成过程。关于炭烟的生成机理炭烟和微粒的生成过程。关于炭烟的生成机理,概括地概括地说说,是烃类燃料在高温缺氧条件下裂解生成的。但其详细是烃类燃料在高温缺氧条件下裂解生成的。但其详细的机理的机理,即从燃油分子到生成炭烟颗粒的整个过程中的化即从燃油分子到生成炭烟颗粒的整个过程中的化学动力学反应及物理变化过程尚不十分清楚。学动力学反应及物理变化过程尚不十分清楚。第一节第一节排放物及危害排放物及危害图图9-1炭烟生成途径炭烟生成途径一、排放物分类一、排放物分类 4.微粒微粒(2)(2)炭烟和微粒的生成与氧化炭烟和微粒的生成与氧化 2)炭烟和微粒的氧化。如图炭

8、烟和微粒的氧化。如图9-2所示所示,在整个燃烧过程中在整个燃烧过程中,炭烟要经历生成和氧化两个阶段炭烟要经历生成和氧化两个阶段,前期燃烧已经生成的炭前期燃烧已经生成的炭烟烟,如果在后期能遇到足够的氧化氛围和高温如果在后期能遇到足够的氧化氛围和高温,也会通过氧也会通过氧化反应使其体积缩小甚至完全氧化掉。化反应使其体积缩小甚至完全氧化掉。第一节第一节排放物及危害排放物及危害图图9-2炭烟浓度随曲轴转角的变化炭烟浓度随曲轴转角的变化1距副燃室壁面距副燃室壁面2mm2距副燃室壁面距副燃室壁面10mm3距副燃室壁面距副燃室壁面15mm二、排放物危害二、排放物危害1.一氧化碳一氧化碳(CO)一氧化碳有很剧

9、烈的毒性一氧化碳有很剧烈的毒性,人吸入后即在肺中与血液中的人吸入后即在肺中与血液中的血红蛋白血红蛋白(Hb)结合在一起结合在一起,形成碳氧血红蛋白形成碳氧血红蛋白(CO-Hb)。由于由于CO与血红蛋白结合能力较与血红蛋白结合能力较O2高高200300倍倍,故吸入的故吸入的CO就会优先与血红蛋白相结合就会优先与血红蛋白相结合,结果造成血液的输氧能结果造成血液的输氧能力下降力下降,而而CO一旦与血红蛋白结合在一起就很难解离一旦与血红蛋白结合在一起就很难解离,要要经过较长的时间经过较长的时间(1214h)才能消除其毒害作用。故才能消除其毒害作用。故CO的的毒害作用有积累性质毒害作用有积累性质,人连续

10、处在混有人连续处在混有CO空气中的时间空气中的时间越长越长,血液中积累的血液中积累的CO-Hb量就越多量就越多,这样就会造成低氧这样就会造成低氧血症血症,导致人体组织的缺氧。导致人体组织的缺氧。第一节第一节排放物及危害排放物及危害二、排放物危害二、排放物危害2.碳氢化合物碳氢化合物(HC)汽车排气中含有多种碳氢化合物汽车排气中含有多种碳氢化合物,现已分析出的有现已分析出的有200多多种。在这些多种碳氢化合物中种。在这些多种碳氢化合物中,各个成分对人的影响各不各个成分对人的影响各不相同。一般在低浓度下看不出直接的影响。当浓度达到相同。一般在低浓度下看不出直接的影响。当浓度达到万分之一时万分之一时

11、,便可使人发生中毒症状。便可使人发生中毒症状。碳氢化合物刺激眼和鼻碳氢化合物刺激眼和鼻,降低鼻的嗅觉机能。碳氢化合物降低鼻的嗅觉机能。碳氢化合物的不完全燃烧产物构成醛类的不完全燃烧产物构成醛类,它是柴油机排气中刺激性臭它是柴油机排气中刺激性臭味的来源。醛类强烈刺激眼、呼吸器官、皮肤等味的来源。醛类强烈刺激眼、呼吸器官、皮肤等,对植物对植物也有害。一般在浓度达千万分之四时也有害。一般在浓度达千万分之四时,人眼即可感受到刺人眼即可感受到刺激。激。第一节第一节排放物及危害排放物及危害二、排放物危害二、排放物危害3.氮氧化合物氮氧化合物(NOx)汽车排出的氮氧化合物中汽车排出的氮氧化合物中,95%是一

12、氧化氮是一氧化氮(NO),二氧化二氧化氮氮(NO2)只占只占3%4%。但。但NO排到大气中后会逐步转变为排到大气中后会逐步转变为NO2。NO2有剧烈的毒性有剧烈的毒性,长期暴露在低浓度下长期暴露在低浓度下,会使人发会使人发生萎缩性病变生萎缩性病变,引起呼吸机能障碍。在引起呼吸机能障碍。在15010-620010-6的浓度下的浓度下,短时间可使人的肺脏纤维化。短时间可使人的肺脏纤维化。NO2刺激呼吸道刺激呼吸道可引起喘息、支气管炎、肺气肿可引起喘息、支气管炎、肺气肿,NO2在一定浓度下在一定浓度下,由于由于对光的吸收作用能使大气着色对光的吸收作用能使大气着色,从而明显地降低大气能见从而明显地降低

13、大气能见度度,影响地面或空中交通。影响地面或空中交通。第一节第一节排放物及危害排放物及危害二、排放物危害二、排放物危害4.颗粒颗粒黑烟和铅黑烟和铅 汽车排出的黑烟主要为微小的炭粒汽车排出的黑烟主要为微小的炭粒,它们是直径为它们是直径为0.51m的微粒的微粒,根本无法滤除。人吸入后易积存于肺中根本无法滤除。人吸入后易积存于肺中,附着于支气管可引起哮喘病。这种粒子的毒害不像附着于支气管可引起哮喘病。这种粒子的毒害不像CO中中毒那样在复原后可完全消除其影响毒那样在复原后可完全消除其影响,而是逐步积累增多而是逐步积累增多,故故危害性更大。排烟能妨害视野危害性更大。排烟能妨害视野,恶化照明恶化照明,引起

14、交通事故。引起交通事故。动物试验证明动物试验证明,排烟显示有致癌作用。排烟显示有致癌作用。汽油机中的抗爆剂四乙基铅或四甲基铅所含铅量的汽油机中的抗爆剂四乙基铅或四甲基铅所含铅量的70%随废气排入大气中随废气排入大气中(其余其余30%沉积于内燃机燃烧室及排气沉积于内燃机燃烧室及排气通道中通道中),其中约其中约40%的颗粒较大者迅速沉降于地面上的颗粒较大者迅速沉降于地面上,其其余余60%的颗粒较小者能在大气中停留相当长的时间。的颗粒较小者能在大气中停留相当长的时间。第一节第一节排放物及危害排放物及危害二、排放物危害二、排放物危害5.二氧化碳二氧化碳(CO2)的温室效应的温室效应 随着汽车保有量的增

15、加随着汽车保有量的增加,CO2的排放量也日益增加。由于的排放量也日益增加。由于CO2的隔热作用的隔热作用,会形成全球变暖的温室效应。这一效应会形成全球变暖的温室效应。这一效应造成人类以及动植物生存条件的改变造成人类以及动植物生存条件的改变,从而在一定程度上从而在一定程度上破坏了生态环境。如果这一效应引起南北极冰川大量融破坏了生态环境。如果这一效应引起南北极冰川大量融化化,将造成人类生存陆地的减少将造成人类生存陆地的减少,直接危及到人类的生存。直接危及到人类的生存。因此因此,CO2的温室效应也是值得注意的问题。的温室效应也是值得注意的问题。第一节第一节排放物及危害排放物及危害一、排放污染物的机内

16、净化技术一、排放污染物的机内净化技术1.汽油机的机内净化技术汽油机的机内净化技术(1)推迟点火时间推迟点火时间(点火提前角点火提前角)推迟点火提前角一直是最简单易行推迟点火提前角一直是最简单易行,也是最普遍应用的排也是最普遍应用的排放控制技术。汽油机推迟点火提前角放控制技术。汽油机推迟点火提前角,除因燃烧温度下降除因燃烧温度下降使使NOx的生成速度和生成量降低外的生成速度和生成量降低外,还会因后燃使还会因后燃使HC的排的排放量也同时降低。但推迟点火提前角降低排放的效果是放量也同时降低。但推迟点火提前角降低排放的效果是有限的有限的,在不使动力性和燃油消耗率明显恶化的前提下在不使动力性和燃油消耗率

17、明显恶化的前提下,NOx可降低可降低10%30%。在实际应用中应综合考虑排放。在实际应用中应综合考虑排放特性、动力性及经济性来确定最佳点火提前角。特性、动力性及经济性来确定最佳点火提前角。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术一、排放污染物的机内净化技术一、排放污染物的机内净化技术1.汽油机的机内净化技术汽油机的机内净化技术(2)废气再循环废气再循环EGR(Exhaust Gas Recirculation)废气再循环也是一种被广泛应用的废气再循环也是一种被广泛应用的排放控制措施排放控制措施,但仅对降低但仅对降低NOx有效有效。其工作原理如图。其工作原理如图9

18、-3所示所示,一部分排一部分排气经气经EGR阀再次流回进气系统阀再次流回进气系统,稀释稀释了新鲜混合气中的氧浓度了新鲜混合气中的氧浓度,导致燃烧导致燃烧速度降低速度降低,同时还使新鲜混合气的比同时还使新鲜混合气的比热容提高。两者都造成燃烧温度的热容提高。两者都造成燃烧温度的降低降低,因而可以抑制因而可以抑制NOx的生成。的生成。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-3废气再循环系统工作原理废气再循环系统工作原理一、排放污染物的机内净化技术一、排放污染物的机内净化技术1.汽油机的机内净化技术汽油机的机内净化技术(2)废气再循环废气再循环EGR(Exhau

19、st Gas Recirculation)如图如图9-4所示所示,随随EGR率的增加率的增加,NOx排放量迅速下降。由于这是排放量迅速下降。由于这是靠降低燃烧速度和燃烧温度得到靠降低燃烧速度和燃烧温度得到的的,因而会导致全负荷时最大功率因而会导致全负荷时最大功率下降下降;中等负荷时燃油消耗率增大中等负荷时燃油消耗率增大,HC排放上升排放上升;小负荷特别是怠速小负荷特别是怠速时燃烧不稳定甚至失火。时燃烧不稳定甚至失火。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-4EGR降低降低NOx的效果的效果一、排放污染物的机内净化技术一、排放污染物的机内净化技术1.汽油机

20、的机内净化技术汽油机的机内净化技术(2)废气再循环废气再循环EGR(Exhaust Gas Recirculation)如图如图9-5所示所示,通过采用进气涡流和双火花塞点火通过采用进气涡流和双火花塞点火,使用使用EGR时的燃油消耗率不仅没有恶化反而有所改善。时的燃油消耗率不仅没有恶化反而有所改善。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-5EGR与其他措施合用的效果与其他措施合用的效果A仅采用仅采用EGRBEGR+增强进气涡流增强进气涡流 CEGR+增强进气涡流增强进气涡流+双火花塞点火双火花塞点火一、排放污染物的机内净化技术一、排放污染物的机内净化技术

21、1.汽油机的机内净化技术汽油机的机内净化技术(3)燃烧系统优化设计燃烧系统优化设计 减小活塞头部、火花塞和进排气门等处不参与燃烧的缝减小活塞头部、火花塞和进排气门等处不参与燃烧的缝隙容积也是降低隙容积也是降低HC的有效方法。如图的有效方法。如图9-6所示所示,将原设计将原设计改为高位活塞环设计后改为高位活塞环设计后,HC排放降低了排放降低了20%。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-6采用高位活塞环降低采用高位活塞环降低HC的效果的效果一、排放污染物的机内净化技术一、排放污染物的机内净化技术1.汽油机的机内净化技术汽油机的机内净化技术(4)提高点火能

22、量提高点火能量可以提高着火的可靠性提高点火能量提高点火能量可以提高着火的可靠性,减小循环波动减小循环波动,扩大混合气的着火界限。特别是伴随着汽扩大混合气的着火界限。特别是伴随着汽油机燃烧稀薄化油机燃烧稀薄化,无触点的高能电子点火系统得到了广泛无触点的高能电子点火系统得到了广泛的应用。提高点火能量的措施有增大火花塞极间电压的应用。提高点火能量的措施有增大火花塞极间电压(极极间电压一般为间电压一般为1020kV,但最高的有但最高的有35kV)、增大火花塞、增大火花塞间隙间隙(如由如由0.8mm增大至增大至1.1mm)以及延长放电时间等。以及延长放电时间等。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节

23、排放污染物的机内、机外净化技术一、排放污染物的机内净化技术一、排放污染物的机内净化技术1.汽油机的机内净化技术汽油机的机内净化技术(5)电控汽油喷射技术电控汽油喷射技术(EFI)电控汽油喷射系统由于能够电控汽油喷射系统由于能够更精确、更柔性地满足各工况的参数优化要求更精确、更柔性地满足各工况的参数优化要求,从而可以从而可以实现排放特性、燃油经济性和动力性的综合优化。此外实现排放特性、燃油经济性和动力性的综合优化。此外,三元催化转化器与电控喷射系统的组合三元催化转化器与电控喷射系统的组合,已成为当前和未已成为当前和未来较长时期内汽油机排放控制的最有效和最主要技术。来较长时期内汽油机排放控制的最有

24、效和最主要技术。另外另外,可变进气系统、可变配气相位、可变排量、稀薄燃可变进气系统、可变配气相位、可变排量、稀薄燃烧以及缸内直喷式燃烧方法等新技术烧以及缸内直喷式燃烧方法等新技术,在改善汽油机动力在改善汽油机动力性和经济性的同时性和经济性的同时,也不同程度地改善了排放特性。也不同程度地改善了排放特性。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术一、排放污染物的机内净化技术一、排放污染物的机内净化技术2.柴油机的机内净化技术柴油机的机内净化技术 为使为使NOx和微粒同时降低并保证有较高的热效率和微粒同时降低并保证有较高的热效率,柴油机柴油机应采用如图应采用如图9-7所

25、示的燃烧过程控制思路所示的燃烧过程控制思路,即由实线所示即由实线所示的传统燃烧过程变为虚线所示的燃烧过程。的传统燃烧过程变为虚线所示的燃烧过程。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-7低排放柴油机燃烧过程控制思路低排放柴油机燃烧过程控制思路一、排放污染物的机内净化技术一、排放污染物的机内净化技术2.柴油机的机内净化技术柴油机的机内净化技术 表表9-2给出了降低柴油机给出了降低柴油机NOx和微粒排放的对策技术和微粒排放的对策技术,总体总体上可分为燃烧改善、燃料改善和排气后处理三类上可分为燃烧改善、燃料改善和排气后处理三类,前两类前两类即为机内净化技术。即

26、为机内净化技术。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术表表9-2降低车用柴油机排放的技术措施降低车用柴油机排放的技术措施二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术 机外净化技术的分类及应用现状见表机外净化技术的分类及应用现状见表9-3,其中其中,排气后处排气后处理技术的应用现状因国别、法规和车型等差别较大理技术的应用现状因国别、法规和车型等差别较大,非排非排气污染处理技术已被国内外法规要求作为汽油车的必备气污染处理技术已被国内外法规要求作为汽油车的必备装置。装置。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术表表9-3机

27、外净化技术的分类及应用机外净化技术的分类及应用二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术1.汽油机排气后处理技术汽油机排气后处理技术(1)催化转化器结构与工作原理催化剂可以提高化学反催化转化器结构与工作原理催化剂可以提高化学反应速度和降低反应的起始温度应速度和降低反应的起始温度,而本身在反应中并不消耗而本身在反应中并不消耗。催化转化器是目前各类排气后处理技术中应用最广泛。催化转化器是目前各类排气后处理技术中应用最广泛的技术。的技术。1)催化转化器结构。催化转化器简称为催化器。如图催化转化器结构。催化转化器简称为催化器。如图9-8所示所示,它由壳体、减振垫、载体和催化剂四部分组成。

28、它由壳体、减振垫、载体和催化剂四部分组成。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-8催化转化器结构及组成催化转化器结构及组成二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术1.汽油机排气后处理技术汽油机排气后处理技术 贵金属材料以极细的颗粒状态散布在以贵金属材料以极细的颗粒状态散布在以-Al2O3为主的疏为主的疏松的催化剂和氧化剂涂层表面。而涂层则涂在作为催化松的催化剂和氧化剂涂层表面。而涂层则涂在作为催化剂骨架的蜂窝状陶瓷载体或金属载体上剂骨架的蜂窝状陶瓷载体或金属载体上,如图如图9-9所示。所示。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放

29、污染物的机内、机外净化技术图图9-9载体及涂层的细微构造载体及涂层的细微构造二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术1.汽油机排气后处理技术汽油机排气后处理技术(1)催化转化器结构与工作原理催化转化器结构与工作原理 2)催化剂的分类及工作原理。催化剂的分类及工作原理。氧化型催化剂氧化型催化剂(Oxidation Catalyst,OC)2CO+O2=2CO2(9-1)4HC+5O2=4CO2+2H2O (9-2)2H2+O2=2H2O (9-3)三元催化剂三元催化剂(Three Way Catalyst,TWC)2CO+2NO=2CO2+N2(9-4)4HC+10NO=4CO2

30、+2H2O+5N2 (9-5)2H2+2NO=2H2O+N2 (9-6)第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术1.汽油机排气后处理技术汽油机排气后处理技术(2)催化转化器的主要性能催化转化器的主要性能 1)转化效率。催化器的转化效率定义为转化效率。催化器的转化效率定义为(9-7)式中式中,i为排气污染物为排气污染物i在催化器中的转化效率在催化器中的转化效率;C(i)1为排气为排气污染物污染物i在催化器入口处的浓度在催化器入口处的浓度;C(i)2为排气污染物为排气污染物i在催在催化器出口处的浓度。化器出口处

31、的浓度。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术1.汽油机排气后处理技术汽油机排气后处理技术(2)催化转化器的主要性能催化转化器的主要性能 2)空燃比特性。催化器转化效率随空燃比的变化称为催空燃比特性。催化器转化效率随空燃比的变化称为催化器的空燃比特性化器的空燃比特性,如图如图9-10所示。所示。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-10三元催化转化器空燃比特性三元催化转化器空燃比特性二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术1.汽油机排气后处理技术汽

32、油机排气后处理技术(2)催化转化器的主要性能催化转化器的主要性能 3)起燃特性。催化器的转化效率与温度有密切关系起燃特性。催化器的转化效率与温度有密切关系,催化催化器只有在达到一定温度以上才能开始工作器只有在达到一定温度以上才能开始工作,即起燃。即起燃。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-11三元催化转化器的起燃温度特性三元催化转化器的起燃温度特性二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术1.汽油机排气后处理技术汽油机排气后处理技术(2)催化转化器的主要性能催化转化器的主要性能 4)催化剂的耐久性。催化剂经长期使用后催化剂的耐久性。催化

33、剂经长期使用后,其性能将发生其性能将发生劣化劣化,也称为失活或中毒。国外一般要求新车用催化剂在也称为失活或中毒。国外一般要求新车用催化剂在使用使用8万万km后整车排放仍能满足法规限值后整车排放仍能满足法规限值,而近年来对催而近年来对催化剂的耐久性要求已提高到化剂的耐久性要求已提高到10万万km甚至甚至16万万km。影响。影响催化剂寿命的因素见表催化剂寿命的因素见表9-4。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术表表9-4影响车用催化剂寿命的主要因素影响车用催化剂寿命的主要因素二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术1.汽油机排气后处理技术汽油机排

34、气后处理技术(3)NOx吸附还原催化剂吸附还原催化剂 稀燃汽油机大部分工况都是在大于理论空燃比的过稀状稀燃汽油机大部分工况都是在大于理论空燃比的过稀状态下工作态下工作,一般三元催化剂无法适用。目前已实用化并成一般三元催化剂无法适用。目前已实用化并成功地应用于缸内直喷式汽油机的主要是功地应用于缸内直喷式汽油机的主要是NOx吸附还原催吸附还原催化剂。化剂。如图如图9-12所示所示,吸附还原催化剂的活性成分是贵金属和碱吸附还原催化剂的活性成分是贵金属和碱土金属土金属(或碱土金属和稀土金属或碱土金属和稀土金属)。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-12吸附还

35、原催化剂的工作原理吸附还原催化剂的工作原理二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术2.柴油机排气后处理技术柴油机排气后处理技术(1)氧化催化转化器采用氧化催化剂的氧化催化转化器采用氧化催化剂的目的主要是降低微粒中的可溶性有机组分目的主要是降低微粒中的可溶性有机组分SOF中的大部分碳氢化合物中的大部分碳氢化合物,以及使本来以及使本来已不成问题的已不成问题的HC和和CO排放进一步降低。排放进一步降低。同时对目前法规尚未限制的一些有害成分同时对目前法规尚未限制的一些有害成分以及柴油机排气臭味均有净化效果。以及柴油机排气臭味均有净化效果。柴油中所含的硫燃烧后生成柴油中所含的硫燃烧后生成

36、SO2,经催化器经催化器氧化后变为氧化后变为SO3,然后与排气中的水分化合然后与排气中的水分化合生成硫酸盐。催化氧化效果越好生成硫酸盐。催化氧化效果越好,硫酸盐硫酸盐生成越多生成越多,甚至达到平时的甚至达到平时的89倍倍,如图如图9-13所示。所示。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-13柴油机用氧化柴油机用氧化催化剂的使用效果催化剂的使用效果二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术2.柴油机排气后处理技术柴油机排气后处理技术(2)微粒捕集器微粒捕集器也称为柴油机排气微粒滤清微粒捕集器微粒捕集器也称为柴油机排气微粒滤清器器(Diese

37、l Particulate Filter,DPF)。这是目前国际上最接。这是目前国际上最接近商品化的柴油机微粒后处理技术。一个好的微粒捕集近商品化的柴油机微粒后处理技术。一个好的微粒捕集器除了要有高的过滤效率外器除了要有高的过滤效率外,还应具有低的流通阻力还应具有低的流通阻力;所所用材料应耐高温并有较长的使用寿命用材料应耐高温并有较长的使用寿命;同时还应尽可能减同时还应尽可能减小小DPF的体积。的体积。作为作为DPF的过滤材料可以是陶瓷蜂窝载体的过滤材料可以是陶瓷蜂窝载体(如堇青石如堇青石,Mg2Al4Si5O18)、陶瓷纤维编织物、陶瓷纤维编织物(如如Al2O3-B2O3-SiO2)和和金属

38、纤维编织物金属纤维编织物(如如Cr-Ni不锈钢不锈钢),其结构如图其结构如图9-14所示。所示。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术2.柴油机排气后处理技术柴油机排气后处理技术(2)微粒捕集器微粒捕集器第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-14微粒捕集器的过滤材料微粒捕集器的过滤材料a)陶瓷蜂窝载体陶瓷蜂窝载体b)陶瓷纤维编织物陶瓷纤维编织物c)金属纤维编织物金属纤维编织物二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术3.柴油机柴油机NOx还原催化剂还

39、原催化剂 针对柴油机开发还原催化剂是一项难度很大的研究工作针对柴油机开发还原催化剂是一项难度很大的研究工作,尚尚未达到实用阶段未达到实用阶段,这主要存在以下原因这主要存在以下原因:1)在柴油机排气这样的高度氧化氛围中进行在柴油机排气这样的高度氧化氛围中进行NOx还原反应还原反应,对对催化剂性能要求极高。催化剂性能要求极高。2)柴油机排温明显低于汽油机排温。柴油机排温明显低于汽油机排温。3)柴油机排气中含有大量柴油机排气中含有大量SOx和微粒和微粒,容易导致催化剂中毒。容易导致催化剂中毒。目前目前,柴油机柴油机NOx后处理方法主要有后处理方法主要有:选择性非催化还原选择性非催化还原(SNCR)、

40、选择性催化还原、选择性催化还原(SCR)、吸附催化还原、吸附催化还原(LNT)和等和等离子辅助催化还原等。现在世界上广泛应用的是选择性催化离子辅助催化还原等。现在世界上广泛应用的是选择性催化还原。还原。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术三、重型柴油机后处理技术路线三、重型柴油机后处理技术路线 后处理技术正式用于柴油机是从欧后处理技术正式用于柴油机是从欧(国四国四)排放阶段开始的排放阶段开始的,主要技术路线有主要技术路线有SCR和和DPF两种两种(见图见图9-15),各国因法规、油各国因法规、油品和关注的性能指标品和关注的性能指标(如油耗、如油耗、PM、NO

41、x)等具体情况不同等具体情况不同,采采取的技术路线也不同。取的技术路线也不同。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-159-15重型柴油机满足欧重型柴油机满足欧排放的技术路线图排放的技术路线图三、重型柴油机后处理技术路线三、重型柴油机后处理技术路线 采用采用SCR技术路线时技术路线时,用电控高压喷射和增压中冷等机用电控高压喷射和增压中冷等机内净化技术降低内净化技术降低PM至法规要求至法规要求,但由于但由于NOx与与PM之间之间的相悖的相悖(trade-off)关系关系,NOx排放会显著增高排放会显著增高(甚至高达甚至高达80%),依靠高效的依靠高效的S

42、CR后处理系统将后处理系统将NOx降至欧降至欧标准标准水平。水平。采用采用DPF技术路线时技术路线时,首先在机内用冷却首先在机内用冷却EGR降低降低NOx,这时这时PM会有明显升高会有明显升高,然后用然后用DPF降低降低PM排放。排放。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术四、非排气污染物控制技术四、非排气污染物控制技术1.曲轴箱强制通风装置曲轴箱强制通风装置 曲轴箱强制通风系统如图曲轴箱强制通风系统如图9-16所示。新鲜空气由空气滤所示。新鲜空气由空气滤清器进入曲轴箱与窜气混合后清器进入曲轴箱与窜气混合后,经经PCV阀进入进气管阀进入进气管,与空与空气或油气

43、混合气一起被吸入气缸燃烧掉。气或油气混合气一起被吸入气缸燃烧掉。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-16闭式曲轴箱强制通风系统闭式曲轴箱强制通风系统四、非排气污染物控制技术四、非排气污染物控制技术2.燃油蒸发控制系统燃油蒸发控制系统 汽油蒸发控制措施最常用的是活性炭罐式油蒸气吸附装汽油蒸发控制措施最常用的是活性炭罐式油蒸气吸附装置置,其工作原理如图其工作原理如图9-17所示。所示。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-17燃油蒸发控制系统燃油蒸发控制系统四、非排气污染物控制技术四、非排气污染物控制技术2.燃油

44、蒸发控制系统燃油蒸发控制系统 现代车用汽油机中已开始应用电控燃油蒸发控制系统现代车用汽油机中已开始应用电控燃油蒸发控制系统,其其系统框图如图系统框图如图9-18所示。所示。第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技术图图9-18电控燃油蒸发控制系统框图电控燃油蒸发控制系统框图1电控单元电控单元2空气滤清器空气滤清器3发动机进气歧管发动机进气歧管 4电磁式清除阀电磁式清除阀5泄泄漏检测泵漏检测泵 6活性炭罐活性炭罐7油箱油箱一、概述一、概述1.工况法与怠速法工况法与怠速法 汽车排放污染物检测汽车排放污染物检测,从检测方法上划分从检测方法上划分,主要有怠速法和主要有怠速

45、法和工况法两种。怠速法是指测量汽车在怠速工况下排放污工况法两种。怠速法是指测量汽车在怠速工况下排放污染物的一种方法染物的一种方法,一般仅测一般仅测CO和和HC,测量仪器采用便携式测量仪器采用便携式排放分析仪。这种方法具有简便易行、测试装置价格便排放分析仪。这种方法具有简便易行、测试装置价格便宜和便于携带以及试验时间短等优点宜和便于携带以及试验时间短等优点,但测量精度较低但测量精度较低,测测量结果缺乏全面性和代表性。怠速法目前主要作为环保量结果缺乏全面性和代表性。怠速法目前主要作为环保部门对在用车的排放进行监测以及汽车修理厂对车辆的部门对在用车的排放进行监测以及汽车修理厂对车辆的排放性能进行简易

46、评价的方法。排放性能进行简易评价的方法。第三节排放法规及测试方法第三节排放法规及测试方法一、概述一、概述2.轻型车与重型车轻型车与重型车 工况法根据轻型车和重型车而采用不同的试验方法。对工况法根据轻型车和重型车而采用不同的试验方法。对于轻型车和重型车的定义各国不完全统一于轻型车和重型车的定义各国不完全统一,一般将总质量一般将总质量在在4003500(4000)kg范围内范围内,乘员在乘员在912人以下的车辆定人以下的车辆定义为轻型车义为轻型车,为了与农用车区别为了与农用车区别,还规定其最高车速应在还规定其最高车速应在50km/h以上。而总质量在以上。而总质量在3500(4000)kg以上的车辆

47、定义以上的车辆定义为重型车。为重型车。轻型车的排放检测要求在底盘测功机上进行轻型车的排放检测要求在底盘测功机上进行,被检车辆按被检车辆按规定的测试循环运转规定的测试循环运转,试验结果用单位行驶里程的排放质试验结果用单位行驶里程的排放质量量(g/km)表示。表示。第三节排放法规及测试方法第三节排放法规及测试方法一、概述一、概述3.排放限值排放限值 工况法检测的排放限值一般分为两类工况法检测的排放限值一般分为两类,即产品认证试验限即产品认证试验限值和产品一致性试验限值。产品认证试验是指对新设计值和产品一致性试验限值。产品认证试验是指对新设计车型的认证试验车型的认证试验;产品一致性试验是指对批量生产

48、车辆的产品一致性试验是指对批量生产车辆的试验试验,要求从成批生产的车辆中任意抽取一辆或若干辆进要求从成批生产的车辆中任意抽取一辆或若干辆进行试验。一般来说行试验。一般来说,产品认证试验限值严于产品一致性试产品认证试验限值严于产品一致性试验限值验限值,但这两种排放限值今后有合二为一的趋势。但这两种排放限值今后有合二为一的趋势。第三节排放法规及测试方法第三节排放法规及测试方法二、排放法规二、排放法规1.轻型车排放法规轻型车排放法规(1)美国排放法规世界上最早的工况法排放法规于美国排放法规世界上最早的工况法排放法规于1966年年诞生在美国加利福尼亚州诞生在美国加利福尼亚州,用七个工况组成一个测试循环

49、用七个工况组成一个测试循环(称为加州标准测试循环称为加州标准测试循环),并于并于1968年被美国联邦政府采纳年被美国联邦政府采纳作为联邦排放法规。作为联邦排放法规。FTP-75测试循环如图测试循环如图9-19所示所示,试验时试验时要求被测车辆在要求被测车辆在2030的恒温条件下放置的恒温条件下放置12h以上以上。第三节排放法规及测试方法第三节排放法规及测试方法图图9-19美国美国FTP-75测试循环测试循环二、排放法规二、排放法规1.轻型车排放法规轻型车排放法规(1)美国排放法规美国排放法规 图图9-20给出了一辆总质量为给出了一辆总质量为1200kg的汽车的汽车,按按FTP-75标准标准循环

50、运行时各工况点在一台循环运行时各工况点在一台1.5L汽油机万有特性图上的汽油机万有特性图上的位置。位置。第三节排放法规及测试方法第三节排放法规及测试方法图图9-20FTP-75测试循环的工况点在汽油机万有特性上的位置测试循环的工况点在汽油机万有特性上的位置二、排放法规二、排放法规1.轻型车排放法规轻型车排放法规(1)美国排放法规美国排放法规 从从2000年起年起,测试车辆必须增加两个补充循环测试车辆必须增加两个补充循环(SFTP),如如图图9-21所示所示,一个循环用于模拟高速急加减速工况一个循环用于模拟高速急加减速工况(US06),另一个用于模拟使用空调情况另一个用于模拟使用空调情况(SC0