汽车构造课件第六章排放控制

4、废气再循环装置
废气再循环+涡轮增压
第三节 其它排放物的控制系统
汽车蒸发控制系统 强制式曲轴箱通风系统

一、汽车蒸发控制系统
汽油箱等燃料供给系中的燃料随时都在蒸发汽化， 若不加以回收或控制，则当发动机停机时，汽油蒸发物 (HC)将逸入大气，造成对环境的污染。汽油蒸发控制系 统的作用就是将这些汽油蒸发物收集和储存在炭罐内， 当发动机工作时再将其送入气缸烧掉。
产生原因：
1、 HC化合物产生的主要原因有未完全燃烧生成的HC、 2、由燃料供给系统泄漏产生的HC 3、未燃燃料从燃烧室直接排出的HC等三种。 其中引起未完全燃烧的原因是燃烧室内的氧气量不足， 燃烧室壁面温度过低，以及混合气形成不充分或燃烧 室内局部混合气过浓等。 1) 排气 — 55～65%（机内排放） 2) 曲轴箱— 20～25% 3) 燃油箱、化油器、燃油管接头蒸发— 15～20%
3.EGR Ratio
NOx ppm
EGR率
4、微粒
特性： 微粒(碳烟)是柴油机的主要有害排放物之一， 由可溶性有机成分(SOF)和不可溶成分组成。柴 油机排气中的微粒尺寸比较小，可长期悬浮在大 气中，不仅降低大气的可见度，而且易于被人吸 人肺部，同时微粒中的SOF成分具有致癌物。
产生原因：
碳烟是HC系列燃料的燃烧产物，所以其产生与HC系列 燃料的燃烧状态直接有关。对预混合火焰，在燃料过 多的浓混合气下，混合气接近火焰带时受到火焰面的 高温热辐射而热分解成碳烟。产生碳烟的另一个条件 就是温度场。对预混合火焰，当温度在2100—2400K时 碳烟生成量最大，火焰温度进一步升高时，碳烟生成 量反而减少。在扩散火焰区内，产生碳烟的主要原因 是缺氧。
汽油机CO排放特点
控制方法:
促进混合气的形成，有效控制燃烧温度，都可以有效 地降低CO的生成

2、碳氢化合物(HC)
特性： HC化合物在阳光照射下引起光化学反应，产 生臭氧(O3)、PAH等具有强氧化特性的物质，形成 光化学烟雾。它不仅降低大气能见度，使橡胶开裂， 植物受害，刺激人的眼睛和咽喉，而且在HC化合 物中的PAH是致癌物质，是导致碳烟的副产物。
当发动机常速或转速比较慢时，气流量小，窜气也少，PCV 阀开度较小甚至关闭，因而被强制吸入燃烧的窜气也比较 少甚至没有。当发动机加速或转速比较高时，气流量大， 窜气也大，PCV阀开度较大，因而被强制吸入燃烧的窜气也 比较多。
完
室内涡流、延迟点火时间、加大点火能量、采用燃油喷射、 采用稀薄燃烧等。
(3) 后处理：在发动机将废气排入大气前，应用净化装置， 在排气系统中进行处理，以减少排入大气中的有害成分。如采
用二次空气喷射、热反应器再次燃烧法和催化反应器等。
汽油机与柴油机的比较
汽油机
一氧化碳 碳氢 高 高
柴油机
低 低
氮氧化物
1．直接催化 这种方式是将催化转化装置直接安装在排气管 之后，加快催化剂的升温速度。因此， HC净化在 早期开始，对降低冷态下的HC很有效。但是这种方 式存在的问题是，由于催化转化装置安装在离发动 机排气管尽可能接近的位置，所以受高温的影响影 响寿命。
2．利用电加热催化转化装置 这种装置是一个通过外部电力提前加热催化， 以降低冷态下HC排放量的系统(EHC：Electrically Heated Catalyst)。外部供电方式有蓄电池供电和 交流发电机供电两种。交流发电机供电方式的特点 是可以施加高电压，减小电流。电加热催化转化装 置(EHC)的主要缺点是耗电量大，耐久可靠性较差。
2.点火正时 Ignition Timing
c 0.5
3.EGR Ratio
4.负荷 Engine Load
三、柴油机NOX排放的影响因素 1.负荷与转速 Engine Load and Speed
（自然吸气直喷柴油机，6×102mm×118mm，c 16.5 ）
2.喷油定时 Injection Timing
3．二次燃烧装置
这是一种将燃料的一部分或过浓混合气送到催化 转化装置之前，由燃烧器点火燃烧促进催化的装置。 这种方式多数是将燃烧器放在催化转化装置之前，并 专门设置燃料和空气的供给系统。采用这种系统后， 可在发动机起动后的6s内将催化转化装置人口温度升 高到300oC左右，使HC排放量降低90％左右。但当燃烧 器点火失败时，HC排放量反而增加。这种方式的主要 缺点是结构复杂。
产生原因：
生成CO的主要原因是CH燃料的不完全燃烧，除此之外， 在燃烧过程中局部高温热分解也是重要原因。当燃烧温 度达到2000K以上的高温状态时，即使在过量空气系数 大于1的混合气中燃烧，燃烧生成物中的稳定分子C02和 H2O的一部分，按以下反应式被高温分解为CO、NO以及 H、O、OH等活性分子，并在CO2、H2O、CO、O、H、 O、OH的共存状 态下达到平衡，即 CO2=CO+1/2O2 H2O=H2+1/2O2 H2O=1/2H2+HO 造成HC燃料不完全燃烧的主要原因有：氧气不足， 即混合气过浓或局部混合气过浓；燃烧温度过低；燃 烧室容积过小而使燃烧滞留时间不充分；空气和燃料 混合不充分等。。
产生原因：
NOx是在高温时完全燃烧状态下生成的，决定其产 生量的多少的是发动机燃烧时所能达到的最高温度 和压力的大小。
控制方法:
1、降低混合气中氧的浓度，
2、降低燃烧温度， 3、缩短在高温燃烧带内的滞留时间
4、改善混合气的形成等。
汽油机NOX排放的影响因素
1.过量空气系数 Air Excessive Ratio
氧化催化转化装置
氧化催化转化装置只是将排气中的CO和HC氧化为 CO2和H2O。作为氧化催化剂，主 要用Pt(钯)和Pd(铂)等 贵金属。为了氧化HC和CO，将Pt 、Pd独立或二者组合 为催化剂。实际使用的Pt／Pd组合之比是在2．3／1附近， 一般多使用Pt／Pd之比等于2／1或2．5／ 1的催化剂。 贵金属Pd易受Pb(铅)的侵蚀，而贵金属Pt容易受热劣化。
PCV装置主要由通气软管、PCV阀组成。通气软管 一条一般接通空气滤清器至气门室盖，另一条接 通PCV阀至进气歧管。PCV阀由柱塞式阀门和弹簧 构成，位于进气歧管的一侧，进气歧管的真空度 决定了PCV阀的开闭及开启的程度，而PCV阀的开 闭及开启的程度又决定了窜气混合气被重新吸入 进气歧管参加燃烧的数量。
汽车蒸发控制系统
二、强制式曲轴箱通风系统
PCV是Positive Crankcase Ventilation(曲轴箱 强制通风)的缩写。它的作用是防止窜气进入大气，同 时防止机油变质。当发动机作功燃烧过程的末端，一 些未燃混合气在高压力下从活塞环漏入曲轴箱内，业 内将这种泄漏称为“窜气”。这些窜气会从曲轴箱内 逸入大气中造成污染。这些窜入的混合气不被排除， 还会稀释曲轴箱内的机油，使机油变质造成发动机机 件过早磨损。
三元催化转化装置
三元催化转化装置是能同时净化汽车尾气排放中 的CO、HC和NO。的后处理装置。但这种三元催 化转化装置的有效净化作用受空燃比的影响，即 在理论空燃比附近很窄的空燃比范围内才具备有 效的净化效果，所以使用中要求精确控制空燃比。
2、降低低温HC排放装置
安装三元催化转化装置后，汽车向大气排出的HC 主要是在排气温度达到催化剂开始反应温度之前的 冷态下排出的。因此，降低HC的关键在于如何控制 发动机刚起动后的冷态下 HC的排放量。其控制方 法有以下几种。
碳烟的排放特性 PM Emission Characteristics
控制方法:
控制碳烟的方法主要有两条基本途径：
1、提高火焰温度，但这种方法与控制NOx排放量 互相矛盾； 2、控制火焰领域内的混合气浓度，避免过浓状态。
为此，对预混合火焰需要供给充分的氧气；而 对扩散火焰，需要促进混合气的形成。因此，控 制碳烟最基本的原理就是如何控制火焰领域内的 混合气浓度。
排气净化方法
其主要包括以下几个方面： (1)前处理：对燃料和空气在进入发动机气缸前进行处 理，以减少燃烧后排气中的有害成分。如采用代用燃料（包 括醇类燃料、氢气、液化石油气、天然气等）。 (2)机内处理：包括对燃料、供给系及点火系等各系统 的设计与改进，以减少排气中的有害成分的生成。如增加废
气再循环系统、降低压缩比、缩小燃烧室激冷区、加强燃烧
微粒
低
低
高
高
第二节汽油机的排放控制装置
催化转化装置 降低低温HC排放装置 稀薄NOX催化转化装置 废气再循环装置

1、催化转化装置
催化转化装置是利用催化剂的作用，将排气中的 CO、HC和NO。转换为对人体无害的 气体的一种排气 净化装置，也称作催化净化转化装置。催化转化装置 是在催化剂的作用下通过氧化反应、还原反应、水性 气体反应和水蒸气改质反应，将排气中的CO、HC及NOx 三种有害气体转换成无害气体CO2、N2、H2和H2O。 根据催化转化装置的净化形式，可分为氧化催化 转化装置、还原催化转化装置以及三元催化转化装置。
第六章发动机有害排放物 的控制系统
第一节有害排放物
一氧化碳 碳氢化合特性：
CO是燃料不完全燃烧的产物，是一种无色臭无 味的气体。其溶点为—205。0oC，沸点为— 191． 5oC ，发火点为651． 0oC 。它与血液中血红 素的亲和力是氧气的300倍，因此当人吸人CO后，血 液吸收和运送氧的能力降低，导致头晕、头痛等中 毒症状。当吸人CO气体的体积分数达到0．3％时， 可致人于死亡
直接分解型催化转化装置是一种在稀薄混合气下以HC为 还原剂直接净化NOx的方式。 这种方式通过Cu—沸石以及Pt(铂)系列贵金属催 化剂，将NOx吸附在催化剂表面上，然后由HC还原消 除贵金属表面上所吸附的氧，使NOx直接分解为N2和O2。 NOx吸附还原型催化转化装置是一种在稀薄燃烧时吸附 NOx ，在浓或者理论空燃比时将吸附的NOx进行还原 净化的系统。