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1、发动机排放技术的应用分析第一章 概述1.1 本课题的研究内容介绍本课题主要是针对发动机排放技术的应用分析，主要以发动机排放污染物净化方案及介绍现有燃料(汽油柴油)汽车领域的技术和在利用新能源开发新汽车方面的技术。论述主要包括汽油车排放污染物一般净化方案、柴油车排放污染物一般净化方案、混合动力车的发展、和现在汽车的环保技术。主要包括发动机排放污染物净化方案、混合动力汽车发展概况、混合动力汽车的类型和控制策略、混合动力汽车需要解决的关键技术问题和面临的挑战与机遇、电控喷射技术、共轨式燃油喷射系统、涡轮增压及中冷技术、排气再循环系统(EGR)、汽车尾气净化装置、利用新能源开发新汽车方面的技术。主要是
2、发动机排放净化的方案和新技术的概述。1.2 课题研究的意义随着汽车保有量的增加，汽车的尾气污染已经成为大气污染的元凶。因此世界各国纷纷出台更加严厉的排放法规，而汽车生产商为了自身发展，迎合消费者日益增加的环保意识，也投入巨大的精力进行汽车环保方面的研究，采用了许多新技术。汽车排放标准不同，排放限值也不同。汽车排放标准日趋严格，排放限值越来越低，对车用发动机机内净化和后处理净化提出的要求愈来愈高，其净化方案也会不同。需要完善出更好的发动机排放污染物净化方案和汽车的环保技术。1.2 现有燃料汽车领域的技术汽油机虽采用挥发性较好的汽油为燃料，但在起动时，发动机温度低，进入排气系统和气缸中的汽油不能很
3、好地雾化、蒸发并与空气形成均匀的混合气，以致燃烧不良，排出大量的未燃H C。为了弥补蒸发的不足，往往增加燃料量，形成很浓的缺氧混合气，导致不完全燃烧，生成对人体有害的CO。另外，发动机系统的不密封处以及燃油箱也会蒸发出HC排放物。汽油机的油气混合气在缸外制备，属于预混合燃烧，其混合气的空燃比控制最重要。传统的化油器汽车是依靠喉管处的空气流速的增加所产生的低压来抽取汽油与空气混合，所以空燃比控制不可能很精确，而且各缸的空燃比也不可能很均匀。柴油机采用挥发性较差的柴油为燃料，利用高压喷射系统把柴油分散成雾状喷人燃烧室，与空气形成可燃混合气，但由于形成混合气的时间很短，很难使柴油与空气形成均匀的混合
4、气，致使柴油机的排放物形成以碳为主的微粒，外观表现为柴油机冒黑烟，有呛人的味道。另外，汽油机和柴油机在高温燃烧过程中，使空气中的氮与氧发生化学反应，形成以氮氧化物为主的NO ，以及氮氧化物与活性HC在阳光紫外线的作用下形成的各种有机过氧化物，对人体及动植物都有严重的危害。第二章 汽车尾气污染2.1 汽车尾气污染汽车虽然是21世纪最重要的交通工具，但他有许多弊端。 汽车尾气污染是由汽车排放的废气造成的环境污染。可以说，汽车是一个流动的污染源。在世界各国，汽车污染早已不是新话题。20世纪40年代以来，光化学烟雾事件在美国洛杉矶、日本东京 汽车排气管排出内燃机废气等城市多次发生，造成不少人员伤亡和巨
5、大的经济损失！ 进入21世纪，汽车污染日益成为全球性问题。随着汽车数量越来越多、使用范围越来越广，它对世界环境的负面效应也越来越大，尤其是危害城市环境，引发呼吸系统疾病，造成地表空气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，使城市环境转向恶化。有关专家统计，到21世纪初，汽车排放的尾气占了大气污染的3060%。随着机动车的增加，尾气污染有愈演愈烈之势，由局部性转变成连续性和累积性，而各国城市市民则成为汽车尾气污染的直接受害者。2.2 主要成分及危害一氧化碳一氧化碳是烃燃料燃烧的中间产物，主要是在局部缺氧或低温条件下，由于烃不能完全燃烧而产生，混在内燃机废气中排出。当汽车负重过大、慢速行驶时或空挡运转时，
6、燃料不能充分燃烧，废气中一氧化碳含量会明显增加。一氧化碳是一种化学反应能力低的无色无味的窒息性有毒气体，对空气的相对密度为0.9670，它的溶解度很小。一氧化碳由呼吸道进入人体的血液后，会和血液里的红血蛋白Hb结合，形成碳氧血红蛋白，导致携氧能力下降，使人体出现反应，如听力会因为耳内的耳蜗神经细胞缺氧而受损害等。吸入过量的一氧化碳会使人发生气急、嘴唇发紫、呼吸困难甚至死亡。研究表明，人对一氧化碳的承受能力相当高，一个健康的人能短时间承受血液中含量为20%40%的一氧化碳的侵袭。虽然对人体无副作用的一氧化碳阈值尚未确定，但长期吸收一氧化碳对城市居民身体健康是一个潜在威胁。 氮氧化合物氮氧化合物是
7、在内燃机气缸内大部分气体中生成的，氮氧化合物的排放量取决于燃烧温度、时间和空燃比等因素。从燃烧过程看，排放的氮氧化物95%以上可能是一氧化氮，其余的是二氧化氮。人受一氧化氮毒害的事例尚未发现，但二氧化氮是一种红棕色呼吸道刺激性气体，气味阈值约为空气质量的1.5倍，对人体影响甚大。由于其在水中溶解度低，不易为上呼吸道吸收而深入下呼吸道和肺部，引发支气管炎、肺水肿等疾病。在浓度为9.4mg/m2的空气中暴露10分钟，即可造成呼吸系统失调。对于氮氧化合物世界卫生组织环境健康评价组曾做出这样的结论：二氧化氮浓度0.94mg/m-3是短期暴露引起有害影响的最低水平，0.190.32mg/m-3最长1小时
8、，一个月不能出现多于两次才能确保公共健康。 碳氢化合物汽车尾气的碳氢化合物来自三种排放源。对一般汽油发动机来说，约60%的碳氢化合物来自内燃机废气排放20%25%来自曲轴箱的泄漏，其余的15%20%来自燃料系统的蒸发。甲烷是窒息性气体，其嗅觉阈值是142.8mg，只有高浓度时才对人体健康造成危害。乙烯、丙烯和乙炔则主要是对植物造成伤害，使路边的树木不能正常生长。苯是无色类似汽油味的气体，可引起食欲不振、体重减轻、易倦、头晕、头痛、呕吐、失眠、粘膜出血等症状，也可引起血液变化，红血球减少，出现贫 汽车尾气污染血，还可导致白血病。其嗅觉阈值16.29mg，对人体健康有影响的阈值34.8mg。汽车尾
9、气中还含有多环芳烃，虽然含量很低，但由于多环芳烃含有多种致癌物质（如苯丙芘）而引起人们的关注。 HC和NOX在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，产生一种复杂的光化学反应，生成一种新的污染物形成光化学烟雾，1952年12月伦敦发生的光化学烟雾4天中死亡人数较常年同期约多4000，45岁以上的死亡最多，约为平时的3倍，1岁以下的约为平时的2倍。事件发生的一周中，因支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱者死亡分别为事件前一周同类死亡人数的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8倍。 醛醛是烃类燃烧不完全产生，主要由内燃机废气排放，汽车尾气排放的醛类成分见表： 名称成分（%）甲醛 6073 乙醛 714 丙
10、醛0.416丙烯醛 2.69.8 丁醛 14 丁烯醛 0.41.4 戊醛 0.4 苯甲醛 3.28.5 苯甲醛27其他010汽车尾气排放的醛类以甲醛为主，占60%70%。甲醛是有刺激性的气体，对眼睛有刺激性作用，也会刺激呼吸道，嗅觉阈值为0.061.2 mg，高浓度时会引起咳嗽、胸痛、恶心和呕吐。乙醛属低毒性物质，高浓度时有麻醉作用。丙烯醛是一种辛辣刺激性气体，对眼睛和呼吸道有强烈刺激，可引起支气管细胞损害，嗅觉阈值为0.484.1 mg。 含铅化合物汽车尾气排放的含铅颗粒大部分来自内燃机的废气排放。四乙铅是作为抗爆剂加进汽油中的，一般汽油的含铅量在0.08%0.13%之间，四乙铅燃烧后生成氧
11、化铅排出。铅主要作用于神经系统、造血系统、消化系统和肝、肾等器官。铅能抑制血红蛋白的合成代谢过程，还能直接作用于成熟的红细胞。经由呼吸系统进入人体的铅粒，颗粒较大者能吸附于呼吸道的粘液上，混于痰中而吐出；颗粒较小者，便沉积于肺的深部组织，它们几乎全被吸收。铅在人体内各器官中积累到一定程度，会对人的心脏、肺等造成损害，使人贫血，行为呆傻，智力下降，注意力不集中，严重的还可能导致不育症以及高血压。根据进入身体的方式，可以有高达60%的摄入总铅量永久留在人体内，成年人血液中混入0.8mg以上称为铅中毒。 含铅汽油经燃烧后，85%左右的铅排入大气中造成铅污染。铅氧化物不仅对人体有害，它还会吸附在汽车尾
12、气催化净化器的催化剂表面上，对催化剂产生“毒害”，明显地缩短尾气催化净化装置的寿命，是汽车尾气催化净化装置要解决的难题之一。20世纪40年代以来，通过汽车燃烧排入大气中的铅已达数百万吨，成为一种公认的全球性污染。防治欧盟的环保专家认为，要减少汽车污染对城市环境的危害，最有效的办法是调整城市交通政策，大幅减少私家车数量，优先发展公交，提倡自行车交通；同时，还应加速发展、普及环保型汽车，减少对石化燃料的依赖。 1、控制汽车的数量 在许多大中城市中，汽车的数量实际已经“超载”。政府可以用宏观调控的方法提高汽车的价格，适当减少汽车的购买量，促进小型制造汽车的企业的转产，把汽车的数量控制在生态平衡允许的
13、范围内。同时要使公共汽车、地铁等公共交通工具迅速发展起来，向市民提倡骑自行车、乘坐公共汽车和地铁；公务员更要以身作则，尽量使用公共交通工具，少乘坐私家车，尽量降低汽车尾气排放量。 2、严格把关，提高汽油质量 到21世纪初，世界大多数城市都已禁止使用含铅汽油。要提高汽车尾气污染物排放标准，严格把关，不能让未达到标准的汽油流入市场。 3、加快采用先进的汽车尾气处理技术，对不符合尾气排放标准的汽车进行淘汰或改造。 4、推广以天然气为燃料的燃气汽车，并对燃气汽车进行改造，解决其存在的发动机动了性能下降、储气瓶占用空间大等问题。 5、变废为宝。 方案A：在气缸内的燃料和空气经过压缩，变成高温高压的气体，
14、燃烧后能量仍很高。如果将这些能量利用起来，转化成发动机的动力，既节省了燃料，又减少了废气排放量。 方案B：汽车尾气中含有氮氧化物和硫氧化物，如果在尾气排放管上加装一个收集和转化装置，将其转化成工业原料硝酸和硫酸，虽然收集量可能不多，但积少成多，这就在减少对大气的污染的同时对资源进行了回收。 6、加强宣传，提高人民环保意识 加强对环境保护重要性的宣传，提高人民环保意识，让群众自觉使用公共交通工具，不购买尾气排放量不达标的汽车，坚决不购买、制造含铅、低质汽油。2.3处理技术汽车燃油的改用采用无铅汽油，以代替有铅汽油，可减少汽油尾气毒性物质的排放量。 掺入添加剂，改变燃料成分。 汽油中掺入15%以下
15、的甲醇燃料，或者采用含10%水份的水汽油燃料，都能在一定程度上减少或者消除CO、NOx、HC和铅尘的污染效果。 若采用“甲醇燃料”，即采用甲醇和其它醇类同汽油混合所制成的燃料。当甲醇占比例30%40%，汽车尾气排出的污染物可基本上消除。 汽车尾气污染选用恰当的润滑添加剂机械摩擦改进剂。 在机油中添加一定量（比例为3%5%）石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯粉末等固体添加剂，加入到引擎的机油箱中，可节约发动机燃油5%左右。此外，采用上述固体润滑剂可使汽车发动机汽缸密封性能大大改善，汽缸压力增加，燃烧完全。尾气排放中，CO和碳氢含量随之下降，可减轻对大气环境的污染。 采用绿色燃料同样可减少汽车尾气有毒气体排放量。 据美国的俄亥俄州某研究所用豆油与甲醇、烧碱混合，然后去除其中的甘油，从而可获得“大豆些油”。用“大豆柴油”，以3 ：7的比例掺入到普通柴油中，可供柴油汽车之用。它可大大减少发动机工作时排放的硫化物、碳氢化合物、一氧化碳和烟尘。故誉作绿色燃料。 采用多种燃料作为汽车燃料来源。 随着科学技术的发展和计算机的广泛应用，确保环境保护法规的实施和节能措施：汽车中可广泛使用新的配方汽油、电力、压缩的天然气体、太阳能以及生态燃料的蓄电池等等。然而在这种汽车上装上电脑，不断在行驶中早先调拨组合，以使汽车发挥最佳性能。采用计算机控制点火系统，以便对发动机的不同工况作出快速反应，可取得最佳
