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1、第十章 汽车发动机排放控制系统,第1节 概述 第2节 汽车排放法规简介 第3节 汽油机排放控制装置 第4节 柴油机排气后处理装置,第1节 概述,1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式,（1）一氧化碳（CO）：不完全燃烧产物。 （2）碳氢化合物（HC）：未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化产物。 （3）氮氧化合物（NOx）：在燃烧过程中和排入大气后造成的氮的各种氧化物（NO、NO2为主）的总称。 （4）颗粒排放物(PM）：主要是碳烟、未燃燃油和润滑油液态颗粒，以及其他碳氢化合物、硫化物、含金属的灰分等。 （5）二氧化碳（CO2
2、）：燃烧的必然产物。,机动车污染物排放分担率,第1节 概述,1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式,一氧化碳（CO） （1）形成原因 汽油机主要是由可燃混合气过浓造成的。 柴油机主要是由燃烧室内部缺氧或温度过低造成的。 （2）危害 是一种无色、无味的有毒气体，吸入人体后，能以比氧强210倍的亲和力同血液中的血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，阻碍血液向心脏、脑等器官输送氧气，从而引起各种中毒症状，直至使人窒息死亡。,第1节 概述,1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式,碳氢化合物（HC） （
3、1）形成原因 汽油机主要是因为低温缸壁的冷激作用，使火焰消失；电火花太弱，不能点燃混合气；进排气门重叠期间，新鲜混合气泄漏；曲轴箱窜气，汽油箱或化油器浮子室内汽油蒸发等。 柴油机主要是混合气形成不良或温度过低而形成。 （2）危害 HC吸入人体后会破坏造血机能，造成贫血、神经衰弱等，同时也会致癌。,第1节 概述,1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式,氮氧化物（NOx） （1）形成原因 NO是在燃烧过程的高温条件下生成的，其生成量取决于氧的浓度、温度及反应时间。废气排入大气后形成NO2。 （2）危害 NO吸入人体后会造成中枢神经系统障碍。NO
4、2会造成血液中血红蛋白变性，使血液输气能力下降，轻则引起呼吸异常、胸痛、恶心、咳嗽，重则导致肺气肿，直至死亡。此外，它还易于HC在阳光紫外线的作用下，产生素性很大的光化学烟雾。,第1节 概述,1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式,颗粒（PM） （1）形成原因 碳烟是由烃类燃料在高温缺氧条件下裂解生成的。 （2）危害 0.1m以下的微粒对人体的危害最大，吸入肺叶后会吸附在肺细胞上，其中可溶性有机物、多环芳香烃等是致癌物质。,第1节 概述,1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式,二氧化碳（
5、CO2） （1）形成原因 完全燃烧的产物。 （2）危害 引起大气层的温室效应，造成对生态环境的影响。,第1节 概述,1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式,（1）汽油机油箱、化油器浮子室、汽油泵、汽油管接头等处蒸发出来的汽油蒸汽，其有害成分以HC为主； （2）曲轴箱通气管排出的“窜气”，其有害成分以HC为主； （3）排气管排出的废气，其有害成分是CO、HC、NOx和颗粒。,汽油车排放的来源,第1节 概述,1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式,（1）机内净化 通过改善可燃混合气的品质和燃
6、烧状况，抑制污染物的产生。 （2）机外净化 利用设置在发动机外部的附加装置，对排放污染物进行净化处理后，再排入大气。 （3）改进燃油 通过对燃油的脱硫、重整以及加入添加剂等，可以改善燃烧，延缓催化剂的老化。,减少排放的概念（柴油机）,第2节 汽车排放法规简介,1. 排放测试方法 2. 工况法测试系统 3. 测试循环 4. 排放法规及限值,（1）怠速法在汽车不行驶、发动机怠速的情况下，将探头插入排气尾管，一般仅测量CO和HC的排放。适合环保部门或汽修厂进行监测。 优点：简便易行，测试装置价格便宜和便于携带，检测时间短 缺点：测量结果缺乏全面代表性，测量精度较低 （2）工况法将汽车发动机在一个测试
7、循环中排出的废气经稀释后收集起来，用废气分析仪测量出废气浓度并推算出每次测试或每公里平均的有害物排放量。一般用于新车的认证和出厂检测。 优点：检测结果较全面地反映汽车排放水平，可测量多种废气排放成分 缺点：测试系统复杂，试验设备昂贵。,第2节 汽车排放法规简介,1. 排放测试方法 2. 工况法测试系统 3. 测试循环 4. 排放法规及限值,组成： （1）转鼓试验台 （2）废气稀释和采样系统 （3）废气分析仪,工况法排放测试系统,第2节 汽车排放法规简介,1. 排放测试方法 2. 工况法测试系统 3. 测试循环 4. 排放法规及限值,世界上三大汽车排放循环： （1）欧洲联盟测试循环 （2）美国联
8、邦测试循环 （3）日本测试循环 采用ECE+EUDC循环的主要国家和地区： 中国、新加坡、马来西亚、泰国、沙特、土耳其、匈牙利、波兰、俄罗斯等。 采用美国FTP-75循环的主要国家和地区： 加拿大、阿根廷、巴西、智利、墨西哥、新西兰、韩国、台湾等。,欧洲联盟测试循环,美国联邦测试循环,日本测试循环,第2节 汽车排放法规简介,1. 排放测试方法 2. 工况法测试系统 3. 测试循环 4. 排放法规及限值,（1）欧洲联盟排放指令 （2）美国排放法规 （3）日本排放法规,欧洲和美国排放法规演变过程,美国控制汽车排放的成效,日本控制汽车排放的成效,第3节 汽油机排放控制系统,1. 燃油蒸发控制装置 2
9、. 曲轴箱强制通风装置 3. 废气再循环装置 4. 三效催化转化器,功用： 将燃油箱和化油器浮子室中的汽油蒸汽收集和储存在炭罐内，在发动机工作时再将其送入气缸烧掉。,典型的汽油蒸发控制系统,第3节 汽油机排放控制系统,1. 燃油蒸发控制装置 2. 曲轴箱强制通风装置 3. 废气再循环装置 4. 三效催化转化器,功用： 采用PCV（Positive Crankcase Ventilation）阀，将燃烧室窜入曲轴箱的油气混合气、已燃气体和曲轴箱内的润滑油蒸汽一起被吸入气缸烧掉。,曲轴箱强制通风装置,PCV阀的工作过程,第3节 汽油机排放控制系统,1. 燃油蒸发控制装置 2. 曲轴箱强制通风装置
10、3. 废气再循环装置（EGR） 4. 三效催化转化器,功用： 把发动机排出的部分废气回送到进气管，并与新鲜混合气一起再次进入气缸。由于废气中含有大量的CO2，而CO2不能燃烧却吸收大量的热，使气缸中混合气的燃烧温度降低，从而减少了NOx的生成量。,电控废气再循环控制系统,真空机械式废气再循环装置,第3节 汽油机排放控制系统,1. 燃油蒸发控制装置 2. 曲轴箱强制通风装置 3. 废气再循环装置 4. 三效催化转化器,功用： 把发动机排出的CO、HC和NOx，在铂（钯）和铑等催化剂的作用下，氧化还原生成无害的CO2、N2和H2O。 要求： 空燃比控制在理论空燃比附近。,废气转化效率与空燃比的关系
11、,催化转化器排气系统,三效催化转化器的作用,三效催化转化器控制系统,催化转化器结构示意图,第4节 柴油机排气后处理装置,1. 柴油机排放特点 2. 氧化催化转化器 3. NOx还原催化转化器 4. 颗粒捕捉器（DPF),特点： （1）无燃油蒸发排放问题； （2）与汽油机相比，HC和CO排放量少得多，而NOx排放处于同一量级； （3）有颗粒物（PM）排放问题。 难点： （1）废气总是处于氧化氛围（过量空气系数大于1）中，NOx难以还原； （2）排气温度明显低于汽油机的排气温度，碳烟难以氧化； （3）排气中含有大量的SOx和微粒，容易导致催化剂中毒。,柴油机与汽油机排气成分对比,第4节 柴油机排气
12、后处理装置,目的： （1）氧化剂可以转化可溶性有机组分（SOF）中的大部分碳氢化合物，从而达到降低微粒排放的效果； （2）进一步降低HC和CO的排放，包括PAH、乙醛等。 问题： 排气温度越高，硫酸盐生成越多。,1. 柴油机排放特点 2. 氧化催化转化器 3. NOx还原催化转化器 4. 颗粒捕捉器（DPF),排气温度对颗粒转化效率的影响,第4节 柴油机排气后处理装置,分类： （1）选择性非催化还原（SNCR，Selective Noncatalytic Reduction）； （2）选择性催化还原（SCR，Selective Catalytic Reduction）； （3）非选择性催化还原
13、（NSCR，Non Selective Catalytic Reduction）； （4）吸附还原催化剂（Absorb Reduction）。 问题： 转化效率不高，使用寿命低，系统比较复杂。,1. 柴油机排放特点 2. 氧化催化转化器 3. NOx还原催化转化器 4. 颗粒捕捉器（DPF),第4节 柴油机排气后处理装置,要求： （1）高过滤效率； （2）低排气阻力； （3）耐高温。 过虑材料： （1）陶瓷蜂窝载体； （2）陶瓷纤维编织物； （3）金属纤维编制物。 DPF再生方法： （1）电加热再生； （2）燃烧器加热再生； （3）反吹式再生； （4）连续催化再生。,1. 柴油机排放特点 2. 氧化催化转化器 3. NOx还原催化转化器 4. 颗粒捕捉器（DPF),颗粒捕捉器的过虑材料,壁流式柴油机颗粒过滤器,颗粒捕捉器再生系统,颗粒捕捉器再生系统,典型的柴油机排气后处理方案,
