项目四汽车排放系统的检修.

项目四汽油机排放系统的检修汽车排放污染物与环境1．汽车发动机的排气污染汽车发动机的排气是城市大气污染的主要原因，因此，控制发动机排放污染物是当前的主要研究发展方向之一。汽车发动机排放的有害物质种类主要是CO、HC、NOX和微粒(PM)，绝大多数污染物出现在废气中，少量HC来自于曲轴箱和燃料系统泄露的燃料及润滑油蒸发物，包括气缸窜入曲轴箱的燃气。发动机排放污染物的危害有二个方面：（1）危及人体健康；（2）破坏环境。除了发动机排放污染物质造成对大气的直接污染，汽车有害排放物还可能通过与环境物质或有害物质之间的化学反应，形成二次污染。光化学烟雾洛杉矶光化学烟雾事件洛杉矶在40年代就拥有250万辆汽车，每天大约消耗1100吨汽油，排出1000多吨碳氢（CH）化合物，300多吨氮氧（NOx）化合物，700多吨一氧化碳（CO）。在1952年12月的一次光化学烟雾事件中，洛杉矶市65岁以上的老人死亡400多人。1955年9月，由于大气污染和高温，短短两天之内，65岁以上的老人又死亡400余人，许多人出现眼睛痛、头痛、呼吸困难等症状。直到20世纪70年代，洛杉矶市还被称为“美国的烟雾城”。光化学烟雾（photo-chemicalsmog[1]）是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物在阳光（紫外光）作用下发生光化学反应生成二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物（其中有气体污染物，也有气溶胶）所形成的烟雾污染现象。光化学烟雾的主要危害损害人和动物的健康人和动物受到的主要伤害是眼睛和粘膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。光化学烟雾能促使哮喘病患者哮喘发作，能引起慢性呼吸系统疾病恶化、呼吸障碍、损害肺部功能等症状，长期吸入氧化剂能降低人体细胞的新陈代谢，加速人的衰老。PAN还是造成皮肤癌的可能试剂。影响植物生长植物受到臭氧的损害，开始时表皮褪色，呈蜡质状，经过一段时间后色素发生变化，叶片上出现红褐色斑点。对建筑材料的破坏因平流层臭氧损耗导致阳光紫外线辐射的增加会加速建筑、喷涂、包装及电线电缆等所用材料，尤其是聚合物材料的降解和老化变质。降低大气的能见度光化学烟雾的重要特征之一是使大气的能见度降低、视程缩短。妨害了汽车与飞机等交通工具的安全运行，导致交通事故增多。其他危害光化学烟雾会加速橡胶制品的老化和龟裂，腐蚀建筑物和衣物，缩短其使用寿命。其他污染物对大气的影响（1）酸雨，汽车排放污染物中酸性物质溶解于水后形成；（2）臭氧层空洞，卤族元素在强阳光照射时，消耗臭氧，导致臭氧层破坏；（3）温室效应，汽车排放使大气中CO2浓度增加，气温上升。汽车有害排放物对人体和生物的危害有：CO：血液输氧能力降低、神经中枢受损，严重时危及生命。HC：刺激鼻、眼和呼吸道粘膜，引发呼吸道疾病。NOX：刺激人眼粘膜，对神经中枢有抑制作用，使呼吸系统失调，引发疾病。微粒：微粒是气固态的物质颗粒，因表面吸附多种有毒、致病、致癌或致命物质而具有危害。光化学烟雾：对人体呼吸系统以及粘膜有强烈刺激，引发肺水肿疾病。此外，对植物生长有抑制作用。3、汽车排放控制技术标准经过几十年的努力，汽车发动机排放的污染物质数量已经大大减少。除CO2以外，现在100辆汽车排放的污染物数量才相当于1950年一辆汽车的排放量。控制汽车排放的努力，集中体现在由各国政府制定并强制实施的汽车排放控制技术标准。这是因为环境污染影响到整个地球和人类社会，并涉及各方面的经济利益。为突出汽车排放控制技术标准的强制性，它们也被称为排放法规。汽车排放法规的主要内容是：（1）限值：有害排放物的限制数量或浓度；（2）试验规范：检测汽车或发动机有害排放物时的试验条件、要求和程序（流程）；（3）采样方法：检测试验时，采集样品的原理、方法和要求；（4）检测仪器：统一规定测试仪器的工作原理。但是，由于汽车保有量的持续增加，汽车排放污染物的总量仍不断上升，环境保护的形势非常严峻，特别是CO2的排放。发动机排放指标有：（1）排放浓度，表示某种有害排放物在废气中所占容积或质量的比例。（2）排放质量，表示汽车或发动机在单位时间、单次试验或单位里程里排放的某种有害排放物质量。（3）比排放量，表示发动机单位功率所排放的某种有害物的质量，用于不同发动机之间的比较。汽车的三种污染源发动机排气管（55%）曲轴箱（25%）燃油汽蒸发（20%）4.2有害排放物生成机理1．NOX生成机理NOX排放的生成机理目前尚无统一认识，比较认可的是用捷尔杜维奇链反应解释NO生成，并用其代表NOX的生成机理。这个反应机理表示NOX生成反应是不分支的链反应，而且是吸热反应。生成要素根据化学反应平衡原理、NOX的生成机理、平衡浓度的模拟计算和发动机台架试验的结果，提示NOX生成的主要要素是：（1）反应温度（2）氧气浓度（3）反应时间汽油机燃烧温度比柴油机高，因此，反应温度是影响汽油机NOX排放的主要因素；氧气浓度通过空燃比对汽油机NOX排放产生影响，在一定的空燃比范围中，汽油机有较高的NOX排放；汽油机的转速较高，反应时间对汽油机的NOX排放影响较小。2、CO生成机理（1）缺氧与局部缺氧燃烧根据化学计量学原理，当空气过量，氧气充足，稀混合气燃烧时，燃料应该能完全燃烧，不会产生CO；空气不足，缺氧或局部缺氧，即浓混合气燃烧时，会产生较多的CO。即空气充足空气不足（3）水煤气反应水煤气反应也是燃烧产物中有一定数量CO的原因之一。水蒸气也可高温离解（2）CO2的高温离解高温时，燃烧产物中有一定数量CO的原因之一是存在CO2的高温离解离解后的H2和O2参与其它反应，主要是水煤气反应（4）燃烧过程不完善实际燃烧过程是一个非常复杂的链式反应。燃烧过程中产生大量中间产物，包括CO。链式反应中断、不正常燃烧（如爆震），即燃烧过程不完善，都形成CO排放。有很多原因可以导致燃烧过程不完善。如局部断火、缺火、活性粒子碰撞壁面而失去活性、混合气过浓或过稀、废气稀释过度、各种点火故障等等。这些原因都会造成燃烧过程不完善。3、HC生成机理（1）缸壁激冷效应燃烧室壁面附近区域的混合气不能燃烧现象称为缸壁激冷效应。（2）燃烧室缝隙效应发动机燃烧室缝隙中混合气不能燃烧的现象称为缝隙效应。（3）燃烧过程不完善发动机排放的HC主要是燃烧过程中间产物。燃烧过程不完善，形成HC排放。HC是燃烧过程中间产物，是可燃烧气体。随着燃烧的进行会逐渐减少，并且在排气过程和排气管内会进一步氧化。仅就燃烧来说，汽油机气缸内是混合气。因此，燃烧过程不完善、壁面激冷效应和缝隙效应是汽油机HC排放的主要原因；4、微粒与汽油机相比，柴油机的微粒排放比较突出。柴油机微粒排放的类型（1）白烟白烟在起动及暖机过程前期，发动机温度在250℃时出现，主要成分为燃油颗粒，微粒直径较小。在起动及暖机过程前期，发动机温度低，压缩压力相对降低，喷油量小，喷油压力下降，油束雾化不好，同时，燃烧条件差，存在局部混合气过浓或油束心部、后部在扩散燃烧时未能充分燃烧现象。未能燃烧燃料在排气过程受已燃气体的加热变成燃油蒸汽，形成白烟。（2）蓝烟蓝烟在暖机过程后期，温度为250℃至着火温度出现，主要成分为润滑油颗粒，微粒直径略大。在暖机过程后期，发动机温度逐渐升高，燃烧室壁面温度提高，使壁面润滑油蒸发，但气缸供油量少，燃烧热量小，燃烧温度低，不能使润滑油蒸汽燃烧，因而形成蓝烟排出。（3）黑烟（碳烟）黑烟在急加速过程或大负荷时出现，主要成分为碳颗粒，微粒直径较大，直径范围宽。柴油机的微粒排放主要是碳烟。碳烟生成机理碳烟是燃烧过程的中间产物。燃烧过程中包括分子裂解、分解以及聚合等反应，在局部缺氧燃烧时，就出现碳烟。碳烟生成有两条路线：高温下裂解、复聚和环构；较低温度下聚合、环构和脱氢。（1）高温路线（2）低温路线柴油机碳烟生成主要按高温路线，即高温并缺氧燃烧是碳烟生成的主要原因。随着燃烧过程进行，碳烟也会氧化燃烧。发动机碳烟排放数量取决于碳烟生成和氧化矛盾作用的结果。在燃烧过程中，碳烟生成几乎不可避免。因此，重要的是加强氧化燃烧，才能减少碳烟排放数量。污染物成因与危害总结1.一氧化碳（CO）气体成因：是燃料不完全燃烧的产物。（即混合气太浓或燃烧质量不佳）。—碳氢燃料的高温氧化生成危害：浓度0.001%引起慢性中毒浓度0.012%，1小时后死亡（与血液中的血红蛋白结合）2.碳氢化合物（HC）成因：发动机未燃尽的燃料分解或供油系中燃料蒸发所产生。-壁面激冷效应-缝隙效应-缸壁润滑油膜的吸收和蒸发危害：形成光化学烟雾3、氮氧化合物（NOX)成因：在高温（1800℃）和高浓度氧气的条件下氮和氧才能发生反应，生成NOX(NO和NO2)。危害：引起光化学烟雾4、硫化物（SO2)成因：燃料中的硫和空气中的氧气反应生成。危害：形成酸雨5、微粒（碳烟）成因：高温缺氧不完全燃烧危害：影响呼吸系统6、二氧化碳成因：燃烧产生危害：温室效应空燃比可燃混合气中空气质量与燃油质量之比为空燃比，空燃比A/F(A：air-空气，F：fuel-燃料)表示空气和燃料的混合比。空燃比是发动机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。为使废气催化率达到最佳(90%以上)，必然在发动机排气管中安装氧传感器并实现闭环控制，其工作原理是氧传感器将测得废气中氧的浓度，转换成电信号后发送给ECU，使发动机的空燃比控制在一个狭小的、接近理想的区域内(14．7：1)。若空燃比大时，虽然CO和HC的转化率略有提高，但NOx的转化率急剧下降为20%，因此必须保证最佳的空燃比，实现最佳的空燃比，关键是要保证氧传感器工作正常。尾气成分与空燃比的关系二、汽车排放污染物的表示方法浓度排放量CO、CO2和O2%HC和NOppm(百万分之一）质量排放量g/h或g/测试比排放量g/Km三、汽车排放污染物的检测方法（一）双怠速检测法检测条件：1、发动机处于怠速运转状态，离合器处于结合位置，油门处于松开位置，变速杆位于空挡位置，阻风门（化油器式发动机）全开。2、进气系统装有空气滤清器，排气系统装有排气消音器，并不得有泄漏，汽油符合GB484的规定。3、使发动机冷却液和润滑油温度达到汽车使用说明书所规定的热机状态。测量步骤;1、必要时要在发动机上安装转速计、点火正时仪、冷却液和润滑油测温计等测试仪器。2、发动机由怠速工况加速至0.7倍的额定转速，维持60秒（以清除燃烧室中的各种残留气体）后降至怠速状态。3、在稳定怠速状态下，将尾气分析仪的取样管插入排气管中，插入深度等于400mm,并固定于排气管上。4、加速至高怠速状态下维持15s后开始读数，读取30s内CO和HC的最高值和最低值，取其平均值为高怠速排放测量结果。5、发动机从高怠速降至怠速状态维持15s后开始读数，读取30s内CO和HC的最高值和最低值，取其平均值为怠速排放测量结果。6、若为多排放管时，取各排放管测量结果的算术平均值。（二）、工况法加速模拟工况试验（ASM)特点：底盘测功机加载，可全面反映车辆尾气排放状况。何为“欧I”、“欧II”标准“欧I”、“欧II”是欧洲I号标准和欧洲II号标准的简称。欧洲标准属于一个专业的技术范畴，它是欧洲经济共同体委员会91／441／EEC制订的统一指令，涵盖了不同类型汽车排放的有关规定。现以设计乘员数不超过6人(含驾驶员)、总质量不超过2．5吨的汽车为例，在1999年1月1日到2003—12月31日期间，必须达到的排放极限值为：一氧化碳不超过3．16克／公里，碳氢化合物不超过1．13克／公里；另外，柴油车排放的颗粒物不超过0．18克／公里，耐久性为5万公里。这就是欧洲I号标准中的有关规定。在2004年1月1日以后，要求这类汽油车排放的一氧化碳不超过2．2克／公里，碳氢化合物不超过0．5克／公里；柴油车排放的一氧化碳不超过1．0克／公里，碳氢化合物不超过0．7克／公里，颗粒物不超过0．08克／公里。这就是欧洲II号标准的有关规定。四、