第6章发动机有害排放物的控制.

第六章发动机有害排放物的控刺概述排气净化装置种类发动机外部的排气净化装置:恒温进气空气滤清器二次空气喷射系统催化转换器排气再循环系统曲轴箱通风系统汽油蒸发控制系统2机动车及发动机污染状况•机动车污染排放量不断增加–机动车保有量大•2005年，汽车保有量约3300万辆；•摩托车超过1亿台（含大量摩托车未上牌照）；•农用车约3000万辆；•2011年7月，机动车保有量达到2.17亿，•其中私家车7000万量–污染物排放量大•2004年全国机动车碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物排放量已分别达到836.1、3639.8和549.2万吨。•2009年达到5143万吨。•我国单车排放量高于国外。是美国同类型在用车排放因子的4～6倍。3•机动车对城市空气污染影响严重–机动车污染贡献率大•在大城市，80%以上的CO和40%以上的NOX来自于机动车排放。–城市光化学污染问题日益突出•机动车排放的NOX和挥发性有机物在大气中进一步反应，形成淡蓝色烟雾，直接刺激人的呼吸系统，并对心血管等系统造成损害。•北京、南宁、深圳等城市先后出现光化学烟雾。机动车及发动机污染状况•2009年环境监测显示，全国113个环保重点城市中三分之一的城市空气质量不达标，很多城市尤其是大中城市空气污染已经呈现出煤烟型和汽车尾气复合型污染的特点，加剧了大气污染治理的难度。同时，我国一些地区酸雨、灰霾和光化学烟雾等区域性大气污染问题频繁发生，部分地区甚至出现了每年200多天的灰霾天气，这些问题的产生都与机动车排放的氮氧化物、细颗粒物等污染物直接相关。5•机动车对城市空气污染影响严重–机动车颗粒物排放严重危害人体健康•城市颗粒物污染中20～30％来自于机动车排放。•机动车排放的细颗粒可以达到肺的深部，对人体危害更加明显。美国EPA将柴油车排放的细颗粒列为189种有毒致癌物之一。•机动车排放高度位于人们的呼吸带内，对人体影响更加显著。机动车及发动机污染状况6我国汽车排放趋势预测全国CO排放预测5007501000125015001750200022502500275020032008201220152020基线情景1情景2情景3情景4情景5根据清华大学、中国环境科学研究院目前正在进行的“中国机动车污染控制规划研究”项目的初步研究成果，如果不实施欧三/欧四标准，我国机动车污染物排放总量从2008年后将会持续增长，见图3中蓝色基线（指在现有第二阶段排放标准下没有继续加严标准的情况）的变化趋势。在一些机动车污染严重的大城市，这种趋势就更为明显。相应的空气质量将不能得以改善，甚至会继续恶化。研究结果还表明，加严标准越快，近几年内空气质量改善效果将越明显。7我国汽车排放趋势预测全国HC排放预测100150200250300350400450200320082012201520208我国汽车排放趋势预测全国NOx排放预测50709011013015017019021023025020032008201220152020第一节、发动机的有害排放物汽车排放的污染物主要成分:一氧化碳(ＣO)碳氢化合物(ＨC)氮氧化合物(N0x)微粒CO引起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入体积分数为0.3％的CO气体时，可致人于死亡。NOx高温的产物，NOx的体积分数达(10～20)×10-4％可刺激口腔及鼻粘膜、眼角膜等。体积分数超过500×10-4％时、几分钟可使人出现肺气肿而死亡010020030040050020052008201520252035China,P.R.010020030040050020052008201520252035India02040608010020052008201520252035Thailand02040608010020052008201520252035Indonesia中国、印度、泰国和印尼的机动车增长040080012001600200520082015202520350100020003000400020052008201520252035ThousandTonsofPM10颗粒物千吨MillionTonsofCO2二氧化碳百万吨China,P.R.中国India印度交通行业未来的尾气排放道路交通的氮氧化物NOx排放20052008201520252035China8.510.313.19.72.8India2.22.63.53.61.6Economy01231051015MillionTonsofNOxHC和NOx：在阳光照射下会形成光化学烟雾、其中主要的生成物是臭氧(O３)，它具有强氧化性，可使橡胶开裂，植物受害，大气能见度降低，并刺激人眼和咽喉。微粒：主要是指柴油机排气中的碳烟，而汽油机的排气微粒微不足道。微粒表面吸附的可溶性有机物对人的呼吸道有害。NOx的危害性及排放情况(一)•氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的，包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和氧化二氮(N2O)。还有NxOy•氮氧化物的危害性表现在：•对人体健康的直接危害。•参与形成光化学烟雾，形成酸雨，造成环境污染。•氧化二氮是一种温室气体，会破坏臭氧层。NOx的危害性及排放情况(二)•光化学反应使NO2分解为NO和O3，大气中臭氧对人体健康十分有害。(强氧化性，对人眼睛和呼吸道有强烈的刺激)•光化学烟雾中对植物有害的成分主要为臭氧和氮氧化合物：臭氧浓度超过0.1ppm时便对植物产生危害。NO2浓度达1ppm时，某些植物便会受害。•氮氧化物在大气的催化反应中可形成硝酸。NOx的危害性及排放情况(三)•美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波及27个州。•1952年美国洛杉矶发生光化学烟雾，附近农作物一夜之间严重受害；6.5万公顷的森林，29％严重受害，33％中等受害，其余38％也受轻度损害。不同浓度的NO2对人体健康的影响浓度(ppm)影响1.0闻到臭味5.0闻到很强烈的臭味10-15眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激501分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激803－5分钟内引起胸痛100-150人在30－60分钟就会因肺水肿死亡200以上人瞬间死亡一些大城市对空气中NO含量的测定NO含量NO2含量日最大含量0.13-0.37ppm0.05-0.12ppm月最小含量0.01-0.04ppm0.01-0.04ppm月最大含量0.05-0.11ppm0.04-0.06ppm年平均含量0.03-0.07ppm0.02-0.05ppmNO2浓度的日变化00.20.40.60.811.21.41234567891011121314151617时间(h)NO2(ppm)系列1OBD•从20世纪80年代起，美、日、欧等各大汽车制造企业开始在其生产的电喷汽车上配备OBD，初期的OBD没有自检功能。比OBD更先进的OBD-Ⅱ在20世纪90年代中期产生，美国汽车工程师协会(SAE)制定了一套标准规范，要求各汽车制造企业按照OBD-Ⅱ的标准提供统一的诊断模式，在20世纪90年末期，进入北美市场的汽车都按照新标准设置OBD。•OBD-Ⅱ与以前的所有车载自诊断系统不同之处在于有严格的排放针对性，其实质性能就是监测汽车排放。当汽车排放的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)或燃油蒸发污染量超过设定的标准，故障灯就会点亮报警。第二节汽油机的排放控制装置汽油机尾气排放的控制方式•燃烧控制1.通过排气再循环降低NOx2.通过氧化催化装置或在排气中进行二次空气喷射降低CO和HC•三元催化转化装置1.电控燃油喷射排放控制的主要方式二、恒温进气空气滤清器即进气温度自动调节式空气滤清器由普通空气滤清器上增设一套空气加热与控制系统构成恒温进气空气滤清器的功用•冷起动后，向发动机供给热空气。在这种情况下，供给稀混合气，热空气也能促使燃油充分汽化和燃烧，从而既减少了CO和HC的排放，又改善了发动机低温运转性能。•发动机温度升高后，恒温进气空气滤清器向发动机供给环境温度的空气。恒温进气空气滤清器结构图恒温进气空气滤清器的工作原理•感应元件：双金属进气温度传感器•工作原理：利用双双金属进气温度传感器感应温度的变化适度开启或关闭真空管，使控制阀处在不同的位置。三、二次空气喷射系统工作原理利用空气泵将新鲜空气经空气喷管喷入排气道或催化转换器．使排气中的CO和HC进一步氧化或燃烧成二氧化碳(CO2)和水(H2O)。四、催化转换器功用：利用催化剂的作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无害的气体类型：氧化催化转挽器和三效催化转换器氧化催化转换器只将排气中的CO和HC氧化为CO2，和H2O，也称做二效催化转换器。必须向氧化催化转换器供给二次空气作为氧化剂，才能使其有效地工作。三效催化转换器可同时减少CO、HC和N0x的排放同时采用两种转换器时，通常把两者放在同一个转换器外壳内，三效催化转换器置于氧化催化转换器前面。排气经过三效催化转换器之后．部分未破氧化的CO和HC继续在氧化催化转换器中与供入的二次空气进行氧化反应。催化转换器的使用条件：•装用催化转换器的发动机只能使用无铅汽油•温度超过350度时，催化转换器才起催化反应。温度较低时，转换器的转换效率急剧下降。因此，催化转换器都安装在温度较高的排气支管后面。•必须向装有三效催化转换器的发动机供给理论混合比的混合气，才能保证三效催化转换器有较好的转换效果。•发动机调节不当，如混合气过浓或气缸缺火，都将引起转换器严重过热。五、柴油机微粒过滤器第二节强制式曲轴箱通风系统功用防止曲轴箱中的气体排放到大气中组成：参见图6-9PCV阀6、空气滤清器1、滤网2、空气软管3、气缸盖罩4、气缸盖和机体上的孔道、气一液分离器5、曲轴箱气体软管7、进气管8第三节汽油蒸发控制系统汽油蒸发控制系统的功用将蒸气的汽油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。◎为了防止汽油的挥发，造成环境污染和经济性变差，需要有燃油蒸汽控制系统，该系统由碳罐收集油箱挥发出来的蒸汽，经过电磁阀引入进气管，参与发动机的燃烧过程。燃油蒸汽控制系统碳罐的结构排气后处理◎排气总管上有氧传感器和三效催化装置。◎要求汽油中不能有铅，否则催化器易中毒。◎催化器要有稳定的工作温度：500～600度。◎要求氧传感器的响应要快。排放后处理排放后处理:催化转换器◎在发动机冷起动过程中，ECU根据环境温度自动控制催化转换器的加热继电器，使得转换器能够迅速到达工作温度，降低冷起动过程的排放。排放后处理◎在发动机热机后，催化器利用排气能量以及本身工作放出的能量可以使得其工作温度稳定在正常的范围。排放后处理◎催化器在安装上应该尽量接近发动机的排气岐管以减少排气能量的损失。◎采用二次空气辅助喷射和宽带的氧传感器进行精确的空燃比控制。