汽车尾气排放及净化措施的现状研究毕业论文

汽车尾气排放及净化措施的现状研究毕业论文内容摘要：

化器和氧传感器，降低对污染物的催化效果；若汽油饱和蒸气压较高，也会带来挥发性污染。 新油品标准的制定体现了车厂和油厂的利益之争。 值得注意的是 OBD 系统不能在车辆出厂哈尔滨剑桥学院毕业论文 4 之后经过改造加上，因此即使现在购买那些已经具备达到欧Ⅲ排放标准条件的车辆，今后也不会视同已经符合我国新排放标准。 关键所在是油品的问题，如果使用相应的低品质燃油或油品质量不断反复，必然会导致排放标准不合要求，排放同样达不到新标准要求。 要使汽车达到更严格的尾气排放标准，不仅要求汽车生产厂家提高整车生产技术，还需油品供应商 提高相应的燃油质量。 欧Ⅳ与欧Ⅱ相比，欧Ⅲ排放标准中最大的变化在于车辆出厂前必须装配核心组件 OBD，即车载自诊断系统，在全国市场提供质量稳定的燃油产品是实施更高排放标准的先决条件，加装 OBD 自动诊断系统才是当务之急。 本课题研究的内容 通过近年来我国汽车保有量得不断增多，尾气排放的污染之严重，本文介绍汽车排放污染物种类和生成机理及其对人体的危害，分析汽车排放物的形成原因，阐述现有汽车排放控制的技术措施，主要包括机内控制和机外控制，本文介绍了两种机内控制废气再循环系统、稀薄燃烧技术，本文详细分析代用 燃料汽车、电动汽车和混合动力汽车的排放特性，指出为了环境保护和汽车工业的可持续发展 ， 代用燃料汽车技术、电动汽车技术和混合动力汽车技术是解决汽车排放、噪声和能源结构问题的有效手段。 混合动力汽车具有低油耗、低排放、长行驶里程、技术成熟等优点 ， 是近期较理想的汽车发展模式。 燃料电池汽车是未来零排放的理想汽车。 哈尔滨剑桥学院毕业论文 5 2 汽车尾气污染物生成机理及对人类的危害 一氧化碳 CO 是汽油燃烧不完全的产物，其数量占尾气成分的首位。 化石燃料的不完全燃烧和高温下 存在的 2CO+O2═2CO 2的平衡，使得 CO存在于所有实际燃烧器的尾气之中。 CO 是一种无色、无味、无刺激性的有害气体， 主要从排气管排出， 也有少量由曲轴箱排出。 人吸入 CO 后， 血中结合氧的血红蛋白将失去携带氧的能力， 人就会出现中毒现象， 如反应能力、视敏度下降等。 CO 中毒的早期症状是流泪、咳嗽、头晕、恶心、呕吐、胸痛、呼吸困难， 严重时会发生虚脱。 碳氢化合物 大气的烃类污染物的定义并不严格，它是指各种烃类及其衍生物，品种极多，一般以 HC 表示（此处 HC 主要是指油箱及化油器的逸散和滴漏的燃料 油和部分因燃烧不完全而生成的烃类及其各种衍生物）。 汽车尾气排放的未经燃烧的汽油和燃烧不完全成产生的烃类衍生物成分极其复杂，其中有饱和烃、不饱和烃、芳香烃以及这些烃类的含氧衍生物（如醛、酮等），不仅成分种类多，且组成变化也大。 烃类污染物对自然界的危害，主要是破坏了生态系统的正常循环，还诱发产生光化学烟雾 有时简称未燃烃。 人体内吸入较多的未燃烃，会破坏造成血机能，造成贫血，神经衰弱，并会降低肺的抵抗力。 氮氧化合物 氮的氧化物种类很多，但在大气中有危害作用的，主要是 NO 和 NO2，习惯上将这两种化合物以 NOx 表示，称为氮氧化物。 NOx 主要是在气缸点火的高温瞬间由空气中的氮与氧化物合成成的。 NOx 对人体有危害，它进入人体后，开始是刺激呼吸器官，然后逐渐侵入肺部，与细胞液中水分结合成亚硝酸和硝酸后产生强烈的刺激与腐蚀作用，引起肺水肿。 NO2的毒性高于 NO， NO2气体呈红棕色，有特殊刺激臭味。 NOx 既有害于人体健康，还会腐蚀建筑物，并能导致形成酸雨和光化学烟雾，被列为大气中的重要污染物。 哈尔滨剑桥学院毕业论文 6 其他污染物 可吸入颗粒物 直径大于 10μm的颗粒，能依靠其自身重力作用降落到地面，称为降尘。 它们在空气中 停留时间短，不易被人吸入，故危害不大。 直径小于 10μm的颗粒，在空气中可较长时间飘游，称为飘尘。 对人体健康危险性最大的是，这种飘尘可直接到达肺细胞而沉积在肺中，并可进入血液，导致呼吸道疾病，它们还可能和 SO2， NO2 等产生协同作用，损害粘膜、肺细胞，引起支气管和肺部炎症，部分病人最后会导致肺心病。 汽车尾气中的颗粒物包括铅化合物、碳颗粒和油雾等。 铅化合物是大气的重金属污染中毒性较大的一种，它来自于汽油的抗爆添加剂，这是一种含铅的有机化合物四乙基铅 [（ C2H5） 4Pb]。 其毒性比无机铅化合物约大百倍，并且随行车和风力扩散。 它是引起急性精神病症的剧毒物质，它可以在人体中不断积累，当血液铅含量超过 时，可造成贫血等中毒症状。 所以现在逐步推广使用无铅汽油。 碳颗粒是燃料不完全燃烧的产物，而油雾通常是由于油箱及化油器的逸漏而造成的。 哈尔滨剑桥学院毕业论文 7 3 现代汽车污染控制技术 汽车尾气的控制有机内控制与机外净化两种形式。 机内控制是通过改变发动机设计、制造工艺等手段来减少有害物质的生成。 本文主要介绍了，废气再循环系统汽油电喷系统及稀薄燃烧技术 [2]。 废气再循环原理与 净化任务 ERG 的工作原理 废气再循环系统，简称 EGR，其作用是将柴油机产生的一小部分废气再送回气缸。 再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过程，这就是氮氧化合物会减少的主要原因。 EGR 率是用来反映 EGR 控制量的，即废气混入的多少 EGR=返回废气量／进气量 +返回废气量 100%。 另外，提高废气再循环率会使总的废气流量减少，因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。 废气再循环系统示意图（见图 31）。 图 31 废气再循环系统示意图 废气再循环装置主 要用于减少 NOx 的生成量、减少废气污染。 因为 NOx 是在高温哈尔滨剑桥学院毕业论文 8 富氧的条件下生成，引入废气再燃烧，可降低混合气的燃烧温度，可以抑制 NOx 的生成量。 废气再循环装置，通过 EGR 阀把少量的废气引入进气歧管与混合气混合，进入气缸燃烧。 废气中几乎不含氧，是不可燃气体。 这些气体与混合气混合使可燃成份下降，减少了发动机燃烧时的温度，从而减少了 NOX 的生成量。 另外，从排气歧管进入进气歧管的废气有一定温度，使进气歧管中的混合气受热膨胀、使吸入发动机汽缸中的有效燃烧物质减少，形成较弱的可燃混合气和一定数量的废气进入发动机燃烧室，也降 低了混合气的燃烧温度，使 NOX生成量减本田轿车的电脑控制废气再循环系统主要由 ECM 电脑、 EGR 阀、 EGR 阀位置传感器、 EGR 真空控制阀和 EGR电磁阀等组成。 电脑控制 EGR 系统由进气歧管绝对压力传感器、进气温度、冷却液温度、 EGR 阀的位置和 A/F 等检测到的信号输入 E C M， E C M 根据这些参数计算出EGR 阀的开启位置，同时向 EGR 电磁阀发出指令、使 EGR 阀的阀门处在优先位置，让发动机燃烧生成的 NOX 降低到最低限度而又不影响发动机的动力性。 在 EGR 系统管路中排气歧管与进气歧管相通，中间依靠 EGR 阀等执行元件 控制开启。 在 EGR 阀的上方安装有 EGR 阀位置传感器， EGR 真空控制阀、 EGR 电磁阀通过控制 EGR 阀的开度控制废气再循环量。 EGR 阀的开启受真空度控制，真空度又由 EGR 真空控制阀控制， EGR 真空控制阀的作用是保持进入 E G R 电磁阀的真空度恒定 [3]。 EGR 阀位置传感器安装在 EGR 阀的上部，它能准确地检测 EGR 阀，阀门开启或关闭的大小，并把准确位置输入 E C M,E C M 根据这个位置和其他数据计算出最佳废气再循环量，进而控制 EGR 电磁阀阀门变化达到最佳废气循环量，使 NOX生成量减到最少。 EGR 阀位置传感器 （如图 32）所示。 EGR 阀位置传感器与节气门位置传感器类似。 当 EGR 阀工作时，传感器中电阻的变化与 EGR 阀阀杆的运动成正比， EGR阀关闭时传感器的电阻值最大，随着 EGR 的开启电阻逐渐减少，当 E G R 阀全部打开时，传感器中的电阻值达到最小。 (图 33)为本田轿车 accord 本田雅阁轿车废气再循环系统。 哈尔滨剑桥学院毕业论文 9 图 32EGR 阀位置传感器 图 33 本田轿车 accord 废气再循环系统 本田雅阁轿车废气再循环系统由 EGR 阀、 EGR 真空控制阀、 EGR 控制电磁阀、控制器 (ECM／ PCM)CORD 废气再循环系统。 和 EGR 阀提升传感器等组成（如图 4所示）。 废气再循环系统和三元催化剂配合，能使排放污染气体中的 NOx 含量得到有效地降低。 由于 NOx 产生的条件有两个，一是高温，二是多氧，所以 EGR 不是所有工况都工作，而是在低速、水温低于 50℃时废气不循环，防止失速现象的产生；在高速、中负荷时一般具备了产生 NOx 的条件，废气阀投入工作，控制 NOx 排放的污染值 [3]。 EGR 系统的任务 EGR 系统的任务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状况，从而使燃烧过程始终处于最理想的情况，最终保证排放物中的污染成份最低。 尽管提高废气再循环率对减少氮氧化物（ NOx）的排放有积极的影响，但同时这也会对颗粒物和其他污染成份的减少产生消极的影响。 废气再循环 EGR 系统是目前用于降低发动哈尔滨剑桥学院毕业论文 10 机 NOx 排放的一种有效措施，它将一部分排气引入进气管与新混合气混合后进入气缸燃烧，从而实现再循环，并对进入进气系统的排气进行最佳控制 [4]。 稀薄燃烧技术的净化作用 随着能源供给的日益紧张，人们对车用发动机的燃油经济性更加重视，采取了许多有效措施，其中的汽油机稀薄燃烧技术，就是改进汽油机燃油经济性的重要手段。 稀薄燃烧指的是发动机在实际空燃比大 于理论空燃比的情况下的燃烧，它可以使燃料的燃烧更加完全，同时，辅以相应的排放控制措施，汽油机的有害排放物一氧化碳， 碳氢化合物 氮氧化合物将大大地减少，且稀燃时燃烧室内的主要成分氧气和氮气的比热较小，多变指数 K 较高，因而发动机的热效率高，燃油经济性好 [5]。 汽油机稀薄燃烧包括进气道喷射稀燃系统（ PFI）、直接喷射稀燃系统（ GDI）和均质混合气压燃系统（ HCCI）。 1）进气道喷射稀燃系统（ PFI）普通汽油机工作时保证可靠点火所对应的空燃比为 10:120:1。 与此相比，稀燃汽油机的空燃比要大得多。 为了保 证可靠点火，点燃式稀 燃汽油机在点火瞬间火花塞周围必须形成易于点燃的空燃比为 ::1 的混合气。 这就要求混合气在气缸内非均质分布。 而要实现混合气的非均质分布，必须使混合气在气缸内分层。 混合气分层主要依靠气流的运动结合适时的喷油实现。 进气道喷射稀燃系统根据进气流在气缸内的流动形式不同，可分为涡流分层和滚流分层两种。 涡流分层稀燃系统这种燃烧方式一般是通过对进气系统的合理配置，使缸内产生强烈的涡流运动。 该涡流的轴线与气缸中心线大体一致，形成沿气缸轴线的涡流运动。 在进气冲程初期，随着活塞向下运动， 缸内形成较强的涡流。 通过控制喷油时刻使喷油器在进气后期喷油，进入气缸的燃油大部分就保持在气缸的上部，气缸内的强涡流起到维持混合气分层的作用，气缸内将形成上浓下稀的分层效果，火花塞周围有较浓的混合气。 这样形成的涡流在压缩后期虽然随着活塞的上行逐渐衰减，但涡流的分层效果仍可大体一直保持到压缩上止点，有利于点火燃烧。 不难看出，在这种燃烧系统中影响稀燃效果的主要因素是缸内涡流的强度和喷油定时。 一般说来，涡流越强，缸内混合气上下混合的趋势就越弱，分层效果保持得就越好。 喷油哈尔滨剑桥学院毕业论文 11 定时和喷油速率决定了缸内混合气在流场中的空间分 布以及浓度梯度。 稀燃极限与喷油定时关系很大，只有在进气行程的某一区间内结束喷油，才能得到理想的混合气分层。 滚流分层稀燃系统滚流是指气流的旋转中心线与气缸的轴线垂直。 滚流分层多用于进气道对称布置的多气门发动机，尤其是蓬顶形燃烧室、对称进气的 4 气门发动机。 通过合理配置进气系统，可以促使滚流运动的形成。 当进气门升程较小时，进气流在缸内的流动紊乱，有规律的流动不明显。 此时存在两个旋转轴相互平行而垂直于气缸轴线的涡团，一个在进气门下方靠近进气道一侧，另一个在进气道对侧，大致位于排气门下方，此为非滚流期。 当气门升程加大时，位于进气道对侧的涡团突然加强，进而占据整个燃烧室，与此同时另一个涡团逐渐消失，此为滚流产生期。 随着气门 升程的加大和活塞下移，滚流不断加强。 在进气行程下止点附近滚流达到最强，此为滚流发展期。 压缩行程属滚流的持续期。 在压缩行程后期，由于燃烧室空间扁平，不适于滚流发展而遭破坏。 在上止点附近，滚流几乎被压碎而成为小尺度的湍流，此为破碎期。 滚流的生命周期短，点火后将很快在燃烧过程中消失。 正是由于滚流在上止点附近破碎为湍流，将进气流动的动能转化为湍动能，才有利于发动机性能的提高。 2） 直接喷射稀燃系统（ GDI）进气道喷射汽油机在不采用助燃方法组织稀燃时，其空燃比超过 27:1 非常困难。 但直接喷射稀燃系统超过这一界限却非 常容易。 与缸外进气道喷射稀燃汽油机相比，缸内喷射稀燃汽油机具有泵气损失小、传热损失小、充气效率高、抗爆性好及动态响应快等特点。 日本三菱汽车公司开发的 GDI 发动机，是利用缸内滚流实现稀燃的典型直喷发动机。 与原 PFI方 式 的 4G93 原 型 机 相 比 ， 4G93。