汽车排放污染控制技术

汽车排放污染控制技术内容摘要：

车是指用液化石油气（ LPG）和压缩天然气（ CNG）作为 燃料的汽车。 由于燃气汽车具有燃烧彻底，排污量较少等优点，是目前我国最具推广价值的低污染汽车，尤其适用于城市公共汽车和出租汽车。 当前我国燃气汽车的发展速度较快，但质量令人担忧，主要因为现在使用的燃气汽车基本是以改装车为主，改装后的燃气汽车由于改装技术不稳定，排放尾气污染改善程度十分有限。 因此今后应当鼓励汽车厂商直接生产在电喷技术基础上开发的双燃料汽车或单一燃料的燃气汽车，在城市应以公共汽车和出租车为重点推广燃气汽车，逐步扩大燃气汽车的应用规模。 电动汽车是以自载电池为电源，依靠大功率电动机提供动力的新型交通工 具，具有清洁无污染、噪声低、动力源多样化、能量转换效率高、结构简单、使用维修方便等优点，在环保和节能方面具有不可替代的优势。 发展燃气汽车、电动汽车及其他清洁能源汽车不仅可减轻全球气候变化的压力，同时也可减少对石油进口的依赖，实现能源供应多样化，减少空气污染对人体健康的影响。 二 . 柴油机故障诊断方法： 灵活运用十大故障诊断方法，对柴油机的常见故障和疑难故障进行诊断。 柴油机的工作原理决定有些故障比较明显，也比较容易判断，例如可用看柴油机排烟烟色，听柴油机声音，手摸某处的温度和感知振动等方法来判断。 排气烟色 观察柴油机排气烟色，判断柴油机的工作是否出现故障，是一种简单易行和有效的方法。 发动机在正常工作温度下，其排气烟色应该是无色或淡灰色，所谓无色不是完全无色，不能像汽油机那样无色，而是在无色中伴有淡淡的灰色，这是正常排气烟色；发动机在怠速时排气烟色可能重一些，在高速高负荷时也可能重一些，要注意观察正常排气烟色，才能对非正常的排气烟色有清楚的了解。 (1)排气冒黑烟。 柴油机排气冒黑烟主要是燃料过浓，可燃混合气形成不良或燃烧不完善等原因造成的。 在柴油机正常温度运转时，大负荷工况或加速工况下常常伴有冒 黑烟的现象，一般是因为喷油量过多造成的。 如果柴油机无故障，又调整得当，且冒烟限制器工作正常，柴油机在大负荷下冒黑烟现象就能减轻，排烟为灰色就比较正常。 排烟能调为淡灰色那是最好的。 在寒冷季节，柴油机冷起动时有的要冒出大量的黑烟，有的甚至较炊烟浓重得多，看上去就像汽车失事冒浓烟一样，没见过怪吓人的。 这主要是由于天气寒冷，空气温度低，进气温度低， 6110 型柴油机虽有进气预热装置，但可能有时不起作用或作用低下；柴油机机体冷，特别是在夜间冷冻一宿，已完全变冷，进入的空气虽经预热又被冷却，引起燃烧室中空气温度低，相应 的润滑油温度低，机油盘润滑油温度低，各油道和各润滑表面润滑油膜温度低，发动机运转阻力大，相应转速较低；冷却液温度低，柴油机升温慢；燃油温度低，喷油器喷射雾化不良，可燃混合气形成不佳，使得燃烧不完善；再加上燃油品质不佳，黑烟就更浓。 而德国道依茨 BF6M1013EC 型柴油机，在燃烧室中加装有笔式冷起动预热器，能给燃烧室加温，这就使冷机起动和冷起动后的预热过程的柴油机冒黑烟现象得以缓和且可较快消失掉。 对于柴油机冷起动时和延续一段时间的冒黑烟故障，很难以调整的方法加以解决，只能等待约半小时，发动机温度正常了，冒黑 烟故障也就随之减轻和消失了。 (2)蓝色烟。 排气蓝色烟，一般是发动机使用日久，慢慢开始烧机油引起的，随着蓝色烟雾的加重，烧机油越来越多，就应考虑维修柴油机了。 有时燃油中混有水分，或有水分漏入燃烧室中，引起燃烧的改变，柴油机会冒浅蓝色烟。 (3)白色烟。 白色烟是指排气烟色为白色，与无色不同，白色是水蒸气的白色。 白色表示排烟中含有水分或含未燃烧的燃油成分。 柴油机在寒冷天气运行时，发动机温度低，排气管温度也低，有水蒸气排气凝结成水汽形成白色排烟，是正常现象。 当发动机温度正常，排气管温度也正常时，仍然排出白色烟雾 ，说明发动机工作不正常，故障原因可能有：燃油中含有过多的水分；喷油泵压力过低；喷油器故障等使燃油在燃烧室中雾化不良、可燃混合气形成不良等引起的。 (4)灰色烟。 淡灰色烟，柴油机工作还算正常，但烟雾颜色加重呈灰色或接近于黑色就不正常了，除了上述排烟黑色的原因外，还可能有进气不畅即空气供给不好的原因。 当取下进气空气滤清器后，排气烟色由深变浅甚至变为无色时，就是空气滤清器堵塞了，应检查引起进气不畅的原因。 柴油机的工作原理决定其声音较汽油机大，当其发生故障时又会以更大的异响表现出来，只要认真监听， 故障比较容易判断。 监听柴油机异响的方法较多，如直接用耳朵监听，这是用得最多的，许多异响都可以直接听出来；借助于听棒、螺丝刀、胶管和听诊器等工具监听某部细微声音，也不失为好的监听方法，收到直接用耳朵听听不到的声音。 (1)柴油机工作粗暴噪声。 当调速器调整有误，喷油量过多，喷油过早时，可能会出现工作粗暴噪声，明显高于正常柴油机声音。 特别是当柴油机加速和高负荷时表现更为明显，应适当进行调整。 2)柴油机敲缸噪声。 当调速器调整使喷油过于提前时，燃烧室中燃烧压力发生在活塞上止点附近，燃烧室中燃烧压力上升率偏高，引 起柴油机敲缸。 敲缸多发生在加速和高负荷况，如敲缸经常发生，就应适当调整，否则长期敲缸会损坏柴油机。 (3)柴油机排气噪声。 柴油机排气噪声比较高，要求从发动机排气管口直到排气消声器排气出口的管路不能有损坏和漏气之处，如管路连接处漏气将使噪声大大增加，对使用十分不利，必须换件修好。 (4)气门落座噪声。 正确的气门落座噪声可用耳朵直接听到，用听棒或长起子监听听的更清楚，如听到气门噪声过大，可能是气门间隙过大，应重调气门间隙；如听不到气门落座噪声，还伴有柴油机工作不良等故障，可能是气门间隙过小，应重调气门间隙到适当 间隙，恢复柴油机正常工作。 (5)喷油系统噪声。 喷油泵和喷油器正常工作时，用听棒能够监听到有节奏的喷油泵出油阀出油声响和喷油器喷油后针阀落座的声响。 如监听不到某路喷油泵和喷油器的声音时，又伴有柴油机工作不良等故障时，可能是某缸不喷油，不工作。 (6)柴油机声音不正常。 柴油机正常工作时，发出有节奏的噪声，柴油机加速时声音正常变化转速正常提升。 为发动机加速时，声音变得清脆、 咯、咯 作响时，可能是喷油过早所致；声音变得沉闷、 呼、呼 作响且伴有加速无力时，可能是喷油过迟所致。 柴油机和柴油 车正常工作时，有一个常规的感觉得到的正常振动，低速低负荷时振动较小，高速高负荷时振动加大，加速过程中有一个逐渐过渡的振动过程。 在使用中这一振动明显改变和明显加大时，说明柴油机发生故障。 柴油机支承损坏，柴油机支承是柴油机与车架的连接装置，损坏后使柴油机振动明显改变；柴油机某缸不工作或工作不良，使发动机振动加大，当排除前者原因后要检查发动机本身。 柴油机供油高压油管的波动，可用手摸法直接感知出来，摸到的振动就像中医给人摸脉波一样，高压管的波动与转速成正比，节律准确，波幅一致。 当用手摸到某缸高压油管的脉动变得特别 重时，可能是本缸喷油器针阀卡住在喷油关闭位置所致，应进一步检查本缸工作情况；当某缸高压油管的脉动变得特别轻滑时，可能是本缸出油针阀处密封不良，也应继续检查。 柴油机起动后开始工作时，检查柴油机工作情况，可用手摸各缸排气管温度上升情况。 如某缸温度上升明显低于其他各缸，表示本缸不工作或有失火情况；柴油机在怠速时转速不稳，也可用上述摸各缸排气歧管的方法检查温度是否一致，如发现本缸温度仍然明显偏低，就应对本缸工作进行进一步检查。 但是当发动机升温后，发动机各部温度趋于一致，摸温度就不灵了。 汽车的仪表板 上装有许多仪表和指示信号，例如有电压表、发动机转速表、水温表、油压表、气压表、油量表、车速里程表和警告灯等。 这些仪表不仅供使用者掌握发动机和汽车的工作情况，还能用做发动机的故障诊断，那是再方便不过的了。 当起动发动机时，如感到起动困难，使用者就应首先注意到起动机转速过低的声音，观察到电压表指示电压是否低落和低电压指示灯是否已经点亮，可以判断蓄电池是否有电还是其他什么故障。 当汽车停车和发动机怠速运转时，如注意到气压表指示气压回落和气压警报灯点亮时，甚至注意听到了储气管路有漏气的声音时，就应仔细观察气压管路接头是 否密封不严或者管路折断现象等。 曲轴箱中的烟雾与燃烧室相关，主要是由活塞和活塞环隔开的，查看曲轴箱通风的烟色和烟量，可以较容易的检查活塞和活塞环的密封情况。 检查时拔下曲轴箱通风管接空气滤清器的接头，在发动机运转中看通风管向外排烟的情况，还可略提高发动机的转速观察排烟的烟色和烟量的变化情况。 对于较新的和工作正常的发动机，不应有烟气向外排出；对于使用时间较长但无故障的发动机，可以有少量的烟雾排出，烟色应为无色或微白色；如果通风管排烟量较重，排烟量较多颜色较黑，说明活塞环磨损漏气严重；如果排烟 颜色是蓝色，说明发动机烧机油，结合发动机的机油耗量的多少，可以说明发动机磨损到什么程度；如果排烟颜色变为黑色和大量的排烟，就应考虑到活塞环是否卡住或已经断裂，应进一步检查以确认其损坏情况；在某些特殊情况，可能排烟变为黄色烟雾，说明发动机轴瓦可能烧毁，应进一步检查或停机修理。 当以上故障判断不够明显时，还可将曲轴箱通风的另一根接发动机进气管的排气管接头也拔下来并将其堵住，切断了曲轴箱的排气，燃烧室的气体直接经活塞和活塞环排人曲轴箱并从曲轴箱通风管排出而无旁路，排烟量会明显增加，观察更为直观。 柴油机 的异味与汽油机不同，柴油机总是有异味，这个异味主要来自发动机的排气管，总是有未完全燃烧的柴油味，甚至驾驶员的身上永远都粘有柴油味，人们一嗅到有柴油味的人，再看一下外表，就能判断这个人是柴油车驾驶员。 可见排气中带有柴油味并不奇怪，但应注意嗅到排气中的柴油味加大加重，这是柴油机燃烧很不充分所致，应检查柴油机或调整 柴油机的调速器。 如果比较留心，还可以准确判断柴油机烧机油味等，再仔细观察和排除。 喷油泵是柴油机供油系中的重要部件，可用局部拆开喷油泵的方法，来判断柴油机的故障是方便的和有效的。 当 柴油机排气冒黑烟并怀疑柴油机的某一缸喷油过浓时，可以拆下这个缸的高压油管，从而停止了这个缸的供油，在柴油机转速和声音均发生变化的同时，柴油机排气冒黑烟消失了，立即可以判断是这个缸的喷油过浓所致。 当柴油机有活塞或活塞销的敲击声时，并怀疑这种声音来自某一个气缸，同样可以拆下这个缸的高压油管，如果敲击声消失，故障就在这个缸；如果判断不对，还可对邻近缸或其他各缸进行检查，一般可以找到故障所在。 检查柴油机的限速器和扭矩校正器是否按照要求起作用时，可以拆开喷油泵的侧盖，慢慢提升发动机的转速，一边听发动机的声音，一 边观察喷油泵齿条的移动情况，如果发动机上升到额定转速时齿条向回移动，发动机转速不再继续上升，就是限速器和扭矩限制器起作用。 否则应进一步检查和调整。 柴油机工作不良而怀疑供油管路有漏气故障时，可在高压泵的低压油管接头处拆开进油管，观察进油管中是否有气泡出现等。 柴油机的正常工作主要靠正常供油来实现。 当拆开供油低压管路后，可以改为用手动油泵来泵油，寻找供油系低压供油部分的故障。 当推拉手油泵都感到阻力小时，可能是手油泵膜片坏了，漏气，致使发动机工作不良。 当拉动手油泵行程感到阻力大而推动手油 泵阻力小时，甚至在回行程只要一放手，手柄就会自然落下时，可能是供油管路前段油管堵塞所致，重点检查前段供油管路。 当推动手油泵行程感到阻力大而拉动手油泵阻力小时，可能是供油管路后段油管堵塞。 在柴油机停机状态下，可逐缸拆下高压油管接头，打手油泵强制对高压泵供油，观察高压管接头出油情况，正常情况下应无柴油溢出；如果有柴油溢出，说明这个缸的出油阀密封不良，应拆检修理。 当怀疑某缸喷油器喷油不良时，可将这缸喷油器拆下来，在发动机运转中检查喷油器的喷油情况；也可在停机状态下，用撬动本缸喷油泵柱塞弹簧座的方法使喷油器喷油 ，观察喷油情况，判断喷油器好坏。 三． 柴油机微粒排放的净化技术 {一 }.柴油机微粒排放 柴油机排放物中的有害成分主要有 c0、 IlC、 NO:、微粒等，而微粒的成分主要包括碳烟颗粒 (占 30%)、可溶碳氢有机物 (占 35%)、硫及水 (占 35%).由于排放的微粒比表面积大、吸附力强 (吸附有多环芳香烃、苯并花等 )且微粒直径小 (只有 一 林 m)、重量轻，故能长时间悬浮在大气中，易被人体吸人并沉积在肺胞中，对人类的健康有极大的危害 .为此，世界各国对柴油机微粒排放的限制越来越严格。 由于喷人燃烧室的嫩料与空气混 合不完全，高温燃料及嫩气历经高温聚合及分解反应，产生了高分子量的 HC，经过进一步的凝聚作用，产生了碳烟颗粒，虽大部分在随后的富氧区烧掉，但终究因混合不完全仍有约 1%的碳烟颗粒没被烧掉，重的颗粒随即排出 .可溶碳氢有机物来源于未燃的燃油和机油 .碳氢有机物在冷凝过程中吸附在碳烟颗粒的表面，成为柴油机微粒排放的一部分 .为了达到日益严格的排放法规的要求，目前世界各国都在积极开发减少柴油机微粒排放的技术措施 . {二 }柴油机微粒排放的主要净化措施 机内净化着眼于降低燃烧室内碳粒初始粒子的形成、通过改进发 动机结构或增加附加装置达到微粒净化的目的 . 燃烧系统的优化 燃烧过程对微粒产生的影响最大，也是研究的热点，主要有以下几个研究方向 主要有喷油量、喷油嘴端压力、喷油嘴结构和喷油提前角 .喷油系统的性能直接影响嫩油的雾化和混合气的质量，最终影响微粒排放特性 .例如，增加喷油嘴孔数、采用电控技术和提高喷射压力可以使燃油在燃烧室内更均匀地分布，减少燃油碰壁，将有利于减少微粒排放，但会引起 N0，的增加。 ，日本、美国都在研究预混合燃烧方式的柴油机，这样，可使燃油与空气充分混合，尽量避免在高温缺氧情况下燃油裂解成碳粒的可能性。 .这是由于涡流比大，提高了进气速度，而降低充气效率 .但在发动机实际运行时，低转速时要求较高的进气旋流。 而高速时要求有较低的进气旋流 .采用可变涡流进气道技术可使运行中的涡流比在 一 之间变化，使发动机性能及微粒排放特性在整个范围内得到优化。 ，使活塞上的嫩烧凹坑和缸盖上的喷油嘴布置在燃烧室中央，改善了进气涡流和油雾分布，使燃 烧状况明显优化，同时也改善了活塞和喷嘴的冷却条件，从而减少微粒排放 : 、活塞顶和缸套可以提高嫩烧室的绝热效果 .用陶瓷材料制成气门摇臂等运动部件，可减少摩擦阻力、降低机油耗量，从而减少微粒排放 . 进气增压与空气冷却技术 进气增压与中冷可以增加进气量，这样姗料在最大扭矩时可以得到充分的氧，而避免达到临界空燃比。 使用变截面增压器 (vCT)并配合先进的控制系统，可有效地降低微粒排放量 . 降低机油消耗量 在柴油机排放的微粒中，未燃机油占很大比重，所以必须降低机油消耗量 .为此，须对活塞、活塞环、缸套等零部件进行优化设计并进行配合间隙的优化研究，特别是热变形条件下的研究，以达到降低机油消耗的目的 . 燃料的改进措施 ，柴油中的硫约有 98%转化为 S0。 ，其余的 2%成为硫酸盐颗粒 . 部分 s0:被进一步氧化并与嫩烧过程中生成的 HZO结合，形成 HZSO.和硫酸盐 (如 C?50?等 )，增加了微粒的排放量 .当嫩料中的 S从 %下降到 %时，微粒排放量将减少 8%~10%，但进一步减少 S 对微粒的排放量不再有影响 .美国 1993 年 10 月规定高速公路上行驶 的汽车所用的柴油，其硫含量不得高于%， 1996 年已全部供应低硫柴油 .日本也于 1997 年全部供应低硫柴油。 ，即微粒排放量随燃油比重的增加而增加 : ，这样由于油中水的急剧汽化使油滴变得更加细小，有利于扩散然烧，可有效降低微粒排放 . 机外净化即排气后处理，将柴油机排气引人专门的后处理装置中，消除其中的部分微粒后再排人大气 .主要的机外净化措施示于图 1. 机外净化措施中应用最广泛的是 微粒的过薄技术，即用耐高温的过滤材料制成特定结构的过滤体，将排气中的微粒截留在过滤体内，从而达到净化的目的 .过滤体的材料和。