汽车检测与维修毕业设计_浅论汽车排放污染控制技术

汽车检测与维修毕业设计_浅论汽车排放污染控制技术内容摘要：

nos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()12 械性能 ，能承受很高的热负荷。 . 目前国内外应用最广泛的过滤材料有壁流式蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、陶瓷纤维等。 随着过滤体内微粒的不断积累，柴油机排气阻力增加、背压升高 .当背压升高到一定程度时，将导致柴油机功率和过滤效率下降 .所以必须及时清除过滤体内积存的微粒。 众所周知，当柴油机在最大负荷、转速的工况下，气缸排气口的温度可达到500 一 600℃ ，此时柴油机排气微粒开始迅速氧化、升温直至着火燃烧，以此减少微粒，从而达到过滤体的排气阻 力和过滤效率恢复到原来的水平，即过滤体的“ 再生 ”. 目前过滤体的再生方法主要是 :“ 热再生 ” ，即利用全负荷再生、喷油助燃 再生、电加热再生、电自加热再生、节流再生等，此外，也开发了如逆向喷气再生、振动再生等非加热再生方法，也就是利用外部热源使积存在过滤体内的微粒升温、自燃，以减少过滤体内的微粒 . 柴油机排放后处理系统柴油机微粒后处理系统是利用泡沫陶瓷过滤微粒，并利用微波对滤体进行再生 . 泡沫陶瓷过滤体将陶瓷原料配制成泥浆，并在聚醋或聚醚泡沫塑料内浸演成型，最后经烧制而成 .泡沫陶瓷内部由许多小孔 (称为“气室 ”)组成，每个气室通过窗口与多个邻室相连，由于微粒直径远小于气室直径，所以微粒的捕集发生在整个气室里 .其优点是多孔结构使火焰易于传播。 废气再循环（ EGR）系统 柴油机与汽油机一样也有大量的 NO生成，废气再循环 (EGR)就是通过回引部分废气 与新鲜空气共同参与燃烧反应，利用废气中含有大量的惰性气体 (CON H2O等 )具有 较高的比热容这一特性，来降低 NOX的生成。 柴油机 NOX生成的原因是：燃烧过程的平均过量空气系数虽然比较大，但因混合气成 分不均匀，局部燃烧温度仍很高，所以生 成大量 NOX不过，随着柴油机负荷的降低， NOX的排放迅速减小。 在汽油机上降低 NOX最主要的方法是通过废气再循环 (EGR)，而柴油机也可以通过废 气再循环 (EGR)来降低 NOX排放。 废气再循环 (EGR)为什么能降低 NOX呢 ?因为 NOX的生成条件是高温富氧，而废气的引入，一方面使混合气热容量增大，造成相同量的混合气升高同样温度所需热容量增大，从而降低最高燃烧温度；另一方面，废气对新鲜充量的稀释 也相应降低了氧 的浓度，从而有江西理工大学南昌校区 2020 届毕业论文 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()13 效的抑制了 NOX的生成。 根据废气进入气缸是否通过发动机的进气系统， EGR系 统可分为内部EGR系统和外部 EGR系统。 内部： EGR系统通过改变配气正时实现。 该系统不需要外加其他设备，结构简单，应用 方便，而且可以避免再循环废气对管道的腐蚀，有利于提高系统耐久性。 由于是在进气行程 内，直接开启排气阀使废气回流，因此难以精确控制 EGR率；同时废气未经冷却直接回流， 引起混合气温度升高，这一点又有利于 NOX的生成。 因此内部 EGR对 NOX的抑制效果并不 显著。 但是随着控制技术的不断提高，内部 EGR因其简单、便利，日益受到青睐。 外部 ： EGR利用专门的管道将废气引入进气歧管，使废气与 新鲜 空气 在进入气缸前充分混合。 由于外部 EGR不但可以通过电控系统精确控制 EGR率 、 优化发动机性能，而且可以 在外部系统中通过加装 EGR冷却器，有效降低燃烧温度，因此目前较为常用的是外部 EGR系统。 1 增压柴油机 EGR 的实现 自然吸气柴油机所用的 EGR系统与汽油机类似。 由于进排气之间有足够的压力差， EGR的控制比较容易。 在现代增压柴油机中，由于涡轮增压器效率的提高，增压器后的进气压力 (增压压力 )，在很多工况下会高于增压器前的排气压力，造成 EGR的困难，至少不会获得 足够高的 EGR率。 为此可采用下列措施： ① 如图 3la所示，在 EGR阀 5前，加一个排气脉冲阀 6，利用排气脉冲加大 EGR量。 ② 用节流阀 7对进气进行节流 (见图 3lb)，可降低柴油机前的进气压力，可使 EGR率大为提高。 但显然会增加柴油机的泵气损失，有损燃油经济性。 ③ 在进气系统中，装一个文丘里管 8(见图 3lc)，可以提高 EGR的有效压差， 从而 扩大 EGR率的可调范围。 由于文丘里管喉口的压降，在喉口下游可得到部分的恢复，压力 损失可以减，调节文丘里管的旁通阀 9，可改变 EGR 的有效压差。 ④ 用专门的 EGR泵 11(见图 3ld)强制进行 EGR，当然具有最大的灵活性。 但由于 EGR泵 的流量要求很大，机械驱动泵显然过于庞大昂贵。 如图上所示涡轮增压器驱动一个 外加的 EGR泵 11是一个实用方案。 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()14 ⑤ 用可变喷嘴增压器 VNT（ Variable Nozzle Turbocharger） ,是实现增压柴油机有效 EGR的一个新途径。 用普通涡轮增压器，实现足够的 EGR往往有困难。 有实验结果表明；用普通的涡轮增压器时，只能在部分负荷下获得 EGR率；用可变喷嘴涡轮增压器时，柴油机大负荷时，可以通过减小涡轮喷嘴流通面积来提高排气压力，进而增大大负荷领域的 EGR率。 图 31（增压中冷柴油机的 EGR 系统） a 用排气脉冲阀的 EGR 系统 b 用进气节流阀的 EGR 系统 c 用文丘里管的 EGR 系统 d 用 EGR 泵的 EGR 系统 1— 电控单元 2— 中冷器 3— 柴油机 4— 涡轮增压器 5— EGR 阀 6— 排气脉冲阀 7— 进气节流阀 8— 文丘里管 9— 文丘里管旁通阀 10— EGR 冷却器 11— EGR 泵 2 废气再循环排气的冷却 实验证 明，把再循环的排气加以冷却，即采用所谓冷 EGR，可使进入缸内的新鲜空气的损失减少，从而避免了大负荷燃油经济性和排气烟度的恶化。 冷 EGR 系统布置如图 31c、图 31d 所示。 EGR 冷却器 10 可以用柴油机的冷却水冷却，但冷却温降有限，最好用空气直接冷却。 现已成功投产的 EGR 冷却器，可在不同工况下，使 EGR 温度下降 50150℃，使 NO 下降 10%左右。 d 柴油机 EGR 的控制 江西理工大学南昌校区 2020 届毕业论文 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()15 （ 1）控制方式 柴油机的 EGR 控制比较复杂，尤其是增压柴油机，一般都采用电子控制。 其控制方式可以是开环控制，也可以是闭环控制。 开环控 制。 开环控制一般基于脉谱 (MAP)的控制，即通过实验确定典型工况下，达到排放要求的最佳 EGR率。 这种方法控制简单，目前应用较为普遍。 但其准确性依赖于各种工况下 MAP图的精确制取，同时动态响应慢。 较典型的开环控制为对混合气的成份加以考虑，根据不同转速、负荷条件，由进气和排气中的氧气浓度来确定最优的 EGR率，例如在图 3— 1a中，电控单元 1根据柴油机转速、负荷，以及进气和排气中的氧气浓度、温度等传感器的输入信号，按标定的 EGR脉谱对 EGR阀 节流阀 旁通阀 9等执行机构进行控制。 EGR阀 5可以是一个真空阀。 电控 单元 1通过对一个独立真空源产生的真空度加以调制，来控制真空阀的开度。 EGR阀也可以是一个电磁阀，可由电控单元通过 PWM信号直接控制。 闭环控制。 闭环控制可以选择基于排气背压的闭环控制，也可选择基于排气氧气传感器紫的闭环控制。 基于排气氧气传感器的闭环控制，选取对发动机性能影响最大的两个参数 —— 进气中的氧气浓度和排气中的氧气浓度加以考虑。 基于过量空气系数的 EGR控制，是通过过量空气系数来间接测量 NOx的排放量，其受 EGR率的影响大，可作为 EGR闭环控制的反馈信号。 闭环控制可以实时根据工况的变化自动调整 EGR量， 使 EGR达到最佳。 因此，它比开环控制的效果更好，但其结构也较复杂。 （ 2）控制时间 汽油发动机在发动机中小负荷时将一定量的废气引入燃烧室参与燃烧，怠速、全负荷时不起作用。 柴油发动机在发动机怠速、中小负荷时将一定量的废气引入燃烧室参与燃烧，全负荷不起作用。 柴油机 EGR 系统的结构 以一汽大众柴油轿车为例，其柴油机 EGR 系统的结构主要分为两类： ① 废气再循环电磁阀与机械阀分开方式（见图 32） ② 废气再循环电磁阀与机械阀合二为一，直接由发动机控制单元控制（见图 33） Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()16 图 32 （ EGR 与机械阀分 开 方 式 ） 图 33 （ EGR 阀与机械阀合并方式 ） 1发动机控制单元 2废气再循环阀（电磁） 1发动机控制单元 2废气再循环阀（电磁） 3废气再循 环阀（机械） 4空气流量计 3废气再循环阀（机械） 4尾气净化装置 5尾气净化装置 江西理工大学南昌校区 2020 届毕业论文 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()17 第三章 发动 机排气后处理技术的研究及发展进程 、 催化氧化法 柴油机 PM 后处理技术包括催化氧化和过滤，利用催化氧化技术减少载重车和城市公交车柴油机尾气 PM 排放始于 20 世纪 90 年代。 催化剂为蜂窝整体直通式，能部分氧化去除 排气 PM 的可溶性有机组分以及气态污染物 HC 和 CO，发动机负荷低时， PM 可溶性有机组分含量高，催化氧化降低 PM 排放效果明显；而发动机负荷高时， PM 中可溶性有机组分含量低，催化氧化降低 PM 排放效果较弱。 典型的 PM 排放降低值为 20%～ 50%，而且随着排气温度提高，降低率增大，但排气温度提高也会导致 SO3 和硫酸盐排放增加。 、过滤法 过滤是降低 PM 排放最直接的方法，但将柴油机排气微粒收集起来后，决定微粒捕集器可行性的就是再生的问题了，微粒捕集器的再生一般都采用燃烧法，即利用外界能量提高微粒捕集器内的温度，使微 粒着火燃烧，或通过使用某些催化剂降低微粒的着火温度，使之能在正常的柴油机排气温度下着火燃烧分解。 目前，催化再生的燃油添加剂再生和连续再生已成为研究的热点。 燃油添加剂再生可能会造成新的二次污染，但这类燃油添加剂通常为含钙或铁钡铜锰的金属化合物，成本相对低，降低微粒着火温度显著，在国内该方法应该具有较为广泛的应用前景；而连续再生是将催化剂与微粒表面充分接触，降低微粒排放量的效果也较为明显。 连续再生式 DPF 装置目前要解决的问题是 :在发动机的各种运转条件下不发生碳粒堵塞现象，以确保碳粒净化率的长期稳定性，提高其 使用寿命 、低温等离子体技术 目前，低温等离子体技术在柴油机尾气控制中较多的是将其用于排气微粒的捕集，其主要依据在于柴油机排气微粒中有 70%～ 80%（以质量计）是带电的。 利用低温等离子技术捕集柴油机微粒的技术现在还。