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1、第六章第六章 发动机有害排放物的控制发动机有害排放物的控制发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造本章主要内容本章主要内容v汽车发动机的有害排放物汽车发动机的有害排放物v汽油机的排放控制装置汽油机的排放控制装置v其他排放物的控制系统其他排放物的控制系统v柴油机的排放控制系统柴油机的排放控制系统发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造第一节第一节 汽车发动机的有害排放物汽车发动机的有害排放物v 发动机的有害排放物：主要有发动机的有害排放物：主要有一氧化碳（一氧化碳（COCO）、碳氢）、碳氢化合物（化合物（HCHC）、氮氧化合物（）、氮氧化合物（NOxNOx）和和微粒排放微粒排放。发动机构造发动机
2、构造发动机构造发动机构造COCO 一氧化碳（一氧化碳（COCO）：）：碳氢燃料的不完全产物，人吸入后将碳氢燃料的不完全产物，人吸入后将降低血液吸收和运送氧气的能力。降低血液吸收和运送氧气的能力。一氧化碳（一氧化碳（COCO）是碳氢燃料在燃烧过程中生成的重要的）是碳氢燃料在燃烧过程中生成的重要的中间产物中间产物。COCO生成的机理比较复杂。生成的机理比较复杂。氧气不足氧气不足;产生原因：产生原因：燃烧温度低；燃烧温度低；燃烧时间不足；燃烧时间不足；混合不均。混合不均。从化学当量的角度看，从化学当量的角度看，COCO的生成率主要受的生成率主要受混合气浓度混合气浓度 c c的影响。的影响。控制方法控
3、制方法v促进混合气生成促进混合气生成v有效控制燃烧温度。有效控制燃烧温度。发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造CHCH化合物化合物二、碳氢化合物（二、碳氢化合物（HCHC）：）：包括未燃和未完全燃烧的包括未燃和未完全燃烧的燃油和润滑油燃油和润滑油蒸汽。蒸汽。HCHC和和NOxNOx在阳光照射下形成光化学烟雾，其主要生成物在阳光照射下形成光化学烟雾，其主要生成物是是臭氧臭氧，具有强烈氧化性，对人类、环境危害极大。，具有强烈氧化性，对人类、环境危害极大。产生来源：产生来源：尾气尾气HCHC占总量的占总量的6060；曲轴箱窜气曲轴箱窜气HCHC占总量的占总量的2525；供油系统的蒸气供油系统的蒸
4、气HCHC占总量的占总量的15152020左右。左右。在燃烧过程中在燃烧过程中HCHC的的生成途径：生成途径：氧气不足、缝隙效应、激冷与淬熄。氧气不足、缝隙效应、激冷与淬熄。发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造CHCH控制方法控制方法控制方法控制方法v采用采用C C含量少的代用燃料含量少的代用燃料v采用电控技术改善燃烧采用电控技术改善燃烧v保证混合气浓度和燃烧温度保证混合气浓度和燃烧温度发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造NOxNOx 发动机排出的发动机排出的氮氧化物氮氧化物主要是主要是NONO（占（占95%95%），），NONO2 2排出量排出量较少。较少。主要原因：主要原因：高温；
5、高温；富氧；富氧；滞留时间。滞留时间。控制方法控制方法v降低混合气中氧的浓度降低混合气中氧的浓度v降低燃烧温度降低燃烧温度v缩短在高温燃烧带内的滞留时间缩短在高温燃烧带内的滞留时间v改善混合气的形成改善混合气的形成发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造微粒微粒（1 1）形成原因形成原因碳烟是由碳烟是由烃类燃料烃类燃料在在高温缺氧高温缺氧条件下裂解生成的。条件下裂解生成的。（2 2）危害）危害0.10.1 m m以以下下的的微微粒粒对对人人体体的的危危害害最最大大，吸吸入入肺肺叶叶后后会会吸吸附附在在肺肺细细胞胞上上，其其中中可可溶溶性性有有机机物物、多多环环芳芳香香烃烃等等是是致致癌物质。癌
6、物质。n n控制方法控制方法控制方法控制方法n n提高喷射速率或进行高压喷射。提高喷射速率或进行高压喷射。提高喷射速率或进行高压喷射。提高喷射速率或进行高压喷射。n n改进燃烧室结构，有效组织燃烧室内的气流运动。改进燃烧室结构，有效组织燃烧室内的气流运动。改进燃烧室结构，有效组织燃烧室内的气流运动。改进燃烧室结构，有效组织燃烧室内的气流运动。主要指主要指柴油机柴油机排气中的排气中的碳烟碳烟，其表面吸附的，其表面吸附的可融性有机物可融性有机物对人的呼吸道有害。对人的呼吸道有害。发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造欧洲汽车排放法规发展欧洲汽车排放法规发展发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造
7、（1 1）轿车的欧洲排放标准（类别）轿车的欧洲排放标准（类别M1*M1*），单位：（），单位：（g/kmg/km）发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造第二节第二节 汽油机排放控制装置汽油机排放控制装置v催化转化装置催化转化装置v降低低温降低低温CHCH排放装置排放装置v稀薄氮氧化合物催化转化装置稀薄氮氧化合物催化转化装置v废气再循环系统废气再循环系统发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造一、催化转化装置一、催化转化装置 氧化催化转化装置氧化催化转化装置一、催化转化装置一、催化转化装置 还原催化转换装置还原催化转换装置 三元催化转换装置三元催化转换装
8、置 发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造1 1、氧化催化转化装置、氧化催化转化装置 氧化转换器只将排气中的氧化转换器只将排气中的COCO、HCHC氧化成氧化成COCO2 2和和H H2 2O O，又称，又称为为二元催化转换器二元催化转换器，必须提供，必须提供二次空气二次空气作为氧化剂。作为氧化剂。催化反应器催化反应器低温下使用。低温下使用。发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造 三元催化转换器可以三元催化转换器可以同同时时降低降低COCO、HCHC和和NOxNOx的排放。的排放。它可以以排气中的它可以以排气中的COCO和和HCHC作作为还原剂，将为还原剂，将NOxNOx还原还原成成氮氮气
9、（气（N2N2）和氧气（）和氧气（O2O2），），而而COCO和和HCHC则被则被氧化氧化为为COCO2 2和和H H2 2O O。当空燃比在理论空燃比当空燃比在理论空燃比A/F=14.7A/F=14.7 （a a=1=1）附近时，）附近时，氧化氧化-还原反应达到平衡，还原反应达到平衡，COCO、HCHC和和NOxNOx的排放的排放同时达同时达到最低。到最低。2 2、三元催化转化装置、三元催化转化装置废气转化效率与废气转化效率与 a a的关系的关系发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造（1 1）油品油品：催化转换器：催化转换器不不能使用能使用加铅加铅汽油，会使催化剂失效；汽油，会使催化剂失效
10、；（2 2）排温排温：催化转换器仅在温度超过：催化转换器仅在温度超过350350 C C才起作用，因此，才起作用，因此，催化转换器都安装在温度较高的催化转换器都安装在温度较高的排气歧管排气歧管后面附近后面附近；（3 3）混合气成分混合气成分：混合气空燃比必须在：混合气空燃比必须在14.714.7附近。混合气过附近。混合气过浓或气缸缺火，都会使转换器过热。浓或气缸缺火，都会使转换器过热。三元催化转换器使用原则三元催化转换器使用原则发动机构造发动机构造发动机构造发动机构造三元催化转化装置的结构三元催化转化装置的结构二、降低起动过程二、降低起动过程HCHC排放装置排放装置 1直接催化直接催化 将催化
11、转化装置直接安装在排气管之后，加快催化剂的将催化转化装置直接安装在排气管之后，加快催化剂的升温速度。对降低冷态下的升温速度。对降低冷态下的HC很有效。很有效。存在的问题存在的问题:由于催化转化装置安装在离发动机排气管尽由于催化转化装置安装在离发动机排气管尽可能可能接近接近的位置，所以受高温的影响，促进催化剂的热劣的位置，所以受高温的影响，促进催化剂的热劣化，因此，需要提高催化装置的化，因此，需要提高催化装置的耐热性耐热性。2利用电加热催化转化装置利用电加热催化转化装置 通过通过外部电力外部电力提前加热催化，电加热催化转化装置的主提前加热催化，电加热催化转化装置的主要缺点是要缺点是耗电量大耗电量
12、大，耐久可靠性较差。，耐久可靠性较差。3二次燃烧装置二次燃烧装置 这是一种将燃料的一部分或过浓混合气送到催化转化装置这是一种将燃料的一部分或过浓混合气送到催化转化装置之前，由之前，由燃烧器点火燃烧促进催化燃烧器点火燃烧促进催化的装置。这种方式的主的装置。这种方式的主要缺点是结构复杂。要缺点是结构复杂。n4采用采用HC捕捉器捕捉器三、稀薄三、稀薄NOxNOx催化转化装置催化转化装置 n稀薄燃烧技术的稀薄燃烧技术的空燃比大于理论空燃比空燃比大于理论空燃比，所以三元催化转，所以三元催化转化装置化装置三元催化转换器三元催化转换器不再适用。因此，专门开发出了稀不再适用。因此，专门开发出了稀薄混合气燃烧时
13、的薄混合气燃烧时的NOx催化转化装置催化转化装置。n这种催化转化装置主要有这种催化转化装置主要有 NOx直接还原型直接还原型：是一种在稀薄混合气下以：是一种在稀薄混合气下以HC为还原剂直为还原剂直接净化接净化NOx的方式。的方式。NOx吸附还原型吸附还原型：是一种在稀薄燃烧时吸附：是一种在稀薄燃烧时吸附NOx，在浓，在浓或者理论空燃比时将吸附的或者理论空燃比时将吸附的NOx进行还原净化的系统。进行还原净化的系统。四、废气再循环系统四、废气再循环系统n废气再循环废气再循环是在发动机工作过程中是在发动机工作过程中，将一部分废气引入进，将一部分废气引入进气道，与新鲜空气混合后进入气缸，降低最高燃烧温
14、度，气道，与新鲜空气混合后进入气缸，降低最高燃烧温度，减少减少NOx的排放的排放。n过渡的废气再循环会影响发动机的正常运行，特别是发动过渡的废气再循环会影响发动机的正常运行，特别是发动机处于在怠速、低速小负荷及发动机处于冷态运行时，再机处于在怠速、低速小负荷及发动机处于冷态运行时，再循环的废气将会明显降低发动机的性能。循环的废气将会明显降低发动机的性能。因此要根据发动因此要根据发动机工况的变化自动的调节参与再循环的废气量。废气再循机工况的变化自动的调节参与再循环的废气量。废气再循环的控制指标用环的控制指标用EGR率率来表示来表示nEGR率由率由EGR阀来控制阀来控制，通过控制阀的开度来控制，通
15、过控制阀的开度来控制EGR量。由于高温废气要流经量。由于高温废气要流经EGR阀，因此阀本身要承受高温，阀，因此阀本身要承受高温，阀通常是通过真空度来控制。阀通常是通过真空度来控制。电子控制电子控制EGREGR系统的组成系统的组成EGREGR阀阀节气门位置传感器节气门位置传感器EGREGR电磁阀电磁阀冷却液温度传感器冷却液温度传感器发动机转速传感器发动机转速传感器 提供发动机的转速信号，是提供发动机的转速信号，是ECUECU计算计算EGREGR率的重要依据，当发动机转速低于率的重要依据，当发动机转速低于900r/min900r/min或高于或高于3200r/min3200r/min时，时，ECU
16、ECU输出持续输出持续高电平信高电平信号号，EGREGR电磁阀关闭，使发动机进气管无废气电磁阀关闭，使发动机进气管无废气环流。环流。提供节气门位置信号，是提供节气门位置信号，是ECUECU计算计算EGREGR率率的重要依据，当节气门关闭时，发动机处于的重要依据，当节气门关闭时，发动机处于怠速工况，怠速工况，ECUECU输出控制信号，使输出控制信号，使EGREGR阀关闭，阀关闭，不进行废气环流。不进行废气环流。提供发动机的负荷信号，提供发动机的负荷信号，ECUECU据此信号与据此信号与发动机转速信号一起来确定发动机转速信号一起来确定EGREGR率。率。提供发动机温度信号，是提供发动机温度信号，是
17、ECUECU计算废气再计算废气再循环量的参考信号之一，在发动机温度低时，循环量的参考信号之一，在发动机温度低时，ECUECU输出控制信号，使输出控制信号，使EGREGR阀关闭，不进行废阀关闭，不进行废气环流。气环流。EGREGR电磁阀的顶端通大气，电磁阀的顶端通大气，EGREGR电磁阀不电磁阀不通电时通电时，弹簧将阀体向上压紧，通大气阀口，弹簧将阀体向上压紧，通大气阀口关闭，关闭，EGREGR阀真空室与进气歧管相通阀真空室与进气歧管相通，当当EGREGR电磁阀通电时电磁阀通电时，其阀体下移，将通进气歧管，其阀体下移，将通进气歧管的真空通道关闭，而上端的通大气阀口打开，的真空通道关闭，而上端的通
18、大气阀口打开，使使EGREGR阀真空室与大气相通。阀真空室与大气相通。EGREGR阀膜片的下侧通大气，装有弹簧的上阀膜片的下侧通大气，装有弹簧的上侧为真空室，其真空度由侧为真空室，其真空度由EGREGR电磁阀控制。增电磁阀控制。增大真空室的真空度，使膜片克服弹簧力上拱，大真空室的真空度，使膜片克服弹簧力上拱，阀的开度就增大，废气循环量也增大，当真阀的开度就增大，废气循环量也增大，当真空室失去真空度时，膜片在弹簧的作用下向空室失去真空度时，膜片在弹簧的作用下向下拱而使阀门关闭，阻断废气环流。下拱而使阀门关闭，阻断废气环流。通大气通大气EGR系统小结系统小结 1-电控单元 2-EGR阀 3-真空电
19、磁阀(VSV)4-三元催化器 5-氧传感器 6-水温传感器（1 1 1 1）低温、低速低温、低速低温、低速低温、低速时不投入时不投入时不投入时不投入工作工作工作工作 （2 2 2 2）高速、中等负荷高速、中等负荷高速、中等负荷高速、中等负荷时投时投时投时投入工作入工作入工作入工作 （3 3 3 3）大负荷大负荷大负荷大负荷时不投入工作时不投入工作时不投入工作时不投入工作 （1 1）汽油蒸发控制系统）汽油蒸发控制系统 五、其他五、其他排放物的控制装置排放物的控制装置 发动机工作时发动机工作时漏到曲轴箱内的汽油漏到曲轴箱内的汽油，一部分泄漏到曲轴，一部分泄漏到曲轴箱内的汽油蒸汽凝结后，将使箱内的汽
20、油蒸汽凝结后，将使润滑油粘度变小润滑油粘度变小；废气的；废气的高高温温和和酸性物质酸性物质及及水蒸水蒸汽将侵蚀零件，使汽将侵蚀零件，使润滑油性能变坏润滑油性能变坏。另外，由于混合气和废气进入曲轴箱，使曲轴箱内的另外，由于混合气和废气进入曲轴箱，使曲轴箱内的压力压力增大增大，温度升高温度升高，易使，易使机油机油从从油封油封、衬垫衬垫等处等处向外渗漏向外渗漏。因此，曲轴箱必须设有通风装置，使漏入的气体排出并加因此，曲轴箱必须设有通风装置，使漏入的气体排出并加以利用，同时使以利用，同时使新鲜气体进入曲轴箱新鲜气体进入曲轴箱，形成不断地，形成不断地对流对流。（1）曲轴箱通风原因）曲轴箱通风原因一种是一
21、种是自然通风自然通风，另一种是另一种是强制通风强制通风。（2）通风方式）通风方式（2 2）曲轴箱通风装置）曲轴箱通风装置（3）自然通风自然通风 从曲轴箱抽出的气体直从曲轴箱抽出的气体直接导入大气中的通风方式接导入大气中的通风方式称为称为自然通风自然通风。柴油机多柴油机多采用采用这种曲轴箱自然通风这种曲轴箱自然通风方式。在曲轴箱连通的方式。在曲轴箱连通的气气门室盖或润滑油加注口门室盖或润滑油加注口接接出一根下垂的出气管，管出一根下垂的出气管，管口处切成斜口，切口的方口处切成斜口，切口的方向与汽车行驶的方向相反。向与汽车行驶的方向相反。利用汽车行驶和冷却风扇利用汽车行驶和冷却风扇的气流，在出气口处
22、形成的气流，在出气口处形成一定真空度，将气体从曲一定真空度，将气体从曲轴箱抽出。轴箱抽出。（4）曲轴箱强制通风曲轴箱强制通风 从曲轴箱抽出的气体导入从曲轴箱抽出的气体导入发动机的发动机的进气管进气管，吸入气缸，吸入气缸再燃烧。这种通风方式称为再燃烧。这种通风方式称为强制通风，强制通风，汽油机汽油机一般都采一般都采用这种曲轴箱强制通风方式，用这种曲轴箱强制通风方式，这样，可以将窜入曲轴箱内这样，可以将窜入曲轴箱内的混合气回收使用，有利于的混合气回收使用，有利于提高发动机的经济性。提高发动机的经济性。发动机工作时，发动机工作时，进气管真空度进气管真空度沿着曲沿着曲轴箱气体软管所形成轴箱气体软管所形成的通道，将进入空滤的通道，将进入空滤器的新鲜空气经器的新鲜空气经空气空气软管软管吸入吸入气缸盖罩气缸盖罩内，内，再由再由缸盖和机体上的缸盖和机体上的孔道孔道进入进入曲轴箱曲轴箱，与，与曲轴箱气体混合后，曲轴箱气体混合后，经经PCV阀阀进入进气管进入进气管和气缸。和气缸。强制式曲轴箱通风装置（强制式曲轴箱通风装置（PCVPCV系统系统）