第八章第八章 排气污染与控制排气污染与控制概述概述1. 1. 排放污染物的成分排放污染物的成分2. 2. 污染物的形成与危害污染物的形成与危害3. 3. 污染物的来源污染物的来源4. 4. 污染物的净化方式污染物的净化方式（1 1）一一氧氧化化碳碳（COCO）：不不完完全全燃燃烧烧产物。产物。（2 2）碳碳氢氢化化合合物物（HCHC）：未未燃燃和和未未完完全全燃燃烧烧的的燃燃油油、润润滑滑油油及及其其裂裂解解产产物和部分氧化产物。物和部分氧化产物。（3 3）氮氮氧氧化化合合物物（NOxNOx）：在在燃燃烧烧过过程程中中和和排排入入大大气气后后造造成成的的氮氮的的各各种种氧氧化物（化物（NONO、NO2NO2为主）的总称。为主）的总称。（4 4）颗颗粒粒排排放放物物(PM(PM）：主主要要是是碳碳烟烟、未未燃燃燃燃油油和和润润滑滑油油液液态态颗颗粒粒，以以及及其其他他碳碳氢氢化化合合物物、硫硫化化物物、含含金金属属的的灰灰分等。分等。（5 5）二二氧氧化化碳碳（CO2CO2）：燃燃烧烧的的必必然然产物。产物。机动车污染物排放分担率机动车污染物排放分担率概述概述1. 1. 排放污染物的成分排放污染物的成分2. 2. 污染物的形成与危害污染物的形成与危害3. 3. 污染物的来源污染物的来源4. 4. 污染物的净化方式污染物的净化方式一氧化碳（一氧化碳（COCO）（1 1）形成原因形成原因汽汽油油机机主主要要是是由由可可燃燃混混合合气气过过浓浓造造成的。成的。柴柴油油机机主主要要是是由由燃燃烧烧室室内内部部缺缺氧氧或或温度过低造成的。温度过低造成的。（2 2）危害）危害是是一一种种无无色色、无无味味的的有有毒毒气气体体，吸吸入入人人体体后后，能能以以比比氧氧强强210210倍倍的的亲亲和和力力同同血血液液中中的的血血红红蛋蛋白白结结合合，形形成成碳碳氧氧血血红红蛋蛋白白，阻阻碍碍血血液液向向心心脏脏、脑脑等等器器官官输输送送氧氧气气，从从而而引引起起各各种种中中毒毒症症状状，直直至至使使人人窒窒息息死亡。死亡。概述概述1. 1. 排放污染物的成分排放污染物的成分2. 2. 污染物的形成与危害污染物的形成与危害3. 3. 污染物的来源污染物的来源4. 4. 污染物的净化方式污染物的净化方式碳氢化合物（碳氢化合物（HCHC）（1 1）形成原因形成原因汽汽油油机机主主要要是是因因为为低低温温缸缸壁壁的的冷冷激激作作用用，使使火火焰焰消消失失；电电火火花花太太弱弱，不不能能点点燃燃混混合合气气；进进排排气气门门重重叠叠期期间间，新新鲜鲜混混合合气气泄泄漏漏；曲曲轴轴箱箱窜窜气气，汽汽油油箱箱或或化化油油器器浮浮子子室室内内汽汽油蒸发等。油蒸发等。柴柴油油机机主主要要是是混混合合气气形形成成不不良良或温度过低而形成。或温度过低而形成。（2 2）危害）危害HCHC吸吸入入人人体体后后会会破破坏坏造造血血机机能能，造造成成贫贫血血、神神经经衰衰弱弱等等，同同时时也也会会致致癌。癌。概述概述1. 1. 排放污染物的成分排放污染物的成分2. 2. 污染物的形成与危害污染物的形成与危害3. 3. 污染物的来源污染物的来源4. 4. 污染物的净化方式污染物的净化方式氮氧化物（氮氧化物（NOxNOx）（1 1）形成原因形成原因NONO是是在在燃燃烧烧过过程程的的高高温温条条件件下下生生成成的的，其其生生成成量量取取决决于于氧氧的的浓浓度度、温温度度及及反反应应时时间间。废废气气排排入入大大气气后后形形成成NONO2 2。（2 2）危害危害NONO吸吸入入人人体体后后会会造造成成中中枢枢神神经经系系统统障障碍碍。NO2NO2会会造造成成血血液液中中血血红红蛋蛋白白变变性性，使使血血液液输输气气能能力力下下降降，轻轻则则引引起起呼呼吸吸异异常常、胸胸痛痛、恶恶心心、咳咳嗽嗽，重重则则导导致致肺肺气气肿肿，直直至至死死亡亡。此此外外，它它还还易易于于HCHC在在阳阳光光紫紫外外线线的的作作用用下下，产生素性很大的光化学烟雾。产生素性很大的光化学烟雾。概述概述1. 1. 排放污染物的成分排放污染物的成分2. 2. 污染物的形成与危害污染物的形成与危害3. 3. 污染物的来源污染物的来源4. 4. 污染物的净化方式污染物的净化方式颗粒（颗粒（PMPM）（1 1）形成原因形成原因碳碳烟烟是是由由烃烃类类燃燃料料在在高高温温缺缺氧氧条条件件下裂解生成的。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致癌物质。是致癌物质。排放指标排放指标v1排放物的浓度C在一定排气容积中，有害排放物所占的容积（或质量）比例，称为排放物的浓度。体积分数通常以和和1010-6-6（百万分比）（百万分比）表示，质量浓度常用mg/m3计量。v2排放物的质量排放量G用单位时间内（或一次试验）有害排放物的质量排放量G来衡量，单位是g/h（或g/试验）。v3排放物的比排放量g每单位功率小时排出污染物的质量称为比排放量 g/（kWh） 。第二节第二节 汽油机有害排放物的汽油机有害排放物的生成机理和影响因素生成机理和影响因素一、一、CO的生成机理v一氧化碳（CO）是碳氢燃料在燃烧过程中生成的重要的中间产物。CO生成的机理比较复杂，但一般认为，燃料分子（RH）经高温氧化生成CO要经历如下步骤：vRHRRO2RCHORCOCOv这里R代表碳氢根。CO在火焰中及火焰后，以缓慢的速率氧化成CO2。二、二、HC的生成机理v未燃碳氢化合物（HC）的生成与排出有三个渠道：排气：占6O以上曲轴箱窜气：占25蒸发：占1520左右燃烧过程中燃烧过程中HC生成的主要途径生成的主要途径v1）缝隙效应v2）壁面激冷与淬熄v3）润滑油膜吸附v4）减速及怠速工况三、三、NOX的生成机理v发动机排出的氮氧化物（NOX）主要是NO，NO2排出量较少。vNO的产生：可以认为，氮的氧化反应发生在燃料燃烧反应所形成的环境中，其主导反应过程是：ON2 NONNO2 NOO促使促使NOX生成的因素生成的因素v（1）高温v（2）富氧v（3）充足的反应时间 汽油机是一种预混燃烧，它靠电火花进行外源点火，火核形成以后，以火焰传播为特征，其可燃混合气浓度范围比较窄，混合气成分是影响排放的最主要的因素。 四、影响因素四、影响因素-混合气成分混合气成分影响因素影响因素-点火正时点火正时 EGR可以抑制燃烧的最高温度，有利于抑制NO的生成。但燃烧的有效性降低，动力性变差。影响因素影响因素-吸入废气量吸入废气量( (EGR)EGR)影响因素影响因素-工况工况v从汽油机排放特性图看出，对于不同的运行工况，各种有害排放物的差异很大。v怠速与减速工况，是HC生成的主要工况。在怠速工况下，燃烧环境温度比较低，缸内残余废气量比较大，混合气比较浓，致使燃烧恶化，HC排放浓度增加；在减速工况下，很高的进气管真空度使进气管内沉积的燃料油膜大量蒸发，这是HC增加的重要原因。第四节第四节 柴油机有害排放物的柴油机有害排放物的生成机理和影响因素生成机理和影响因素一、柴油机中的主要污染物v1、主要成分：柴油机排气的有害成分主要有CO、HC、NOX 、硫化物以及颗粒物（或称微粒物）等。v2、特性：由于柴油机使用的混合气的平均空燃比较理论空燃比大，所以：（1）CO及HC排放明显低于汽油机（2）柴油机NO的排放几乎与汽油机相当（3）颗粒物排量远高于汽油机（4）柴油机的排放特性与燃烧室的形式等有很大关系，特别是直喷式与间接喷射式柴油机的排放有较大的不同。涡流燃烧室柴油机的NO、CO、HC和烟度普遍低于直喷式柴油机，特别是NOX排放浓度一般比直喷式柴油机的低1312。但是，涡流室柴油机的燃油消耗率比直喷柴油机的高 ，冷起动性差，工作平稳，噪声小。二、二、CO的生成机理v柴油机总是在稀混合气下运转(指平均过量空气系数大于1)，CO排放量要比点燃机低得多，只有在负荷很大接近冒烟界限时才急剧增加。v低负荷时，缸内温度低，部分燃油难以氧化形成CO2，主要在稀燃火焰熄灭区及稀燃火焰区的交界面上生成CO；高负荷时，在油束心部、油束尾部及后喷部，因局部缺氧而产生CO。 v柴油机与汽油机相比燃油中含有高沸点（高相对分子质量）的碳氢化合物成分v由于在燃烧过程油注中大量的燃油化合物发生高温分解，因此柴油机排出的碳氢化合物的成分要比汽油机中的复杂v在柴油机中，燃烧进行的同时，发生着燃油的蒸发，燃料与空气、燃烧产物与未燃气体的混合，这就使HC化合物的产生变得非常复杂v一般认为柴油机中HC排放物的产生主要有两种途径：（1）是由于混合气过稀以致在燃烧室内不能满足自燃及扩散火焰传播的条件（2）是燃油空气混合气过浓而不能着火及燃烧。三、三、HC的生成机理v由于过浓或过稀而避开正常燃烧的燃油，在膨胀过程中通过进一步的混合，进而发生缓慢的氧化而被烧掉，最后排出的HC是不完全混合的或氧化过程淬熄所造成的。v这些排出的不完全燃烧产物HC的形成可由图42予以说明。 v图42a表示滞燃期内喷入气缸的燃油形成不完全燃烧产物的路径。v图42b表示燃烧开始之后喷入气缸的燃油形成HC的路径更为复杂，主要由燃油局部过浓造成。在滞燃期之后喷射的燃油，当与空气混合时燃油快速氧化或燃油高温分解的产物导致完全燃烧。燃油和热解产物缓慢与空气混合引起过浓混合气或者燃烧反应的淬熄，产生不完全燃烧产物、高温分解产物和出现在排气里的未燃烧的燃油。 v一旦燃油开始喷入气缸，喷注断面上燃油空气混合比的分布就产生变化。混合比低于贫油燃烧极限的燃油量，随时间迅速增加。图43表示了在着火时油注中的当量比分布。 v未燃HC排放与点火延迟的长短关系如图44所示，图中的数据为柴油机转速2800rmin时，不同燃油、负荷、喷油定时、增压压力时的试验结果。可见，当滞燃期增长超出其最小值以上时（由于发动运转条件变化），HC排放以一定的增长速率上升。因此，在滞燃期中喷入燃油的过分稀释是碳氢化合物排放的重要来源，特别是在长滞燃期条件下尤其如此。 v在燃烧期间进入气缸并由于与空气缓慢或不良混合而导致HC排放的燃油有两种：一种是在燃烧过程后期以低速离开喷油嘴的燃油，主要是油嘴压力室容积所致，当然严重的二次喷射也会增加HC排放另一种是在过量喷射条件下进入缸内的多余燃油v由此可见，在柴油机正常运转条件下，形成HC排放的原因有两个：其一是滞燃期中形成的过稀混合气；其二是在燃烧过程后期，低速离开喷油嘴的燃油的不良混合，燃油的低速和滞后喷射如二次喷射等是很值得注意的 v柴油机燃烧期间的非均匀的燃油分布导致了非均匀的燃气成分及燃气温度，使燃油空气的混合和燃烧过程变得极为复杂v在燃烧完全、供氧充分及温度较高的稀燃火焰区及油束心部产生较多v图45显示了直喷式柴油机的通过快速取样阀（开启时间lms）测取的整个燃烧过程中各主要物质的含量、压力、温度以及当量比等随时间的变化过程四、四、 NO的生成机理图中的试验数据取自直喷式柴油机（缸径95mm、冲程110mm）活塞顶边缘附近测量结果。在燃烧开始以后，测量点的NO含量开始上升，当燃气当量比由富油转变为贫油（此时CO浓度达最大值），NO含量达到最高点。当活塞顶燃烧室里NO含量达最大值时（上止点后15o CA），火焰已传播到燃烧室内大部分空间，随后燃气因与过量空气混合而变稀，NO含量也随着稀释作用的发生，形成速度变缓而下降。五、微粒的生成机理v柴油机排气中微粒的主要成分是碳烟粒子。它是燃料在燃烧过程中经历了一系列物理化学变化后形成的。首先燃料分子在高温中裂解或氧化裂解，所生成的裂解产物主要是乙炔，乙炔是生成碳烟的重要中间物，接着形成碳烟核心，以上为成核阶段，成核后同时经历表面增长和凝聚两个过程。当碳烟粒子长大到某一尺寸时，增长速度急剧下降。以后便以集聚方式形成链状结构物。从核的萌发到成长、集聚这一系列生成过程，都伴随着碳烟的氧化。因此，排气管排出的碳烟浓度是碳烟生成和氧化相竞争的结果。六、影响因素-混合气成分v从宏观上讲，柴油机在运转中总有一定数量的过量空气，加上柴油蒸发性比汽油小，因此柴油机的 HC及CO排放浓度一般比汽油机低得多（图89）。但在接近满负荷时（AF减小），CO浓度骤增。v如图89所示，NO生成率最高处仍出现在油量较大的高负荷工况。与汽油机不同的是，柴油机NO2的生成浓度较高。NO2浓度随 AF增加而减少。v柴油机排气中有碳烟排出，随着混合气变浓，排烟浓度增多。影响因素-喷油时刻v延迟喷油是降低NOx的主要措施之一。v为了在延迟喷油以后燃烧不致恶化，加强缸内气流运动、促进混合气形成、提高喷油速率以及改善喷雾质量是很有必要的。v延迟喷油的同时提高喷油速率，要比单纯延迟喷油定时的效果好。影响因素-燃烧室类型v由排放特性可知：分隔式燃烧室生成的NOx、CO、HC和碳烟的排放浓度均低于直喷式的，特别是NOx排放浓度一般比直喷式燃烧室的低50左右。v原因：这种燃烧室的燃烧及排放物的生成分两个阶段进行。在喷油开始和燃烧初期，副燃烧室的空燃比较小，氧浓度较低，燃料不可能燃烧完全，从而形成较多的CO及未燃烃。副燃烧室在着火后温度较高，但氧浓度低，对生成NOx仍有不利的影响。主燃烧室内有充足的新鲜空气，使来自副燃烧室的CO及HC进一步氧化。高温燃气进入主燃烧室后，温度有所下降，抑制了NOx的生成。1. 1. 排放污染物的成分排放污染物的成分2. 2. 污染物的形成与危害污染物的形成与危害3. 3. 污染物的来源污染物的来源4. 4. 污染物的净化方式污染物的净化方式（1 1）汽汽油油机机油油箱箱、化化油油器器浮浮子子室室、汽汽油油泵泵、汽汽油油管管接接头头等等处处蒸蒸发发出出来来的的汽油蒸汽，其有害成分以汽油蒸汽，其有害成分以HCHC为主；为主；（2 2）曲曲轴轴箱箱通通气气管管排排出出的的“窜窜气气”，其有害成分以，其有害成分以HCHC为主；为主；（3 3）排排气气管管排排出出的的废废气气，其其有有害害成成分是分是COCO、HCHC、NOxNOx和颗粒。和颗粒。汽油车排放的来源汽油车排放的来源1. 1. 排放污染物的成分排放污染物的成分2. 2. 污染物的形成与危害污染物的形成与危害3. 3. 污染物的来源污染物的来源4. 4. 污染物的净化方式污染物的净化方式（1 1）机内净化）机内净化通通过过改改善善可可燃燃混混合合气气的的品品质质和和燃燃烧状况，抑制污染物的产生。烧状况，抑制污染物的产生。（2 2）机外净化）机外净化利利用用设设置置在在发发动动机机外外部部的的附附加加装装置置，对对排排放放污污染染物物进进行行净净化化处处理理后，再排入大气。后，再排入大气。（3 3）改进燃油）改进燃油通通过过对对燃燃油油的的脱脱硫硫、重重整整以以及及加加入入添添加加剂剂等等，可可以以改改善善燃燃烧烧，延延缓缓催催化剂的老化。化剂的老化。减少排放的概念（柴油机）减少排放的概念（柴油机）汽车排放法规简介汽车排放法规简介1. 1. 排放测试方法排放测试方法2. 2. 工况法测试系统工况法测试系统3. 3. 测试循环测试循环4. 4. 排放法规及限值排放法规及限值（1 1）怠怠速速法法在在汽汽车车不不行行驶驶、发发动动机机怠怠速速的的情情况况下下，将将探探头头插插入入排排气气尾尾管管，一一般般仅仅测测量量COCO和和HCHC的排放。适合环保部门或汽修厂进行监测。的排放。适合环保部门或汽修厂进行监测。优优点点：简简便便易易行行，测测试试装装置置价价格格便便宜宜和和便便于于携带，检测时间短携带，检测时间短缺缺点点：测测量量结结果果缺缺乏乏全全面面代代表表性性，测测量量精精度度较低较低（2 2）工工况况法法将将汽汽车车发发动动机机在在一一个个测测试试循循环环中中排排出出的的废废气气经经稀稀释释后后收收集集起起来来，用用废废气气分分析析仪仪测测量量出出废废气气浓浓度度并并推推算算出出每每次次测测试试或或每每公公里里平平均均的的有害物排放量。一般用于新车的认证和出厂检测。有害物排放量。一般用于新车的认证和出厂检测。优点：检测结果较全面地反映汽车排放水平，优点：检测结果较全面地反映汽车排放水平，可测量多种废气排放成分可测量多种废气排放成分缺点：测试系统复杂，试验设备昂贵。缺点：测试系统复杂，试验设备昂贵。汽车排放法规简介汽车排放法规简介1. 1. 排放测试方法排放测试方法2. 2. 工况法测试系统工况法测试系统3. 3. 测试循环测试循环4. 4. 排放法规及限值排放法规及限值组成：组成：（1 1）转鼓试验台）转鼓试验台（2 2）废气稀释和采样系统）废气稀释和采样系统（3 3）废气分析仪）废气分析仪工况法排放测试系统工况法排放测试系统各国的试验方法各国的试验方法v目前，这些国家的法规中对排放测试的装置、分析仪器、取样方法等，大都取得了一致，所不同的是，车辆试验的规范（即行驶循环的工况曲线）不同。v现以轿车及轻型车辆的排放法规为例加以说明。各国对汽车排放的测试方法都是根据相同的原理：在底盘测功机（转鼓试验台）上模拟其特定行驶循环（被认为足以代表某特定地区的行驶情况），并测定所排出有害物质的量，测功机可调节得使制动功率相当于在实际道路上遇到行驶阻力时发出的功率，而用惯性质量模拟汽车质量。v在取样方法上，1987年欧洲经济委员会开始改用定容取样（CVS）法，现在美国、日本、欧洲都采用了这种统一的取样方法。v所谓定容取样，是一种接近于汽车排气扩散到大气中实际状态的取样方法，又称为变稀释度取样法。它是将排气与稀释气体相混合，再以固定不变的容积流量输入分析系统，用以测定排气成分的真实浓度。该法易于进行连续测量以及对有害成分质量排放率的自动实时计算。v各国采用的分析仪器大致相同。v测定CO及CO2浓度的标准方法是采用不分光红外线v分析仪（NDIR），v测定HC含量的标准方法是氢火焰离子分析仪（FID），v测定NOx的标准方法是化学发光分析仪（CLD）。汽车排放法规简介汽车排放法规简介1. 1. 排放测试方法排放测试方法2. 2. 工况法测试系统工况法测试系统3. 3. 测试循环测试循环4. 4. 排放法规及限值排放法规及限值世界上三大汽车排放循环：世界上三大汽车排放循环：（1 1）欧洲联盟测试循环）欧洲联盟测试循环（2 2）美国联邦测试循环）美国联邦测试循环（3 3）日本测试循环）日本测试循环采用采用ECE+EUDCECE+EUDC循环的主要国家和地区：循环的主要国家和地区：中中国国、新新加加坡坡、马马来来西西亚亚、泰泰国国、沙沙特特、土耳其、匈牙利、波兰、俄罗斯等。土耳其、匈牙利、波兰、俄罗斯等。采用美国采用美国FTP-75FTP-75循环的主要国家和地区：循环的主要国家和地区：加加拿拿大大、阿阿根根廷廷、巴巴西西、智智利利、墨墨西西哥哥、新西兰、韩国、台湾等。新西兰、韩国、台湾等。欧洲联盟测试循环欧洲联盟测试循环 v第一部分（ECE），试验时需运行4个循环，总时间为13min。每循环持续时间为195s，总里程为4.052km，每循环里程为1.013km，平均车速为18.7kmh（不包括怠速时为27.01kmh）最高车速为 50kmh，怠速时间占31。v第二部分为附加的市区行驶工况（EUDC），总时间为1220s，试验里程为11.007km，平均速度为32.5kmh（不包括怠速时为42.6kmh），最高车速为120kh，怠速时间占26.2。取样开始时刻为试验开始40s后。欧3（2000年）改为启动后即取样。 美国联邦测试循环美国联邦测试循环日本测试循环日本测试循环汽车排放法规简介汽车排放法规简介1. 1. 排放测试方法排放测试方法2. 2. 工况法测试系统工况法测试系统3. 3. 测试循环测试循环4. 4. 排放法规及限值排放法规及限值（1 1）欧洲联盟排放指令）欧洲联盟排放指令（2 2）美国排放法规）美国排放法规（3 3）日本排放法规）日本排放法规欧洲和美国排放法规演变过程欧洲和美国排放法规演变过程美国控制汽车排放的成效美国控制汽车排放的成效日本控制汽车排放的成效日本控制汽车排放的成效汽油机排放控制系统汽油机排放控制系统1. 1. 燃油蒸发控制装置燃油蒸发控制装置2. 2. 曲轴箱强制通风装置曲轴箱强制通风装置3. 3. 废气再循环装置废气再循环装置4. 4. 三元催化转化器三元催化转化器功用功用：将将燃燃油油箱箱和和化化油油器器浮浮子子室室中中的的汽汽油油蒸蒸汽汽收收集集和和储储存存在在炭炭罐罐内内，在在发发动动机机工工作时再将其送入气缸烧掉。作时再将其送入气缸烧掉。汽油蒸发控制系统汽油蒸发控制系统v发动机停机后，燃油箱发动机停机后，燃油箱1 1中的汽油蒸气经气中的汽油蒸气经气- -液分离器液分离器3 3和汽油蒸气管和汽油蒸气管4 4进入炭罐进入炭罐5 5。浮子室。浮子室1212中的汽油蒸气则经中的汽油蒸气则经汽油蒸气管汽油蒸气管1515进入炭罐。汽油蒸气进入炭罐后，被其中进入炭罐。汽油蒸气进入炭罐后，被其中的活性炭吸附。的活性炭吸附。v发动机起动之后，进气管真空度经真空软管发动机起动之后，进气管真空度经真空软管1010传送到限传送到限流阀流阀8 8，将限流孔开启。新鲜空气自炭罐底部经滤网，将限流孔开启。新鲜空气自炭罐底部经滤网7 7向向上流过炭罐，并携带吸附在活性炭表面的汽油蒸气，经上流过炭罐，并携带吸附在活性炭表面的汽油蒸气，经限流孔和汽油蒸气管限流孔和汽油蒸气管9 9进入进气支管。进入进气支管。典型的汽油蒸发控制系统典型的汽油蒸发控制系统汽油机排放控制系统汽油机排放控制系统1. 1. 燃油蒸发控制装置燃油蒸发控制装置2. 2. 曲轴箱强制通风装置曲轴箱强制通风装置3. 3. 废气再循环装置废气再循环装置4. 4. 三效催化转化器三效催化转化器功用功用：采采 用用 PCVPCV（ Positive Positive Crankcase Crankcase VentilationVentilation）阀阀，将将燃燃烧烧室室窜窜入入曲曲轴轴箱箱的的油油气气混混合合气气、已已燃燃气气体体和和曲曲轴轴箱箱内的润滑油蒸汽一起被吸入气缸烧掉。内的润滑油蒸汽一起被吸入气缸烧掉。曲轴箱强制通风装置曲轴箱强制通风装置强制式曲轴箱通风系统强制式曲轴箱通风系统v在发动机工作时，会有部分可燃混合气和燃烧产物经活在发动机工作时，会有部分可燃混合气和燃烧产物经活塞环由气缸窜入曲轴箱内，还可能有液态燃油漏入曲轴塞环由气缸窜入曲轴箱内，还可能有液态燃油漏入曲轴箱。这些气体将加速润滑油变质并使机件受到腐蚀或锈箱。这些气体将加速润滑油变质并使机件受到腐蚀或锈蚀。又因为窜入曲轴箱内的气体中含有蚀。又因为窜入曲轴箱内的气体中含有HCHC及其他污染物，及其他污染物，所以采用的强制式曲轴箱通风系统，避免这种气体排放所以采用的强制式曲轴箱通风系统，避免这种气体排放到大气中。到大气中。v发动机工作时、进气管真空度作用到发动机工作时、进气管真空度作用到PCVPCV阀阀6 6，此真空度，此真空度还吸引新鲜空气经空气滤清器还吸引新鲜空气经空气滤清器1 1、滤网、滤网2 2、空气软管、空气软管3 3进进入气缸盖罩入气缸盖罩4 4内，再出气缸盖和机体上的孔道进入曲轴内，再出气缸盖和机体上的孔道进入曲轴箱。箱。v在曲轴箱内，新鲜空气与曲轴箱气体混合并经气在曲轴箱内，新鲜空气与曲轴箱气体混合并经气- -液分液分离器离器5 5、PCVPCV阀阀6 6和曲轴箱气体软管和曲轴箱气体软管7 7进入进气管进入进气管8 8，最后，最后经进气门进入燃烧室挠掉。经进气门进入燃烧室挠掉。PCVPCV阀的工作过程阀的工作过程各工况下各工况下PCVPCV阀的开度阀的开度v1 1、发动机不工作时，、发动机不工作时，PCVPCV阀中的弹簧阀中的弹簧2 2将其中的锥形阀将其中的锥形阀3 3压在阀座压在阀座4 4上，关闭了曲轴箱与进气管的通路。上，关闭了曲轴箱与进气管的通路。v2 2、在怠速或减速时，进气管真空度很大，真空度克服、在怠速或减速时，进气管真空度很大，真空度克服弹簧压力把锥形阀高高吸起，这时锥形阀弹簧压力把锥形阀高高吸起，这时锥形阀3 3与与PCVPCV阀体阀体1 1之间只有很小的间隙。因为发动机在怠速或减速工作时，之间只有很小的间隙。因为发动机在怠速或减速工作时，窜入曲轴箱的气体很少，所以窜入曲轴箱的气体很少，所以PCVPCV阀开度虽小，但足以阀开度虽小，但足以便曲轴箱气体流出曲轴箱。便曲轴箱气体流出曲轴箱。v3 3、节气门部分开度时的，进气管真空度减小，在弹簧、节气门部分开度时的，进气管真空度减小，在弹簧的作用下锥形阀与阀体间的缝隙增大。因为在部分节气的作用下锥形阀与阀体间的缝隙增大。因为在部分节气门开度下发动机的负荷比怠速时大，窜入曲轴箱的气体门开度下发动机的负荷比怠速时大，窜入曲轴箱的气体较较多，所以较大的多，所以较大的PCVPCV阀开度可以使所有曲轴箱气体被吸入阀开度可以使所有曲轴箱气体被吸入进气管。进气管。各工况下各工况下PCVPCV阀的开度阀的开度v4 4、发动机在大负荷工作时，进气管真空度较小，弹、发动机在大负荷工作时，进气管真空度较小，弹簧将锥形阀进一步向下压，使簧将锥形阀进一步向下压，使PCVPCV阀的开度达到最大。阀的开度达到最大。因为大负荷时将产生更多的曲轴箱气体，所以只有因为大负荷时将产生更多的曲轴箱气体，所以只有PCVPCV阀开度很大才能使曲轴箱气体全部流进进气管。阀开度很大才能使曲轴箱气体全部流进进气管。v5 5、进气管回火，进气管压力增高，锥形阀落在阀座、进气管回火，进气管压力增高，锥形阀落在阀座上。如同发动机不工作时一样，以防止回火进入曲轴上。如同发动机不工作时一样，以防止回火进入曲轴箱而引起发动机爆炸。箱而引起发动机爆炸。汽油机排放控制系统汽油机排放控制系统1. 1. 燃油蒸发控制装置燃油蒸发控制装置2. 2. 曲轴箱强制通风装置曲轴箱强制通风装置3. 3. 废气再循环装置（废气再循环装置（EGREGR）4. 4. 三效催化转化器三效催化转化器功用功用：把把发发动动机机排排出出的的部部分分废废气气回回送送到到进进气气管管，并并与与新新鲜鲜混混合合气气一一起起再再次次进进入入气气缸缸。由由于于废废气气中中含含有有大大量量的的COCO2 2，而而COCO2 2不不能能燃燃烧烧却却吸吸收收大大量量的的热热，使使气气缸缸中中混混合合气气的的燃燃烧烧温温度度降降低，从而减少了低，从而减少了NOxNOx的生成量。的生成量。电控废气再循环控制系统电控废气再循环控制系统真空机械式废气再循环装置真空机械式废气再循环装置排气再循环排气再循环(EGR)(EGR)系统系统v为保持发动机的动力性，为保持发动机的动力性，必须根据发动机运转的工必须根据发动机运转的工况对再循环的废气量加以况对再循环的废气量加以控制。控制。v再循环的废气量由废气再再循环的废气量由废气再循环阀自动控制。由真空循环阀自动控制。由真空操纵的操纵的EGREGR阀有传统式及阀有传统式及排气背压传送式两种。排气背压传送式两种。传统式传统式EGREGR阀阀v进气管真空度经真空传送管进气管真空度经真空传送管1 1传入膜片室传入膜片室2 2。当真空度较。当真空度较小或没有真空度时，在膜片小或没有真空度时，在膜片弹簧弹簧3 3的作用下，锥阀的作用下，锥阀6 6将废将废气再循环通道关闭；当真空气再循环通道关闭；当真空度较大时，膜片度较大时，膜片4 4、膜片推、膜片推杆杆5 5和锥阀和锥阀6 6一起向上提起，一起向上提起，将废气再循环通道打开。将废气再循环通道打开。v废气再循环通道开启的程度废气再循环通道开启的程度决定于进气管真空度的大小，决定于进气管真空度的大小，因此当节气门开度和发动机因此当节气门开度和发动机转速变化时，再循环的废气转速变化时，再循环的废气量将会自动地得到调节。量将会自动地得到调节。正背压正背压EGREGR阀阀v在膜片在膜片1010的上方设有排气背的上方设有排气背压传送阀，在膜片上加工有压传送阀，在膜片上加工有通气孔通气孔6 6，当通气阀开启时，当通气阀开启时，膜片室膜片室2 2与大气连通。通气阀与大气连通。通气阀保持常开。保持常开。v当发动机转速较低或节气门当发动机转速较低或节气门开度很小时，排气压力不大，开度很小时，排气压力不大，不足以使通气阀关闭。这时，不足以使通气阀关闭。这时，由于膜片室与大气连通，锥由于膜片室与大气连通，锥阀阀8 8保持关闭。保持关闭。v当排气压力增大时，膜片被当排气压力增大时，膜片被推动向上并将通气阀关闭，推动向上并将通气阀关闭，使膜片室与大气的通路隔断。使膜片室与大气的通路隔断。这时进气管真空度传到膜片这时进气管真空度传到膜片室，使排气再循环通道开启。室，使排气再循环通道开启。第第3 3节节 汽油机排放控制系统汽油机排放控制系统1. 1. 燃油蒸发控制装置燃油蒸发控制装置2. 2. 曲轴箱强制通风装置曲轴箱强制通风装置3. 3. 废气再循环装置废气再循环装置4. 4. 三效催化转化器三效催化转化器功用功用：把把发发动动机机排排出出的的COCO、HCHC和和NOxNOx，在在铂铂（钯钯）和和铑铑等等催催化化剂剂的的作作用用下下，氧氧化化还还原原生生成成无无害的害的COCO2 2、N N2 2和和H H2 2O O。要求要求：空燃比控制在理论空燃比附近。空燃比控制在理论空燃比附近。废气转化效率与空燃比的关系废气转化效率与空燃比的关系催化转化器排气系统催化转化器排气系统三效催化转化器的作用三效催化转化器的作用三效催化转化器控制系统三效催化转化器控制系统催化转换器催化转换器v催化转换器是利用催化剂的作用将排气中的催化转换器是利用催化剂的作用将排气中的CO CO 、 HCHC和和NOxNOx转换为对人体无害的气体的一种排气净化装置。转换为对人体无害的气体的一种排气净化装置。v催化剂：金属铂、钯和铑；稀土材料。催化剂：金属铂、钯和铑；稀土材料。v氧化催化转换器：只将排气中的氧化催化转换器：只将排气中的COCO和和HCHC氧化为氧化为CO2CO2和和H2OH2Ov三效催化转换器：把三效催化转换器：把NOxNOx还原为氮还原为氮(N2)(N2)和氧和氧(O 2)(O 2)，而，而COCO和和HCHC在还原反应中被氧化为在还原反应中被氧化为CO2CO2和和H2OH2O。v排气经过三效催化转换器之后，部分未被氧化的排气经过三效催化转换器之后，部分未被氧化的COCO和和HCHC继续在氧化催化转换器中与供入的二次空气进行氧化反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。应。催化转化器结构示意图催化转化器结构示意图 催化转换器的使用条件催化转换器的使用条件v1 1、装用催化转换器的发动机只能使用无铅汽油。如、装用催化转换器的发动机只能使用无铅汽油。如果使用加铅汽油，铅覆盖在催化剂表面特使催化剂果使用加铅汽油，铅覆盖在催化剂表面特使催化剂失效。失效。v2 2、仅当温度超过、仅当温度超过350350时，催化转换器才起催化反应。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。温度较低时，转换器的转换效率急剧下降。v3 3、必须向装有三效催化转换器的发动机供给理论混、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。转换效果。降低低温降低低温HCHC排放装置排放装置 v1 1直接催化直接催化 将催化转化装置直接安装在排气管之后，加快催化剂的升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。对降低冷态下的温速度。对降低冷态下的HCHC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接近的位置，所以受高温的影响，促进催化剂的热劣化，可能接近的位置，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耐热性。因此，需要提高催化装置的耐热性。v2 2利用电加热催化转化装置利用电加热催化转化装置 通过外部电力提前加热催化，电加热催化转化装置的主要通过外部电力提前加热催化，电加热催化转化装置的主要缺点是耗电量大，耐久可靠性较差。缺点是耗电量大，耐久可靠性较差。v3 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，由燃烧器点火燃烧促进催化的装置。这种方式的主要之前，由燃烧器点火燃烧促进催化的装置。这种方式的主要缺点是结构复杂。缺点是结构复杂。 v4 4采用采用HCHC捕捉器捕捉器稀薄稀薄NOxNOx催化转化装置催化转化装置 v稀薄燃烧技术的空燃比大于理论空燃比，所以三稀薄燃烧技术的空燃比大于理论空燃比，所以三元催化转化装置不再适用。元催化转化装置不再适用。因此，专门开发出了稀因此，专门开发出了稀薄混合气燃烧时的薄混合气燃烧时的NOxNOx催化转化装置。催化转化装置。v这种催化转化装置主要有这种催化转化装置主要有 NOxNOx直接分解型：是一种在稀薄混合气下以直接分解型：是一种在稀薄混合气下以HCHC为还原为还原剂直接净化剂直接净化NOxNOx的方式。的方式。 NOxNOx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NOxNOx，在，在浓或者理论空燃比时将吸附的浓或者理论空燃比时将吸附的NOxNOx进行还原净化的系进行还原净化的系统。统。 第第4 4节节 柴油机排气后处理装置柴油机排气后处理装置1.1.柴油机排放特点柴油机排放特点2.2.EGREGR系统系统3. 3. 氧化催化转化器氧化催化转化器4. 4. NOxNOx还原催化转化器还原催化转化器5. 5. 颗粒捕捉器（颗粒捕捉器（DPF)DPF)特点特点：（1 1）无燃油蒸发排放问题；）无燃油蒸发排放问题；（2 2）与与汽汽油油机机相相比比，HCHC和和COCO排排放放量量少得多，而少得多，而NOxNOx排放排放处于同一量级；处于同一量级；（3 3）有颗粒物（）有颗粒物（PMPM）排放问题。排放问题。难点难点：（1 1）废废气气总总是是处处于于氧氧化化氛氛围围（过过量量空气系数大于空气系数大于1 1）中，）中，NOxNOx难以还原；难以还原；（2 2）排排气气温温度度明明显显低低于于汽汽油油机机的的排排气温度，碳烟难以氧化；气温度，碳烟难以氧化；（3 3）排排气气中中含含有有大大量量的的SOxSOx和和微微粒粒，容易导致催化剂中毒。容易导致催化剂中毒。柴油机与汽油机排气成分对比柴油机与汽油机排气成分对比第第4 4节节 柴油机排气后处理装置柴油机排气后处理装置1.1.柴油机排放特点柴油机排放特点2.2.EGREGR系统系统3. 3. 氧化催化转化器氧化催化转化器4. 4. NOxNOx还原催化转化器还原催化转化器5. 5. 颗粒捕捉器（颗粒捕捉器（DPF)DPF)特点特点：（1）通通过过EGREGR降降低低NOxNOx的的机机理理与与汽汽油油机不同机不同（2）汽汽油油机机引引入入EGR后后的的空空燃燃比比不不变；变；（3）柴柴油油机机引引入入EGR后后减减少少了了进进缸缸空气量，空燃比减小空气量，空燃比减小原理原理：预混合气体中预混合气体中O2O2的浓度减小，抑制了的浓度减小，抑制了燃烧速度，燃烧气体温度降低燃烧速度，燃烧气体温度降低；问题：问题：（1 1）增压发动机；）增压发动机；（2 2）EGR率的精确控制。率的精确控制。柴油机柴油机EGREGR的类型的类型v车用增压柴油机的车用增压柴油机的EGREGR系统分为外部系统分为外部EGREGR方式和内部方式和内部EGREGR方式两种。方式两种。v外部外部EGREGR方式又根据进、排气管的联接方式不同分为方式又根据进、排气管的联接方式不同分为 低压回路方式低压回路方式 高压回路方式高压回路方式低压回路方式低压回路方式v直接联接压气机直接联接压气机7 7入口端入口端和废气涡轮和废气涡轮5 5出口端来实出口端来实现现EGREGR的方法的方法( (图图6-13a)6-13a)。由于压气机由于压气机7 7的入口处为的入口处为负压，而废气涡轮负压，而废气涡轮5 5出口出口压力为正，所以通过联接压力为正，所以通过联接适当的适当的EGREGR回流管回流管6 6，就可，就可以很容易地实现以很容易地实现EGREGR。但。但由于这种方式的废气直接由于这种方式的废气直接流过压气机流过压气机7 7和中冷器和中冷器8 8，所以易造成压气机的腐蚀所以易造成压气机的腐蚀和中冷器的污染等。和中冷器的污染等。 高压回路方式高压回路方式v直接联接压气机后的中冷直接联接压气机后的中冷器器 8 8出口端和废气涡轮出口端和废气涡轮5 5入口端来实现入口端来实现EGREGR。由于。由于这种这种EGREGR方式的废气不流方式的废气不流过压气机和中冷器，所以过压气机和中冷器，所以不存在对压气机和中冷器不存在对压气机和中冷器的腐蚀和污染问题；但可的腐蚀和污染问题；但可实现的实现的EGREGR率取决于排气率取决于排气压力和进气压力之差。特压力和进气压力之差。特别是在中、大负荷时，由别是在中、大负荷时，由于增压进气压力提高，所于增压进气压力提高，所以很难实现以很难实现EGREGR。内部内部EGREGR方式方式 v利用进、排气管中的气体脉动进行利用进、排气管中的气体脉动进行EGREGR的方式。的方式。对发对发动机各工作循动机各工作循环，在进气管和排气管中气流的压力脉动环，在进气管和排气管中气流的压力脉动都很大。在这种压力脉动的作用下，使某一缸在进气过都很大。在这种压力脉动的作用下，使某一缸在进气过程中，其排气门处出现正压波。此时，如果能再次开启程中，其排气门处出现正压波。此时，如果能再次开启排气门，就可实现排气门，就可实现EGREGR。 v在排气凸轮中除控制排气所需凸轮在排气凸轮中除控制排气所需凸轮1(1(主凸轮主凸轮) )以外，又以外，又增设内部增设内部EGREGR专用凸轮专用凸轮2(EGR2(EGR用凸轮用凸轮) )。通过这种机构，。通过这种机构，在进气过程中的适当时刻再次开启排气门在进气过程中的适当时刻再次开启排气门3 3，使排出的，使排出的废气回流到气缸内部，以实现废气回流到气缸内部，以实现EGREGR。 v内部内部EGREGR系统不需要排气节流，所以不影响泵气损失，系统不需要排气节流，所以不影响泵气损失，因而对经济性无影响，因而对经济性无影响， 同时不需要同时不需要EGREGR阀以及阀以及EGREGR管路管路等，所以结构比较简单。等，所以结构比较简单。 内部内部EGREGR方式方式第第4 4节节 柴油机排气后处理装置柴油机排气后处理装置1.1.柴油机排放特点柴油机排放特点2.2.EGREGR系统系统3. 3. 氧化催化转化器氧化催化转化器4. 4. NOxNOx还原催化转化器还原催化转化器5. 5. 颗粒捕捉器（颗粒捕捉器（DPF)DPF)目的目的：（1 1）氧氧化化剂剂可可以以转转化化可可溶溶性性有有机机组组分分（SOFSOF）中中的的大大部部分分碳碳氢氢化化合合物物，从而达到降低微粒排放的效果；从而达到降低微粒排放的效果；（2 2）进进一一步步降降低低HCHC和和COCO的的排排放放，包包括括PAHPAH、乙醛等。乙醛等。问题问题：排气温度越高，硫酸盐生成越多。排气温度越高，硫酸盐生成越多。排气温度对颗粒转化效率的影响排气温度对颗粒转化效率的影响第第4 4节节 柴油机排气后处理装置柴油机排气后处理装置分类分类：（ 1 1） 选选 择择 性性 非非 催催 化化 还还 原原 （ SNCRSNCR，Selective Selective NoncatalyticNoncatalytic Reduction Reduction）；）；（ 2 2） 选选 择择 性性 催催 化化 还还 原原 （ SCRSCR，Selective Catalytic ReductionSelective Catalytic Reduction）；）；（3 3）非非选选择择性性催催化化还还原原（NSCRNSCR，Non Non Selective Catalytic ReductionSelective Catalytic Reduction）；）；（ 4 4） 吸吸 附附 还还 原原 催催 化化 剂剂 （ Absorb Absorb ReductionReduction）。）。问题问题：转转化化效效率率不不高高，使使用用寿寿命命低低，系系统统比比较较复杂。复杂。1. 1. 柴油机排放特点柴油机排放特点2. EGR2. EGR系统系统3. 3. 氧化催化转化器氧化催化转化器 4. 4. NOxNOx还原催化转化器还原催化转化器5. 5. 颗粒捕捉器（颗粒捕捉器（DPF)DPF)第第4 4节节 柴油机排气后处理装置柴油机排气后处理装置要求要求：（1 1）高过滤效率；）高过滤效率；（2 2）低排气阻力；）低排气阻力；（3 3）耐高温。）耐高温。过滤材料过滤材料：（1 1）陶瓷蜂窝载体；）陶瓷蜂窝载体；（2 2）陶瓷纤维编织物；）陶瓷纤维编织物；（3 3）金属纤维编制物。）金属纤维编制物。DPFDPF再生方法再生方法：（1 1）电加热再生；）电加热再生；（2 2）燃烧器加热再生；）燃烧器加热再生；（3 3）反吹式再生；）反吹式再生；（4 4）连续催化再生。）连续催化再生。1. 1. 柴油机排放特点柴油机排放特点2. EGR2. EGR系统系统3.3. 氧化催化转化器氧化催化转化器 4. 4. NOxNOx还原催化转化器还原催化转化器5. 5. 颗粒捕捉器（颗粒捕捉器（DPF)DPF)颗粒捕捉器的过滤材料颗粒捕捉器的过滤材料壁流式柴油机颗粒过滤器壁流式柴油机颗粒过滤器颗粒捕捉器再生系统颗粒捕捉器再生系统颗粒捕捉器再生系统颗粒捕捉器再生系统典型的柴油机排气后处理方案典型的柴油机排气后处理方案