滿足國四標準的降低汽油機汽車排放的機內外凈化技術研究 (1).doc

1、滿足國四標準的降低排放技術研究摘 要汽車的發(fā)明，改變了人們的出行方式，給人們帶來了極大地方便。汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，讓越來越多人成為有車一族。隨著汽車持有量的增加，汽車尾氣對環(huán)境污染的貢獻率不斷攀升，有鑒于此，世界各國不斷推出更為嚴格的汽車尾氣排放標準，限制汽車有害氣體排放。我國也經歷了國1、國2、國3汽車尾氣排放標準，國4標準也于2015年1月起全面實施，國四標準的實施對降低汽車尾氣排放技術提出了新要求。降低排放技術是汽車技術的一個重要分支。本文將從排放物產生機理出發(fā)，介紹影響排放的主要因素以及現(xiàn)有汽油機機內外凈化技術作用原理、作用途徑及其作用效應，并對現(xiàn)有技術做出評價，提出關于未來降低排放技

2、術的發(fā)展方向，為降低排放技術的改進和創(chuàng)新奠定基礎。本文的目的是要對現(xiàn)有降低排放技術進行介紹和評價，并提出優(yōu)化方向，為降低排放技術的改進和創(chuàng)新奠定基礎。通過文獻研究法，論述了現(xiàn)有排放技術的優(yōu)缺點和優(yōu)化方案，并提出了未來降低排放技術的發(fā)展方向。關鍵詞：國四標準；汽油機；降低排放技術 AbstractThe invention of the automobile changed the way people travel, to bring a great convenience. The rapid development of automobile industry, so that more

3、and more people become car owners. With the increase in car holdings, for automobile exhaust pollution contribution rate rising view of this, the world has introduced more stringent auto emissions standards, restrictions on vehicle emissions of harmful gases. Our country has also experienced a 1, St

4、ate 2, State 3 vehicle emissions standards, national standards with effect from 4 January 2015 fully implemented, the implementation of China IV standards to reduce vehicle exhaust emissions technology put forward new requirements. Emission reduction technology is an important branch of automotive t

5、echnology. This article from the emissions generated mechanism, introduces the major internal and external factors affecting the emissions of conventional gasoline engine cleaning Technologies for the action principle, pathway and its role effect, and make evaluations prior art, proposed the develop

6、ment of future technologies to reduce emissions direction, to reduce emissions technology improvement and innovation foundation.The purpose of this is to reduce the emissions of existing technology introduction and evaluation, and an optimization direction, lay the foundation for reducing emissions

7、technology improvement and innovation. Through literature research, we discuss the advantages and disadvantages and optimization of existing emission technologies, and the future direction of development of technology to reduce emissions.Keywords: China IV standard; gasoline engines; reducing emissi

8、ons technology目 錄1汽車排放污染物產生機制綜述11.1一氧化碳生成機理11.2氮氧化物生成機理11.3碳氫化合物生成機理21.3.1冷激效應21.3.2縫隙效應21.3.3油膜和沉積物吸附21.3.4火焰淬熄31.3.5碳氫化合物的的危害31.4微粒32汽車尾氣有害物排放標準的意義及國四標準的內容32.1汽車尾氣排放標準制定的意義和歷史32.2國四標準的具體內容43影響汽油機污染物生成的主要因素53.1混合氣成分53.2點火正時63.3負荷73.4轉速73.5過渡工況73.6廢氣再循環(huán)率84降低有害物排放技術的現(xiàn)狀84.1機內凈化技術84.1.1發(fā)動機設計84.1.2廢氣再循環(huán)

9、104.1.3電子控制燃油噴施系統(tǒng)104.2機外凈化技術114.2.1三效催化轉化器114.2.2曲軸箱強制通風系統(tǒng)114.2.3燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)125降低排放技術在現(xiàn)代車上的應用135.1奧迪A6L上的降低排放技術135.2滿足國四標準的降低排放技術組合155.2.1電子控制燃油噴射+渦輪增壓+三效催化轉化器155.2.2稀薄燃燒+電控EGR+NOx轉化器155.2.3GDI+大量EGR+三效催化轉化器156現(xiàn)有排放控制技術的評價及優(yōu)化156.1廢氣渦輪增壓技術評價及優(yōu)化156.2廢氣再循環(huán)技術評價及優(yōu)化166.3電子控制燃油系統(tǒng)評價與優(yōu)化176.4燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)評價及優(yōu)化176.5曲軸通

10、風系統(tǒng)評價及優(yōu)化186.6三效催化轉化器評價及優(yōu)化187降低排放技術發(fā)展趨勢197.1催化轉化器的發(fā)展趨勢197.1.1電加熱式催化轉化器197.1.2碳氮收集器197.1.3燃燒型催化轉化器207.2二次空氣供給技術207.3代用清潔燃料燃料20致謝22參考文獻23- 24 -1汽車排放污染物產生機制綜述汽車發(fā)動機排放的污染物有一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物和微粒等，這些污染物對人體健康造成比較大的危害。1.1一氧化碳生成機理對于汽油機來說，理論上當空燃比AF14.7時，燃料完全燃燒，其產物為CO_2和H_2 O,即C_n H_m+(n+m4) O_2nCO_2+m2H_2O；當空氣不足，空

11、燃比AF14.7時，則有部分燃料不能完全燃燒，生成CO，即C_n H_m+(n2+m4) O_2nCOm2H_2 O。所以，CO的排出濃度基本上受空燃比所支配。理論上，當過量空氣系數(shù)_a1時，排氣中CO不存在，實際上由于混合不均勻，在排氣中仍然含有少量的CO。即使混合氣混合的很均勻，由于燃燒后的溫度還很高，已經生成的CO_2也會有一小部分被分解成CO和O_2, H_2O也會被分解成H_2和O_2，生成的H_2 也會使CO_2 還原為CO，所以，排氣中總會有少量CO存在。當CO進入人體后，由于血紅蛋白更傾向于與CO結合，而不與氧氣結合，這樣就會造成人體缺氧。當人體內的CO濃度達1000010(-

12、6)時，人就會死亡。1.2氮氧化物生成機理關于氮氧化物的生成，其基本機理如下：在較低的溫度下，其反應為2NO；在較高的溫度下，其反應為生成NO的因素主要受到氧的濃度，溫度和反應滯留時間的影響。在高溫條件下，氧的濃度夠高時，便會大量生成。燃氣在高溫富氧的條件下滯留時間長，的生成量增加。的生成反應時可逆反應，在燃氣中你反應速度緩慢，從而使在一個高濃度的水平而從尾氣排出。汽油機排氣中的氮氧化物通常指NO和二氧化氮，其中，高濃度的NO能夠引起中樞神經障礙，可以使人發(fā)生肺氣腫以及閉塞性支氣管炎。1.3碳氫化合物生成機理對于汽油機而言，碳氫化合物生成有多種機理。一般有冷激效應，縫隙效應，油膜和沉積物吸附和

13、火焰淬熄等情況。1.3.1冷激效應冷激是指燃燒室壁面對火焰的迅速冷卻，冷激會使火焰不能一直傳播到缸壁表面，在表面上留下一薄層未燃燒或者不完全燃燒的混合氣。在冷起動、暖機和怠速工況時，因燃燒室壁溫較低，冷基層較厚，冷基層中的未燃HC無法被氧化，從而從廢氣中排出。1.3.2縫隙效應在汽油機的燃燒室中存在各種狹窄的縫隙，火焰不能在其中傳播，從而使被擠入縫隙內的未燃混合氣錯過燃燒過程，在膨脹、排氣過程又返回到汽缸中，部分被氧化，其余以未燃HC形式排出?？p隙容積小，其中氣體壓力大、溫度低、密度大，加上流回氣缸時溫度已下降，氧化比例小，所以生成相當多的HC排放。1.3.3油膜和沉積物吸附在進氣和壓縮過程中

14、，汽缸壁面和活塞頂面上的潤滑油膜會吸附未燃混合氣，隨后當混合氣中燃油濃度由于燃燒而降到接近零時，油膜就會釋放出油氣。由于釋放時刻較遲，這部分油氣只有少部分燃燒。在燃燒室壁面和進、排氣門上生成的多孔性含碳沉積物也會吸附燃料及蒸汽，并通過后期釋放造成HC排放。1.3.4火焰淬熄在冷起動和暖機時，因溫度較低導致燃油霧化、蒸發(fā)變差，從而導致燃燒慢或不穩(wěn)定，有可能使火焰在到達壁面前因膨脹使氣體溫度和壓力下降造成可燃混合氣大容積淬熄，使HC排放激增。另外，在混合氣過稀或過濃，廢棄再循環(huán)率增大，怠速和小負荷工況下這種情況也可能發(fā)生。1.3.5碳氫化合物的的危害碳氫化合物能和氮氧化物反應，生成光化學過氧化物，

15、即我們所說的光化學煙霧，它不僅會對人體，還會對植物以及一些人造材料都會造成一定的損害。1.4微粒在汽油機中，含鉛汽油中的鉛和汽油中的硫造成的硫酸鹽，時排氣微粒的主要成分。如果用無鉛汽油，可以認為汽油機基本上不排放微粒。2汽車尾氣有害物排放標準的意義及國四標準的內容2.1汽車尾氣排放標準制定的意義和歷史20世紀70年代以來，汽車排放受到越來越多的重視，基于此，在汽車排放方面形成了兩條主線：一是不斷嚴格汽車排放法規(guī)；二是通過優(yōu)化發(fā)動機工作過程，提高尾氣處理水平，不斷改進燃油品質，降低發(fā)動機的排放，或使用清潔能源動力系統(tǒng)，來滿足不斷嚴格的排放法規(guī)。因此，排放法規(guī)的制定對降低排放有著極為重要的作用。美

16、國、日本和歐洲等工業(yè)化國家從20世紀60年代開始先后頒布了各項控制發(fā)動機排放的法規(guī)，先是限制CO和HC排放，后來擴大到；先控制氣體排放物，后來把煙度和微粒排放也包括進來，并隨著技術的進步，不斷嚴格規(guī)定排放限值。我國從20世紀80年代開始進行汽車尾氣的排放控制，頒布了一系列法規(guī)，并不斷修訂排放限值和測試方式，建立起了汽車排放控制體系。根據我國經濟和社會發(fā)展的現(xiàn)狀，我國頒布的一系列排放法規(guī)的情況如下：輕型汽車的標準于1999年7月發(fā)布，2001年修正。第一階段：GB18352.12001等同于歐I，從2001年1月1日起實施；第二階段：GB18352.22001等同于歐II，從2004年7月1日起

17、實施；第三階段：GB18352.32005等同于歐III，于2007年實施；第四階段：GB18352.32005等同于歐IV，于2010年實施。國四排放標準則是國家第四階段機動車污染物排放標準。2.2國四標準的具體內容國四標準的污染物排放限值如表1所示。相對于國三標準，國四標準汽油機污染物排放將進一步降低50%左右。表1 國四標準排放限制排放限值（g/km）標準污染物國I國II國IIICO2.22.21HC0.20.1NOx0.150.08HC和NOx0.53影響汽油機污染物生成的主要因素影響汽油機污染物排放的主要因素有混合氣成分，點火正時，負荷，轉速，過渡工況和廢氣再循環(huán)率等。3.1混合氣成

18、分當空燃比下降，混合氣變濃時，燃燒時氧氣不足，不完全燃燒生成物增加，此時，CO、HC迅速增加，當空燃比大于14.7以后，CO濃度很低，隨著空燃比再增加，混合氣不均會造成局部缺氧，仍有少量CO生成。因CO氧化反應速度慢，燃燒溫度下降，使HC排放量也增加。圖1 排氣中的CO、HC、NO濃度與空燃比的關系如圖1所示，NO_x濃度峰值出現(xiàn)在理論空燃比較小的一側，HC的趨勢則是兩頭高中間低，當混合氣逐漸變稀時，在縫隙和激冷層中的混合氣燃料的比例減小，因此，HC的量會減少。當混合氣過稀時，火焰可能會熄滅，HC量又會上升。即當空燃比過大時將造成混合氣稀，這樣會增加NOx的排放；而當空燃比過小將會造成混合氣濃

19、，這樣會增加HC的排放。所以，要控制污染物排放就要使混合氣成分在各種工況下都處在適合的范圍內。3.2點火正時圖2展示了點火提前角對燃油消耗量和有害物排放的影響。當點火推遲時，后燃會增加，膨脹時的溫度以及排氣時的溫度都會上升，這樣能夠促進未燃燒成分的氧化，這對降低HC的生成量是非常有利的。另外，推遲點火還可以降低燃燒時的最高壓力和溫度，減少燃燒反應滯留時間，這樣對減少NOx的排放也十分有利。圖2 點火提前角與尾氣成分的關系3.3負荷發(fā)動機負荷是通過影響混合氣成分來影響燃燒產物中有害物質發(fā)生的。當汽油機在滿負荷時，供給濃混合氣，會使燃燒氣體壓力、溫度升高，致使生成量最多；同時還會使排氣溫度提高，使

20、HC在排氣中繼續(xù)燃燒，其排放量減少，但CO排放量增加。當汽油機在怠速和小負荷工況運轉時，由于節(jié)氣門分別處在幾乎關閉和小開度位置，廢氣相對較多，混合氣又偏濃，燃燒室溫度低，容易引起不完全燃燒，使CO排放量增加；同時激冷現(xiàn)象在這種工況下相對嚴重，未燃燒的燃油量增多，會導致HC排放量增加。當汽油機在中負荷工況時容易完全燃燒，廢氣中CO含量最少，HC含量也較少。3.4轉速發(fā)動機轉速主要影響CO、HC排放。隨著發(fā)動機轉速的升高，混合氣流速和活塞運動速度也會升高，缸內的紊流會增強，促進混合，改善了燃燒，使CO、HC排放減少。提高發(fā)動機的怠速轉速能夠使混合氣變稀，相應的CO、HC的排放量將會減少。所以，適當

21、提高發(fā)動機的怠速轉速可以減少發(fā)動機污染物排放。3.5過渡工況過渡工況是指汽車發(fā)動機在各種不穩(wěn)定的工況下工作，包括怠速、加速、定速、減速等。在不同工況下，混合氣的濃度是不同的，因此，有害物排放量相差也很大。表2表示出了各種工況下有害物的排放情況。怠速時，燃燒的環(huán)境溫度比較低，缸內的殘余廢氣量也比較大，混合氣較濃，HC的排放會因此增加。另外，在汽車減速時，進氣管的真空度較高，這使得進氣管內的沉積燃料油膜大量蒸發(fā)，HC排放也會增加。從表中可以看出，怠速和減速是HC生成的主要工況。表2 不同工況下汽油機的CO、HC、的排放濃度工況污染物怠速0定速40加速040減速400CO()HC()NOx()3.6

22、廢氣再循環(huán)率廢氣再循環(huán)率是指進入進氣管的廢氣質量與進入氣缸的總體質量的比值。廢氣中的氣體比熱容較大，因此廢氣可以抑制燃燒的最高溫度，從而抑制4降低有害物排放技術的現(xiàn)狀4.1機內凈化技術機內凈化是通過改善可燃混合氣的品質和燃燒狀況來抑制有害氣體的產生，從而來降低排氣中的有害成分。目前，機內凈化技術主要在發(fā)動機設計，廢氣再循環(huán)，燃油噴射控制，燃油品質方面著手。4.1.1發(fā)動機設計（1）分層稀薄燃燒技術發(fā)動機內燃燒的混合氣非常稀和非常濃時，排放濃度會大大降低。稀薄燃燒技術就是在火花塞附近形成濃混合氣，而在其他區(qū)域形成稀混合氣。采用分隔式燃燒室，副燃燒室內裝有火花塞，給副燃燒室提供濃混合氣，主燃燒室因

23、為不需要考慮點火則提供稀混合氣。通過這樣的分層稀薄燃燒，NOx排放將會降低?，F(xiàn)代發(fā)動機利用分層燃燒技術，在確保火花塞周圍有適于點火的混合氣濃度下，通過一定的電子控制系統(tǒng)，精確調節(jié)循環(huán)供油量，實現(xiàn)了很好的排放性能?，F(xiàn)代發(fā)動機依據燃油的噴射方式的不同，可以分為氣道噴射稀燃系統(tǒng)（PFI）和直接噴射稀燃系統(tǒng)(GDI)，其中后者性能優(yōu)于前者，因此其應用較為廣泛，它能夠實現(xiàn)混合氣均質燃燒混合氣濃度分層燃燒，有效改善發(fā)動機的排放性能。（2）燃燒室設計燃燒室形狀會影響未燃HC的排放濃度，采用緊湊型燃燒室，S/V小，散熱少，功率上升，縫隙減少，HC排放減少。因此，理想的燃燒室應緊湊、表面積小，并帶有一定強度的進

24、氣旋流，這樣還能夠提高壓縮比，縮短燃燒持續(xù)時間，減少NOx的排放。另外，火花塞布置在燃燒室中心位置時，火焰?zhèn)鞑サ臎_程會變短，火焰相對完全燃燒，HC排放也會降低。（3）進氣系統(tǒng)設計用渦輪增壓代替自然吸氣，采用每缸三、四或五氣門，能夠增加進氣量，提高充氣效率，在改善發(fā)動機動力性和經濟性的同時，也能降低和HC的排放量。采用可變氣門升程和可變氣門正時可以使發(fā)動機在高速時的氣門重疊角增大，在低速時的氣門重疊角減小，從而減少HC的排放。（4）活塞組設計縫隙效應對汽油HC的排放有很大影響，發(fā)動機要在工作可靠的前提下盡可能的縮小活塞頭部和氣缸的間隙，盡量縮小頂環(huán)與活塞頂之間的距離?；诖?，可以考慮采用熱膨脹更

25、小的活塞材料或者考慮設計出更合理的結構。（5）冷起動，暖機，怠速發(fā)動機在冷起動時，溫度很低，CO和HC的排放很高。因此，應盡量縮短冷起動時間。暖機時要使可燃混合氣、冷卻水和機油盡快熱起來。發(fā)動機的潤滑系和冷卻系也要保證起動后盡快達到正常運轉溫度。為了滿足這些要求，在設計發(fā)動機時，可以采用進氣自動加熱系統(tǒng)來改善暖機和寒冷天氣時混合氣的形成。采用進氣溫度自動調節(jié)式空氣濾清器來保證外界變化的情況下進氣溫度保持在40度左右。采用自動控制溫度的裝置，使發(fā)動機在大負荷下機油也能夠得到足夠的冷卻，暖機時又能很快熱起來。通過這些方式可減少發(fā)動機在暖機和小負荷冷天運轉時的污染物排放。4.1.2廢氣再循環(huán)NOx是

26、在溫度高，氧氣充足的條件下生成的。燃燒溫度越高，NOx的生成越多。廢氣再循環(huán)則是把發(fā)動機排出的部分廢氣回送到進氣歧管，并與新鮮混合氣一起再次進入氣缸。由于廢氣中的氧含量很低,廢氣中主要成分的比熱容較大,EGR使燃燒溫度降低,抑制了NOx的生成。使氣缸中混合氣的燃燒溫度降低，從而減少NOx的生成量。由圖可以看出，當廢氣再循環(huán)率增加時，氮氧化物的排放量會迅速下降，因此，廢氣再循環(huán)裝置可以有效控制氮氧化物的排放量。但是，當廢氣再循環(huán)率過高時，中等負荷下，燃油消耗會增大，HC排放會增高，在小負荷時，發(fā)動機甚至會熄火?，F(xiàn)代發(fā)動機為了精確控制廢氣再循環(huán)率，采用了電子控制EGR系統(tǒng)，并采用中冷EGR,使EG

27、R在使用時發(fā)動機的經濟性和穩(wěn)定性都得到提高。4.1.3電子控制燃油噴施系統(tǒng)混合氣成分對發(fā)動機污染排放有很大的影響，電子燃油噴射系統(tǒng)能夠精確的控制空燃比使發(fā)動機在各種工況下都能擁有適當?shù)幕旌蠚獬煞帧?電子燃油噴射控制系統(tǒng)能根據空氣進氣量來測得燃燒所需的汽油量，并通過控制噴油開啟時間來精確配制，使一定量的汽油與相應的空氣形成可燃混合氣。部分負荷時,采用閉環(huán)反饋控制,可滿足三效催化轉化器對空燃比的嚴格要求。由于采用壓力噴射,汽油的霧化和汽化質量高,有利于快速燃燒與完全燃燒,擴大了汽油機的燃燒界限。電控燃油噴射的這些優(yōu)點,不僅降低了燃油消耗率,而且大大改善了排放特性。目前，電子控制燃油噴施系統(tǒng)主要有D

28、、L、Mono系統(tǒng)。其中，D型電控汽油噴射系統(tǒng)是通過進氣管壓力和發(fā)動機轉速來推算每次循環(huán)吸入的空氣量，進而計算需要的燃油量；L型電控汽油噴油系統(tǒng)是利用空氣流量計直接測量進氣支管的空氣量，進而計算出需要噴射的燃油量；Mono系統(tǒng)則是在原來安裝化油器的部位安裝了一只電磁噴油器，它可以進行集中噴射，能迅速輸送燃油到節(jié)氣門。4.2機外凈化技術機外凈化是通過在發(fā)動機外部設置附加裝置使排出的廢氣凈化后再排入大氣。目前，設置在發(fā)動機外部的凈化廢氣的裝置主要有三效催化轉化器，曲軸箱強制通風系統(tǒng)，燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)。4.2.1三效催化轉化器三效催化轉化器主要由載體、催化劑、墊層和殼體組成，催化劑常常采用鉑、銠、鈀

29、、堿土和稀土等物質。三效催化轉化器利用催化劑的催化作用，還原，并且氧化HC和CO。當過量空氣系數(shù)等于1時，三效催化轉化器能夠使CO、HC和NO_x同時達到較好的凈化效果。4.2.2曲軸箱強制通風系統(tǒng)排放出的HC中，20來自曲軸箱竄氣，曲軸箱排放物控制系統(tǒng)則是將曲軸箱竄氣送回歧管和各進氣管。新鮮空氣是由空濾器進入曲軸箱的，它與竄氣混合后，經PCV(曲軸箱強制通風系統(tǒng))閥進入進氣管，然后與油氣混合器一起唄吸入氣缸燃燒掉。PCV閥可隨發(fā)動機運轉狀況自動調節(jié)吸入氣缸的竄氣量。在怠速和小負荷時，由于進氣管真空度較高，因此閥體被吸上進氣管側，閥口流通截面減少，以避免混合氣過稀，造成燃燒不穩(wěn)定或失火；而在加

30、速和大負荷時，竄氣量增多，而進氣管真空度變低，再彈簧作用下閥體下移，閥口流通截面增大，使大量的竄氣進入氣缸被燃燒掉；當發(fā)動機高速大負荷運轉時，一旦竄氣量過多而不能完全被吸凈時，部分竄氣會從閉式通氣口倒入空濾器，經化油器被吸入進氣管。PCV閥能使曲軸箱內始終保持負壓，因而可以減緩潤滑油竄入燃燒室和通過密封面的滲漏,從而減少排氣中HC和微粒的生成。4.2.3燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)汽車燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)主要由活性碳罐、碳管電磁閥、空氣濾清器、安全閥等主要部件組成。汽車排放到大氣的HC中，20來自燃油系統(tǒng)蒸發(fā)，且絕大部分的汽油蒸發(fā)來自化油器和油箱。燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)主要是對蒸發(fā)汽油進行控制，其中起主要作用的部件

31、為活性碳罐，活性碳罐的下部與大氣相通，上部有接頭、管路與燃油箱相連。用于收集油箱中的燃油蒸汽。內部裝有對汽油蒸汽吸附和脫附能力很強的活性炭粒，它具有極強的吸附作用。燃油箱中的燃油蒸汽（HC），經油箱管道進入活性碳罐后，蒸汽中的燃油分子被吸附在活性碳顆粒表面，對汽油蒸汽起吸附作用，活性碳罐有1個出口，有軟管與發(fā)動機進氣歧管相連。軟管的中部設1個電磁閥，以控制管路的通斷，碳罐與控制閥的配合，可實現(xiàn)油氣的脫附，從而也可以將吸附的汽油分子再回收利用。燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)最常用的是活性炭罐式油蒸氣吸附裝置，活性炭具有很高的吸附能力且對物質吸附具有選擇性，當燃油蒸汽通過活性炭是，其中的HC幾乎能夠完全被吸附，

32、從而減少HC排放。5降低排放技術在現(xiàn)代車上的應用5.1奧迪A6L上的降低排放技術環(huán)保問題越來越受到人們的重視，排放法規(guī)也隨之越來越嚴格，為了滿足排放法規(guī)的標準，汽車發(fā)動機的減排技術也逐步得到提升?，F(xiàn)以搭載大眾第三代EA888發(fā)動機的奧迪A6L為例，介紹降低排放技術在現(xiàn)代車上的應用，如表3、表4所示。表3 奧迪A6L的機外凈化技術降低排放技術技術特點主要作用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)采用電控EGR系統(tǒng)把發(fā)動機排出的一部分廢氣惰性氣體引入進氣系統(tǒng)中，與混合氣一起進入氣缸中燃燒降低氣缸內最高溫度，減少NOx的生成燃油蒸汽回收裝置用電子控制單元通過控制活性碳罐電磁閥的通斷，依靠進氣管中的真空度將燃油蒸汽吸入發(fā)動機

33、的進氣道中進行燃燒防止油箱內的燃油蒸氣逸入大氣中，從而減輕污染二次空氣噴射裝置利用空氣泵向排氣管、三元催化器噴入新鮮空氣向排氣凈化系統(tǒng)噴入新鮮空氣，促進HC 和CO 的燃燒，達到廢氣凈化的目的三元催化轉換器排氣頭段三元催化，且安裝有前氧傳感器和后傳感器；發(fā)動機是以過量空氣系數(shù)的閉環(huán)控制能夠將汽車尾氣中的有害物質HC、CO 和NOx轉化為無害物,減少排放污染表4 第三代EA888發(fā)動機降低排放技術可以降低排放的技術技術特點在降低排放方面的作用可變氣門正時技術通過位于進氣凸輪軸的葉片式液壓調節(jié)器來實現(xiàn)氣門正時可變，使曲軸轉角可調范圍達到60度提高了充氣系數(shù)，較好地解決了高轉速與低轉速、大負荷與小負

34、荷下動力性與經濟性的矛盾，降低了HC和NOx排放可變氣門升程通過改變凸輪軸的凸輪高度來使氣門的開度當發(fā)動機以較低的轉速運行時啟動可變氣門升程功能時，排氣的速度更高，從而降低排放雙噴射系統(tǒng)雙噴射系統(tǒng)用的高壓油軌（直噴部分）和低壓油軌（歧管噴射）。在發(fā)動機處于低負荷狀態(tài)時，發(fā)動機只有歧管噴射一組噴油嘴工作，當發(fā)動機轉速逐漸提高之后，直噴和歧管噴射兩組噴油嘴同時工作保證發(fā)動機的動力輸出比僅有直噴功能的發(fā)動機而言產生的污染物更少，同時也減少進氣門背面產生積碳的可能水冷渦輪增壓技術轉子和殼體等方面都進行了改進；較短的排氣距離是的渦輪增壓器被廢氣推動的效率得以提升；氧傳感器布置在渦輪增壓器；安裝了電動廢氣

35、閥和泄壓閥減少車輛啟動時的冷機排放5.2滿足國四標準的降低排放技術組合5.2.1電子控制燃油噴射+渦輪增壓+三效催化轉化器渦輪增壓，有效提高了發(fā)動機的燃油消耗率，降低了有害氣體的排放，但是無論如何進行改進，有害氣體都會產生。因此，可以在渦輪增壓后增加三元催化進行處理。三元催化轉化器在理論空燃比時具有最高的效率，電子控制燃油噴射系統(tǒng)可以把混合氣的空燃比控制在理論空燃比范圍內，從而使三元催化轉化器額效率達到最高，從而降低CO、HC、NOx排放。5.2.2稀薄燃燒+電控EGR+NOx轉化器稀薄燃燒技術可以使燃油得到更充分的燃燒，大大降低HC和CO 的排放，但是NOx的排放并不會降低，因此應該在車上安

36、裝電子控制的廢氣再循環(huán)裝置，將發(fā)動機的一部分廢氣引入進氣系統(tǒng)中，降低氣缸內的溫度，精確控制廢氣再循環(huán)率，減少NOx的排放。在排氣管處安裝NOx轉化器，進一步減少NOx的排放。這樣的技術組合，能同時降低CO、HC和NOx的排放。5.2.3GDI+大量EGR+三效催化轉化器使用GDI的發(fā)動機，燃燒區(qū)域的混合氣濃度比常規(guī)發(fā)動機高，向進氣系統(tǒng)引入相當于空氣量70%的廢氣，能夠在降低NOx的同時也不至于時發(fā)動機燃燒惡化。此外，安裝三元催化器，便能夠同時能同時降低CO、HC和NOx的排放。6現(xiàn)有排放控制技術的評價及優(yōu)化6.1廢氣渦輪增壓技術評價及優(yōu)化渦輪增壓技術在改善燃油經濟性的同時，也能減少排氣污染，因

37、此渦輪增壓技術在近幾年得到青睞和發(fā)展。但是汽油機渦輪增壓技術存在以下問題1）汽油機增壓易發(fā)生爆燃。2）汽油機增壓熱負荷高3）汽油機與增壓器匹配困難。為解決這些問題，在使用廢氣渦輪增壓技術時，應在一定程度上，降低壓縮比，減小點火提前角、對增壓空氣進行冷卻以抑制爆震燃燒和減小負荷；采用放氣、壓氣機進口節(jié)流、采用可變噴嘴環(huán)截面積和采用共振系統(tǒng)的復合增壓的方式來改善渦輪增壓器的扭矩特性； 采用減小進排氣道的容積、減小渦輪增壓器的尺寸、縮短排氣管和選擇適當?shù)墓?jié)氣門位置的方式來改善渦輪增壓器的加速性。6.2廢氣再循環(huán)技術評價及優(yōu)化廢氣再循環(huán)技術利用廢氣特性，有效降低了NOx的生成。但是廢氣再循環(huán)技術降低了

38、發(fā)動機的燃燒速度和溫度,導致發(fā)動機最大功率下降、耗油率上升和燃燒不穩(wěn)定。由于廢氣再循環(huán)量的改變會對不同的污染成份可能產生截然相反的影響,因此廢氣再循環(huán)的最佳狀況往往是一種折衷的,使相關污染物總的排放達到最佳的方案。也就是說,盡管提高廢氣再循環(huán)率對減少氮氧化物NOx的排放有積極的影響,但同時這也會對顆粒物和其他污染成份的減少產生消極的效果。此外，廢氣再循環(huán)技術還存在以下問題（1）在低負荷時，廢氣再循環(huán)將影響汽油機的工作穩(wěn)定性。（2）在高負荷時，廢氣將影響汽油機的動力性。（3）廢氣溫度過高,將會影響汽油機的充氣效率,還會有降低燃燒溫度（4）各缸廢氣再循環(huán)分配均勻性和瞬態(tài)響應性不宜同時兼顧。因此，必

39、須根據發(fā)動機工況要求控制EGR率,并采取快速燃燒和穩(wěn)定燃燒的措施,如加強缸內氣流運動,加大點火能量。同時，負荷、轉速特別是空燃比和點火提前角的改變,使EGR在不同工況下降低NOx的效果有所不同,對HC、CO排放和比油耗的影響也不一樣,因此需要根據空燃比和點火提前角的改變調整EGR率。即各工況下存在一個最佳的EGR率,它的實現(xiàn)只能依靠電子控制系統(tǒng)。6.3電子控制燃油系統(tǒng)評價與優(yōu)化電子燃油噴射系統(tǒng)通過精確的控制空燃比使發(fā)動機在各種工況下都能擁有適當?shù)幕旌蠚獬煞?，從而降低污染物排放?，F(xiàn)如今，電控汽油噴射系統(tǒng)已發(fā)展成汽油機電控系統(tǒng)。汽油機電控系統(tǒng)由許多功能模塊組成,汽油機運轉時可以根據不同工況劃分為不

40、同的運轉模式。一般,電子控制單元（ECU）根據各個傳感器傳來的信息,先來判斷汽油機工作在何種模式運轉,再轉入該模式并調用相關功能模塊,實現(xiàn)對汽油機的控制。也就是說，傳感器通過各種電信號將一個與實際工況相符的“模擬汽油機”反饋到控制系統(tǒng)中,控制系統(tǒng)則根據輸入信息與自身存儲的知識庫來決定使用何種控制方式，發(fā)出何種指令,然后將指令送到執(zhí)行器完成控制。指令完成以后還會對后續(xù)輸入信息產生影響。ECU能夠在信息流動和循環(huán)中對汽油機進行實時控制,控制項目則包括、進氣諧振、噴油量與噴油定時、空燃比調節(jié)、點火定時與點火能量、催化轉化器、廢氣再循環(huán)(EGR)、配氣相位、爆燃限制、加速加濃與減速斷油怠速調節(jié)、冷起動

41、與暖機等。電子控制系統(tǒng)的優(yōu)化可實現(xiàn)瞬態(tài)配制混合氣,從而使使各工況下汽油機排放特性、經濟性與動力性都能夠達到最佳。6.4燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)評價及優(yōu)化各種機械裝置類的燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)降低排放的效果較差，優(yōu)化燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)有以下方式。（1）燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)中，活性炭罐是起主要作用的部件。因此，可以運用電子控與活性炭罐相結合的方式提高炭罐的吸附閥的開啟壓力，一方面可以減少油箱內的蒸氣產生量，另一方面可以提高炭罐有效吸附率和脫附率。另外還可以使用用體積更大的炭罐（提高炭罐的長徑比）或者降低炭罐吸附時的環(huán)境溫度來提高吸附率。積極地研究開發(fā)新型的汽油蒸發(fā)控制用活性炭也是提高活性炭罐性能的一種途徑。 （2）

42、大力開發(fā)加油站的油氣回收治理裝置。在加油時，完全封閉汽車的油箱口，一方面把油輸入，同時也把油氣抽出，輸送到加油站的大油罐中。通過吸附、冷凝等方式，將油氣轉化成為可以使用的汽油。 （3）在發(fā)動機內設置除活性炭罐外的其它處理燃油蒸氣的裝置。燃油蒸氣的分離方法有吸附法、吸收法、冷凝法及膜分離法，采用其中的兩種或兩種以上的方法，如在油氣分離器后將吸附和膜分離兩種裝置組合在一起控制燃油蒸發(fā)而不增加活性炭罐的工作強度，避免活性炭罐被堵塞或活性炭達到飽和吸附率而無法再吸附更多的燃油蒸氣。6.5曲軸通風系統(tǒng)評價及優(yōu)化曲軸箱強制通風將旁流的燃油氣、補償蒸汽以及曲軸箱竄氣等引至進氣管，使適量的竄氣在氣缸內再次燃燒

43、。采用曲軸箱強制通風之后，能夠降低HC和微粒排放。但是曲軸通風系統(tǒng)是將發(fā)動機竄氣送回到進氣管并與新鮮混合氣一起進入氣缸進行燃燒，由于竄氣里含有大量的機油油滴，機油是不能夠完全燃燒的，因而對排放會產生負面影響。另外曲軸竄氣重新進入到發(fā)動機進氣系統(tǒng)后，竄氣里的含油物質以及炭黑顆?？赡軙廴緶u輪增壓器“中冷”進排氣閥門和廢氣催化器，還會影響這些部件的壽命。曲軸箱強制通風系統(tǒng)構成和發(fā)展趨勢如今，汽車排放到大氣的曲軸箱強制通風系統(tǒng)有的兩個發(fā)展方向是高效的油氣分離器和集成化。高效的油氣分離器可以將竄氣中的機油油滴進行分離，從而降低發(fā)動機由于竄氣造成的排放問題。對曲軸通風系統(tǒng)的集成化可以實現(xiàn)發(fā)動機的小型化和

44、輕量化。6.6三效催化轉化器評價及優(yōu)化三效催化轉化器能夠有效地完成汽油機排氣的機外凈化任務, 其性能性能取決于其中的氣流狀態(tài)、溫度分布、尾氣成分、催化器結構等。從三效催化轉化器的原理來看，其存在以下幾個問題：（1）三效催化轉化器的工作最佳溫度為350左右，當溫度過低時沒有凈化作用,溫度過高時則易老化。故采用二次空氣或燃油燒嘴來改善它冷起動的工作狀況。(2)三效催化轉化器只有在過量空氣系數(shù)等于1時才能有效地凈化排氣，故應使它必須與入閉環(huán)控制回路配合使用.(3)三效催化轉化器起主要作用的催化轉化劑容易受排氣中所含某些元素的毒害,其中毒害最深的是鉛。故應當推廣無鉛汽油或者是開發(fā)耐鉛的三效催化轉化器。

45、7降低排放技術發(fā)展趨勢7.1催化轉化器的發(fā)展趨勢研究表明,汽車排放物中,有80%來自于起動時的100s 至150s階段,這段時間恰好是使催化器達到300起活溫度的時間。我們把這個時間產生的污染物的排放稱為“起動排放”。起動排放物高的原因有兩個:一是起始溫度低,不能達到催化轉化器的起活溫度，另一個是發(fā)動機起始預熱時期需要適當?shù)臐饣旌蠚狻Ｆ鸪跞藗兪褂瞄]環(huán)汽油噴射和三效催化器結合的方式，達到了較好的降低排放的效果，但這種方式仍存在很多不足之處，因需要進一步研究并設計更為有效催化轉化器。未來的催化轉化器有以下方向向：電加熱式催化轉化器、碳氫收集器、燃燒器型催化轉化器等。7.1.1電加熱式催化轉化器電加

46、熱式催化轉化器將電阻金屬葉片置于催化轉化器前端的進氣流路上，從而使電阻在電流通過時能夠使排氣升阻。電加熱形式有兩種,一種是基于燒結的金屬粉末，另一種是基于金屬葉片。它們使的電源來自汽車本身的直流電源。直流電源通過電極將葉片或金屬壓膜進行加熱,使得催化器從常溫被加熱到300一600。這種催化轉化器和二次空氣泵聯(lián)合使用還能夠保障有充分的氧氣來氧化排氣中的HC和CO。7.1.2碳氮收集器碳氫收集器利用用沸石吸附碳氫來降低冷起動的排放。在汽車冷起動時,三效催化器不能即時達到起活溫度,碳氫收集器就是在這段時間發(fā)揮作用。它的工作機理是：在冷態(tài)碳氫被吸附后進行加熱脫附,在三效催化器起活后再使這部分碳氫進入三效催化器。這樣在冷起動時期,一個排氣閥將排氣導入一個旁通管路,再流入碳氫收集器。低溫時，沸石吸附排氣中的碳氫,400時碳氫脫附碳氫，這個溫度恰恰是三效催化器的起活溫度。如此便可降低因為達不到催化轉化器的起活溫度而引起的污染物排放。7.1.3燃燒型催化轉化器燃燒型催化轉化器中，催化轉化器安裝在底盤下，燃燒器安裝在催化轉化