排氣污染與控制

1、COHCNOX88-99%63-95%31-53% 汽油機是一種汽油機是一種預(yù)混燃燒，它靠電預(yù)混燃燒，它靠電火花進行外源點火，火花進行外源點火，火核形成以后，以火核形成以后，以火焰?zhèn)鞑樘卣?，火焰?zhèn)鞑樘卣鳎淇扇蓟旌蠚鉂舛绕淇扇蓟旌蠚鉂舛确秶容^窄，混合范圍比較窄，混合氣成分是影響排放氣成分是影響排放的最主要的因素。的最主要的因素。 一、混合氣成分一、混合氣成分二、點火正時二、點火正時點火正時點火正時 減小點火提前減小點火提前角，不僅降低燃燒角，不僅降低燃燒最高溫度、減小燃最高溫度、減小燃燒反應(yīng)滯留時間，燒反應(yīng)滯留時間，對降低對降低NONO十分有利；十分有利；而且由于點火推遲，而且由于點火推

2、遲，膨脹時的溫度及排膨脹時的溫度及排氣溫度均上升，對氣溫度均上升，對降低降低HCHC也有利也有利 EGR EGR可以抑可以抑制燃燒的最高溫制燃燒的最高溫度，有利于抑制度，有利于抑制NONO的生成。但燃的生成。但燃燒的有效性降低，燒的有效性降低，動力性變差。動力性變差。三、吸入廢氣量三、吸入廢氣量(EGR)(EGR)汽油機凈化系統(tǒng)基本構(gòu)成汽油機凈化系統(tǒng)基本構(gòu)成 從空氣濾清器引出一股新鮮空氣進入曲從空氣濾清器引出一股新鮮空氣進入曲軸箱，再經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥（軸箱，再經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥（PCV閥）把竄入曲閥）把竄入曲軸箱的氣體和空氣的混合氣一起吸入氣缸燒軸箱的氣體和空氣的混合氣一起吸入氣缸燒掉。掉。 當(dāng)竄缸氣體

3、量大于閥門的流通能力時，當(dāng)竄缸氣體量大于閥門的流通能力時，曲軸箱中過量的竄氣量將通過空氣濾清器連曲軸箱中過量的竄氣量將通過空氣濾清器連接管接管2 2進入空氣濾清器，進入氣缸再次燃燒。進入空氣濾清器，進入氣缸再次燃燒。 一、曲軸箱強制通風(fēng)系統(tǒng)（一、曲軸箱強制通風(fēng)系統(tǒng)（PCV系統(tǒng)）系統(tǒng)）PCV閥的工作原理閥的工作原理 系統(tǒng)的主要組成有止回閥、凈化控制閥、活系統(tǒng)的主要組成有止回閥、凈化控制閥、活性炭罐等。性炭罐等。 如燃料箱中壓力變高時，止回閥開啟，蒸如燃料箱中壓力變高時，止回閥開啟，蒸發(fā)燃料被活性炭吸附。當(dāng)由吸氣壓力控制的凈化發(fā)燃料被活性炭吸附。當(dāng)由吸氣壓力控制的凈化控制閥打開時，被吸附在活性炭上

4、的燃料蒸氣和控制閥打開時，被吸附在活性炭上的燃料蒸氣和經(jīng)過活性炭罐的空氣濾清器的空氣一起被吸入進經(jīng)過活性炭罐的空氣濾清器的空氣一起被吸入進氣系統(tǒng)，再進入氣缸燃燒。氣系統(tǒng)，再進入氣缸燃燒。 二、燃油蒸發(fā)凈化裝置二、燃油蒸發(fā)凈化裝置 三、廢氣再循環(huán)裝置（三、廢氣再循環(huán)裝置（EGR）EGR工作原理工作原理EGR率對發(fā)動機性能的影響率對發(fā)動機性能的影響 EGR率對發(fā)動機性能的影響率對發(fā)動機性能的影響 四、汽油機三效催化轉(zhuǎn)化器四、汽油機三效催化轉(zhuǎn)化器222NOHCONOxHCCOTWC1 1、工作原理、工作原理%1001%催化器入口濃度催化器出口濃度）轉(zhuǎn)換效率（n催化器出、入口濃度分別代表有害氣體（催化

5、器出、入口濃度分別代表有害氣體（HCHC、COCO、NOxNOx）的濃度。可見，轉(zhuǎn)換效率表示把）的濃度?？梢?，轉(zhuǎn)換效率表示把HCHC、COCO、NOxNOx等有害氣體轉(zhuǎn)換成無害氣體的百分率。等有害氣體轉(zhuǎn)換成無害氣體的百分率。轉(zhuǎn)換效率的測定一般在發(fā)動機試驗臺或裝車試轉(zhuǎn)換效率的測定一般在發(fā)動機試驗臺或裝車試驗中進行。驗中進行。）催化器體積（）量（催化器排出氣體體積流331/)(dmhdmhSVnSVSV簡稱空速，主要用于評價催化器的安裝占用簡稱空速，主要用于評價催化器的安裝占用空間的程度。顯然，在同樣的排氣流量下，排空間的程度。顯然，在同樣的排氣流量下，排氣催化轉(zhuǎn)化器所允許的空速氣催化轉(zhuǎn)化器所允許

6、的空速SVSV越大，催化器的越大，催化器的體積就越小?；蛘哒f，體積就越小?；蛘哒f，SVSV越小，在同樣的排氣越小，在同樣的排氣流量下，反應(yīng)氣體在催化器中的停留時間越長，流量下，反應(yīng)氣體在催化器中的停留時間越長，轉(zhuǎn)換效率越高。轉(zhuǎn)換效率越高。n（2 2）空間速度）空間速度5 5、催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)、催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)（整體式與顆粒式）催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)（整體式與顆粒式）外外殼殼減振密封墊減振密封墊載體與催化劑載體與催化劑催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)（橢圓形）催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)（橢圓形） 不銹鋼外殼催化轉(zhuǎn)化器不銹鋼外殼催化轉(zhuǎn)化器載體與催化劑載體與催化劑貴金屬貴金屬Pt,Rh,Pd氧化鋁氧化鋁助催化劑助催

7、化劑催化劑涂層催化劑涂層載體載體載體載體技術(shù)技術(shù)催化劑催化劑化學(xué)老化化學(xué)老化熱老化熱老化積垢老化積垢老化機械老化機械老化中毒：不可逆吸附或發(fā)生表面反應(yīng)抑制：毒物的競爭可逆吸附毒物導(dǎo)致催化劑表面重構(gòu)發(fā)生載體孔結(jié)構(gòu)的阻塞 活性組分的燒結(jié)形成合金載體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化貴金屬-賤金屬的相互作用貴金屬表面重組貴金屬揮發(fā)碳沉積（結(jié)碳）熱沖擊磨損機械破壞 7 7、汽油機排氣后處理之未來、汽油機排氣后處理之未來快速起燃技術(shù)快速起燃技術(shù)緊耦合型催化轉(zhuǎn)化器緊耦合型催化轉(zhuǎn)化器（CCC）三、三、HC的生成機理的生成機理四、四、 NO的生成機理的生成機理影響因素影響因素-燃燒室類型燃燒室類型n柴油機排放綜合控制技術(shù)（柴油機排

8、放綜合控制技術(shù)（DPF+SCRDPF+SCR）FUEL TIMELINE2005: EU ULSD 50ppm S2005: Japan ULSD 50ppm S2006: EPA/CARB ULSD 15ppm S2007: US Non-road LSD 500ppm S2009: EU SULSD 10ppm S2010: US Non-road ULSD 15ppm S(2000)(2005)(2008)China 2010China 2007Nothing, orDOC to control odorDOC+DPF+FBC, orDOC+CDPF, orDOC, SCRDOC+CDP

9、FDOC+CDPF+ SCR微粒捕集器的結(jié)構(gòu)原理微粒捕集器的結(jié)構(gòu)原理- -表面型表面型OutletSectionFilterSectionCatalyst SectionInlet SectionV-Clamps試驗后的微粒捕集器試驗后的微粒捕集器進口進口出口出口試驗后微粒捕集器外殼試驗后微粒捕集器外殼進口部分進口部分出口部分出口部分l l噴油助燃再生噴油助燃再生l l電加熱再生電加熱再生l l微波加熱再生微波加熱再生l l催化再生催化再生l l連續(xù)再生連續(xù)再生l l添加劑再生添加劑再生l l進氣節(jié)流再生進氣節(jié)流再生l l排氣節(jié)流再生排氣節(jié)流再生l l后燃再生后燃再生l l逆向噴氣再生逆向噴氣

10、再生l l機械振動再生機械振動再生利用外部熱源再生利用外部熱源再生（主動再生）（主動再生）降低微?；罨茉偕档臀⒘；罨茉偕ū粍釉偕ū粍釉偕├冒l(fā)動機熱能再生利用發(fā)動機熱能再生（主動再生）（主動再生）非加熱機械式再生非加熱機械式再生（主動再生）（主動再生）再生再生方法方法2 2、微粒捕集器的再生方法、微粒捕集器的再生方法陶瓷纖維纏繞微粒捕集及催化再生過程陶瓷纖維纏繞微粒捕集及催化再生過程電加熱再生電加熱再生噴油助燃再生噴油助燃再生微波加熱再生微波加熱再生壁流陶瓷捕集器的進一步研究壁流陶瓷捕集器的進一步研究增加捕集容量、延長再生周期增加捕集容量、延長再生周期 過流式微粒捕集原理過流式微

11、粒捕集原理 減小捕集量，延長使用時間減小捕集量，延長使用時間Pt催化劑催化劑DPF發(fā) 動 機 排發(fā) 動 機 排氣氣凈 化 后 排凈 化 后 排氣氣NO+O2NO2C+NO2CCO2+N2C+O2CO2Inlet SectionCatalystSectionFilterSectionOutletSectionHoneycombCatalystWall-flowFilter連續(xù)再生捕集器（連續(xù)再生捕集器（CRT）SCRT System Configuration EngineCRTTMSCRSlip CatalystRemoval of HC, CO, PMRemoval of NOxRemova

12、l of NH3 slip if required4-way conversionUrea柴油機排氣四效凈化技術(shù)柴油機排氣四效凈化技術(shù)n非穩(wěn)態(tài)煙度測量（自由加速法和控非穩(wěn)態(tài)煙度測量（自由加速法和控制加速法制加速法 ）標(biāo)準(zhǔn)名稱 生效時間 CO/g.km-1 HC/g.km-1 NOX/g.km-1 NOX+HC/g.km-1 測試規(guī)范 歐洲1 1992.07 2.72 0.97 ECE+EUDC 歐洲2 1996.01 2.20 0.50 歐洲3 2000.01 2.30 0.20 0.15 修改試驗規(guī)范 2000.01 2.30 0.12 0.15 歐洲4 2005.01 2.30 0.10

13、0.08 2005.01 2.30 0.10 0.08 法。法。HC和和N0 x。分流稀釋系統(tǒng)測量；分流稀釋系統(tǒng)測量；n采用符合歐洲采用符合歐洲 CEC RF03A84標(biāo)準(zhǔn)的柴油作為型式認證和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的柴油作為型式認證和生產(chǎn)一致性檢查試驗用油，以排除柴油一致性檢查試驗用油，以排除柴油本身品質(zhì)不同的影響；本身品質(zhì)不同的影響；生產(chǎn)一致性試驗限值為同一值；生產(chǎn)一致性試驗限值為同一值；n自由加速微粒排放試驗也規(guī)定必須自由加速微粒排放試驗也規(guī)定必須采用不透光煙度計，木能使用濾紙采用不透光煙度計，木能使用濾紙式煙度計，因為后者不能測量瞬態(tài)式煙度計，因為后者不能測量瞬態(tài)可見污染物排放濃度的大??；規(guī)定可見污染

14、物排放濃度的大??；規(guī)定在發(fā)動機臺架上也可以進行自由加在發(fā)動機臺架上也可以進行自由加速試驗，但發(fā)動機要與測功機脫開速試驗，但發(fā)動機要與測功機脫開，飛輪轉(zhuǎn)動慣量要與整車相當(dāng)；，飛輪轉(zhuǎn)動慣量要與整車相當(dāng)；二、我國、歐盟和美國的排放法規(guī)、二、我國、歐盟和美國的排放法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的限值標(biāo)準(zhǔn)的限值紅外線是波長為紅外線是波長為0.8600um（工業(yè)上多用（工業(yè)上多用215um）的電）的電磁波。多數(shù)氣體對一定波長的磁波。多數(shù)氣體對一定波長的紅外線具有吸收能力，其吸收紅外線具有吸收能力，其吸收能量與氣體濃度有關(guān)，例如能量與氣體濃度有關(guān)，例如CO能吸收波長能吸收波長4.55um的紅外的紅外線。由此，線。由此， NDI

15、R的基本原理的基本原理如圖如圖 828所示。所示。 （1 1）不分光紅外線吸收型分析儀（）不分光紅外線吸收型分析儀（NDIRNDIR） FID工作原理是利工作原理是利用有機用有機HC在氫火焰的高在氫火焰的高溫（約溫（約2000）中燃燒，）中燃燒，一部分分子或原子就會離一部分分子或原子就會離子化而生成自由離子；在子化而生成自由離子；在外加電場作用下，離子向外加電場作用下，離子向兩極移動，形成離子電流，兩極移動，形成離子電流，其電流大小與待測氣體的其電流大小與待測氣體的流量和濃度成正比。流量和濃度成正比。（2 2）氫火焰離子型分析儀（）氫火焰離子型分析儀（FIDFID）化學(xué)發(fā)光法原理如下：化學(xué)發(fā)光

16、法原理如下： NONOO O3 3NONO2 2* *+O+O2 2 NO NO2 2* *NONO2 2十十h hv v 當(dāng)氣樣中當(dāng)氣樣中NO和和O3（臭氧（臭氧）反應(yīng)生成）反應(yīng)生成NO2時，大約有時，大約有10的的NO2處于激化狀態(tài)（以處于激化狀態(tài)（以NO2*表示）。這些激態(tài)分子表示）。這些激態(tài)分子向基態(tài)過渡時，發(fā)射出波長向基態(tài)過渡時，發(fā)射出波長0.59-2.5um的光量子的光量子hv，其，其強度與強度與NO量成正比。利用光量成正比。利用光電倍增管將這一光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡婋姳对龉軐⑦@一光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵觯赏扑愠鲂盘栞敵?，可推算出NO濃度濃度。（3 3）化學(xué)發(fā)光型分析儀（）化學(xué)發(fā)光型分析儀（CLDCLD）（4）微粒物的測量微粒物的測量 人有了知識，就會具備各種分析能力，人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，所以我們要勤懇