汽油機車輛和柴油機車輛的尾氣凈化技術(shù)與發(fā)展趨勢

1、汽油機車輛和柴油機車輛的尾氣汽油機車輛和柴油機車輛的尾氣凈化技術(shù)與發(fā)展趨勢凈化技術(shù)與發(fā)展趨勢內(nèi)容簡介汽油機車輛尾氣凈化技術(shù)發(fā)展趨勢柴油機車輛尾氣凈化技術(shù)發(fā)展趨勢一：汽油車排放污染物種類、危害及產(chǎn)生原因一：汽油車排放污染物種類、危害及產(chǎn)生原因污染物種類污染物種類 CO NOX HC 含鉛汽油中的鉛 O3 SO2 CO2對環(huán)境的影響對環(huán)境的影響 溫室效應(yīng) 光化學(xué)煙霧 酸雨 臭氧層減薄 臭氧濃度過高污染物產(chǎn)生原因污染物產(chǎn)生原因 發(fā)動機排氣管排出的燃燒廢氣 曲軸箱竄氣 燃料蒸發(fā)汽汽油油車車尾尾氣氣凈凈化化技技術(shù)術(shù)機內(nèi)凈化技術(shù)機外凈化技術(shù)以改進發(fā)動機燃燒過程為核心在排氣系統(tǒng)中采用化學(xué)或物理方法對已生成的

2、有害排放物進行凈化的排放后處理技術(shù)對來自曲軸箱和供油系統(tǒng)的有害排放物進行凈化的非排氣污染控制技術(shù)二：汽油車尾氣凈化技術(shù)二：汽油車尾氣凈化技術(shù)1 1：電子控制燃油噴射系統(tǒng)：電子控制燃油噴射系統(tǒng) 電子控制燃油噴射系統(tǒng)（EFI）利用傳感器檢測發(fā)動機的各種狀態(tài)，經(jīng)微機判斷、計算，使發(fā)動機在不同工況下均能獲得合適空燃比的混合氣。2 2：可變進氣流通截面及可變配氣定時系統(tǒng)：可變進氣流通截面及可變配氣定時系統(tǒng) 采用可變進氣流通截面可改善中速運轉(zhuǎn)及部分負荷時的汽油機性能，并可控制燃燒速率。采用可變配氣定時系統(tǒng)可調(diào)節(jié)缸內(nèi)剩余廢氣量，降低NOX排放，改善怠速性能。3 3：廢氣再循環(huán)：廢氣再循環(huán) 發(fā)動機工作過程中，

3、將一部分排氣引到吸入的新鮮空氣（或混合氣）中并返回氣缸進行再循環(huán)的方法稱為廢氣再循環(huán)（EGR），可有效控制NOX的排放。但由于它減少了進氣充量中的含氧量，只宜在部分負荷時采用，以使HC不致明顯增加。若要最大限度地減少NOX含量，又不影響汽油機經(jīng)濟性和HC排放，需采取有效調(diào)整裝置來優(yōu)化整個工作范圍內(nèi)的廢氣再循環(huán)。電控技術(shù)是解決這一矛盾的有效手段。4 4：燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計：燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計 不同的燃燒室形狀會使汽油機性能有很大差別。燃燒室設(shè)計的重要原則之一是面容比小，即盡可能緊湊；火花塞盡可能布置在燃燒室中央，以縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x。緊湊的燃燒室可直接使汽油機的熱效率提高，HC和CO排放降低；與推遲點

4、火提前角或EGR聯(lián)用，可同時降低NOX排放。5 5：采用稀薄燃燒系統(tǒng)：采用稀薄燃燒系統(tǒng) 稀薄燃燒是指能用空燃比為18:1或更稀的混合氣的汽油機。采用稀薄燃燒系統(tǒng)可以降低排放污染的主要原因是稀混合氣中的汽油分子有更多的機會與空氣中氧分子接觸，容易燃燒完全，同時混合氣越稀越接近于空氣循環(huán)，絕熱指數(shù)值越大，使熱效率得以提高。 縱觀人類治理汽車排放污染的歷程，在20世紀70年代中期以前主要是采用以改善發(fā)動機燃燒過程為主的各種機內(nèi)凈化技術(shù)。這些技術(shù)盡管對降低排氣污染起到了很大作用，但效果有限，且不同程度地對汽車的動力性和經(jīng)濟性帶來負面效應(yīng)。隨著排放法規(guī)的日益嚴格，人們開始考慮各種機外凈化技術(shù)。1 1：二

5、次空氣噴射：二次空氣噴射汽車冷起動的二次空氣噴射對于降低排放具有兩個功能：.在排氣閥后促進熱反應(yīng)的進行，從而提高排氣溫度，有利于催化轉(zhuǎn)化器的起動。.對冷起動時起動加濃的排氣提供充分的氧氣，可以使催化劑轉(zhuǎn)化提高效率。研究表明，二次空氣技術(shù)可以使排氣污染下降到50%。2 2：三元催化轉(zhuǎn)化器：三元催化轉(zhuǎn)化器 三元催化轉(zhuǎn)化器的功能是將有害排氣污染物中的HC、CO和NOX轉(zhuǎn)化，HC和CO被氧化，而NOX被還原。催化劑一般都是銠和鉑或其它混合物，分散負載在耐高溫活性氧化鋁上。它是一種能促進化學(xué)反應(yīng)而本身不為反應(yīng)所改變的物質(zhì)，反應(yīng)過程不消耗催化劑。 為了保證三元催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)換效率，采用電控燃油噴射系統(tǒng)，用

6、氧傳感器檢測排氣中氧的濃度變化，“電控燃油噴射+三元催化反應(yīng)器+廢氣再循環(huán)”成為當今轎車發(fā)動機降低排放的主要措施。3 3：防止汽油蒸汽進入大氣裝置：防止汽油蒸汽進入大氣裝置 針對燃油箱排放燃油蒸汽而產(chǎn)生的污染，在發(fā)動機控制系統(tǒng)中普通采用活性碳罐蒸發(fā)污染控制裝置，這種系統(tǒng)能把從燃油箱中產(chǎn)生的汽油蒸汽收集起來，然后再將其送回發(fā)動機內(nèi)加以燃燒。這樣可以有效地制止未燃燒的HC蒸發(fā)排放。4 4：曲軸箱強制通風(fēng)系統(tǒng)：曲軸箱強制通風(fēng)系統(tǒng) 在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，燃燒室內(nèi)有一部分氣體經(jīng)由活塞環(huán)間隙滲漏入曲軸箱內(nèi)，這部分氣體處于一定的壓力之下，力圖從曲軸箱內(nèi)逸出而污染大氣。 曲軸箱內(nèi)的氣體含有未燃燒的碳氫化合物，強制通

7、風(fēng)系統(tǒng)就是將新鮮空氣從單獨設(shè)置的小濾清器吸入曲軸箱，與曲軸箱內(nèi)的廢氣混合后流至進氣歧管，再與混合氣一道進入氣缸，使廢氣中HC得以燃燒。1 1：清潔代用燃料：清潔代用燃料 開發(fā)清潔代用燃料，不僅是為了降低汽車排氣污染，也為了節(jié)省能源和開發(fā)新的汽車能源，以緩解汽車對石油燃料的單純依賴。三：汽油車排放控制技術(shù)的發(fā)展趨勢三：汽油車排放控制技術(shù)的發(fā)展趨勢常規(guī)燃料的變型產(chǎn)品 新配方汽油（RFD）氣體燃料 天然氣（NG）、壓縮天然氣（CNG）、液化天然氣（LNG）、氨（NH3）、H2、液化石油氣（LPG)等在天然氣、煤基礎(chǔ)上生產(chǎn)的燃料 FTL和FT油、甲醇、醚類燃料生物乙醇清清潔潔代代用用燃燃料料類類型型2

8、 2：缸內(nèi)直接噴射技術(shù)：缸內(nèi)直接噴射技術(shù) 缸內(nèi)直噴（GDI）汽油機是在部分負荷時用混合氣的分層化實現(xiàn)超薄燃燒，得到同柴油機一樣低的燃油消耗率；在高負荷時用預(yù)混合汽油機的均勻混合方式，得到高功率特性的理想汽油機。3：電子控制汽油噴射加三效催化轉(zhuǎn)化器已成為國際上汽油車排放控制技術(shù)的主流。7：均質(zhì)混合氣壓燃（HCCI）可望使內(nèi)燃機的排放性能獲得新的突破無煙排放，NOX排放幾乎為零，是進一步提高汽油機排放性能的研究方向。4：采用電控噴射的分層稀燃發(fā)動機已成為汽車工業(yè)發(fā)展的一個重要方向。5：對燃料的要求越來越嚴格，無鉛汽油將廣泛使用。6：醇類燃料作為代用燃料將會應(yīng)用到車用汽油機上。四：柴油車排放污染物種

9、類及排放特征四：柴油車排放污染物種類及排放特征排氣溫排氣溫度低度低汽油車尾氣排放種類：汽油車尾氣排放種類：氮氧化物、碳氫化合物、一氧化碳、硫化物和顆粒排放物。尾氣中氧尾氣中氧含量高含量高顆粒物質(zhì)顆粒物質(zhì)排放高排放高CO、HC排放低排放低柴油車尾氣排放特征：五：柴油車排放控制技術(shù)五：柴油車排放控制技術(shù)柴油機柴油機排放控排放控制技術(shù)制技術(shù)改善車用燃油品質(zhì)采用發(fā)動機機內(nèi)凈化技術(shù)排氣后處理采用代用燃料改善燃油品質(zhì)降低燃油中的含硫量23合理提高燃油的十六烷值4進行柴油的乳化處理減少燃油中的芳香烴成分15在柴油中摻燒一定比例的消煙添加劑1：改進燃燒系統(tǒng)。：改進燃燒系統(tǒng)。 改進燃燒系統(tǒng)指的是燃燒室的形狀、供

10、油系統(tǒng)、進氣流動的最佳匹配。采用點控制噴油泵、電控泵噴嘴、電子調(diào)速器、可變渦流系統(tǒng)、多氣門化和中央配置噴油器等措施，既可改善柴油機性能，又可降低柴油機尾氣排放物，尤其是顆粒PM物質(zhì)的排放。2：防止機油上竄。：防止機油上竄。 防止和減少機油串入燃燒室應(yīng)通過加強機體剛度, 改善氣缸蓋與機體的連接、減少氣缸工作面的變形, 改善活塞、活塞環(huán)和氣缸表面的設(shè)計, 加強機油控制, 減少從氣門推桿泄漏的機油等措施來實現(xiàn)。3：采用增壓中冷技術(shù)。：采用增壓中冷技術(shù)。 廢氣渦輪增壓提高了氣缸內(nèi)平均有效壓力, 過量的空氣系數(shù)和整個循環(huán)的平均溫度可使柴油機顆粒物的排放量降低50%左右, 并減少CO 和CH 的排放。利用

11、中冷技術(shù), NOX 的排放量可降低60%70%。4：采用柴油電控噴射技術(shù)。：采用柴油電控噴射技術(shù)。 電子控制柴油機高壓噴射技術(shù)(如電控高壓共軌噴射)的應(yīng)用可使柴油機通過最佳噴油定時、最佳噴油率和預(yù)噴射的控制與發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷之間的關(guān)系進行連續(xù)調(diào)節(jié),使顆粒排放降低40%以上, 并且發(fā)動機過渡工況的排放性能也可得到顯著改善。5：采用廢氣再循環(huán)：采用廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)。技術(shù)。 利用廢氣再循環(huán)(EGR)來降低NOX的排放, 需要與電子控制技術(shù)相結(jié)合, 根據(jù)柴油機負荷、轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度、傳感器及啟動開關(guān)信號, 由ECU 對EGR 率和EGR 隨機進行控制, 保證在對柴油機性能影響不大的條件下, 降

12、低尾氣中NOX的排放。1：加裝氧化型催化轉(zhuǎn)化器：加裝氧化型催化轉(zhuǎn)化器柴油機氧化催化器一般使用于含硫量較低的柴油燃料并要保證催化劑及載體、發(fā)動機運行工況、發(fā)動機特性、廢氣的流速和催化轉(zhuǎn)換器的大小以及廢氣流入轉(zhuǎn)換器的進口溫度等正常, 使凈化效果達到最佳。2：采用顆粒過濾及再生技術(shù)：采用顆粒過濾及再生技術(shù)顆粒過濾由顆粒過濾器和再生裝置組成。顆粒過濾器通過其中有極小孔隙的過濾介質(zhì)(濾芯)捕集柴油機排氣中的固定碳粒和吸附可溶性有機成分的碳煙。顆粒過濾器對碳的過濾效率較高, 可達到60%90%。3：可溶性：可溶性SOF 氧化催化氧化催化利用白金和鈕等貴重金屬作為催化劑的組成成份, 以氧化鋁和二氧化硅制成蜂

13、窩狀陶瓷作為載體, 用于可溶性SOF 的催化轉(zhuǎn)化?？扇苄許OF 降低率達到60%80%, 從而降低全部顆粒PM排放的20%-30%。4： NOX催化轉(zhuǎn)化器催化轉(zhuǎn)化器NOX 催化轉(zhuǎn)化技術(shù)可分為催化熱分解和選擇性催化還原反應(yīng)兩種。催化熱分解是利用由金屬離子沸石、釩和鉬構(gòu)成催化劑來降低NOX熱分解反應(yīng)的活化能，使NOX 分解成無毒的N2，該方法簡單且反應(yīng)生成物無毒；選擇性的還原反應(yīng)是在排氣中噴入飽和的HC 和NOX，反應(yīng)生成物為N2、CO2 和H2O，選擇性的還原反應(yīng)將會生成額外的CO2。5：NOx吸附儲存吸附儲存(Trap)還原催化原理是先將NOx轉(zhuǎn)化為NO2 并儲存，再噴射還原劑(通常采用燃油)

14、還原。NOx吸附轉(zhuǎn)化器主要應(yīng)用于稀薄燃燒中，其效率可達到90%。 天然氣(壓縮天然氣CNG, 液化天然氣LNG) 液化石油氣(LPG) 甲醇 乙醇 氫燃料 與柴油摻燒的復(fù)合燃料代用燃料類型代用燃料一般具有以下特點：代用燃料一般具有以下特點：1：天然氣汽車成本低，儲量豐富, 主要以壓縮天然氣汽車CNG為代表。2：甲醇具有辛烷值高、低發(fā)熱量、低公害和無排煙的特點。3：LPG發(fā)動機的NOX、PM排放較低,HC 易氧化, 可實現(xiàn)稀薄燃燒,以預(yù)燃電熱輔助點火和電控噴射LPG排放為佳, 通常采用雙燃料汽車。4：代用燃料的熱值較低, 增加發(fā)動機的體積。六：柴油車排放控制技術(shù)發(fā)展趨勢六：柴油車排放控制技術(shù)發(fā)展趨勢1：電控高壓噴射柴油機：電控高壓噴射柴油機通過計算機輔助設(shè)計對柴油機燃燒系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)和燃燒室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,