柴油機(jī)尾氣排放凈化技術(shù)最終稿

1、高職院校畢業(yè)論文檔案材料專(zhuān)門(mén)從事汽車(chē)檢測(cè)和維修技術(shù)3、汽車(chē)檢測(cè)與維修技術(shù)類(lèi)(3)學(xué)生 論文柴油機(jī)廢氣凈化技術(shù)講師 材料清單:1。畢業(yè)論文任務(wù)書(shū)2.畢業(yè)論文3.畢業(yè)論文評(píng)估表目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453410 摘要.1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453411 關(guān)鍵詞.1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453412 引言.1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453413 1柴油發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的使用. 2 HYPERLINK l _Ref

2、Heading_Toc252453414 1.1柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造.2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453415 1.2四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理.3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453416 2.柴油機(jī)尾氣排放主要成分.3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453417 2.1一氧化碳（CO）.3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453418 2.2氮氧化物（NO）.4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453419 2.3碳?xì)浠衔铮℉C）.4

3、HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453420 2.4顆粒物（PM）.4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453421 3.當(dāng)前柴油機(jī)尾氣排放的主要凈化措施.5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453422 3.1廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng).5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453423 3.1.1廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)工作原理. 5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453424 3.1.2增壓柴油機(jī)EGR的實(shí)現(xiàn).6 HYPERLINK l _RefHea

4、ding_Toc252453425 3.1.3廢氣再循環(huán)排氣的冷卻. 7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453426 3.1.4柴油機(jī)EGR的控制.7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453427 3.1.5柴油機(jī)EGR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453428 3.2催化轉(zhuǎn)化技術(shù).9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453429 3.3顆粒物的凈化技術(shù).10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453430 3.4四效催化轉(zhuǎn)換器.17 H

5、YPERLINK l _3.4.1四效催化轉(zhuǎn)化器原理 3.4.1四效催化轉(zhuǎn)換器原理.17 HYPERLINK l _3.4.2四效催化轉(zhuǎn)化器舉例 3.4.2四效催化轉(zhuǎn)換器舉例 17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453431 4 柴油機(jī)尾氣排放異常故障診斷.20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453432 4.1柴油機(jī)排煙的生成.20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453433 4.2排氣管冒白煙.20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453434 4.2.1冒白煙的特征與原因

6、. 20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453435 4.2.2冒白煙的故障原因. 22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453436 4.2.3故障維修步驟. 22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453437 4.3排氣管冒藍(lán)煙.23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453438 4.3.1冒藍(lán)煙的原因. 23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453439 4.3.2故障維修方法. 23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2524

7、53440 4.4排氣管冒黑煙.24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453441 4.4.1冒黑煙的影響因素. 24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453442 4.4.2冒黑煙故障的診斷程序. 25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453443 5.結(jié)論.25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453444 參考文獻(xiàn).27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc252453445 致.28摘要:與汽油機(jī)相比，現(xiàn)代車(chē)用柴油機(jī)具有功率大、經(jīng)濟(jì)性好兩大優(yōu)勢(shì)，其特點(diǎn)是效率

8、高、油耗低、壽命長(zhǎng)、使用可靠。目前，柴油車(chē)占?xì)W洲汽車(chē)消費(fèi)市場(chǎng)的40%。我國(guó)柴油車(chē)發(fā)展較晚，但發(fā)展迅速。到2002年，全國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量325萬(wàn)輛，柴油車(chē)99.8萬(wàn)多輛，約占汽車(chē)總量的30%。如此快速的增長(zhǎng)必然會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的影響。隨著柴油車(chē)社會(huì)保有量的迅速增加，伴隨工業(yè)文明快速發(fā)展的環(huán)境問(wèn)題也日益增多。環(huán)境保護(hù)已經(jīng)引起了越來(lái)越多的人的關(guān)注。柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中排放的產(chǎn)物可分為兩類(lèi):一類(lèi)是可見(jiàn)的產(chǎn)物，即顆粒物，如碳粒、重?zé)N、硫酸鹽、油氣、水蒸氣、灰分等，另一類(lèi)是肉眼不可見(jiàn)的，如一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、碳?xì)浠衔?HC)。CO對(duì)人體有毒，在大氣中不易自行凈化；有令人不快

9、的二氧化硫刺鼻氣味；在一定的地理氣候條件下，HC和NO在Tai的作用下會(huì)形成劇毒的光化學(xué)煙霧。NOx和SO2易溶于水形成酸雨。顯而易見(jiàn)，柴油機(jī)工作產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物不僅會(huì)污染和破壞人類(lèi)的生存環(huán)境，還會(huì)因柴油燃燒不完全而浪費(fèi)能源。煙越濃，放出的可燃物質(zhì)越多，對(duì)環(huán)境的污染越嚴(yán)重，能源的浪費(fèi)也越大?？刂频闹攸c(diǎn)是氫氧化物和顆粒污染物。面對(duì)當(dāng)前形勢(shì)，汽車(chē)制造商采用了許多排氣凈化裝置和技術(shù)。本文介紹了幾種先進(jìn)的柴油機(jī)排氣凈化技術(shù)。關(guān)鍵詞:柴油機(jī)排氣；排放；尾氣凈化引用單詞隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，汽車(chē)數(shù)量迅速膨脹，汽車(chē)排放問(wèn)題引起了人們的高度重視，因?yàn)槠?chē)排放嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境、人類(lèi)健康，制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為了更好地

10、控制環(huán)境污染，各國(guó)相繼頒布了越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)。隨著車(chē)用柴油機(jī)進(jìn)程的加快，對(duì)車(chē)用柴油機(jī)低污染的要求越來(lái)越突出。1整體柴油機(jī)的使用1.1柴油機(jī)的總體結(jié)構(gòu)手推車(chē)用柴油機(jī)是由幾個(gè)機(jī)構(gòu)、組件和零件組成的機(jī)器。目前，往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)雖然種類(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但其整體結(jié)構(gòu)是統(tǒng)一的、通用的。車(chē)輛柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常由以下機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成:有機(jī)體。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的固定部件-缸體總成、氣缸蓋總成等。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體不僅是柴油機(jī)機(jī)構(gòu)和各種系統(tǒng)的裝配載體，而且其本身的很多零件都是相關(guān)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的組成部分。曲軸連桿機(jī)構(gòu)。曲軸連桿機(jī)構(gòu)主要包括活塞連桿組件和曲軸飛輪組件。該機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)的主要部件，將活塞的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出動(dòng)

11、力。氣體分布和傳輸機(jī)制。氣門(mén)配氣和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括凸輪軸總成、氣門(mén)保持總成和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它的作用是定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)，使空氣充入氣缸，廢氣排出氣缸。進(jìn)排氣系統(tǒng)。包括空氣濾清器、進(jìn)氣管、排氣管和消聲器。柴油機(jī)、中冷器或廢氣凈化裝置也應(yīng)包括在該系統(tǒng)中。它的作用是將空氣過(guò)濾加壓，合理供給各缸；將發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后的廢氣排出，或凈化后排出，以免污染大氣。潤(rùn)滑系統(tǒng)。包括機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、油管和油底殼等。它的作用是向摩擦部件提供潤(rùn)滑油，減少磨損，冷卻部件和清潔摩擦表面。冷卻系統(tǒng)。包括水泵、風(fēng)扇、水箱散熱器、節(jié)溫器、機(jī)油散熱器、中冷器等。它的作用是利用冷卻介質(zhì)(水或空氣)將高溫零件的熱量散發(fā)到大氣中

12、，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。電氣系統(tǒng)。包括主充電發(fā)電機(jī)(調(diào)壓器、蓄電池)、DC啟動(dòng)器和一些輔助設(shè)備(便于啟動(dòng))。其他設(shè)備。例如空氣壓縮機(jī)。1.2四沖程柴油機(jī)的工作原理汽油機(jī)和柴油機(jī)各沖程的對(duì)比見(jiàn)表2-1。表2-1汽油機(jī)和柴油機(jī)各沖程對(duì)比中風(fēng)汽油機(jī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣沖程空氣燃料混合物被負(fù)壓吸入燃燒室。只吸入空氣。壓縮沖程壓縮活塞空氣燃料混合物?；钊麎嚎s空氣使其壓力增加到3.5-4.5兆帕，溫度高達(dá)110-150動(dòng)力行程火花塞點(diǎn)燃?jí)嚎s的混合物。燃油噴入高溫高壓的空氣中，由于壓縮空氣的高溫，這是很自然的。排氣沖程將活塞廢氣壓出氣缸。將活塞廢氣壓出氣缸。與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)有其自身的特點(diǎn)。具有汽油機(jī)轉(zhuǎn)速高(

13、目前轎車(chē)汽油機(jī)最高轉(zhuǎn)速達(dá)到5000-6000轉(zhuǎn)/分，卡車(chē)汽油機(jī)達(dá)到4000轉(zhuǎn)/分左右)、質(zhì)量低、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音低、易啟動(dòng)、制造和維護(hù)成本低等特點(diǎn)。因此廣泛應(yīng)用于轎車(chē)、中小貨車(chē)和軍用越野車(chē)。它的缺點(diǎn)是油耗率高，所以燃油經(jīng)濟(jì)性差。柴油機(jī)因?yàn)閴嚎s比高，平均油耗率比汽油機(jī)低30%左右，而且柴油價(jià)格低，所以燃油經(jīng)濟(jì)性更好。一般裝載質(zhì)量在7t以上的貨車(chē)多采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油機(jī)的弱點(diǎn)是轉(zhuǎn)速低于汽油機(jī)(一般最高轉(zhuǎn)速為2500-3000轉(zhuǎn)/分)，質(zhì)量大，制造和維修成本高(因?yàn)閲娪捅煤蛧娪推鞯募庸ぞ纫蟾?。但目前柴油機(jī)的這些弱點(diǎn)正在逐漸被克服，其應(yīng)用范圍正在向中、輕型卡車(chē)擴(kuò)展。近年來(lái)，國(guó)外和國(guó)有汽車(chē)也采用了柴油機(jī)

14、，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)5000轉(zhuǎn)/分。2.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放的主要成分2.1一氧化碳(CO)一氧化碳是柴油在空氣不足(缺氧)的情況下燃燒的中間產(chǎn)物。一般柴油機(jī)尾氣中一氧化碳含量較低，在柴油機(jī)燃燒出現(xiàn)局部缺氧時(shí)容易產(chǎn)生。產(chǎn)生的一氧化碳量取決于空燃比。因?yàn)椴裼蜋C(jī)空燃比大，所以一氧化碳的排放量小。當(dāng)一氧化碳濃度達(dá)到一定程度時(shí)，可引起人體慢性中毒，導(dǎo)致人體組織缺氧，危害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，引起頭痛、頭暈、四肢無(wú)力等中毒癥狀。嚴(yán)重的情況下，會(huì)導(dǎo)致生命危險(xiǎn)。2.2氮氧化物柴油機(jī)在高溫下燃燒會(huì)產(chǎn)生氮氧化物，其形成取決于燃燒過(guò)程中的溫度和反應(yīng)時(shí)間。在直噴式柴油機(jī)中，由于空燃比大，氧氣充足，燃燒溫度高，氮氧化物的生成量大。在

15、間接噴射式柴油機(jī)中，燃燒首先在極度缺氧的渦流室(或輔助燃燒室)中進(jìn)行，燃燒溫度相對(duì)較低。火焰噴入主燃燒室時(shí)，燃燒在充足的空氣中進(jìn)行，燃燒溫度相對(duì)較低，可以避免氮氧化物的生成機(jī)會(huì)，所以氮氧化物的排放量相對(duì)較低。氮氧化物中的NO和NO2有毒，對(duì)人體和環(huán)境有害。人們會(huì)頭暈、虛弱等。吸入氮氧化物后，嚴(yán)重者甚至窒息。此外，還會(huì)與碳?xì)浠衔锇l(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，造成更嚴(yán)重的危害。2.3碳?xì)浠衔?HC)柴油機(jī)排放物中碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生的主要途徑有燃料的不完全燃燒、間隙效應(yīng)、曲軸箱泄漏等。柴油機(jī)雖然空燃比大，但霧化質(zhì)量(噴油器霧化不良，二次噴射，滴油等。)很難實(shí)現(xiàn)。由于空氣被混合到理想的均勻程度，燃油在噴射過(guò)程中不可

16、避免地會(huì)噴到壁面上，造成混合氣局部過(guò)濃，部分不完全燃燒。此外，噴油正時(shí)滯后和延遲、負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的變化、低溫啟動(dòng)、怠速運(yùn)轉(zhuǎn)等都會(huì)增加未燃碳?xì)浠衔锏臐舛?。廢氣中的碳?xì)浠衔锒拘院艽?，是一種強(qiáng)致癌物。另外，碳?xì)浠衔锸枪饣瘜W(xué)反應(yīng)的原因，生成的過(guò)氧化物對(duì)環(huán)境危害很大。2.4顆粒物(PM)柴油機(jī)排放的顆粒物主要是碳粒(也叫煤煙)，其形成過(guò)程也非常復(fù)雜。影響碳粒形成的主要因素是高溫和缺氧。當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)很低，油氣混合不均勻時(shí)，高溫下的油滴會(huì)裂解，產(chǎn)生大量的碳粒。在柴油機(jī)燃燒過(guò)程中，碳粒的形成除了與過(guò)量空氣系數(shù)、混合氣的均勻性和燃燒溫度密切相關(guān)外，還與燃料的成分密切相關(guān)。比如燃料的碳?xì)浔群突曳趾慷紩?huì)影響碳

17、粒的形成。碳顆粒容易附著重的碳氧化物和硫酸鹽，形成的顆粒懸浮在空氣中，會(huì)與空氣中的其他物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，對(duì)環(huán)境造成危害。3.目前柴油機(jī)尾氣排放的主要凈化措施3.1廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)3.1.1廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)的工作原理像汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也產(chǎn)生大量的NO。廢氣再循環(huán)(EGR)是通過(guò)引入部分廢氣和新鮮空氣參與燃燒反應(yīng)，利用惰性氣體(CO2、N2、H2O等)比熱容高的特點(diǎn)，減少NOX的生成。)在廢氣中。柴油機(jī)產(chǎn)生NOX的原因是雖然燃燒過(guò)程中的平均過(guò)量空氣系數(shù)比較大，但由于混合氣成分不均勻，局部燃燒溫度高，產(chǎn)生了大量的NOX。但隨著柴油機(jī)負(fù)荷的降低，NOX的排放迅速降低。廢氣再

18、循環(huán)(EGR)是降低汽油機(jī)NOX的最重要方法，廢氣再循環(huán)(EGR)也可用于柴油機(jī)降低NOX排放。為什么廢氣再循環(huán)(EGR)可以減少氮氧化物？因?yàn)镹OX的生成條件是高溫富氧，而廢氣的引入，一方面使混合氣的熱容量增加，導(dǎo)致等量混合氣升高相同溫度所需的熱容量增加，從而降低最高燃燒溫度；另一方面，廢氣對(duì)新鮮充量的稀釋也降低了氧的濃度，從而有效地抑制了NOX的生成。根據(jù)廢氣是否進(jìn)入氣缸并通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)，EGR系統(tǒng)可分為部分EGR系統(tǒng)和外部EGR系統(tǒng)。部分:EGR系統(tǒng)是通過(guò)改變氣門(mén)正時(shí)實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)不需要額外的設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，可以避免回收廢氣對(duì)管道的腐蝕，有利于提高系統(tǒng)的耐久性。因?yàn)榕艢忾T(mén)

19、在進(jìn)氣沖程中直接打開(kāi)以使廢氣回流，所以很難精確控制EGR速率。同時(shí)，廢氣不經(jīng)冷卻直接回流，造成混合氣溫度升高，有利于NOX的生成。因此，部分EGR對(duì)NOX的抑制作用并不顯著。然而，隨著控制技術(shù)的不斷提高，偏EGR因其簡(jiǎn)單方便而日益受到青睞。外部:EGR采用特殊的管道將廢氣引入進(jìn)氣歧管，使廢氣和新鮮空氣在進(jìn)入氣缸前得到充分混合。外置EGR不僅可以通過(guò)電控系統(tǒng)精確控制EGR率，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能，還可以在外置系統(tǒng)中安裝EGR冷卻器，有效降低燃燒溫度，所以目前普遍采用外置EGR系統(tǒng)。3.1.2增壓柴油機(jī)EGR的實(shí)現(xiàn)自然吸氣式柴油機(jī)的EGR系統(tǒng)與汽油機(jī)相似。因?yàn)檫M(jìn)排氣之間有足夠的壓差，所以EGR的控制相對(duì)

20、容易。在現(xiàn)代渦輪增壓柴油機(jī)中，由于渦輪增壓器效率的提高，在很多工況下渦輪增壓器后的進(jìn)氣壓力(增壓壓力)會(huì)高于渦輪增壓器前的排氣壓力，這將造成EGR困難，或者至少不會(huì)達(dá)到足夠高的EGR率。可以采取以下措施:如圖3-1a所示，在EGR閥5之前增加一個(gè)排氣脈沖閥6，利用排氣脈沖來(lái)增加EGR量。用節(jié)流閥7(見(jiàn)圖3-1b)對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行節(jié)流，可以降低柴油機(jī)前的進(jìn)氣壓力，大大提高EGR率。但會(huì)明顯增加柴油機(jī)的泵氣損失，損害燃油經(jīng)濟(jì)性。在進(jìn)氣系統(tǒng)中，安裝文丘里管8(見(jiàn)圖3-1c)可以提高EGR的有效壓差，從而擴(kuò)大EGR率的可調(diào)范圍。由于文丘里喉管處的壓降，在喉管下游可以實(shí)現(xiàn)部分恢復(fù)，降低壓力損失。調(diào)節(jié)文丘里管的

21、旁通閥9可以改變EGR的有效壓差。帶有特殊EGR泵11(見(jiàn)圖3-1d)的強(qiáng)制EGR當(dāng)然是最靈活的。然而，由于EGR泵的高流量要求，機(jī)械驅(qū)動(dòng)的泵顯然太大且昂貴。如圖所示，渦輪增壓器驅(qū)動(dòng)附加的EGR泵11是一種實(shí)用的方案。采用可變噴嘴渦輪增壓器VNT是實(shí)現(xiàn)增壓柴油機(jī)有效EGR的新途徑。使用普通的渦輪增壓器，通常很難獲得足夠的EGR。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:使用普通渦輪增壓器時(shí)，在部分負(fù)荷下只能獲得0.1左右的EGR率。使用可變噴嘴渦輪增壓器時(shí)，當(dāng)柴油機(jī)處于大負(fù)荷時(shí)，可以通過(guò)減小渦輪噴嘴的流通面積來(lái)提高排氣壓力，從而提高大負(fù)荷區(qū)域的EGR率。圖3-1(渦輪增壓中冷柴油機(jī)的EGR系統(tǒng))帶有排氣脈沖閥a的EGR系

22、統(tǒng)和帶有進(jìn)氣節(jié)流閥b的EGR系統(tǒng)c帶有文丘里管的EGR系統(tǒng)D帶有EGR泵的EGR系統(tǒng)1電子控制單元2中冷器3柴油機(jī)4渦輪增壓器5EGR閥6排氣脈沖閥7-進(jìn)氣節(jié)流閥8-文丘里管9-文丘里管旁通閥10-EGR冷卻器11-EGR泵3.1.3廢氣再循環(huán)廢氣的冷卻實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)再循環(huán)廢氣進(jìn)行冷卻，即采用所謂的冷EGR，可以減少進(jìn)入氣缸的新鮮空氣的損失，從而避免重負(fù)荷燃油經(jīng)濟(jì)性和排氣煙度的惡化。EGR系統(tǒng)的布局如圖3-1c和圖3-1d所示。EGR冷卻器10可以用柴油機(jī)的冷卻水冷卻，但冷卻溫降有限，最好直接用空氣冷卻。已成功投產(chǎn)的EGR制冷機(jī)在不同工況下可使EGR溫度降低50-150，NO降低10%左右。3.

23、1.4柴油機(jī)的EGR控制(1)控制模式柴油機(jī)的EGR控制比較復(fù)雜，尤其是增壓柴油機(jī)，一般采用電子控制。其控制方式可以是開(kāi)環(huán)控制，也可以是閉環(huán)控制。開(kāi)環(huán)控制。開(kāi)環(huán)控制一般以MAP控制為基礎(chǔ)，即通過(guò)試驗(yàn)確定典型工況下滿(mǎn)足排放要求的最佳EGR率。這種方法控制簡(jiǎn)單，目前應(yīng)用廣泛。但其精度取決于各種工況下MAP的準(zhǔn)確編制，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。典型的開(kāi)環(huán)控制是考慮混合氣的成分，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷情況，通過(guò)進(jìn)排氣中的氧濃度來(lái)確定最佳的EGR率。例如，在圖3-1a中，電子控制單元1根據(jù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載、來(lái)自傳感器的輸入信號(hào)(例如進(jìn)氣和排氣中的氧濃度和溫度)以及根據(jù)校準(zhǔn)的EGR脈沖頻譜來(lái)控制致動(dòng)器，例如EGR

24、閥5、節(jié)流閥7、旁通閥9。EGR閥5可以是真空閥。電子控制單元1通過(guò)調(diào)節(jié)由獨(dú)立真空源產(chǎn)生的真空度來(lái)控制真空閥的打開(kāi)。EGR閥也可以是電磁閥，其可以由電子控制單元通過(guò)PWM信號(hào)直接控制。閉環(huán)控制。閉環(huán)控制可以選擇基于排氣背壓的閉環(huán)控制或者基于排氣氧傳感器紫的閉環(huán)控制。在排氣氧傳感器閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，選取對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響最大的兩個(gè)參數(shù)進(jìn)氣氧濃度和排氣氧濃度進(jìn)行考慮?；谶^(guò)量空氣系數(shù)的EGR控制通過(guò)過(guò)量空氣系數(shù)間接測(cè)量NOx排放，過(guò)量空氣系數(shù)受EGR率影響較大，可作為EGR閉環(huán)控制的反饋信號(hào)。閉環(huán)控制可以根據(jù)工況的變化實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整EGR量，使EGR達(dá)到最優(yōu)。因此，它比開(kāi)環(huán)控制有更好的效果，但它的結(jié)構(gòu)

25、也更復(fù)雜。(2)控制時(shí)間汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷時(shí)會(huì)將一定量的廢氣引入燃燒室參與燃燒，但在怠速和滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)不會(huì)工作。柴油機(jī)在怠速和中小負(fù)荷時(shí)，有一定量的廢氣被引入燃燒室參與燃燒，滿(mǎn)負(fù)荷不做功。3.1.5柴油機(jī)EGR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以一汽大眾柴油車(chē)為例，其柴油機(jī)EGR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為兩類(lèi):將廢氣再循環(huán)電磁閥與機(jī)械閥分開(kāi)(見(jiàn)圖3-2)廢氣再循環(huán)電磁閥與機(jī)械閥結(jié)合，由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元直接控制(見(jiàn)圖3-3)。圖3-2(EGR和機(jī)械閥的分離模式)圖3-3(EGR和機(jī)械閥的組合模式)1-發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元2-廢氣再循環(huán)閥(電磁)1-發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元2-廢氣再循環(huán)閥(電磁)3-廢氣再循環(huán)閥(機(jī)械式)4-空氣流量計(jì)3-廢氣再循環(huán)

26、閥(機(jī)械式)4-廢氣凈化裝置5-尾氣凈化裝置3.2催化轉(zhuǎn)化技術(shù)3.2.1催化轉(zhuǎn)化器的工作原理柴油機(jī)用的催化轉(zhuǎn)化器和汽油機(jī)用的基本一樣，可以用Pt等貴金屬。催化器的作用是促進(jìn)廢氣中的PM、HC、CO的催化反應(yīng)，氧化成水和二氧化碳排出。然而，由于柴油機(jī)排氣溫度低，微粒中的碳煙很難被氧化。氧化催化劑主要用于轉(zhuǎn)化SOF(可溶性有機(jī)成分)以達(dá)到減少微粒排放的效果。同時(shí)還能進(jìn)一步降低HC和CO的排放，凈化其他有害成分(如乙醛等。)來(lái)減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣氣味。雖然Pd的催化活性不如Pt，但生成的硫酸鹽少得多，價(jià)格也低。因此，也選擇Pd作為柴油機(jī)催化轉(zhuǎn)化器的活性成分。實(shí)驗(yàn)表明，使用Pt催化劑時(shí)，顆粒物排放總量

27、比不使用催化劑時(shí)高50%以上，而使用Pd催化劑時(shí)，SOF排放明顯減少，硫酸鹽量也不大，因此顆粒物排放總量減少約1/3。此外，使用二氧化硅代替氧化鋁作為涂層材料也可以減少硫酸的形成。圖3-4是具有吸附功能的催化轉(zhuǎn)化器的示意圖。在發(fā)動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)后催化劑活性非常低的低溫階段，排氣中未燃燒的HC和PM(顆粒物)中的可溶性有機(jī)SOF被HC吸附材料吸附。當(dāng)溫度升高時(shí)，催化劑的活性增加，吸附材料的吸附能力降低，因此未燃燒的HC和SOF在催化轉(zhuǎn)化器的作用下從吸附材料中分離出來(lái)并作為無(wú)害成分排出。由于使用了難以與SO2反應(yīng)的材料，催化轉(zhuǎn)化器的壽命和效率得以提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具有吸附功能的催化轉(zhuǎn)化器可使尾氣中的C

28、O、HC和SOF降低50%-90%。這種催化劑的缺點(diǎn)是不能去除。顆粒物中的碳顆粒。催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用中的困難主要是由于柴油中硫含量高，燃燒后產(chǎn)生SO2，催化轉(zhuǎn)化器氧化后產(chǎn)生SO3，與廢氣中的水結(jié)合后產(chǎn)生硫酸鹽。催化轉(zhuǎn)化效果越好，產(chǎn)生的硫酸鹽就越多，甚至達(dá)到平時(shí)的8-9倍。這無(wú)疑會(huì)抵消SOF減少帶來(lái)的環(huán)境效益，甚至?xí)黾宇w粒物排放。同時(shí)，硫也是催化劑中毒和劣化的原因之一。圖3-4(具有吸附功能的催化轉(zhuǎn)化器示意圖)3.3顆粒物凈化技術(shù)柴油機(jī)微粒凈化技術(shù)主要包括上述催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、過(guò)濾凈化技術(shù)、微粒收集或捕集技術(shù)以及催化轉(zhuǎn)化器和過(guò)濾器。最有效的方法之一是各種過(guò)濾器。微粒過(guò)濾器也被稱(chēng)為微粒收集器、微粒捕集器

29、等。DPF(柴油機(jī)微粒過(guò)濾器)的原理是先用過(guò)濾裝置過(guò)濾廢氣中的顆粒物。當(dāng)過(guò)濾器收集的顆粒物過(guò)多影響柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，則更換過(guò)濾器或采用氧化或燃燒技術(shù)清理收集的顆粒物，使顆粒過(guò)濾器恢復(fù)原狀，重新工作。這項(xiàng)技術(shù)主要有三個(gè)難點(diǎn)。第一，安裝濾清器使排氣背壓增大，且隨著收集顆粒物的增加而增大，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)下降；其次，一般柴油機(jī)工況下收集的顆粒物不能被點(diǎn)燃氧化；第三，顆粒物被點(diǎn)燃后，容易造成溫度過(guò)高，損壞或燒壞濾芯。顆粒過(guò)濾器通常是圓柱形的，直接串聯(lián)在排氣管路中。排氣微粒通過(guò)濾芯收集，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，過(guò)濾效率會(huì)降低，排氣背壓會(huì)因?yàn)V芯堵塞而增加。因此，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，過(guò)濾器應(yīng)進(jìn)行再生，以燒掉過(guò)濾器中

30、的顆粒。根據(jù)過(guò)濾器結(jié)構(gòu)的不同，微粒過(guò)濾器可分為非整體式和整體式兩種。非整體式顆粒過(guò)濾器的濾芯由耐高溫金屬絲網(wǎng)或陶瓷纖維構(gòu)成。廢氣通過(guò)蜿蜒的小孔。使用矩形截面的金屬絲時(shí)，通常會(huì)包裹一層-Al2O3，因?yàn)?Al2O3的表面是松木狀晶體，比表面積大。不同絲上-Al2O3的比表面積不同，一般為20 40 cm/g.整體式過(guò)濾器的濾芯為蜂窩狀，通常由堇青石(由MgO、Al2O3和SiO2組成)制成。兩端通道的進(jìn)、排氣孔用瓷塞間隔堵塞，如圖3-5所示。當(dāng)廢氣(沿箭頭指示的方向)通過(guò)細(xì)多孔壁時(shí)，顆粒被攔截。通常，在過(guò)濾元件和不銹鋼管的外殼之間安裝一個(gè)彈性陶瓷墊圈。目的是補(bǔ)償金屬外殼和過(guò)濾元件的不同軸向和徑向

31、膨脹和收縮；緩沖車(chē)輛對(duì)濾芯的沖擊和濾芯的振動(dòng)；密封過(guò)濾器元件的外周以防止廢氣從外圍流出；隔熱以降低金屬管和過(guò)濾元件的徑向溫度梯度和熱應(yīng)力；調(diào)整金屬管不同的軸向膨脹和剪切變形，以減少傳遞到濾芯的應(yīng)力。圖3-5集成濾芯示意圖微粒過(guò)濾器的要求:(1)過(guò)濾效率高顆粒過(guò)濾器的過(guò)濾效率是車(chē)輛單位行駛里程或單位時(shí)間內(nèi)收集在過(guò)濾器中的顆粒質(zhì)量與車(chē)輛單位行駛里程或單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入過(guò)濾器的顆粒質(zhì)量的比值。過(guò)濾效率越高，過(guò)濾器的過(guò)濾效果越好。顆粒的過(guò)濾效率一般在50% 80%。陶瓷載體的孔徑、壁厚、壁孔密度和過(guò)濾器的外形尺寸是影響過(guò)濾效率的主要因素。為了使過(guò)濾器具有高效率、低排氣流動(dòng)阻力和較小的總體尺寸，有必要研究它

32、們之間的關(guān)系，并對(duì)主要結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化。在設(shè)計(jì)濾清器時(shí)，還應(yīng)考慮車(chē)輛類(lèi)型以及應(yīng)滿(mǎn)足的微粒法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，對(duì)于高顆粒排放的重型柴油機(jī)，過(guò)濾效率應(yīng)達(dá)到80%，但對(duì)于低顆粒排放的輕型柴油機(jī)，過(guò)濾效率應(yīng)更低。(2)應(yīng)具有較低的初始流阻和在較寬負(fù)荷范圍內(nèi)的自再生能力。當(dāng)廢氣通過(guò)過(guò)濾器時(shí)，會(huì)有一定的阻力，導(dǎo)致排氣背壓增大。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，過(guò)濾器中顆粒的存儲(chǔ)量增加，背壓也增加。排氣背壓的增加會(huì)導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)功率下降，燃油消耗率增加，排放進(jìn)一步惡化。因此，要求設(shè)計(jì)的過(guò)濾器應(yīng)具有較低的初始流動(dòng)阻力和在較寬的負(fù)荷范圍內(nèi)的自再生能力，即在排氣溫度和催化劑的作用下，顆粒能夠被燒掉而不在過(guò)濾器內(nèi)堆積，從而保持

33、較低的流動(dòng)阻力。根根據(jù)使用中的濾芯壓降和未使用的濾芯壓降的比較，可以確定過(guò)濾器的顆粒堆積程度，從而通過(guò)輔助手段確定過(guò)濾器是否需要再生。(3)濾芯材料性能好的顆粒過(guò)濾器不僅經(jīng)常處于隨溫度變化的廢氣中，而且在再生過(guò)程中，由于顆粒的燃燒會(huì)釋放出大量的熱量，溫度可高達(dá)1000以上。因此，過(guò)濾材料應(yīng)能承受高溫和熱沖擊，并應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、抗熱裂性和耐熔性。濾芯的主要損壞形式有材料軟化、高溫局部熔化和粘結(jié)、開(kāi)裂等。(4)過(guò)濾器體積適當(dāng)增大過(guò)濾器體積可以提高過(guò)濾效率，降低壓降，但其整體尺寸增大。為了不妨礙安裝在排氣管道中，在保證過(guò)濾效率和低流阻的前提下，盡量減小整體尺寸，并具有一定的通用性。(5

34、)長(zhǎng)壽命過(guò)濾器會(huì)受到熱膨脹、振動(dòng)以及排氣管中由此產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的影響。因此，它應(yīng)該具有足夠的可靠性。過(guò)濾器成本高，應(yīng)具有足夠的壽命和較好的再生技術(shù)措施，長(zhǎng)期使用后仍能保持較高的過(guò)濾效率。過(guò)濾器的功能是攔截顆粒并儲(chǔ)存它們。然而，過(guò)濾器的體積是有限的。使用一段時(shí)間后，排氣背壓會(huì)增加。如果不清除微粒，柴油機(jī)的性能會(huì)變差，燃油消耗率會(huì)增加。因此，隨著時(shí)間的推移，有必要再生顆粒過(guò)濾器。濾清器再生的原理是使顆粒發(fā)生氧化反應(yīng)，變成CO2氣體，隨廢氣一起排入大氣。顆粒能否發(fā)生氧化反應(yīng)成為CO2氣體主要取決于以下幾個(gè)方面:溫度是否高于開(kāi)始點(diǎn)火燃燒的最低溫度；氧氣濃度是否大于2%；是否有足夠的反應(yīng)時(shí)間等。

35、最重要的是粒子的溫度。柴油機(jī)在高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣溫度可達(dá)600以上，濾清器的顆粒會(huì)被迅速氧化燃燒。實(shí)驗(yàn)表明，約85%的顆粒物被氧化成CO2氣體，其余由于缺氧未完全燃燒，變成CO；但是，在部分負(fù)荷和小負(fù)荷下，溫度較低，因此不能進(jìn)行顆粒過(guò)濾器的再生。為了使顆粒物在各種工況下發(fā)生氧化反應(yīng)，變成CO2氣體，通常采用降低顆粒物開(kāi)始著火的最低溫度或提高排氣溫度的方法。1.提高排氣溫度。(1)在部分負(fù)荷時(shí)使用進(jìn)氣節(jié)氣門(mén)，可以減少柴油機(jī)的進(jìn)氣量，降低排氣流量，提高排氣溫度，滿(mǎn)足濾清器再生的需要。但過(guò)度節(jié)流會(huì)使氧濃度降低過(guò)多，增加排氣微粒量，降低動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)柴油機(jī)從節(jié)流回到不節(jié)流，轉(zhuǎn)速降低時(shí)，

36、濾清器內(nèi)過(guò)熱的顆粒得到氧氣，迅速燃燒，釋放出大量熱量，濾芯材料會(huì)因溫度突然升高而損壞。在低負(fù)荷時(shí)，為了獲得再生條件，需要加大油門(mén)，但這會(huì)大大增加燃油消耗率，惡化燃?xì)廨啓C(jī)的性能。(2)帶燃燒器的柴油機(jī)，怠速時(shí)排氣溫度只有120 150，低速低負(fù)荷時(shí)也低。而顆粒的著火溫度，僅靠進(jìn)氣節(jié)流等措施是達(dá)不到的。此時(shí)，提高排氣溫度的可靠方法是在過(guò)濾器群前設(shè)置燃燒器，用噴射器向燃燒器內(nèi)噴射少量燃油，利用供給燃燒器的排氣氧氣或二次空氣產(chǎn)生高溫燃?xì)?，點(diǎn)燃過(guò)濾器內(nèi)的顆粒，用火花塞或電熱塞點(diǎn)燃燃油。一般1 2 min后，再生過(guò)程即可完成，如圖3-6所示。圖3-6燃油噴射再生系統(tǒng)示意圖1發(fā)動(dòng)機(jī)2消聲器3進(jìn)氣口4碳化硅過(guò)

37、濾器5出氣口6燃油泵7燃料箱8燃料和空氣9點(diǎn)火線(xiàn)圈10空氣箱11空氣泵2-燃燒器溫度信號(hào)13-電池14-溫度15-放大圖16-溫度7-壓力18-發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載19-發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速此外，通過(guò)再循環(huán)廢氣或調(diào)整噴射正時(shí)，可以增加廢氣中的HC和CO含量，使其在更高的排氣溫度和富氧下燃燒，產(chǎn)生更高的熱量，進(jìn)而點(diǎn)燃顆粒。這種方法的缺點(diǎn)是可能產(chǎn)生新的二次污染。除了進(jìn)氣節(jié)流，排氣節(jié)流，延遲噴射時(shí)間，加熱進(jìn)氣也可以用來(lái)提高排氣溫度。2.降低顆粒開(kāi)始點(diǎn)燃和燃燒的最低溫度。由于提高排氣溫度會(huì)導(dǎo)致油耗增加和新的二次污染等新問(wèn)題，可以使用催化劑(如鉑、鈀、銅、鉛、錳等金屬化合物)來(lái)降低顆粒的著火和燃燒溫度。首先，在濾芯材料表面

38、涂覆催化劑。然而，在這種方法中，只有與催化劑表面接觸的顆粒才能在較低的溫度下進(jìn)行催化燃燒；二是在燃料油中加入催化劑。柴油中加入金屬化合物催化劑有兩種方法，一種是預(yù)先配制混合燃料，另一種是邊混合邊使用。前一種方法容易分層，兩種方法都會(huì)使柴油供配系統(tǒng)復(fù)雜化。這種方法可能會(huì)造成新的二次污染。在4.3L排量柴油機(jī)上的試驗(yàn)表明，在柴油中添加不同的金屬化合物催化劑，可以明顯降低整體式多孔陶瓷過(guò)濾器中顆粒物的最低溫度(也稱(chēng)著火溫度)。幾種常用催化劑對(duì)顆粒物著火溫度的影響見(jiàn)表3-3-1。表3-3-l催化劑對(duì)柴油中顆粒著火溫度的影響催化劑的類(lèi)型和數(shù)量沒(méi)有催化劑添加0.13克/升銅。加入0.13克/升鋁。加入0.

39、13克/升錳。顆粒著火溫度/600700400450450500500 - 550反向再生模式下的顆粒過(guò)濾裝置圖3-7顯示了帶有電加熱器的顆粒過(guò)濾裝置。該裝置最顯著的特點(diǎn)是，收集在過(guò)濾器中的顆粒以反向再生的方式從過(guò)濾器的出口側(cè)燃燒到群體側(cè)。與傳統(tǒng)再生方法相比，逆向再生的優(yōu)點(diǎn)在于:有利于將顆粒的燃燒溫度控制在較低的水平，可以擴(kuò)大過(guò)濾器內(nèi)堆積顆粒安全再生的上下限。過(guò)濾器出口側(cè)的顆粒比入口側(cè)多，容易點(diǎn)燃堆積的顆粒開(kāi)始燃燒。逆向再生中，二次氣流能將顆粒燃燒產(chǎn)生的熱量帶離濾壁，而傳統(tǒng)再生產(chǎn)生的熱量直接傳遞給濾壁，造成濾壁溫度過(guò)高、損壞或燒毀?？梢钥s短所需的再生時(shí)間。圖3-7帶專(zhuān)用電加熱器的顆粒過(guò)濾裝置示

40、意圖帶反噴凈化器的顆粒過(guò)濾裝置，最大的特點(diǎn)是可以將過(guò)濾器與顆粒燃燒部分分開(kāi)。因此，該裝置解決了以下兩個(gè)問(wèn)題:(1)再生過(guò)程中顆粒燃燒放熱導(dǎo)致過(guò)濾器開(kāi)裂和熔化；顆粒燃燒留下的灰堆積在過(guò)濾器中。圖3-8和3-9是具有四個(gè)橫流過(guò)濾器的過(guò)濾系統(tǒng)和過(guò)濾裝置的示意圖。含有顆粒的廢氣從過(guò)濾器的上部流入用于過(guò)濾顆粒的圓柱形通道，不含顆粒的廢氣從側(cè)壁間隙排出。快速壓縮空氣從與廢氣流相反的方向注入，因此顆粒從圓柱形通道的表面移除并落入漏斗。收集在漏斗中的顆粒被鎧裝電熱器燃燒。為了提高反向噴射凈化的效果，過(guò)濾裝置設(shè)有控制排氣的蝶閥。這些閥門(mén)在反向噴射凈化時(shí)立即關(guān)閉，以防止壓縮空氣倒流。過(guò)濾裝置有兩個(gè)獨(dú)立的排氣管，在

41、每個(gè)排氣管處進(jìn)行不同時(shí)間的反向噴射凈化。圖3-8反向噴射凈化過(guò)濾系統(tǒng)示意圖無(wú)論發(fā)動(dòng)機(jī)如何工作，都可以隨時(shí)清洗。如果在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的同時(shí)進(jìn)行凈化，過(guò)濾裝置的壓降會(huì)增加一倍，但是由于反向噴射凈化只需要0.45秒就可以完成，所以不會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生任何影響。圖3-9過(guò)濾裝置示意圖3.4四效催化轉(zhuǎn)化器3.4.1四效催化轉(zhuǎn)化器的原理四效催化轉(zhuǎn)化器是一種理想的柴油機(jī)排氣凈化裝置。它能使顆粒和NOX成為氧化劑和還原劑，在同一催化床上同時(shí)脫除CO、HC、PM(顆粒)和NOX。3.4.2四效催化轉(zhuǎn)化器的示例馬自達(dá)的Direc-D增壓柴油機(jī)(1.998 L)采用了四效催化轉(zhuǎn)化器。由于采用了共軌高壓燃油噴射系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)

42、機(jī)的功率提高了40%，而NOX、黑煙、振動(dòng)噪聲、CO2和油耗都大大降低，其排放也低于歐IV限值。法國(guó)公司配備的1.2L直列4缸16門(mén)增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)Ellypse也配備了四效催化轉(zhuǎn)化器。同時(shí)配備車(chē)載診斷系統(tǒng)，持續(xù)檢測(cè)排氣成分，當(dāng)汽車(chē)該維修時(shí)，會(huì)自動(dòng)亮起預(yù)警。圖3-10是豐田汽車(chē)公司近年推出的裝有四效催化轉(zhuǎn)化器的電噴柴油機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是共軌燃油系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，它還具有排氣口噴射(EPI)裝置和低溫燃燒LTC(Low)。溫度燃燒)裝置和補(bǔ)充噴射裝置PI(后噴射)等。圖3-10豐田公司四效催化轉(zhuǎn)化器電噴柴油機(jī)系統(tǒng)示意圖1節(jié)氣門(mén)2EGR閥3中冷器4排氣管?chē)娚淦?進(jìn)氣6空氣流量計(jì)7增壓器8DPNR凈化器9廢氣

43、10氧化轉(zhuǎn)換器11空燃比傳感器12溫度傳感器13壓差傳感器14EGR冷卻器15共軌系統(tǒng)車(chē)輛上的四效催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)與顆粒過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)相似，只是顆粒過(guò)濾器的表面涂有NSR(腈儲(chǔ)存還原)催化劑。為了進(jìn)一步減少PM、CO和HC，在DPNR(柴油機(jī)微粒-腈還原系統(tǒng))催化轉(zhuǎn)化器的下游布置了氧化催化劑。該裝置基于多孔陶瓷顆粒過(guò)濾器和用于稀燃汽油機(jī)的吸附-還原三元催化轉(zhuǎn)化器。其原理是利用稀混合氣運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的氧氣吸附NOX和廢氣中的氧氣來(lái)氧化PM。當(dāng)在瞬時(shí)濃混合氣側(cè)運(yùn)行時(shí)，盡管廢氣中的氧含量低，但是在NOX解吸后的還原過(guò)程中產(chǎn)生的氧可用于氧化PM。為了最大限度地凈化NOX，提高PM的氧化率，必須精確控制再生和

44、脫硫時(shí)間。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，DPNR系統(tǒng)對(duì)各裝置的控制如圖3-11所示。發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)時(shí)，隨著扭矩和轉(zhuǎn)速的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)分為正常燃燒、正常燃燒加EPI裝置；發(fā)動(dòng)機(jī)熱態(tài)時(shí)，隨著扭矩和轉(zhuǎn)速的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)可分為三種，即正常燃燒、正常燃燒和EPI。器件協(xié)同工作，LTC和EPI器件協(xié)同工作；在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)進(jìn)行PM氧化時(shí)，隨著扭矩和轉(zhuǎn)速的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)可分為三種:正常燃燒和EPI裝置共同工作、補(bǔ)充噴射和EPI裝置共同工作、LTC和EPI裝置共同工作；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在脫除SO2時(shí)，根據(jù)扭矩和轉(zhuǎn)速的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)可分為兩種，即正常燃燒與IYC和EPI裝置共同工作。配備該凈化系統(tǒng)的2t貨車(chē)PM和N

45、O的排放量?jī)H為日本2000年排放限值的20%。如果進(jìn)一步改變廢氣的流向，可以促進(jìn)催化劑NO與PM的反應(yīng)，對(duì)于大排量的重型車(chē)，PM的凈化效率可以達(dá)到更高的值。需要注意的是，燃油中的硫會(huì)降低四效催化轉(zhuǎn)化器的凈化能力，因此應(yīng)使用低硫優(yōu)質(zhì)柴油。圖3-11各種工況下DPNR系統(tǒng)的控制1-正常燃燒2-正常燃燒+EPI 3-LTC+EPI 4-補(bǔ)充噴射+EPI4柴油機(jī)廢氣排放異常故障診斷4.1柴油機(jī)排煙的產(chǎn)生在一般工況下，技術(shù)狀況良好、排放合格的柴油車(chē)排氣管排出的廢氣無(wú)色透明。只有在柴油機(jī)過(guò)載或短時(shí)間啟動(dòng)時(shí)，廢氣才呈現(xiàn)灰色或深灰色。發(fā)生異常燃燒時(shí)，廢氣會(huì)冒煙。如果在普通工況下，廢氣有特殊的顏色，這是排放超標(biāo)

46、的反映。排氣煙色異常一般分為三種，即黑煙、藍(lán)煙和白煙。不同煙色形成的原因不同。目前，汽車(chē)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)黑煙的形成有不同程度的研究，但對(duì)其形成機(jī)理眾說(shuō)紛紜。一般來(lái)說(shuō)，起決定性作用的是溫度。250以下形成的煙色通常為白色，250至著火溫度易形成藍(lán)煙。而黑煙只有在到達(dá)燃點(diǎn)后才會(huì)出現(xiàn)。柴油機(jī)在重負(fù)荷下通常會(huì)冒黑煙。當(dāng)柴油機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，噴入燃燒室的燃油增加。由于柴油機(jī)混合氣形成的不均勻性，即使平均過(guò)量空氣系數(shù)大于1，也不可避免地會(huì)出現(xiàn)局部缺氣。此時(shí)，當(dāng)燃燒室內(nèi)溫度較高時(shí)，燃料在高溫缺氧條件下不會(huì)完全燃燒，主要由多孔碳顆粒組成。柴油機(jī)的白煙和藍(lán)煙含有未燃燒的碳?xì)浠衔?包括燃油和潤(rùn)滑油)、水蒸氣和不完全

47、燃燒中間產(chǎn)物(如含氧碳?xì)浠衔?。除了水汽，都屬于粒子域。在排氣過(guò)程中，大部分吸附在固體碳基顆粒上，相互凝聚形成大絮體。在光的折射下，它們發(fā)出白煙或藍(lán)煙。黑煙又稱(chēng)碳煙，主要是柴油機(jī)在高壓燃燒條件下，因局部高溫、缺氧、裂解、脫氫而形成的以碳為主要成分的固體微小顆粒。在排氣過(guò)程中形成較大的煤煙顆?；蛐鯛钗?，使排氣胃冒黑煙。柴油機(jī)排氣微粒中的碳煙比例與柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。一般柴油機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，碳煙是主要顆粒，低負(fù)荷或怠速時(shí)，碳?xì)浠衔锸侵饕w粒。4.2排氣管冒白煙。4.2.1白煙的特征和原因排氣管冒白煙表明柴油蒸汽在燃燒室中無(wú)法著火或柴油中有水。白煙是柴油蒸汽，水蒸氣顏色很淺。柴油機(jī)白煙可分為灰

48、煙和水蒸氣白煙。一般情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)時(shí)會(huì)冒白煙，尤其是在冬季初次啟動(dòng)時(shí)。隨著機(jī)器溫度的升高，白煙消失是正常的。但如果白煙沒(méi)有隨著機(jī)器溫度的升高而消失，則屬于異常運(yùn)行狀態(tài)。排氣管冒白煙是由未燃燒的燃油霧或油中的水變成蒸汽引起的。影響因素大多是:冷卻保溫系統(tǒng)故障，水溫?zé)o法上升，導(dǎo)致缸溫過(guò)低；噴油器霧化不良；噴油正時(shí)太晚；柴油中有水或氣缸墊燒穿，氣缸套和氣缸蓋開(kāi)裂和泄漏等。，導(dǎo)致氣缸進(jìn)水；柴油質(zhì)量差(尤其是蠟沉積造成的噴油器霧化不良)。溫度較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后往往會(huì)立即冒出白煙，因?yàn)閲娚涞娜加驮谳^低的溫度下燃燒。常見(jiàn)的車(chē)用柴油機(jī)在寒冷季節(jié)，啟動(dòng)后或長(zhǎng)時(shí)間怠速時(shí)，排氣管冒白煙；柴油機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)

49、，排氣管冒出松散的白煙；加速慢，動(dòng)力不足，油耗增加；不規(guī)則白煙，爆裂聲，轉(zhuǎn)速異常。這是由于燃燒室的溫度沒(méi)有上升到足以進(jìn)行有效燃燒的程度。因此，未燃燒的燃料(即碳?xì)浠衔?以蒸汽的形式排出，產(chǎn)生白色或藍(lán)色的廢氣。這種現(xiàn)象可能是由以下原因之一造成的。噴油正時(shí)過(guò)度延遲(帶輔助燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī))。如果噴油正時(shí)延遲，則在活塞通過(guò)上止點(diǎn)之前不會(huì)噴油。導(dǎo)致輔助燃燒室壓力下降，部分燃油沒(méi)有燃燒就排出，產(chǎn)生白煙。這種故障伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出不足。噴油正時(shí)過(guò)度提前(帶直噴式燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī))。如果噴油過(guò)早，噴油時(shí)，燃燒室的壓力和溫度不足以使燃油完全燃燒。因此，燃燒室壁會(huì)被燃料冷卻(稱(chēng)為激冷)，燃燒溫度會(huì)相應(yīng)下降。結(jié)果

50、，部分噴射的燃料沒(méi)有燃燒就排出，產(chǎn)生白煙。預(yù)熱和余輝失效(帶輔助燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī))。如果預(yù)熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障，輔助燃燒室中的溫度無(wú)法升高到足以燃燒燃油的程度。因此，部分燃油噴射在沒(méi)有完全燃燒的情況下排出，導(dǎo)致白煙排放。自然，這種故障總是伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)難以啟動(dòng)的現(xiàn)象。如果發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后余輝系統(tǒng)失效，會(huì)排出白煙，直到發(fā)動(dòng)機(jī)完全燃燒。機(jī)油過(guò)度燃燒。如果由于某種故障導(dǎo)致大量機(jī)油進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，多余的機(jī)油會(huì)在沒(méi)有燃燒的情況下排出，產(chǎn)生白煙。這種故障還伴隨著過(guò)量的機(jī)油消耗。當(dāng)油在蒸汽中冷卻燃燒室時(shí)，部分燃料在燃燒前被排出。壓縮壓力太低。如果燃燒室的壓縮壓力太低，燃油需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到著火溫度。結(jié)果一部分在燃燒前

51、排出，導(dǎo)致廢氣冒白煙。燃油與水混合。在燃油中混入水也會(huì)產(chǎn)生白煙，因?yàn)槿加椭械乃畷?huì)降低燃燒室的溫度。因此，部分燃料在沒(méi)有燃燒的情況下排出。4.2.2白煙的原因。柴油機(jī)排氣管斷斷續(xù)續(xù)地冒出淡淡的白煙。柴油機(jī)工作時(shí)，排氣管間歇性冒出淡淡的白煙，常伴有不規(guī)則的爆裂聲，油門(mén)踩得越大，聲音越明顯。這種現(xiàn)象會(huì)使汽車(chē)帶負(fù)荷運(yùn)行。失敗的原因如下:氣缸供油時(shí)間滯后。江鈴寶典皮卡一輛柴油車(chē)中低速行駛正常。高速行駛時(shí)，排氣管除了爆音外，還會(huì)間歇性地冒出白煙。松開(kāi)第四缸高壓油管螺母，切斷供油后，異響和白煙消失。原因是第四缸供油太晚。第四缸的噴油泵靠近凸輪軸后軸承，當(dāng)凸輪軸后端因軸承滾道剝落而下降時(shí)，其徑向間隙會(huì)增大，導(dǎo)

52、致第四缸供油時(shí)間延遲。噴油器針閥與針閥閥體之間密封不嚴(yán)。柴油機(jī)工作時(shí)，從噴油泵泵出的高壓柴油往往攜帶一些機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)入噴油嘴，粘附在針閥閥體的密封錐上，使其密封不嚴(yán)。故障排除步驟首先確定柴油質(zhì)量是否符合使用要求，檢查油箱內(nèi)是否有水。水比油重，有水就沉到底。擰下油箱底部的放油螺栓，排出積水。環(huán)境溫度過(guò)低或汽車(chē)露天存放，導(dǎo)致柴油機(jī)機(jī)體溫度過(guò)低。起動(dòng)前，應(yīng)在散熱器中加入熱水或沸水，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的溫度，便于起動(dòng)。溫度升高白煙消失，屬于正?，F(xiàn)象。檢查噴油正時(shí)是否太晚。如果太晚了，就應(yīng)該調(diào)整。逐個(gè)進(jìn)行斷油試驗(yàn)。如果斷油到某一缸，白煙排出明顯減少或消失，但恢復(fù)供油時(shí)，白煙排出明顯增加，所以故障通常是噴油器

53、霧化不良引起的。拆下該氣缸的噴油器進(jìn)行檢查，如有必要，更換新的噴油器進(jìn)行比較。逐個(gè)進(jìn)行斷油試驗(yàn)。如果斷油試驗(yàn)時(shí)各缸排煙顏色無(wú)明顯變化，通常是柴油質(zhì)量差或不符合使用規(guī)范造成的故障。4.3排氣管冒藍(lán)煙4.3.1藍(lán)煙的原因藍(lán)煙俗稱(chēng)燒機(jī)油。柴油機(jī)在使用時(shí)，會(huì)冒出藍(lán)煙，這是機(jī)油進(jìn)入燃燒室受熱蒸發(fā)的結(jié)果。是潤(rùn)滑油逸入氣缸燃燒造成的。故障特征。機(jī)油消耗量過(guò)大超過(guò)正常值；車(chē)?yán)涞臅r(shí)候，尾氣帶著油滴；汽車(chē)熱的時(shí)候，尾氣排放藍(lán)煙，有時(shí)還帶油滴。寒冷季節(jié)負(fù)荷較輕時(shí)，沿排氣管向外滴機(jī)油；燃燒室積碳嚴(yán)重，夜間運(yùn)行時(shí)廢氣帶火花脫落；燃燒室積炭過(guò)熱，影響進(jìn)氣、混合和燃燒，導(dǎo)致做功粗糙，功率低。藍(lán)煙排放的影響因素。油底殼油位過(guò)

54、高；曲軸箱通風(fēng)不良；活塞環(huán)嚴(yán)重磨損、斷裂、倒轉(zhuǎn)；活塞和缸套之間的間隙過(guò)大；氣門(mén)油封損壞；氣門(mén)桿和氣門(mén)導(dǎo)管之間的配合間隙太大；增壓器排油嚴(yán)重。4.3.2故障排除方法首先檢查發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油量。如果油位過(guò)高，應(yīng)排出一些潤(rùn)滑油。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，打開(kāi)加油口。如果發(fā)動(dòng)機(jī)的藍(lán)煙明顯減少并逐漸消失，再蓋上機(jī)油加注口一段時(shí)間后，發(fā)動(dòng)機(jī)加速，藍(lán)煙逐漸增多，那么故障通常是曲軸箱通風(fēng)裝置不良引起的。拆下增壓器(或中冷器)到進(jìn)氣口的軟管，觀(guān)察排氣煙度。如果藍(lán)煙明顯減少并逐漸消失，通常是增壓器排油嚴(yán)重造成的故障。踩下油門(mén)踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣管冒出大量濃濃的藍(lán)煙，進(jìn)油口可聽(tīng)到曲軸箱發(fā)出“砰砰”的竄氣聲，進(jìn)油口出現(xiàn)大股藍(lán)煙或脈動(dòng)的油煙，說(shuō)明活塞環(huán)嚴(yán)重磨損、斷裂、倒轉(zhuǎn)或氣缸與活塞配合間隙過(guò)大。應(yīng)將活塞連桿組拆下進(jìn)行檢查分析，并對(duì)癥維修。發(fā)動(dòng)機(jī)在重負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣管冒出濃濃的藍(lán)煙，但進(jìn)油口聽(tīng)不到明顯的竄氣聲，進(jìn)油口也沒(méi)有明顯的冒煙現(xiàn)象，通風(fēng)穩(wěn)定。故障是氣門(mén)油封損壞或氣門(mén)桿與氣門(mén)導(dǎo)管配合間隙過(guò)大，應(yīng)更換氣門(mén)油封、氣門(mén)或氣門(mén)導(dǎo)管。4.4排氣管冒黑煙。4.4.1