排放與凈化講座課件

1、排放與凈化知識(shí)培訓(xùn),產(chǎn)品開發(fā)一室 張悅,2,發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)保性,內(nèi)燃機(jī)凈化性能是當(dāng)代內(nèi)燃機(jī)最重要的性能指標(biāo)之一。其排放污染物數(shù)量的多少及凈化控制技術(shù)的優(yōu)劣，不僅直接影響生產(chǎn)和銷售企業(yè)的生存和發(fā)展，而且嚴(yán)重危及人類賴以生存的環(huán)境。 內(nèi)燃機(jī)排放污染物對(duì)大氣環(huán)境和人類健康的影響不容忽視，尤其作為汽車動(dòng)力時(shí)，其影響更大。自汽車排出的有害氣體，早已成為大氣污染的主要來(lái)源。特別是一些大城市，如上海、廣州、北京等大城市均已出現(xiàn)光化學(xué)煙霧，霧

2、霾現(xiàn)象經(jīng)常性出現(xiàn)。 隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)要求不斷提高,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放要求也日益從嚴(yán),世界各國(guó)也相應(yīng)地制定了更加嚴(yán)格的法規(guī)，而測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)排放的方法和程序越來(lái)越接近實(shí)際。（見(jiàn)圖 1，2，3）,3,圖1,4,圖2,5,圖3,6,歐洲重型車用柴油機(jī)排放值①[ g/kW·h ]注① 還有動(dòng)態(tài)煙度值0.8m-1 ② 適用于額定功率不大于85kW的柴油機(jī) ③ 適用于單缸工作容積小于0.7L

3、，額定轉(zhuǎn)速大于3000r/min的柴油機(jī) ④ ECE，R49 —— 歐洲13工況循環(huán) ⑤ ESC —— 歐洲穩(wěn)態(tài)工況 ⑥ ELR —— 歐洲加載響應(yīng)循環(huán)⑦ ETC —— 歐洲瞬態(tài)循環(huán),7,8,9,10,排放物完全燃燒 CO2，H2O，N2，Air不完全燃燒 CO，HC，NOX，SO2，PM，臭氣等,,,11,內(nèi)燃機(jī)排放物的毒性與影響CO —與紅血球結(jié)合能力是O2的210

4、倍，使供O2受阻。CO與20%紅血球結(jié)合使人頭暈惡心；50%失去意識(shí)；70%死亡；CO限制在20ppm以下。HC —約200種成分,甲醛,丙烯醛對(duì)眼睛和呼吸器官有強(qiáng)烈刺激作用。乙烯對(duì)農(nóng)作物和某些觀賞植物有傷害，苯并[α]芘致癌。NOX：主要NO —與紅血球結(jié)合能力是CO 的1000倍,生成紅血朊，使人中樞神經(jīng)障礙。 次要NO2 —招致氣管和肺功能障礙。SOX —SO2與NO2有相似的毒性，形成酸雨。PM —2um以下微

5、粒吸入肺部，沉積，引起慢性病變，以致癌變。CO2 —產(chǎn)生溫室效應(yīng)，地球變暖。,12,CO，HC，NOX，PM成因CO —不完全燃燒，供氧不足PM —內(nèi)燃機(jī)排出的全部廢氣，在大氣條件下收集到的全部呈固體狀和液體狀的微粒。用二氯甲烷作萃取劑，把微粒子組成分為可溶性有機(jī)成分和非可溶性有機(jī)成分。,13,顆粒是碳?xì)淙剂喜煌耆紵纬傻目扇苄院筒豢扇苄粤Ｗ?。非可溶性干碳煙，碳?xì)淙剂蠠岱纸?，一面脫氧一面聚合形?0-3

6、0nm碳煙粒子，小粒子最后形成為50-200nm大粒子。光化學(xué)煙霧 —能見(jiàn)度降低，對(duì)人眼有刺激性作用，引起呼吸障礙和慢性中毒。成因：HC濃度>NOX濃度3倍，氣溫24℃，溫度低，日照充足，夏秋之間，下午1-2點(diǎn)鐘煙霧濃度達(dá)到最高。,14,1.4.1.4 凈化措施機(jī)前凈化，機(jī)內(nèi)凈化，機(jī)后凈化,15,機(jī)內(nèi)凈化 進(jìn)氣，燃油，燃燒室優(yōu)化匹配直噴式燃燒室：ge，CO2↓分開式：HC，CO，NOX，PM↓改進(jìn)燃油系統(tǒng)：

7、提高噴油壓力，縮小噴孔，增加孔數(shù)，提高噴霧質(zhì)量。改善燃燒工作過(guò)程，降低排放。高壓噴射：在縮小噴孔的同時(shí)，縮短噴油持續(xù)時(shí)間，這樣延遲噴油始點(diǎn)，改善NOX排放，而ge不會(huì)惡化。噴油即時(shí)結(jié)束，Re，PM，CO得到改善。電控供油壓力，供油量，供油正時(shí)和供油速率，使燃燒過(guò)程更加優(yōu)化。更高的壓力噴射，PM↓，推遲噴射角 NOX↓,16,17,18,噴油嘴噴油嘴的改進(jìn)減少噴后滴油 —— HC，Rb改善提高流量系數(shù) —— NOX，Rb改善

8、提高形成噴霧的穩(wěn)定性 —— Rb↓ 例：噴油量一定，噴孔直徑一定，噴嘴流量系數(shù)提高20%，縮短噴油時(shí)間的結(jié)果與提高噴壓44%的效果一樣，說(shuō)明提高噴嘴流量系數(shù)的結(jié)果。,19,組織氣流運(yùn)動(dòng)：螺旋氣道開度不大，能產(chǎn)生較高渦流強(qiáng)度，而氣道阻力較小，對(duì)ηV 的影響不大，特別是延遲噴油提前角改善NOX，但對(duì)Rb的惡化比切向氣道小。四氣門技術(shù)變渦流技術(shù)，低速大負(fù)荷使用強(qiáng)渦流使ge，Rb↓。高速部分負(fù)荷降低渦流，使混合燃燒優(yōu)化。

9、發(fā)展紊流和適當(dāng)降低渦流強(qiáng)度的燃燒室，采用微渦流強(qiáng)紊流燃燒室，良好的混合氣形成和良好燃燒作用，NOX，CO，Rb 均比一般ω燃燒室好。選用常用工況： 動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性，排放好的工況為常用工況，因此汽車需要電控，司機(jī)對(duì)車速，路阻的變化，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n，Pe和變速比進(jìn)行優(yōu)化。,20,,21,22,23,24,目前我公司102國(guó)4機(jī)型所采用的凈化措施廢氣再循環(huán)系統(tǒng) 廢氣再循環(huán)，就是將發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣冷卻后送入氣缸，可以進(jìn)一步降低進(jìn)氣溫

10、度，提高進(jìn)氣密度，從而降低燃燒溫度，可以有效地降低NOx的排放，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化EGR也可以降低燃油消耗。 本機(jī)型的ERG系統(tǒng)為外部排氣再循環(huán)，有EGR閥（見(jiàn)圖4），EGR冷卻器（見(jiàn)圖5）、真空調(diào)節(jié)器及連接管路組成。 EGR系統(tǒng)采用閉環(huán)系統(tǒng)，在閉環(huán)控制EGR系統(tǒng)中，檢測(cè)實(shí)際的EGR率或開度作為反饋控制信號(hào)，其控制精度更高。閉環(huán)控制EGR系統(tǒng)工作時(shí)，ECU可根據(jù)EGR開度傳感器的反饋信號(hào)修正電磁閥的開度，使EGR率保持在最

11、佳值。EGR閥開度傳感器為電位計(jì)式，其工作原理與電位計(jì)式節(jié)氣門位置傳感器類似。EGR閥傳感器與ECU之間有三條連接線路，分別為電源線、地線和信號(hào)線，ECU通過(guò)電源線給傳感器提供5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，傳感器將EGR閥的開啟高度變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)經(jīng)信號(hào)線輸送給ECU。,25,圖 4,圖 5,26,后處理系統(tǒng)包括三元催化器(DOC)、顆粒捕捉器(POC)。原理示意圖如圖6所示：,圖 6,27,三元催化器：指安裝在柴油汽車排氣系統(tǒng)中，通過(guò)噴涂在載

12、體上的貴金屬催化劑鉑、銠、鈀等進(jìn)行氧化反應(yīng)，能同時(shí)降低排氣中一氧化碳（CO）、總碳?xì)浠衔?THC)和柴油顆粒物中可溶性有機(jī)物組分（SOF）的催化轉(zhuǎn)化器。 102國(guó)4機(jī)型三元催化器直接裝在增壓器蝸殼出口法蘭上。三元催化器直徑為5.66英寸，長(zhǎng)度為4英寸，采用陶瓷載體。 顆粒捕捉器：其基本原理是:柴油機(jī)排出的含有炭粒的黑煙，通過(guò)專門的管道進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣金屬載體顆粒捕集器，經(jīng)過(guò)其內(nèi)部密集設(shè)置的過(guò)濾器，將炭煙微粒吸附在金屬過(guò)濾器上；與D

13、OC生成的NO2 反應(yīng)，生成對(duì)人體無(wú)害的二氧化碳排出。 顆粒捕捉器安裝由主機(jī)廠根據(jù)整車排氣尾管布置決定。 102國(guó)4機(jī)型顆粒捕捉器采用金屬載體，具有起燃快、背壓低、冷啟動(dòng)時(shí)顯著降低排放、耐高溫、同樣體積下轉(zhuǎn)化效率高的優(yōu)點(diǎn)。,28,SCR原理,一、SCR的化學(xué)反應(yīng)本質(zhì),將尿素與水以適當(dāng)比例(一般為32.5% ) 混合, 噴入柴油機(jī)排出的廢氣中, 使廢氣中的NOx 還原成無(wú)害的N2(氮?dú)? 和H2

14、O(水蒸氣) ,使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到國(guó)四或更高標(biāo)準(zhǔn)。,二、化學(xué)反應(yīng)（分為兩步驟）,1、尿素噴入高溫排氣后分解： NH2CONH2 + H2O -> 2 NH3 + CO2,2、分解后氨與氮氧化物反應(yīng)： NO + NO2 + 2NH3 -> 2N2 + 3H2O 4NO + O2 + 4NH3 -> 4N2 + 6H2O 2NO2 + O2 + 4NH3 -> 3N2