《发动机排放物的检测控制6400字【论文】》.docx

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1、发动机排放物的检测与分析控制摘要11绪论12发动机排放物的生成机理32.1 NOx的形成机理42.2 碳氢化合物42.3 碳氧化合物42.4 碳烟颗粒53汽车减排技术的应用及展望53.1 缸内直喷63.2 涡轮增压73.3 均质压燃73.4 废气再循环84总结与展望9参考文献9摘要随着我国汽车保有量的增长，带来的环境污染问题也日益加剧。各种化石燃料燃烧所产生氮氧化物、碳氢化物等诸多有害气体是目前空气污染物的主要来源。汽车作为一款紧凑型家用轿车，其销量随着各国汽车排放法规的不断严格而逐年下滑。为提升汽车的排放性能，本文主要主要研究了以下内容：首先，结合我国汽车工业的发展，说明了汽车排放物排放对环

2、境造成的影响。其次，通过研究国内外相关参考文献，对各国相继出台的汽车排放物排放法律法规进行介绍。然后，深入研究了汽车排放物中的各种成分,包括其生成机理和造成的环境影响。最后,详细介绍了目前常用的几种减轻排放物排放问题的方法，以及各方法的原理，为提升汽车的排放性能提供了理论依据。关键词：汽车排放物；排放标准；生成机理；降低排放1结论世界主要N02排放热点地区衣业废弃物的燃烧公共电力和供洪主要排放领域制造立及建策业住宅及K他行业其他1源产业公谿运输NO21eve1(DU)025050075100自2000年以来，中国汽车工业发展突飞猛进，全国汽车保有量也飞速增加。截至2023年，全国机动车保有量达

3、3.72亿辆，其中汽车2.81亿辆，燃油车占98.25%0虽然我国对新能源汽车的投入在不断增加，但燃油车的保有量依旧占据了主导地位，这也意味着，巨大燃油车保有量带来的环境污染问题也日益加剧在燃油汽车使用过程中，化石燃料燃烧所产生氮氧化物、碳氢化物等诸多有害气体已成为目前空气污染物的主要来源。与此同时，国内汽车行业每年消费的化石燃料已超过国内总石油消耗量的百分之30至40。与此同时，放眼全球，在图1中我们可以直观地看到二氧化氮浓度高值区的50个热点，在全球六大洲均有分布。全球14个特大城市交通污染排放严重，DU为卫星观测分析得到NO?柱浓度单位。执行更加严苛的排放法规，降低汽车有害气体排放，成为

4、了环境污染治理的热门话题。图1.1全球NO2污染交互地图在此背景下,各国政府为应对保护环境,减少燃油汽车发动机有害气体排放,相继颁布了较为严苛的排放法规。2016年12月23日，我国环境保护部、国家质检总局发布轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)，并自2023年7月1日起实施。具标准如表1.1所示：表1I国六机动车排放标准一览排放物国五国六A国六B一氧化碳1000(mg/km)700(mg/km)500(mg/km)非甲烷径68(mg/km)68(mg/km)35(mg/km)氮氧化物60(mg/km)60(mg/km)35(mg/km)PM细颗粒物4.5(mgkm)4.5(mg/

5、km)3(mg/km)PN颗粒物/6*1OU颗km6*10颗/1111由表11不难看出，相较于国五标准，国六标准加入了PN颗粒物指标，在国六A阶段标准中，除一氧化碳指标有明显降低以外，其他指标基本保持一致。但在国六B阶段标准中，各项排放指标相较国五排放指标要求都更为严苛。现如今，传统的燃油汽车在日益严苛的排放标准，及新能源汽车大力发展的双重冲击下,要想持续保持市场占有优势,必须通过更为深入的探究来降低排放,保护环境。随着我国经济的不断发展，可以预见在未来的十年里，我国轿车保有量有望突破三亿量，在这种大环境下，如何有效控制汽车排放物排放已然成为节能减排的主旋律。就目前国内产峻的发动机废气排放控制

6、形式，及可能制定的相关政策为大致方向。通过查找市场数据分析发动机废气排放形成的原理，可能在汽车上管控的措施，国家应当制定的政策来找出影响废气排放的因素。通过分析国内外发动机废气排放的相关文献，找出其中的可取之处，再结合国家实行的政策管控，以及消费者对此问题的认知，达到解决相关问题的目的。关于发动机废气排放的主要问题是如何节能减排,发动机废气中的污染物包括CO、HC.NOx.S02、烟尘微粒和甲醛，汽车排放物排放污染是形成大气环境污染的真正“元凶”。了解了废气的成分，就可以分析形成废气的原因，而了解了原因就能找到解决的办法，其主要问题有以下两个方面：(1)控制排放的政策问题(2)废气形成原理及控

7、制2发动机排放物的生成机理汽车运行过程中会时常面临工况的变化，经历启动、加速、匀速、减速、熄火等工况，发动机也将经历冷/热启动、怠速、加速、减速等，在发动机转速及负荷急剧变化的过程中，会产生更多的排放物，加剧环境污染的程度。想要减少污染物的排放，就必须先研究污染物的生成机理，从源头上减少污染物的排放。2.1 NOx的形成机理发动机燃烧生成的氮氧化物包括一氧化氮N0、二氧化氮NO2,统称为NOx,能够对人体的呼吸道造成损害。发动机燃烧产生的NoX中，以NO居多，剩下的Ne）2含量极低，只占到10%左右。一氧化氮NO,无色无味，难溶于水，一氧化氮带有自由基，因此，其化学性质非常活泼，遇到氧气后，会

8、快速发生反应，产生具有N02（棕红色，具有较强的刺激性作用），NCh是形成酸雨的主要成分之Q由于生成NO的反应比燃烧反应的速率慢，因此只有较少一部分NO是从火焰中产生的，大部分的No是在无火焰的混合气中生成的；第二步反应必须要破坏掉氮气中具有极高稳定性的三键NN,反应需要非常高的活化能或温度，所以No的生成速度严重依赖于温度，当反应物从2500K提高到2600K时，NO的生成速率几乎提高了一倍，同时，氧气的浓度也会对No的生成造成影响。2.2碳氢化合物对于装有汽油机的汽车，排放排放物中的HC有害气体含有碳氢化合物种类多达200多种，其产生的原因是因为发动机在某些低效率工况中，燃料没有完全燃烧充

9、分，主要成分是烷运，同样也是汽油的主要成分。烷睡中的多环芳香运（PAHs）有很强的致癌及致突变性，其主要吸附在排放物中的细微颗粒物上，加剧了颗粒物对人体的危害。对于天然气发动机而言，排放的碳氢化合物分为甲烷（CH4）和非甲烷碳氢化合物（NMHC）o由于天然气的主要成分为甲烷，相应的天然气发动机主要的排放的碳氢化合物中未被燃烧殆尽的甲烷占有很大的比重。甲烷对人基本无害，但是甲烷是一种温室气体，对环境比较严重的影响。以单位分子数而言，甲烷的温室效应造成的影响要比二氧化碳高25倍。这是因为大气中已经具有相当多的二氧化碳，以至于许多波段的辐射早已被吸殆尽了，因此大部分新增的二氧化碳只能在原有吸收波段的

10、边缘发挥其吸收效应。相反地，一些数量较少的温室气体（包括甲烷在内），所吸收的是那些尚未被有效拦截的波段，所以每多一个分子都会提供新的吸收能力。2.3 碳氧化合物发动机燃烧产生的碳氧化合物主要包含二氧化碳和一氧化碳。二氧化碳是主要的温室气体。自工业革命以来，二氧化碳排放量激增，产生了严重的温室效应,造成全球气候变暖、冰川融化、海平面升高等种种环境危害。我国的排放法规中，并未将二氧化碳纳入排放污染物范畴，美国的EPA法规则规定了二氧化碳的排放要求。一氧化碳是一种对血液和神经系统具有强烈毒性的污染物，其极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息。一氧化碳是碳氢

11、化合物在燃烧过程中重要的中间产物，占有较高的体积分数。混合气的过量空气系数对一氧化碳的生成量影响较大，在过量空气系数减小时，一氧化碳的排放量会不断增大，即氧气含量不足时，运类不完全燃烧生成一样护坦。2.4 碳烟颗粒对于缸内直喷的汽油机而言，其工作方式是直接将液态燃油喷入气缸与空气进行混合，这种方式会造成一定的燃油湿壁现象。另外缸内直喷的方式会导致由于燃油与缸内空气混合的时间相对缩短,从而出现一定的局部过浓油气混合气或者过稀油气混合气，这些因素都有可能导致缸内燃料燃烧不充分。浓混合气浓度分布区域以及未蒸发的液态油滴就会发生扩散燃烧,未完全蒸发的燃油液滴在高温缺氧条件下裂解、脱氢生成一定量的碳烟前

12、驱物和碳氢组分，这两类物质相互作用发生成核反应生成初级碳粒,初级碳粒继而与缸内的多环芳香族碳氢化合物通过团聚、凝结和表面生长及氧化等过程形成最终的碳烟颗粒物。颗粒物是由初级碳烟粒子吸附金属灰烬以及硫酸盐而形成的。此外，缸内直喷工作方式的汽油机(GD1)与在进气道喷射的汽油机(PFI)相比，缸内燃烧过程的平均温度较低，生成的碳烟颗粒不容易被氧化，上述的诸多因素导致缸内直喷汽油机的碳烟颗粒的数量排放量比传统进气道喷射汽油机增加许多，并且绝大多数的碳烟颗粒是小于IOOnm的超细颗粒。3汽车减排技术的应用及展望针对发动机的污染物的治理主要有两种思路，一方面改善发动机的燃烧，采用新的燃烧技术，如稀薄燃烧

13、、均质压燃等，减少污染物的生成；另一方面则是对缸内汽油燃烧生成的废气进行后处理,使废气转化为对环境人体无害的洁净气体，再排放到空气中。目前汽车主要通过发动机缸内燃烧技术配合发动机缸外排放物后处理技术来降低污染物排放，才能满足日益严苛的排放法规和排放标准。汽油机缸内燃烧技术包括稀薄燃烧技术、废气涡轮增压技术、废气再循环技术(EGR),均质压燃技术等；后处理上，大规模使用的是三元催化转化器(TWC)和汽油机颗粒捕集器(GPF)o3.1 缸内直喷缸内直喷(Gaso1ineDirectInjection),就是直接将燃油喷入气缸内与空气混合的技术，其通过电控喷油器以较高的喷油压力将燃油直接喷入气缸内，

14、高压喷射下的燃油雾化更加均匀，并且可以实现燃油喷射量的精确控制，借助燃烧室形状和缸内气流运动使燃料与空气混合形成可燃混合气，进而燃烧做功。GDI汽油机的燃烧方式改变了传统歧管喷射发动机的油气混合过程，歧管喷射(PortFue1Injection)是在进气道内完成油气混合，而缸内直喷则是直接将汽油喷至缸内，喷出来的油雾更加均匀、稀薄，能够有效降低油耗，并且压缩比可以做得更大，还能实现分层燃烧。D缸内直喷发动机主要有以下优点：燃油经济性好。GDI发动机能够通过控制喷油量来精确控制发动机的运行工况，大幅度地降低了歧管喷射发动机在部分负荷工况下由节气门造成的节流损失，显著提高了燃油经济性。2)动态响应

15、性好GD1发动机的燃油直接喷入缸内，因此，可以精确控制不同运行工况下的喷油脉宽和喷油量，确保发动机具有较好的加速性能和较好的顺势驱动特性。3)高压缩比由于燃油直接向缸内喷壶，而燃油的蒸发所需热量全部来自于气缸内燃烧后的高温气体，使得缸内温度降低，提高了充气效率，能够将压缩比提升至12-14,提高了燃烧热效率，同时还能较好地抑制爆震。4)排放性能好歧管喷射发动机直接将燃油喷到进气歧管，在发动机正常工作状态下，燃油能够较好地雾化、蒸发，而在低温冷启动时，燃料的雾化蒸发效果差，导致燃油的混合程度低，发动机的启动性能差，只能加大燃油供给量才能使发动机正常启动，造成了较高的HC化合物排放。GD1发动机则是直接将燃料喷入缸内，通过较高的喷射压力是液柱破碎成较大的液滴，进而再破碎成较小液滴，具有较好的雾化效果,高压射流形成的滚流能够促进缸内气体的运动,提高油气的混合程度,不需要像PFI发动机加大供油量，因而降低了HC的排放。3.2 涡轮增压涡轮增压器的全称为发动机废气涡轮增压器，是由离心式压气机、径流式涡轮机和中间体三部分构成的改善发动机进气的机械装置，如所示。通过发动机拍出的废气推动径流式涡轮旋转，涡轮带动同轴的离心式压气机，压气机叶轮将空气压缩后，将其送入气缸，达到增加进气量，提高过量空气系数，使燃油的燃烧更充分，排出更少的废气。因为排放物中的大部分污染物（一氧