【文章內(nèi)容簡介】 化器和氧傳感器，降低對污染物的催化效果；若汽油飽和蒸氣壓較高，也會帶來揮發(fā)性污染。新油品標準的制定體現(xiàn)了車廠和油廠的利益之爭。值得注意的是 OBD 系統(tǒng)不能在車輛出廠哈爾濱劍橋學院畢業(yè)論文 4 之后經(jīng)過改造加上，因此即使現(xiàn)在購買那些已經(jīng)具備達到歐Ⅲ排放標準條件的車輛，今后也不會視同已經(jīng)符合我國新排放標準。關鍵所在是油品的問題，如果使用相應的低品質燃油或油品質量不斷反復，必然會導致排放標準不合要求，排放同樣達不到新標準要求。要使汽車達到更嚴格的尾氣排放標準，不僅要求汽車生產(chǎn)廠家提高整車生產(chǎn)技術，還需油品供應商 提高相應的燃油質量。歐Ⅳ與歐Ⅱ相比，歐Ⅲ排放標準中最大的變化在于車輛出廠前必須裝配核心組件 OBD，即車載自診斷系統(tǒng)，在全國市場提供質量穩(wěn)定的燃油產(chǎn)品是實施更高排放標準的先決條件，加裝 OBD 自動診斷系統(tǒng)才是當務之急。 本課題研究的內(nèi)容 通過近年來我國汽車保有量得不斷增多，尾氣排放的污染之嚴重，本文介紹汽車排放污染物種類和生成機理及其對人體的危害，分析汽車排放物的形成原因，闡述現(xiàn)有汽車排放控制的技術措施，主要包括機內(nèi)控制和機外控制，本文介紹了兩種機內(nèi)控制廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、稀薄燃燒技術，本文詳細分析代用 燃料汽車、電動汽車和混合動力汽車的排放特性，指出為了環(huán)境保護和汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展 ， 代用燃料汽車技術、電動汽車技術和混合動力汽車技術是解決汽車排放、噪聲和能源結構問題的有效手段?；旌蟿恿ζ嚲哂械陀秃?、低排放、長行駛里程、技術成熟等優(yōu)點 ， 是近期較理想的汽車發(fā)展模式 。燃料電池汽車是未來零排放的理想汽車。 哈爾濱劍橋學院畢業(yè)論文 5 2 汽車尾氣污染物生成機理及對人類的危害 一氧化碳 CO 是汽油燃燒不完全的產(chǎn)物，其數(shù)量占尾氣成分的首位。化石燃料的不完全燃燒和高溫下 存在的 2CO+O2═2CO 2的平衡，使得 CO存在于所有實際燃燒器的尾氣之中。CO 是一種無色、無味、無刺激性的有害氣體， 主要從排氣管排出， 也有少量由曲軸箱排出。人吸入 CO 后， 血中結合氧的血紅蛋白將失去攜帶氧的能力， 人就會出現(xiàn)中毒現(xiàn)象， 如反應能力、視敏度下降等。 CO 中毒的早期癥狀是流淚、咳嗽、頭暈、惡心、嘔吐、胸痛、呼吸困難， 嚴重時會發(fā)生虛脫 。 碳氫化合物 大氣的烴類污染物的定義并不嚴格，它是指各種烴類及其衍生物，品種極多，一般以 HC 表示（此處 HC 主要是指油箱及化油器的逸散和滴漏的燃料 油和部分因燃燒不完全而生成的烴類及其各種衍生物）。汽車尾氣排放的未經(jīng)燃燒的汽油和燃燒不完全成產(chǎn)生的烴類衍生物成分極其復雜，其中有飽和烴、不飽和烴、芳香烴以及這些烴類的含氧衍生物（如醛、酮等），不僅成分種類多，且組成變化也大。烴類污染物對自然界的危害，主要是破壞了生態(tài)系統(tǒng)的正常循環(huán)，還誘發(fā)產(chǎn)生光化學煙霧 有時簡稱未燃烴。人體內(nèi)吸入較多的未燃烴，會破壞造成血機能，造成貧血，神經(jīng)衰弱，并會降低肺的抵抗力 。 氮氧化合物 氮的氧化物種類很多，但在大氣中有危害作用的，主要是 NO 和 NO2，習慣上將這兩種化合物以 NOx 表示，稱為氮氧化物。 NOx 主要是在氣缸點火的高溫瞬間由空氣中的氮與氧化物合成成的。 NOx 對人體有危害，它進入人體后，開始是刺激呼吸器官，然后逐漸侵入肺部，與細胞液中水分結合成亞硝酸和硝酸后產(chǎn)生強烈的刺激與腐蝕作用，引起肺水腫。NO2的毒性高于 NO， NO2氣體呈紅棕色，有特殊刺激臭味。 NOx 既有害于人體健康，還會腐蝕建筑物，并能導致形成酸雨和光化學煙霧，被列為大氣中的重要污染物。 哈爾濱劍橋學院畢業(yè)論文 6 其他污染物 可吸入顆粒物 直徑大于 10μm的顆粒，能依靠其自身重力作用降落到地面，稱為降塵。它們在空氣中 停留時間短，不易被人吸入，故危害不大。直徑小于 10μm的顆粒，在空氣中可較長時間飄游，稱為飄塵。對人體健康危險性最大的是，這種飄塵可直接到達肺細胞而沉積在肺中，并可進入血液，導致呼吸道疾病，它們還可能和 SO2， NO2 等產(chǎn)生協(xié)同作用，損害粘膜、肺細胞，引起支氣管和肺部炎癥，部分病人最后會導致肺心病。 汽車尾氣中的顆粒物包括鉛化合物、碳顆粒和油霧等。鉛化合物是大氣的重金屬污染中毒性較大的一種，它來自于汽油的抗爆添加劑，這是一種含鉛的有機化合物四乙基鉛 [（ C2H5） 4Pb]。 其毒性比無機鉛化合物約大百倍，并且隨行車和風力擴散。它是引起急性精神病癥的劇毒物質，它可以在人體中不斷積累，當血液鉛含量超過 時，可造成貧血等中毒癥狀。所以現(xiàn)在逐步推廣使用無鉛汽油。碳顆粒是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，而油霧通常是由于油箱及化油器的逸漏而造成的。 哈爾濱劍橋學院畢業(yè)論文 7 3 現(xiàn)代汽車污染控制技術 汽車尾氣的控制有機內(nèi)控制與機外凈化兩種形式。機內(nèi)控制是通過改變發(fā)動機設計、制造工藝等手段來減少有害物質的生成。 本文主要介紹了，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)汽油電噴系統(tǒng)及稀薄燃燒技術 [2]。 廢氣再循環(huán)原理與 凈化任務 ERG 的工作原理 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，簡稱 EGR，其作用是將柴油機產(chǎn)生的一小部分廢氣再送回氣缸。再循環(huán)廢氣由于具有惰性將會延緩燃燒過程，這就是氮氧化合物會減少的主要原因。 EGR 率是用來反映 EGR 控制量的，即廢氣混入的多少 EGR=返回廢氣量／進氣量 +返回廢氣量 100%。另外，提高廢氣再循環(huán)率會使總的廢氣流量減少，因此廢氣排放中總的污染物輸出量將會相對減少。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)示意圖（見圖 31）。 圖 31 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)示意圖 廢氣再循環(huán)裝置主 要用于減少 NOx 的生成量、減少廢氣污染。因為 NOx 是在高溫哈爾濱劍橋學院畢業(yè)論文 8 富氧的條件下生成，引入廢氣再燃燒，可降低混合氣的燃燒溫度，可以抑制 NOx 的生成量。廢氣再循環(huán)裝置，通過 EGR 閥把少量的廢氣引入進氣歧管與混合氣混合，進入氣缸燃燒。廢氣中幾乎不含氧，是不可燃氣體。這些氣體與混合氣混合使可燃成份下降，減少了發(fā)動機燃燒時的溫度，從而減少了 NOX 的生成量。另外，從排氣歧管進入進氣歧管的廢氣有一定溫度，使進氣歧管中的混合氣受熱膨脹、使吸入發(fā)動機汽缸中的有效燃燒物質減少，形成較弱的可燃混合氣和一定數(shù)量的廢氣進入發(fā)動機燃燒室，也降 低了混合氣的燃燒溫度，使 NOX生成量減本田轎車的電腦控制廢氣再循環(huán)系統(tǒng)主要由 ECM 電腦、 EGR 閥、 EGR 閥位置傳感器、 EGR 真空控制閥和 EGR電磁閥等組成。電腦控制 EGR 系統(tǒng)由進氣歧管絕對壓力傳感器、進氣溫度、冷卻液溫度、 EGR 閥的位置和 A/F 等檢測到的信號輸入 E C M， E C M 根據(jù)這些參數(shù)計算出EGR 閥的開啟位置，同時向 EGR 電磁閥發(fā)出指令、使 EGR 閥的閥門處在優(yōu)先位置，讓發(fā)動機燃燒生成的 NOX 降低到最低限度而又不影響發(fā)動機的動力性。在 EGR 系統(tǒng)管路中排氣歧管與進氣歧管相通，中間依靠 EGR 閥等執(zhí)行元件 控制開啟。在 EGR 閥的上方安裝有 EGR 閥位置傳感器， EGR 真空控制閥、 EGR 電磁閥通過控制 EGR 閥的開度控制廢氣再循環(huán)量。 EGR 閥的開啟受真空度控制，真空度又由 EGR 真空控制閥控制， EGR 真空控制閥的作用是保持進入 E G R 電磁閥的真空度恒定 [3]。 EGR 閥位置傳感器安裝在 EGR 閥的上部，它能準確地檢測 EGR 閥，閥門開啟或關閉的大小，并把準確位置輸入 E C M,E C M 根據(jù)這個位置和其他數(shù)據(jù)計算出最佳廢氣再循環(huán)量，進而控制 EGR 電磁閥閥門變化達到最佳廢氣循環(huán)量，使 NOX生成量減到最少。 EGR 閥位置傳感器 （如圖 32）所示。 EGR 閥位置傳感器與節(jié)氣門位置傳感器類似。當 EGR 閥工作時，傳感器中電阻的變化與 EGR 閥閥桿的運動成正比， EGR閥關閉時傳感器的電阻值最大，隨著 EGR 的開啟電阻逐漸減少，當 E G R 閥全部打開時，傳感器中的電阻值達到最小。 (圖 33)為本田轎車 accord 本田雅閣轎車廢氣再循環(huán)系統(tǒng) 。 哈爾濱劍橋學院畢業(yè)論文 9 圖 32EGR 閥位置傳感器 圖 33 本田轎車 accord 廢氣再循環(huán)系統(tǒng) 本田雅閣轎車廢氣再循環(huán)系統(tǒng)由 EGR 閥、 EGR 真空控制閥、 EGR 控制電磁閥、控制器 (ECM／ PCM)CORD 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。和 EGR 閥提升傳感器等組成（如圖 4所示）。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和三元催化劑配合，能使排放污染氣體中的 NOx 含量得到有效地降低。由于 NOx 產(chǎn)生的條件有兩個，一是高溫，二是多氧，所以 EGR 不是所有工況都工作，而是在低速、水溫低于 50℃時廢氣不循環(huán)，防止失速現(xiàn)象的產(chǎn)生；在高速、中負荷時一般具備了產(chǎn)生 NOx 的條件，廢氣閥投入工作，控制 NOx 排放的污染值 [3]。 EGR 系統(tǒng)的任務 EGR 系統(tǒng)的任務就是使廢氣的再循環(huán)量在每一個工作點都達到最佳狀況，從而使燃燒過程始終處于最理想的情況，最終保證排放物中的污染成份最低。 盡管提高廢氣再循環(huán)率對減少氮氧化物（ NOx）的排放有積極的影響，但同時這也會對顆粒物和其他污染成份的減少產(chǎn)生消極的影響。廢氣再循環(huán) EGR 系統(tǒng)是目前用于降低發(fā)動哈爾濱劍橋學院畢業(yè)論文 10 機 NOx 排放的一種有效措施，它將一部分排氣引入進氣管與新混合氣混合后進入氣缸燃燒，從而實現(xiàn)再循環(huán)，并對進入進氣系統(tǒng)的排氣進行最佳控制 [4]。 稀薄燃燒技術的凈化作用 隨著能源供給的日益緊張，人們對車用發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性更加重視，采取了許多有效措施，其中的汽油機稀薄燃燒技術，就是改進汽油機燃油經(jīng)濟性的重要手段。稀薄燃燒指的是發(fā)動機在實際空燃比大 于理論空燃比的情況下的燃燒，它可以使燃料的燃燒更加完全，同時，輔以相應的排放控制措施，汽油機的有害排放物一氧化碳， 碳氫化合物 氮氧化合物將大大地減少，且稀燃時燃燒室內(nèi)的主要成分氧氣和氮氣的比熱較小，多變指數(shù) K 較高，因而發(fā)動機的熱效率高，燃油經(jīng)濟性好 [5]。 汽油機稀薄燃燒包括進氣道噴射稀燃系統(tǒng)（ PFI）、直接噴射稀燃系統(tǒng)（ GDI）和均質混合氣壓燃系統(tǒng)（ HCCI）。 1）進氣道噴射稀燃系統(tǒng)（ PFI）普通汽油機工作時保證可靠點火所對應的空燃比為 10:120:1。與此相比，稀燃汽油機的空燃比要大得多。為了保 證可靠點火，點燃式稀 燃汽油機在點火瞬間火花塞周圍必須形成易于點燃的空燃比為 ::1 的混合氣。這就要求混合氣在氣缸內(nèi)非均質分布。而要實現(xiàn)混合氣的非均質分布，必須使混合氣在氣缸內(nèi)分層?；旌蠚夥謱又饕揽繗饬鞯倪\動結合適時的噴油實現(xiàn)。進氣道噴射稀燃系統(tǒng)根據(jù)進氣流在氣缸內(nèi)的流動形式不同，可分為渦流分層和滾流分層兩種。 渦流分層稀燃系統(tǒng)這種燃燒方式一般是通過對進氣系統(tǒng)的合理配置，使缸內(nèi)產(chǎn)生強烈的渦流運動。該渦流的軸線與氣缸中心線大體一致，形成沿氣缸軸線的渦流運動。在進氣沖程初期，隨著活塞向下運動， 缸內(nèi)形成較強的渦流。通過控制噴油時刻使噴油器在進氣后期噴油，進入氣缸的燃油大部分就保持在氣缸的上部，氣缸內(nèi)的強渦流起到維持混合氣分層的作用，氣缸內(nèi)將形成上濃下稀的分層效果，火花塞周圍有較濃的混合氣。這樣形成的渦流在壓縮后期雖然隨著活塞的上行逐漸衰減，但渦流的分層效果仍可大體一直保持到壓縮上止點，有利于點火燃燒。不難看出，在這種燃燒系統(tǒng)中影響稀燃效果的主要因素是缸內(nèi)渦流的強度和噴油定時。一般說來，渦流越強，缸內(nèi)混合氣上下混合的趨勢就越弱，分層效果保持得就越好。噴油哈爾濱劍橋學院畢業(yè)論文 11 定時和噴油速率決定了缸內(nèi)混合氣在流場中的空間分 布以及濃度梯度。稀燃極限與噴油定時關系很大，只有在進氣行程的某一區(qū)間內(nèi)結束噴油，才能得到理想的混合氣分層。 滾流分層稀燃系統(tǒng)滾流是指氣流的旋轉中心線與氣缸的軸線垂直。滾流分層多用于進氣道對稱布置的多氣門發(fā)動機，尤其是蓬頂形燃燒室、對稱進氣的 4 氣門發(fā)動機。通過合理配置進氣系統(tǒng)，可以促使?jié)L流運動的形成。當進氣門升程較小時，進氣流在缸內(nèi)的流動紊亂，有規(guī)律的流動不明顯。此時存在兩個旋轉軸相互平行而垂直于氣缸軸線的渦團，一個在進氣門下方靠近進氣道一側，另一個在進氣道對側，大致位于排氣門下方，此為非滾流期。當氣門升程加大時，位于進氣道對側的渦團突然加強，進而占據(jù)整個燃燒室，與此同時另一個渦團逐漸消失，此為滾流產(chǎn)生期。隨著氣門 升程的加大和活塞下移，滾流不斷加強。在進氣行程下止點附近滾流達到最強，此為滾流發(fā)展期。壓縮行程屬滾流的持續(xù)期。在壓縮行程后期，由于燃燒室空間扁平，不適于滾流發(fā)展而遭破壞。在上止點附近，滾流幾乎被壓碎而成為小尺度的湍流，此為破碎期。滾流的生命周期短，點火后將很快在燃燒過程中消失。正是由于滾流在上止點附近破碎為湍流，將進氣流動的動能轉化為湍動能，才有利于發(fā)動機性能的提高。 2） 直接噴射稀燃系統(tǒng)（ GDI）進氣道噴射汽油機在不采用助燃方法組織稀燃時，其空燃比超過 27:1 非常困難。但直接噴射稀燃系統(tǒng)超過這一界限卻非 常容易。與缸外進氣道噴射稀燃汽油機相比，缸內(nèi)噴射稀燃汽油機具有泵氣損失小、傳熱損失小、充氣效率高、抗爆性好及動態(tài)響應快等特點。日本三菱汽車公司開發(fā)的 GDI 發(fā)動機，是利用缸內(nèi)滾流實現(xiàn)稀燃的典型直噴發(fā)動機。與原 PFI方 式 的 4G93 原 型 機 相 比 ， 4G93