【文章內(nèi)容簡介】 GR) 廢氣再循環(huán) (EGR)系統(tǒng)用于降低廢氣中的氧化氮 (NOX)的排出量。氮和氧只有在高溫高壓條件下才會發(fā)生化學反應(yīng)，發(fā)動機燃燒室內(nèi)的溫度和壓力滿足了上述條件，在強制加速期間更是如此。 當發(fā)動機在負荷下運轉(zhuǎn)時， EGR閥開啟，使少量的廢氣進入進氣歧管，與可燃混合氣一起進入燃燒室。怠速時 EGR閥關(guān)閉，幾乎沒有廢氣再循環(huán)至發(fā)動機。汽車廢氣是一種不可燃氣體 (不含燃料和氧化劑 )，在燃燒室內(nèi)不參與燃燒。 它通過吸收燃燒產(chǎn)生的部分熱量來降低燃燒溫度和壓力，以減少氧化氮的生成量。進入燃燒室的廢氣量隨著發(fā)動 機轉(zhuǎn)速和負荷的增加而增加。 EGR系統(tǒng)的主要元件是數(shù)控式 EGR閥，數(shù)控式 EGR閥安裝在右排氣歧管上，其作用是獨立地對再循環(huán)到發(fā)動機的廢氣量進行準確的控制，而不管歧管真空度的大小。 EGR閥通過 3個孔徑遞增的計量孔控制從排氣歧管流回進氣歧管的廢氣量，以產(chǎn)生 7種不同流量的組合。每個計量孔都由 1個電磁閥和針閥組成，當電磁閥通電時，電樞便被磁鐵吸向上方，使計量孔開啟。旋轉(zhuǎn)式針閥的特性保證了當EGR閥關(guān)閉時，具有良好密封性。 EGR 閥通常在下列條件下開啟： 。 。 ECM根據(jù)發(fā)動機冷卻水溫傳感器、節(jié)氣門位置傳感器和空氣流量傳感器來控制 EGR系統(tǒng)。 廢氣再循環(huán) (EGR)系統(tǒng)用于降低廢氣中的氧化氮 (NOX)的排出量。氮和氧只有在高溫高壓條件下才會發(fā)生化學反應(yīng)，發(fā)動機燃燒室內(nèi)的溫度和壓力滿足了上述條件，在強制加速期間更是如此。 當發(fā)動機在負荷下運轉(zhuǎn)時， EGR閥開啟，使少量的廢氣進入進氣歧管，與可燃混合氣一起進入燃燒室。怠速時 EGR閥關(guān)閉，幾乎沒有廢氣再循環(huán)至發(fā)動機。汽車廢氣是一種不可燃氣體 (不含燃料和氧化劑 )，在燃燒室內(nèi)不參與燃燒。 它通過吸收燃燒產(chǎn)生的 部分熱量來降低燃燒溫度和壓力，以減少氧化氮的生成量。進入燃燒室的廢氣量隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷的增加而增加。 EGR系統(tǒng)的主要元件是數(shù)控式 EGR閥，數(shù)控式 EGR閥安裝在右排氣歧管上，其作用是獨立地對再循環(huán)到發(fā)動機的廢氣量進行準確的控制，而不管歧管真空度的大小。 EGR閥通過 3個孔徑遞增的計量孔控制從排氣歧管流回進氣歧管的廢氣量，以產(chǎn)生 7種不同流量的組合。每個計量孔都由 1個電磁閥和針閥組成，當電磁閥通電時，電樞便被磁鐵吸向上方，使計量孔開啟。旋轉(zhuǎn)式針閥的特性保證了當EGR閥關(guān)閉時，具有 良好密封性。 發(fā)動機控制電腦即 ECU根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負荷 (節(jié)氣門開度 )、溫度、進氣流量、排氣溫度控制電磁閥適時地打開，進氣管真空度經(jīng)電磁閥進入 EGR閥真空膜室，膜片拉桿將 EGR閥門打開，排氣中的少部分廢氣經(jīng) EGR閥進入進氣系統(tǒng)，與混合氣混合后進入氣缸參與燃燒。少部分廢氣進入氣缸參與混合氣的燃燒，降低了燃燒時氣缸中的溫度，因 NOX是在高溫富氧的條件下生成的，故抑制了 NOX的生成，從而降低了廢氣中的 NOX的含量。但是，過度的廢氣參與再循環(huán)，將會影響混合氣的著火、性能，從而影響發(fā)動機的動力性，特別是在發(fā)動機怠速 、 低速、小負荷及冷機時，再循環(huán)的廢氣會明顯地影響發(fā)動機性能。所以，當發(fā)動機在怠速、低速、小負荷 及冷機時， ECU 控制廢氣不參與再循環(huán)，避免發(fā)動機性能受到影響；當發(fā)動機超過一定的轉(zhuǎn)速、負荷及達到一定的溫度時， ECU控制少部分廢氣參與再循環(huán)，而且，參與再循環(huán)的廢氣量根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷、溫度及廢氣溫度的不同而不同，以達到廢氣中的 NOX最低。 三元催化技術(shù) 三元催化轉(zhuǎn)化器是將機車、汽車引擎燃燒后所排放的 CO(一氧化碳 )、 HC(碳氫化合物 )、及 NOx（氮氧化物）等有害成份，在排氣管中催化轉(zhuǎn)換成無毒害的CO(二氧化碳 )、 HO(水 )和 N（氮氣）在排放到大氣中，達到凈化的功效。見圖（ 1） 圖（ 1） 汽車以三種方式向大氣排放污染物：尾氣排放、曲軸箱通風和燃油蒸發(fā)。其中尾氣排放影響最大，其主要污染成分是 CO， HC 和 NOx，汽車尾氣三元催化轉(zhuǎn)化器（簡稱催化器）是安裝于汽車排氣系統(tǒng)中的最重要的機外凈化裝置，它可將這些有害氣體通過氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的 CO2， H2O和 N2。 催化器中心是多空蜂窩陶瓷載體，孔多而壁薄，使廢氣通過時有很多接觸機會，又不產(chǎn)成較大的背壓（排氣阻力）。載體材料一般是高純度的堇青石，具有適當?shù)奈裕员愦呋瘎┑耐扛?，并有極低的熱膨脹系數(shù)，以使在反復承受熱沖擊的情況下，不 產(chǎn)生大的應(yīng)力變化和疲勞破損。 載體表面涂有很薄的催化劑涂層，其中直接起催化作用的主要是鉑族貴金屬（鉑 Pt、銠 Rd、鈀 Pd），稀土材料鈰 Ce 和鑭 La 的氧化物具有儲氧功能，并有助催化的作用，將上述多種材料按一定比例（配方）制成催化劑，能收到最佳的催化效果。由于貴金屬價格昂貴，催化劑中的貴金屬含量低就成了它的水平和市場競爭力的標志。催化劑的主要技術(shù)指標是對廢氣中三種主要有害成分的轉(zhuǎn)化效率，一般都應(yīng)在 80％以上，起燃溫度 T50是檢驗低溫下催化劑活性的重要指標，對冷啟動時廢氣的轉(zhuǎn)化作用有重要影響，一般在 300度以下。高溫抗老化性能也是重要的技術(shù)指標，一般在 80000公里時，劣化系數(shù)應(yīng)小于 1． 2。 美國、歐洲及日本代表著當今世界汽車工業(yè)發(fā)展潮流。美國對汽車排放控制起步早、進程快、要求高，尤其是美國的加州，其法規(guī)是世界上最嚴格的。歐洲排放控制起步較慢，法規(guī)較松，但 2022年后，排放控制也要達到美國當時水平。日本為了適應(yīng)國內(nèi)環(huán)境保護和出口國外需要，排放控制技術(shù)發(fā)展很快。三元催化技術(shù)是機外凈化最成功最有效的方法，國外應(yīng)用取得了很大的成功，目前正向低貴金屬含量、緊密偶合型、電加溫型和柴油機微?？刂频确较虬l(fā)展。 ： 三元催化反應(yīng)器類似消聲器。它的外面用雙層不銹薄鋼板制成筒形。在雙層薄板夾層中裝有絕熱材料 石棉纖維氈。內(nèi)部在網(wǎng)狀隔板中間裝有凈化劑。 ： 凈化劑由載體和催化劑組成。載體一般由三氧化二鋁制成，其形狀有球形、多棱體形和網(wǎng)狀隔板等。凈化劑實際上是起催化作用的，也稱為催化劑。催化劑用的是金屬鉑、銠、鈀。將其中一種噴涂在載體上，就構(gòu)成了凈化劑。 ： 發(fā)動機通過排氣管排氣時， CO、 HC、和NOx三種氣體通過三元催化反應(yīng)器中的凈化劑時，增強了三種氣體的活性，進行氧化 還原化學反應(yīng)。其中 CO在高溫下氧化成無色、無毒的二氧化碳（ CO2）氣體。 HC化合物在高溫下氧化成水和（ H2O）和 CO2 。 NOx還原成氨氣（ N2）和（ O2 ）。三種有害氣體變成無害氣體，使排氣得以凈化。 三元催化反應(yīng)器的使用： 凡是性能較好的三元催化器及其催化劑大多為鉑 (Pt)、鈀 (Pd)、銠、 (Rn)等稀有金屬制成，價格昂貴。 為了充分發(fā)揮三元催化器的降污效率，防止早期損壞失效，在汽車使用中應(yīng)注意以下幾個方面： （ 1） 裝有三元催化器的汽車，不能使用含鉛汽油，尤其到外地加油時一定要注意，因 為含鉛油燃燒后，鉛顆粒隨廢氣排經(jīng)三元催化器時，會覆蓋在催化劑表面，使催化劑作用面積減少，從而大大降低催化器的轉(zhuǎn)換效率，這就是常說的的 “ 三元催化器鉛中毒 ” ，經(jīng)驗表明即使只使用過一箱含鉛汽油，也會造成三元催化器的嚴重失效，所以這一點廣大車主一定要多加注意。 （ 2） 應(yīng)避免未燃燒的混合氣進入催化器。三元催化器開始起作用的溫度是200 攝氏度左右，最佳工作溫度在 400 攝氏度至 800 攝氏度，而超過 1000 攝氏度后作為催化劑的貴金屬成分自身也將會產(chǎn)生化學變化，從而使催化器內(nèi)的有效催化劑成分降低，使催化作用減弱。 催化器降低碳氫化合物 (HC)和一氧化碳 (CO)這兩種有害物質(zhì)是通過在催化器內(nèi)部進行燃燒使其轉(zhuǎn)化為水 (H2O)及二氧化碳 (CO2)而實現(xiàn)的，而這種反映會產(chǎn)生熱量，發(fā)動機工作正常情況下，這兩種成分的含量適當，燃燒所產(chǎn)生的熱量會使催化器保持在最佳工作溫度附近，而發(fā)動機工作出現(xiàn)異常時排氣中這兩種成分的含量遠遠超過正常情況。 因此，燃燒所產(chǎn)生的熱量有很大可能將使催化器溫度超過工作上限，從而傷害到催化劑，使催化器損壞。因此，在車輛使用過程中要注意以下幾種情況： (1) 過久的怠速空轉(zhuǎn)； (2) 點火時間過遲； (3) 個別缸失火不工作； (4) 噴油正常但啟動困難； (5) 混合氣過濃； (6) 發(fā)動機燒機油等。 以上這些現(xiàn)象都會造成三元催化劑的過早損壞和失效，出現(xiàn)這些現(xiàn)象應(yīng)盡快去維修廠排除故障。 ：完成關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和新產(chǎn)品開發(fā)及推廣應(yīng)用，加速新產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化工程建設(shè)。 ：低膨脹，耐高溫，高強度，多孔隙的蜂窩陶瓷載體；高稀土，低貴金屬含量的催化劑；催化劑的涂附技術(shù)和催化轉(zhuǎn)化器的設(shè)計制造技術(shù)；催化器與整車排放系統(tǒng)的匹配技術(shù)；緊密偶合型 、電加溫型和柴油機微?？刂拼呋骷夹g(shù)。 隨著汽油機 和柴油機電子控制技術(shù)在近期內(nèi)在國內(nèi)的廣泛應(yīng)用和排放法規(guī)將進一步加嚴，尾氣催化轉(zhuǎn)化器將在我國大量使用。 3． 2． 5 新型片式汽車尾氣傳感器 自從 1976 年 Bosch 開始研制的用于汽車尾氣排放控制的氧化鋯基氧傳感器以來，全球范圍內(nèi) 傳感器已生產(chǎn)了幾億只。 即實際空氣 /燃料比與化學計量的比值，是減少汽車及其他燃燒系統(tǒng)有毒氣體排放、提高燃燒效率極為重要的參數(shù)，由三元催化和 傳感器構(gòu)成的 閉環(huán)控制系統(tǒng)是減少火花點火發(fā)動機尾氣排放最為有效的方法，但是，在發(fā)動機預(yù)熱階段以及當 遠離 1 時，該系統(tǒng)對尾氣排放的控制效果 較差。為了進一步滿足對尾氣排放控制要求日益嚴格的需要，必需解決該系統(tǒng)目前存在的問題。解決策略主要有兩個方面。一是在預(yù)熱階段就啟動閉路模式。發(fā)動機優(yōu)先低燃料運轉(zhuǎn)或用第二空氣泵使催化劑快速啟動，這就要求傳感器具有快速啟動能力 (15s 甚至 10s),而傳統(tǒng)的管式氧傳感器遠遠不能滿足這一要求；另一個方法是采用線性 控制以適應(yīng) 遠離 1時的排放控制。要想實現(xiàn)上述解決策略就必須先解決 傳感器的問題，新型傳感器要具有較寬的線性范圍、快速啟動和高精度。基于 ZrO2 固體電解質(zhì)材料的片式傳感器不僅能夠滿足快速啟動、對稀薄燃燒在 寬范圍的高性能要求，在小型化以及作為下一代尾氣傳感器（ NOx、 HC等）的平臺均顯示了極大的可能性。 近年來，北京航空航天大學開始了新型片式限流氧傳感器研究工作。由于多年對多元氧化物納米粉體的水熱合成、陶瓷粉體的分散、新型膠體成型、干燥等陶瓷制備關(guān)鍵技術(shù)及其理論進行了系統(tǒng)的研究，為多層片式陶瓷材料的研制打下了堅實的基礎(chǔ)。該項目擬通過研究新的材料系統(tǒng)，特別是混合電極材料，以達到尾氣傳感器的要求。該產(chǎn)品不僅可以測氧，還可以用作 CO、 NOx、 CH 等氣體傳感器，這些氣體對于環(huán)境監(jiān)測來說都是極為重要的。目前國內(nèi)還沒有擴 散阻擋層型限流氧傳感器的專利。該項目的實施可望獲得一批專利。 經(jīng)濟與社會效益 :如果按汽車年產(chǎn)量 300 萬輛，每輛車用 1 支傳感器，每支傳感器售價為 200元計算，該產(chǎn)品的年產(chǎn)值為 6億元，利稅可達產(chǎn)值的 40%以上。隨著我國加入 WTO，對于我國汽車零部件產(chǎn)業(yè)來說，既有危機又有機遇，這要求我們只有開發(fā)高技術(shù)含量的產(chǎn)品，才有競爭力。《汽車工業(yè)十五計劃》中提出：培育 510 家出具國際競爭力的零部件大型企業(yè)集團，關(guān)鍵零部件內(nèi) 3 家國內(nèi)市場占有率達到 70%，零部件出口產(chǎn)值占其總銷售額的 20%。這顯示了我們發(fā)展自己的汽車零部件產(chǎn)業(yè) 的決心。另外，該氣敏傳感器還可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)窯爐提高燃燒效率、降低廢氣排放控制系統(tǒng)中。因此，該研究成果具有很大的市場前景和經(jīng)濟、社會效益。 市場前景隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，國內(nèi)對汽車的需求量越來越大。 1999年底國內(nèi)民用汽車保有量為 1453萬輛，到 2022年將發(fā)展到 2545萬輛，隨之，我國汽車產(chǎn)業(yè)已進入了一個迅速發(fā)展的階段， 2022年汽車產(chǎn)量 233萬輛，增長 %，今年頭 5個月的產(chǎn)量已達到約 140萬輛，增長 %，到 2022年預(yù)計達到 330 萬輛。汽車的急劇增加尾氣排放污染的控制意識 亟待解決的問題，發(fā)達國家為此加強對汽車污染的治理。在過去的 30 年間，美國、日本汽車單車排放的一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物，美國、日本單車均下降了 90%以上。我國也開始加強控制?！镀嚬I(yè)十五計劃》中提出：新型轎車、輕微型車、大中型客車、中重型載貨汽車應(yīng)達到歐洲 2號排放控制水平，部分中高檔轎車和高檔大中型客車爭取達到歐洲 3號排放控制水平。新型四輪農(nóng)用車要逐步提高排放標準，配備多缸機的四輪農(nóng)用車應(yīng)達到歐洲 1 號排放控制水平。 2022 年前后各種汽車產(chǎn)品的排放控制水平逐步實現(xiàn)與國際接軌。要實現(xiàn)這一目標就必須采用閉 環(huán)電控燃油供給系統(tǒng)、三元催化、稀薄燃燒、缸內(nèi)直噴等技術(shù)，而這些都需要本項目開發(fā)的新一代尾氣傳感器。 對一氧化碳的控制 1．進氣空氣溫度 0T 的影響 一般情況下，冬天氣溫可達 20℃ 以下，夏天在 30℃ 以上，爬坡時發(fā)動機罩內(nèi) To80℃ 。隨著環(huán)境溫度的上升，空氣密度 ρ 變小，而汽油的密度幾乎可認為不變 ,因此使化油器供給的混合比 R（即 AF）隨吸入空氣溫度的上升而變濃，圖 3為一定運轉(zhuǎn)條件下，進氣空氣溫度與混合比的關(guān)系，大致和絕對溫度的方根成反比的理論相一致。 2．大氣 壓力 p的影響 大氣壓力隨海拔高度而變化，由經(jīng)驗公式 P=P0（ ） （ kPa） 式中 h一海拔高度（ km）。