【文章內(nèi)容簡介】 過回引部分廢氣與新鮮空氣共同參與燃燒反應(yīng)，利用廢氣中含有大量的惰性氣體(CONH2O等)具有較高的比熱容這一特性，來降低NOX的生成。 柴油機(jī)NOX生成的原因是：燃燒過程的平均過量空氣系數(shù)雖然比較大，但因混合氣成分不均勻，局部燃燒溫度仍很高，所以生成大量NOX不過，隨著柴油機(jī)負(fù)荷的降低，NOX的排放迅速減小。 在汽油機(jī)上降低NOX最主要的方法是通過廢氣再循環(huán)(EGR)，而柴油機(jī)也可以通過廢氣再循環(huán)(EGR)來降低NOX排放。廢氣再循環(huán)(EGR)為什么能降低NOX呢?因?yàn)镹OX的生成條件是高溫富氧，而廢氣的引入，一方面使混合氣熱容量增大，造成相同量的混合氣升高同樣溫度所需熱容量增大，從而降低最高燃燒溫度；另一方面，廢氣對(duì)新鮮充量的稀釋也相應(yīng)降低了氧的濃度，從而有效的抑制了NOX的生成。 根據(jù)廢氣進(jìn)入氣缸是否通過發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)，EGR系統(tǒng)可分為內(nèi)部EGR系統(tǒng)和外部EGR系統(tǒng)。 內(nèi)部：EGR系統(tǒng)通過改變配氣正時(shí)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)不需要外加其他設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用方便，而且可以避免再循環(huán)廢氣對(duì)管道的腐蝕，有利于提高系統(tǒng)耐久性。由于是在進(jìn)氣行程內(nèi)，直接開啟排氣閥使廢氣回流，因此難以精確控制EGR率；同時(shí)廢氣未經(jīng)冷卻直接回流，引起混合氣溫度升高，這一點(diǎn)又有利于NOX的生成。因此內(nèi)部EGR對(duì)NOX的抑制效果并不顯著。但是隨著控制技術(shù)的不斷提高，內(nèi)部EGR因其簡單、便利，日益受到青睞。 外部：EGR利用專門的管道將廢氣引入進(jìn)氣歧管，使廢氣與新鮮空氣在進(jìn)入氣缸前充分混合。由于外部EGR不但可以通過電控系統(tǒng)精確控制EGR率、優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能，而且可以在外部系統(tǒng)中通過加裝EGR冷卻器，有效降低燃燒溫度，因此目前較為常用的是外部EGR系統(tǒng)。1 增壓柴油機(jī)EGR的實(shí)現(xiàn) 自然吸氣柴油機(jī)所用的EGR系統(tǒng)與汽油機(jī)類似。由于進(jìn)排氣之間有足夠的壓力差，EGR的控制比較容易。在現(xiàn)代增壓柴油機(jī)中，由于渦輪增壓器效率的提高，增壓器后的進(jìn)氣壓力(增壓壓力)，在很多工況下會(huì)高于增壓器前的排氣壓力，造成EGR的困難，至少不會(huì)獲得足夠高的EGR率。為此可采用下列措施：①如圖3la所示，在EGR閥5前，加一個(gè)排氣脈沖閥6，利用排氣脈沖加大EGR量。②用節(jié)流閥7對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行節(jié)流(見圖3lb)，可降低柴油機(jī)前的進(jìn)氣壓力，可使EGR率大為提高。但顯然會(huì)增加柴油機(jī)的泵氣損失，有損燃油經(jīng)濟(jì)性。 ③在進(jìn)氣系統(tǒng)中，裝一個(gè)文丘里管8(見圖3lc)，可以提高EGR的有效壓差，從而擴(kuò)大EGR率的可調(diào)范圍。由于文丘里管喉口的壓降，在喉口下游可得到部分的恢復(fù)，壓力損失可以減，調(diào)節(jié)文丘里管的旁通閥9，可改變EGR 的有效壓差。④用專門的EGR泵11(見圖3ld)強(qiáng)制進(jìn)行EGR，當(dāng)然具有最大的靈活性。但由于EGR泵的流量要求很大，機(jī)械驅(qū)動(dòng)泵顯然過于龐大昂貴。如圖上所示渦輪增壓器驅(qū)動(dòng)一個(gè)外加的EGR泵11是一個(gè)實(shí)用方案。⑤用可變噴嘴增壓器VNT（Variable Nozzle Turbocharger）,是實(shí)現(xiàn)增壓柴油機(jī)有效EGR的一個(gè)新途徑。用普通渦輪增壓器，實(shí)現(xiàn)足夠的EGR往往有困難。有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明；用普通的渦輪增壓器時(shí)，；用可變噴嘴渦輪增壓器時(shí)，柴油機(jī)大負(fù)荷時(shí)，可以通過減小渦輪噴嘴流通面積來提高排氣壓力，進(jìn)而增大大負(fù)荷領(lǐng)域的EGR率。 圖31（增壓中冷柴油機(jī)的EGR系統(tǒng)） a用排氣脈沖閥的EGR系統(tǒng) b用進(jìn)氣節(jié)流閥的EGR系統(tǒng) c用文丘里管的EGR系統(tǒng) d用EGR泵的EGR系統(tǒng) 1—電控單元 2—中冷器 3—柴油機(jī) 4—渦輪增壓器 5—EGR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2 廢氣再循環(huán)排氣的冷卻實(shí)驗(yàn)證明，把再循環(huán)的排氣加以冷卻，即采用所謂冷EGR，可使進(jìn)入缸內(nèi)的新鮮空氣的損失減少，從而避免了大負(fù)荷燃油經(jīng)濟(jì)性和排氣煙度的惡化。冷EGR系統(tǒng)布置如圖31c、圖31d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，最好用空氣直接冷卻?，F(xiàn)已成功投產(chǎn)的EGR冷卻器，可在不同工況下，使EGR溫度下降50150℃，使NO下降10%左右。d柴油機(jī)EGR的控制（1）控制方式 柴油機(jī)的EGR控制比較復(fù)雜，尤其是增壓柴油機(jī)，一般都采用電子控制。其控制方式可以是開環(huán)控制，也可以是閉環(huán)控制。開環(huán)控制。開環(huán)控制一般基于脈譜(MAP)的控制，即通過實(shí)驗(yàn)確定典型工況下，達(dá)到排放要求的最佳EGR率。這種方法控制簡單，目前應(yīng)用較為普遍。但其準(zhǔn)確性依賴于各種工況下MAP圖的精確制取，同時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。較典型的開環(huán)控制為對(duì)混合氣的成份加以考慮，根據(jù)不同轉(zhuǎn)速、負(fù)荷條件，由進(jìn)氣和排氣中的氧氣濃度來確定最優(yōu)的EGR率，例如在圖3—1a中，電控單元1根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷，以及進(jìn)氣和排氣中的氧氣濃度、溫度等傳感器的輸入信號(hào)，按標(biāo)定的EGR脈譜對(duì)EGR閥節(jié)流閥旁通閥9等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。EGR閥5可以是一個(gè)真空閥。電控單元1通過對(duì)一個(gè)獨(dú)立真空源產(chǎn)生的真空度加以調(diào)制，來控制真空閥的開度。EGR閥也可以是一個(gè)電磁閥，可由電控單元通過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，也可選擇基于排氣氧氣傳感器紫的閉環(huán)控制。基于排氣氧氣傳感器的閉環(huán)控制，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)氣中的氧氣濃度和排氣中的氧氣濃度加以考慮?；谶^量空氣系數(shù)的EGR控制，是通過過量空氣系數(shù)來間接測(cè)量NOx的排放量，其受EGR率的影響大，可作為EGR閉環(huán)控制的反饋信號(hào)。閉環(huán)控制可以實(shí)時(shí)根據(jù)工況的變化自動(dòng)調(diào)整EGR量，使EGR達(dá)到最佳。因此，它比開環(huán)控制的效果更好，但其結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。 （2）控制時(shí)間 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)中小負(fù)荷時(shí)將一定量的廢氣引入燃燒室參與燃燒，怠速、全負(fù)荷時(shí)不起作用。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、中小負(fù)荷時(shí)將一定量的廢氣引入燃燒室參與燃燒，全負(fù)荷不起作用。柴油機(jī)EGR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以一汽大眾柴油轎車為例，其柴油機(jī)EGR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為兩類： ①廢氣再循環(huán)電磁閥與機(jī)械閥分開方式（見圖32）②廢氣再循環(huán)電磁閥與機(jī)械閥合二為一，直接由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元控制（見圖33） 圖32 （EGR與機(jī)械閥分開方式 ） 圖33 （EGR閥與機(jī)械閥合并方式）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）4空氣流量計(jì) 3廢氣再循環(huán)閥（機(jī)械） 4尾氣凈化裝置5尾氣凈化裝置第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后處理技術(shù)的研究及發(fā)展進(jìn)程、催化氧化法柴油機(jī)PM后處理技術(shù)包括催化氧化和過濾，利用催化氧化技術(shù)減少載重車和城市公交車柴油機(jī)尾氣PM排放始于20世紀(jì)90年代。催化劑為蜂窩整體直通式，能部分氧化去除排氣PM的可溶性有機(jī)組分以及氣態(tài)污染物HC和CO，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷低時(shí)，PM可溶性有機(jī)組分含量高，催化氧化降低PM排放效果明顯；而發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷高時(shí)，PM中可溶性有機(jī)組分含量低，催化氧化降低PM排放效果較弱。典型的PM排放降低值為20%～50%，而且隨著排氣溫度提高，降低率增大，但排氣溫度提高也會(huì)導(dǎo)致SO3和硫酸鹽排放增加。、過濾法過濾是降低PM排放最直接的方法，但將柴油機(jī)排氣微粒收集起來后，決定微粒捕集器可行性的就是再生的問題了，微粒捕集器的再生一般都采用燃燒法，即利用外界能量提高微粒捕集器內(nèi)的溫度，使微粒著火燃燒，或通過使用某些催化劑降低微粒的著火溫度，使之能在正常的柴油機(jī)排氣溫度下著火燃燒分解。目前，催化再生的燃油添加劑再生和連續(xù)再生已成為研究的熱點(diǎn)。燃油添加劑再生可能會(huì)造成新的二次污染，但這類燃油添加劑通常為含鈣或鐵鋇銅錳的金屬化合物，成本相對(duì)低，降低微粒著火溫度顯著，在國內(nèi)該方法應(yīng)該具有較為廣泛的應(yīng)用前景；而連續(xù)再生是將催化劑與微粒表面充分接觸，降低微粒排放量的效果也較為明顯。連續(xù)再生式DPF裝置目前要解決的問題是:在發(fā)動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件下不發(fā)生碳粒堵塞現(xiàn)象，以確保碳粒凈化率的長期穩(wěn)定性，提高其使用壽命、低溫等離子體技術(shù)目前，低溫等離子體技術(shù)在柴油機(jī)尾氣控制中較多的是將其用于排氣微粒的捕集，其主要依據(jù)在于柴油機(jī)排氣微粒中有70%～80%（以質(zhì)量計(jì)）是帶電的。利用低溫等離子技術(shù)捕集柴油機(jī)微粒的技術(shù)現(xiàn)在還處于實(shí)驗(yàn)室階段，而且已獲得較滿意的數(shù)據(jù)。等離子體靜電捕集微粒裝置的流動(dòng)阻力小，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響較小，這是傳統(tǒng)微粒捕集器所沒有的，而且具有較高的捕集效率，能解決微小微粒難于收集的困難等優(yōu)點(diǎn)。但是這種技術(shù)實(shí)用化的最大困難在于設(shè)備龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜及成本較高，在車用上則有高壓電電源的供給問題。因此，該項(xiàng)技術(shù)的商品化還需要進(jìn)一步的研究、Nox凈化系統(tǒng)由于柴油機(jī)機(jī)內(nèi)NOx控制與PM控制存在所謂的tradeoff效應(yīng)，而機(jī)外的NOx控制又因排氣中含有大量O2而變得非常困難。目前，柴油機(jī)排氣NOx凈化研究主要從選擇性催化還原和吸附—催化還原兩條技術(shù)路線入手。1．選擇性催化還原選擇性催化還原有一個(gè)很明顯的優(yōu)點(diǎn)就是:催化劑不會(huì)因?yàn)槿剂匣驖櫥椭兴牧蚨鹆蛑卸尽Ｒ阅蛩刈鳛檫€原劑的選擇性催化還原系統(tǒng)，可以降低柴油機(jī)排氣中絕大部分的NOx，也能降低部分HC。因此，以尿素為還原劑的SCR被認(rèn)為是最具有應(yīng)用前景的。但尿素SCR技術(shù)的難點(diǎn)在于處理城