【文章內(nèi)容簡介】 布置如圖31c、圖31d所示。EGR冷卻器10可以用柴油機的冷卻水冷卻，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。（1）控制方式 柴油機的EGR控制比較復(fù)雜，尤其是增壓柴油機，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，即通過實驗確定典型工況下，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，同時動態(tài)響應(yīng)慢。較典型的開環(huán)控制為對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，按標(biāo)定的EGR脈譜對EGR閥節(jié)流閥旁通閥9等執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行控制。EGR閥5可以是一個真空閥。電控單元1通過對一個獨立真空源產(chǎn)生的真空度加以調(diào)制，來控制真空閥的開度。EGR閥也可以是一個電磁閥，可由電控單元通過PWM信號直接控制。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?；谂艢庋鯕鈧鞲衅鞯拈]環(huán)控制，選取對發(fā)動機性能影響最大的兩個參數(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。閉環(huán)控制可以實時根據(jù)工況的變化自動調(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）控制時間 汽油發(fā)動機在發(fā)動機中小負(fù)荷時將一定量的廢氣引入燃燒室參與燃燒，怠速、全負(fù)荷時不起作用。柴油發(fā)動機在發(fā)動機怠速、中小負(fù)荷時將一定量的廢氣引入燃燒室參與燃燒，全負(fù)荷不起作用。以一汽大眾柴油轎車為例，其柴油機EGR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為兩類： ①廢氣再循環(huán)電磁閥與機械閥分開方式（見圖32）②廢氣再循環(huán)電磁閥與機械閥合二為一，直接由發(fā)動機控制單元控制（見圖33） 圖32 （EGR與機械閥分開方式 ） 圖33 （EGR閥與機械閥合并方式）1發(fā)動機控制單元 2廢氣再循環(huán)閥（電磁） 1發(fā)動機控制單元 2廢氣再循環(huán)閥（電磁）3廢氣再循環(huán)閥（機械）4空氣流量計 3廢氣再循環(huán)閥（機械） 4尾氣凈化裝置5尾氣凈化裝置 柴油機用催化轉(zhuǎn)化劑與汽油機的基本相同，可用Pt等貴金屬。催化轉(zhuǎn)化劑(Oxidizingtalyst)的作用是促使排氣中的PM、HC和CO發(fā)生催化反應(yīng)，被氧化為水和二氧化碳排出。但因柴油機排氣溫度低，微粒中的碳煙難以氧化，氧化催化劑主要用于轉(zhuǎn)化可溶性有機組分SOF(Soluble Olganic Fraction)，達(dá)到微粒排放降低的效果。同時也可使HC和CO排放進(jìn)一步降低，還可凈化其他有害成分(如乙醛等)，以及減輕柴油機排氣臭味。 Pd的催化活性盡管不如Pt，但產(chǎn)生的硫酸鹽要少得多，同時價格也便宜，因此也有選擇Pd作為柴油機催化轉(zhuǎn)化劑的活性成分的。試驗表明當(dāng)使用Pt系催化劑時，由于大量硫酸鹽的產(chǎn)生使微粒排放總量比未使用催化劑時高了50％以上，但如果使用Pd系催化劑，在SOF排放明顯降低的同時硫酸鹽的生成量也不大,因而微粒排放總量降低約1/3。另外，用氧化硅代替氧化鋁作為涂層材料也可以減少硫酸的生成。 圖34為帶有吸附功能的催化轉(zhuǎn)化器的原理圖。在發(fā)動機剛起動后的催化劑活性很低的低溫階段，排氣中的未燃成分HC和PM(ParticulateMatter)中的可溶有機成分SOF被HC的吸附材料所吸附，當(dāng)溫度升高后，催化劑的活性提高，吸附材料的吸附能力降低，于是未燃HC和SOF脫離吸附材料，在催化轉(zhuǎn)化劑的作用下變?yōu)闊o害的成分排出。由于采用了和S02難以反應(yīng)的材料，催化器的壽命和效率得到了提高。試驗結(jié)果表明，這種帶有吸附功能的催化轉(zhuǎn)化器可使排氣中的CO、HC、SOF減少50％——90％。這種催化器的缺點是不能除去PM中的炭粒部分。 催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用的困難主要為柴油中含有較高的硫，燃燒后生成S02，經(jīng)催化器氧化后變?yōu)镾O3然后與排氣中的水結(jié)合后會生成硫酸鹽等。催化轉(zhuǎn)化效果越好，硫酸鹽生成越多，甚至達(dá)到平時的8—9倍。這無疑將抵消掉SOF的減少所帶來的環(huán)境效益，甚至反而使微粒排放上升。同時，硫也是催化劑中毒劣化的原因之一。圖34（帶吸附功能的催化轉(zhuǎn)化器原理圖） 柴油機顆粒物的凈化技術(shù)主要有上述的催化轉(zhuǎn)化技術(shù)以及過濾凈化技術(shù)、顆粒收集或捕集(捉)技術(shù)以及催化轉(zhuǎn)化器和過濾器并用技術(shù)。其中最為有效的方法是各種過濾器。顆粒過濾器也叫顆粒收(捕)集器、顆粒捕捉器等。顆粒過濾器DPF(Diesel Particulate Filter)的原理是先用過濾裝置過濾廢氣中的顆粒物質(zhì)，當(dāng)過濾器收集到的顆粒物太多影響柴油機工作時，然后采用更換過濾器或?qū)κ占念w粒采用氧化或燃燒技術(shù)進(jìn)行清潔，使顆粒過濾器恢復(fù)原狀重新工作。這種技術(shù)的難點主要有三個。第一是過濾器的安裝使排氣背壓增大，并且隨著收集顆粒物的增加而增大，這將導(dǎo)致發(fā)動機性能指標(biāo)下降；第二是在一般柴油機運轉(zhuǎn)條件下收集的顆粒物不能點燃及氧化；第三是顆粒物質(zhì)被點燃之后，容易造成溫度過高，損傷或燒壞過濾器。顆粒過濾器通常為圓筒形，直接串聯(lián)在排氣管路中。排氣顆粒經(jīng)濾芯被收集，隨著運行時間的增加，過濾效率會降低，排氣背壓由于過濾器的阻塞而上升，因此在經(jīng)過一段時間后，要對過濾器進(jìn)行再生處理，使過濾器中的顆粒物燃燒掉。根據(jù)過濾器的結(jié)構(gòu)不同，可將顆粒過濾器分為非整體式及整體式兩大類。 非整體式顆粒過濾器的濾芯是由耐高溫的金屬絲網(wǎng)或陶瓷纖維等雜亂無章地構(gòu)成。排氣從彎彎曲曲的微小孔道中通過。當(dāng)采用矩形截面的金屬線時，一般在其外表包裹一層γ—Al2O3,由于γ一Al2O3表面呈松枝狀結(jié)晶，比表面積大。不同的金屬絲上的γ—Al2O3表面積不同，一般為20～40cm178。/g。 整體式過濾器的濾芯為整體蜂窩狀，常用堇青石(由MgO、Al2O3及SiO2組成)制成。兩端面孔道的進(jìn)、排氣孔間隔地用圖35中的陶瓷塞堵住。排氣(箭頭所示方向)經(jīng)過細(xì)微多孔的壁時，顆粒被攔截住。 通常在濾芯與不銹鋼管的外殼之間，安裝具有彈性的陶瓷襯墊。目的是為了補償金屬外殼和濾芯的不同的軸向、徑向伸縮；緩沖車輛行駛時對濾芯的沖擊及濾芯的振動；密封濾芯的外圓周，防止排氣從外圍流過；隔熱保溫，減少金屬管及濾芯的徑向溫度下降梯度與熱應(yīng)力；調(diào)節(jié)金屬管不同的軸向膨脹及剪切變形，減小傳給濾芯的應(yīng)力。圖35整體式過濾器濾芯示意圖對顆粒過濾器的要求：(1)過濾效率高顆粒過濾器的過濾效率為車輛行駛每單位里程或單位時間在過濾器中收集到的顆粒質(zhì)量與車輛行駛每單位里程或單位時間進(jìn)入過濾器的顆粒質(zhì)量之比。過濾效率越高，過濾器的過濾效果越好。 顆粒過濾器的過濾效率一般為50％～80％。陶瓷載體孔徑的大小、壁厚、壁孔的密度及過濾器的外形尺寸是影響過濾效率的主要因素。為了使過濾器的效率較高、排氣流動阻力小，而外形尺寸又不大，則必須研究它們之間的關(guān)系及對主要結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)選。在設(shè)計過濾器時，還應(yīng)考慮車型及應(yīng)達(dá)到的顆粒法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。一般對于顆粒排放量高的重型車用柴油機，過濾效率應(yīng)達(dá)到80％，而對于顆粒排放量低的輕型柴油機，則要求可以低些。 (2)應(yīng)有低的初始流動阻力和在寬的負(fù)荷范圍內(nèi)有自行再生的能力排氣經(jīng)過過濾器時會受到一定的阻力，這造成排氣背壓增加。隨著運行時間增加，過濾器中顆粒存儲量增多，背壓也增加。排氣背壓的增加將導(dǎo)致內(nèi)燃機功率下降，比油耗增加，排放進(jìn)一步惡化。因此要求設(shè)計的過濾器應(yīng)有低的初始流動阻力和在寬的負(fù)荷范圍內(nèi)有自行再生的能力，即在排氣溫度和催化劑的作用下，顆粒能夠燒掉，而不在過濾器中積累，從而保持低的流動阻力。根據(jù)正在使用的濾芯的壓力降與未使用過的濾芯的壓力降進(jìn)行對比，可以確定過濾器的顆粒積累程度，以判斷出是否要用輔助手段對過濾器進(jìn)行再生。 (3)濾芯材料性能好顆粒過濾器不僅經(jīng)常處于溫度變化的排氣中，而且在進(jìn)行再生處理時，由于顆粒的燃燒，要釋放出大量熱量，溫度可高達(dá)1000℃以上。因此，濾芯材料應(yīng)能承受高溫及熱沖擊，應(yīng)具有足夠的強度、化學(xué)穩(wěn)定性、抗熱裂及融熔等性能。濾芯損壞的主要形式是材料軟化、局部因高溫融粘及產(chǎn)生裂紋等。 (4)過濾器容積適當(dāng)增加過濾器容積可以提高過濾效率，減少壓力降，但其外形尺寸增加。為了不妨礙在排氣管路中安裝，在保證過濾效率和低流通阻力的前提下，應(yīng)盡可能減小外形尺寸，并且應(yīng)具有一定的通用性。 (5)壽命長過濾器在排氣管路中，要受到熱脹、振動以及由此產(chǎn)生的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力作用，因此，它應(yīng)有足夠的可靠性。過濾器的成本較高，應(yīng)有足夠的壽命及較好的再生技術(shù)措施，在長期使用后，仍能保持較高的過濾效率。 過濾器的作用是攔截顆粒并將它們儲存起來，然而過濾器的容積有限，使用一段時間后，排氣背壓會增加，如不清除掉顆粒，則柴油機性能會變壞，比油耗增加。所以，對顆粒過濾器進(jìn)行及時的再生是非常必要的。 過濾器再生的原理是使顆粒發(fā)生氧化反應(yīng)變成C02氣體隨排氣一起排人大氣。能否使顆粒發(fā)生氧化反應(yīng)變成CO2氣體，主要取決于以下幾個方面：①溫度是否大于開始著火燃燒的最低溫度；②氧濃度是否大于2％；③是否有足夠的反應(yīng)時間等。其中最關(guān)鍵的是顆粒物的溫度。 柴油機在高速、高負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，排氣溫度可以達(dá)到600℃以上，過濾器的顆粒能較快地氧化燃燒。試驗表明，大約有85％的顆粒氧化成CO2氣體，其余部分因缺氧未完全燃燒，成為CO；而在部分負(fù)荷、小負(fù)荷時，溫度低，不能進(jìn)行顆粒過濾器的再生。為了能在多種工況下使顆粒物發(fā)生氧化反應(yīng)變成CO2氣體，通常采用降低顆粒開始著火燃燒的最低溫度或者提高排氣溫度的方法。 1．提高排氣溫度