【導(dǎo)讀】答辯時(shí)學(xué)生須向答辯委員會(huì)（或答辯。小組）提交本手冊，作為答辯評(píng)分的參考材料。本手冊可以使用電子版打。印，但簽署姓名和日期處必須手工填寫。導(dǎo)教師報(bào)告工作進(jìn)展情況。如因事、因病請(qǐng)假須按有關(guān)規(guī)定辦理手續(xù)，否。和清潔，不做與畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作無關(guān)的事。程中要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和樸實(shí)的工作作風(fēng)，嚴(yán)禁抄襲和弄虛作假。動(dòng)機(jī)排氣污染控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。要；④目錄；⑤正文；⑥參考文獻(xiàn)；⑦致謝。畢業(yè)論文符合“武漢科技大。分析了汽車尾氣的主要成分危害以及治理方法，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的一些有害排放物控制。最后提出我國新能源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,及其面臨的挑戰(zhàn),和采取的措施.三.汽車排放污染物組成及其對(duì)人體的危害性------------------------------------17

　　

【正文】 完全，將廢氣中 ),、 7)、 +,6 的含量控制在法規(guī)規(guī)定的范圍內(nèi)。國外已開發(fā)出 B 型、 C型電控燃油噴射系統(tǒng)、 C7 型數(shù)字式燃油噴射系統(tǒng)、 為了進(jìn)一步降低排放，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，汽油機(jī)電控技術(shù)得到突飛猛進(jìn)發(fā)展。目前，國外采用的 汽油機(jī)電控系統(tǒng)主要有：燃油噴射與空燃比控制；點(diǎn)火定時(shí)與爆振控制；廢氣再循環(huán)控制；怠速控制； 減速斷油、超速保護(hù)、增壓壓力控制；發(fā)動(dòng)機(jī)自診斷與故障安全系統(tǒng)、可變配氣定時(shí)控制等。電控汽油噴射系統(tǒng)可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況精確控 制燃油量，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況時(shí)都具有理想的空燃比，燃燒完全，將廢氣中 ),、 7)、 +,6 的含量控制在法規(guī)規(guī)定的范圍內(nèi)。國外已開發(fā)出 B 型、 C型電控燃油噴射系統(tǒng)、 C7 型數(shù)字式燃油噴射系統(tǒng)、單點(diǎn)低壓電控燃油噴射系統(tǒng)（ amp。DE）等。目前，美國生 產(chǎn)的轎車已全部應(yīng)用電控汽油噴射系統(tǒng)。我國汽油機(jī)電控技術(shù)的研究與應(yīng)用起步較晚，但近年發(fā)展較快。點(diǎn)火定時(shí)微機(jī)控制裝置、帶爆振傳感的點(diǎn)火定時(shí)系統(tǒng)、 amp。DE 系統(tǒng)等已研制成功。預(yù)計(jì)，中小噸位的車用汽油機(jī)上會(huì)普遍采用電控點(diǎn)火定時(shí)裝置和電控燃油噴射系統(tǒng)。 廢氣再循環(huán)（ 廢氣再循環(huán) 可有效地控制 +,6 的排放量。但由于它減少了進(jìn)氣充量中含氧量，只宜在部分負(fù)荷時(shí)采用，以使 7) 不致明顯增加。要最大限度地減少 +,6 含量，又不影響汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和 7) 排放，需要采取有效的調(diào)整裝置來優(yōu)化整個(gè)工作范圍內(nèi)廢氣再循環(huán)。電控技術(shù)是解決這一矛盾的有效手段。最近國外電控 4?5 技術(shù)獲得成功，已使其成為現(xiàn)代車用汽油機(jī)的有機(jī)組成部分。我國也開始應(yīng)用電控技術(shù) 5 后處理措施 利用機(jī)外后處理技術(shù)也可以降低汽油機(jī)的有害排放，實(shí)現(xiàn)起來要比機(jī)內(nèi)措施容易得多，因此已 為滿足目前及未來更嚴(yán)格法規(guī)的最重要的排放控制措施之一。 機(jī)外后處理裝置主要是催化凈化 器。它在一些發(fā)達(dá)國家和地區(qū)都得到了普遍應(yīng)用，其中 80%100%的轎車都裝有催化凈化器。 三元催化凈化器 21 催化凈化器從早期的氧化型催化轉(zhuǎn)換發(fā)展成為當(dāng)今的三元催化凈化器，即從早期僅凈化 *+ 和 ,* 發(fā)展到同時(shí)凈化 *+、 ,*、 +.。三元催化凈化器要求發(fā)動(dòng)機(jī)必須在理論空燃比下工作，因此現(xiàn)在的三元催化凈化器都與電控燃油噴射系統(tǒng)聯(lián)合使用。三元催化凈化器的催化劑由載體和活性成分構(gòu)成。對(duì)載體材料的要求是： !具有很高的熱穩(wěn)定性。即在排氣溫度 /下，要求載體不變形。 具有很高的 機(jī)械強(qiáng)度 具有很高的比表面積。通常催化劑的活性成分集中在載體表面上。大的表面積有利于活性成分的高度分散，對(duì)提高催化劑的活性極為有利。 $具有很低的熱容量。 %材料膨脹系數(shù)小。目前，催化劑的載體材料主要有活性氧化鋁、陶瓷材料（如堇青石、富鋁灰柱石、鋰灰柱石等）及金屬合金。催化劑的活性成分主要有鉑族貴金屬如鉑、鈀、鐒、釕等。 美國正在嚴(yán)格限制排放指標(biāo)，特別是對(duì) ,* 的排放量要求更嚴(yán)。為了降低從啟動(dòng)到暖機(jī)結(jié)束這段 時(shí)間的 ,* 排放量， 采用了 ,* 吸附型催化凈化器。利用氟石作為吸附劑吸收汽油 機(jī)冷啟動(dòng)后未完 全燃燒的 ,*，當(dāng)催化器正常工作時(shí)， ,* 被脫附轉(zhuǎn)化后排出，有效地降低了冷啟動(dòng)的 ,* 排放。此外， 還采用電加熱催化裝置。利用電加熱的方法，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，使催化器內(nèi)的催化劑達(dá)到工作器，從而減少冷啟動(dòng)時(shí)的有害排放。 4 燃料的改質(zhì) 四乙基鉛在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)一直是汽油的最好抗爆添加劑。但汽油加入四乙基鉛后，一方面含 鉛廢氣直接危害人身健康；另一方面為了減少排污而設(shè)置的排氣后處理裝置（催化凈化器）迅速失效， 使實(shí)際排放達(dá)不到規(guī)定的限值水平。為了根除含鉛廢氣的雙重危害，許多 國家和地區(qū)如美國、日本、西 歐等已使用無鉛汽油。其它國家也在采取相應(yīng)措施減少汽油中的含鉛量。我國有一些城市已開始采用無鉛汽油。因此，在不久的將來，無鉛汽油將在全世界范圍內(nèi)普遍使用。 摻醇汽油 采用無鉛汽油后，為了提高或保持汽油原有的（含鉛時(shí)的）辛烷值，必須采取一系列其它措施提高 汽油的辛烷值。汽油中摻入醇類，就是一種有效措施，它無需改變汽油機(jī)結(jié)構(gòu)，節(jié)省了汽油用量。國外 把這種混合燃料稱為汽醇燃料或 0 汽油。如 01汽油就是 1amp。的甲醇與 %1amp。的汽油混合的汽醇燃料。同時(shí)醇類也是含氧燃料，在燃燒中具有自 供氧效應(yīng)，能促進(jìn)燃燒。所以燃用 0?01 汽油的汽油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性與燃用純汽油相比不會(huì)下降，盡管甲醇的熱值遠(yuǎn)低于汽油的熱值。 代用燃料 車用汽油機(jī)中的代用燃料主要有 amp。醇類燃料如甲醇、乙醇以及壓縮天然氣和液化石油氣等。目前德國已制造出相當(dāng)數(shù)量的 amp。醇類燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。巴西是世界上利用乙醇作為汽車燃料最多的國家。我國北方煤多，可以利用煤制成甲醇作為汽油機(jī)燃料。而我國南方植物茂盛，甘蔗等植物可以榨制并經(jīng)發(fā)酵后制成乙醇（或含水乙醇），作為汽油機(jī)的摻醇燃料。可以預(yù)見，使用醇汽油和直接使用 amp。的醇類燃料以及壓縮天然氣和液化石油氣作為代用燃料是今后汽油機(jī)燃料的發(fā)展趨勢。 五 .柴油機(jī)的主要有害排放物及其控制技術(shù) 柴油機(jī)排氣中包含各種成分，其基本成分是二氧化碳（ CO2），水蒸氣（ H2O），過剩的氧氣（ O2）以及存留下來的氮?dú)猓?N2）等。它們是燃料和空氣完全燃燒后的產(chǎn)物，從毒物學(xué)的觀點(diǎn)看，排氣中的這些成分是無害的。但除上述基本成分外，柴油機(jī)排氣中還含有不完全燃燒的產(chǎn)物和燃燒反應(yīng)的中間產(chǎn)物，包括一氧化碳（ CO），碳?xì)浠衔铮?HC），氮氧化合物（ NOX）， 22 二氧化硫，鋁，粉 塵微粒（ PT）和其他雜質(zhì)等。這些成分的質(zhì)量總和在柴油機(jī)排氣中所占的比例雖然還不到 1%，但它們大部分是有害的，或有強(qiáng)烈刺激的臭味，有的還有致癌作用，因此被列為有害排放物。柴油機(jī)廢氣中 C O 、 H C 和 N O X三種有害氣體的影響因素比較多，主要為可燃混合氣的空燃比，點(diǎn)火提前角，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速以及發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。 降低柴油機(jī)有害排放物的控制技術(shù) 采用高壓共軌噴射系統(tǒng) 柴油機(jī)降低排放的對(duì)策主要是改善燃燒，而噴射系統(tǒng)性能是影響柴油機(jī)燃燒過程的關(guān)鍵因素，可要改進(jìn)傳統(tǒng)的 柱塞泵分缸脈動(dòng)噴射系統(tǒng)難度較大。高共 軌噴射系統(tǒng)正是順應(yīng)上述需求而誕生，且得到了很大發(fā)展。它被世界內(nèi)燃 機(jī)行業(yè)公認(rèn)為二十世紀(jì)三大突破之一（另外兩項(xiàng)是汽油直噴技術(shù)和 DME代用燃料）。 由電子控制單元和各種傳感器組成的高壓共軌系統(tǒng)，不再采用柱塞泵分缸脈動(dòng)供油原理，而是通過一個(gè)設(shè)置在噴油泵和噴油器之間的具有較大容積的共軌管，把高壓油泵輸出的燃油蓄積起來并平抑壓力波，再通過各高壓油管輸送到噴油器上，由噴油器上的電磁閥控制噴油的開始和終止。電磁閥作用的時(shí)刻決定著噴油定時(shí)，作用的持續(xù)時(shí)間和共軌壓力共同決定著噴油量。由于這種系統(tǒng)采用壓力時(shí)間式燃油計(jì)量原理，因 此又可稱為壓力時(shí)間控制式噴射系統(tǒng)。高壓共軌噴射系統(tǒng)的特點(diǎn)是；噴油壓力的建立與噴油過程無關(guān)；噴油壓力、噴油過程和噴油持續(xù)期不受負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的影響；噴油定時(shí)與噴油 計(jì)量完全分開，可以自由調(diào)整每缸的噴油量和噴油始點(diǎn)；能實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射、快速停噴和多段噴射。因此，高壓共軌噴射系統(tǒng)通過對(duì)噴油要素的優(yōu)化控制，使柴油機(jī)燃燒更充分，從而減少燃燒中有害物的形成；使柴油機(jī)的有害排放、噪聲排放和冷起動(dòng)性能都得到很大改善。 采用廢氣再循環(huán)系統(tǒng) 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)是將柴油機(jī)產(chǎn)生的廢氣的一小部分再送回氣缸。由于柴油機(jī)中富余的氧氣較多，當(dāng)送回汽缸的 廢氣與新鮮空氣混合后，導(dǎo)致氣缸內(nèi)氧氣濃度降低，使燃燒速度減慢，燃燒溫度下降，從而減少有害成分氮氧化物（ NOX）的形成。 目前，采用和研究的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)有多種類型。例如，日野汽車公司開發(fā)的脈沖式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)在柴油機(jī)進(jìn)氣過程中，排氣門稍有提升，使部分高壓廢氣回流到汽缸內(nèi)。排氣門的這個(gè)作用是通過修改排氣門凸輪的形狀和將廢氣再循環(huán)系統(tǒng)微升來實(shí)現(xiàn)的。在脈沖式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中，廢氣被重新送回氣缸內(nèi)，因此廢氣的壓力應(yīng)高到足以使氣流反向。要達(dá)到這樣高的壓力只有通過優(yōu)化氣門微升和定時(shí)，從而利用廢氣的壓力波才能實(shí)現(xiàn)。在該廢 氣再循環(huán)系統(tǒng)中，廢氣壓力“脈沖”被有效利用。 采用增壓中冷技術(shù) 所謂增壓，就是增加進(jìn)入柴油機(jī)汽缸內(nèi)的空氣密度。中冷則是將壓縮后的空氣的溫度降低。因此，柴油機(jī)采用增壓中冷系統(tǒng)后，滯燃期縮短，在稀烯火焰熄滅區(qū)內(nèi)積壓的燃油量較少，從而減少排氣中有害成分碳?xì)浠衔?HC）和氮氧化物（ NOX）的生成。目前， 增壓方法主要有三種方式。其中，廢氣渦輪增壓器主要是由渦輪和壓氣機(jī)組成。它與柴油機(jī)沒有機(jī)械傳聯(lián)系，而是柴油機(jī)排出的廢氣經(jīng)排氣管進(jìn)入渦輪作功。渦輪葉輪與壓氣機(jī)葉輪同軸，從而帶動(dòng)壓氣機(jī)吸入外界空氣并壓縮后送至柴油機(jī)進(jìn)氣管 。增壓中冷柴油機(jī)在壓氣機(jī)出口和柴油機(jī)進(jìn)氣管入口之間增設(shè)中間冷卻器（簡稱中冷器），使壓縮后的空氣的溫度下降，密度增大。增壓中冷可以在柴油機(jī)的熱負(fù)荷不增加甚至降低以及機(jī)械負(fù)荷增加不多的前提下，大幅度地提高柴油機(jī)的功率，降低有害物的排放。增壓中冷柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)廢氣再循環(huán)還有另外兩種方式。一種是將渦輪前的排氣引入中冷器之后，稱為高壓廢氣反向。其采用可變截面渦輪增壓器，可以擴(kuò)大廢氣再循環(huán)有效工作范圍，降低氮氧化物（ NOX）和微粒（ PT），油耗也不升高。這可能是將高壓廢氣再循環(huán)系統(tǒng)用于增壓中冷柴油機(jī)的最好方法。另一種是將渦 輪后的排氣引入壓氣機(jī)之前，稱為低壓廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。它可有效降低氮氧化物（ NOX），而廢氣循環(huán)工作范圍較大，與柴油機(jī)匹配能有效地發(fā)揮其功能。由于廢氣渦輪增壓方式與機(jī)械增壓和氣波增壓方式比較，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，在柴油機(jī)上得到普遍采用，而其他兩種增壓方式基本不被采用。 采用微粒捕集器 23 給柴油機(jī)配備微粒捕集器，可將排氣中微粒捕捉，不使其排出機(jī)外，再利用催化劑、氧化器、燃燒器等進(jìn)行分解、燃燒。這種裝置可將柴油機(jī)排氣中有害物微粒減少 7 0 % ? 9 0 % 。用來捕集微粒的過濾器的材料和結(jié)構(gòu)有許多種，常用的有整體 式陶瓷、金屬絲網(wǎng)、紡織纖維圈、陶瓷纖維、泡沫陶瓷等。這些過濾材料的捕集原理一般認(rèn)為有以下幾種：碰撞機(jī)理。柴油機(jī)廢氣流經(jīng)捕集單元時(shí)，其流線發(fā)生了多次拐彎，在流線拐彎處，較大的微粒由于運(yùn)動(dòng)慣性大多脫離原來的流線與捕集單元相碰，并吸附或沉積于其上。截流機(jī)理。柴油機(jī)廢氣流經(jīng)捕集單元時(shí)發(fā)生兩種情況，一是粒徑比過濾材料孔隙大的微粒就被擋住并被粘附住，即發(fā)生篩濾效應(yīng)；二是粒徑比過濾材料孔隙小的微粒由于粘著與聚合作用而部分被截流。 擴(kuò)散原理。柴油機(jī)廢氣中的 微粒物由于氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的碰撞而產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)，越小的微粒越顯著，并會(huì) 造成擴(kuò)散效應(yīng)。當(dāng)廢氣流經(jīng)捕集單元時(shí)，纖維狀的捕集單元對(duì)微粒的運(yùn)動(dòng)起到了匯合作用，從而有可能將微粒捕集。重力沉降機(jī)理。當(dāng)緩慢運(yùn)行的柴油機(jī)廢氣流經(jīng)捕集器時(shí)，廢氣逗留時(shí)間比較長，較大的粒子可能在重力作用下發(fā)生脫離流線的位移而沉淀在捕集單元上。排氣系統(tǒng)中安裝微粒捕集器后，將會(huì)使柴油機(jī)的排氣背壓提高，功率下降。捕集材料上沉積的微粒越多，排氣 背壓越高。因此，必須定期清除沉積在過濾材料上的微粒。清除沉積在過濾材料上的微粒的過程為捕集器的再生。在 柴油機(jī)正常工作的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，排氣溫度一般在 250?500℃，而微粒的燃 點(diǎn)一般為 550?600℃，僅依靠柴油機(jī)的排氣很難使捕集器再生。要使捕集器再生，必須降低微粒的燃點(diǎn)或提高排氣溫度。通過在燃油中加入添加劑或在過濾材料表面涂催化層可以降低微粒的點(diǎn)，使微粒能在較低的溫度下燃燒掉，一般稱主動(dòng)再生。另一種是利用外部能源提高排氣溫度，如電熱器加熱補(bǔ)燃和燃燒器加熱補(bǔ)燃，將捕集器材料上的微粒燃燒掉，一般稱為被動(dòng)再生。被動(dòng)再生是一種定期再生，需要復(fù)雜的檢測和控制技術(shù)以決定再生時(shí)間。當(dāng)前，捕集器再生將主動(dòng)再生和被動(dòng)再生技術(shù)結(jié)合起來，效果顯著。 采用催化凈化裝置 催化凈化裝置是一種內(nèi)部裝有催化 劑的裝置，裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管中。催化劑能使發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的有害成分加速轉(zhuǎn)變成無害成分。催化凈化方法有兩種。一種是催化氧化法，它以鉑、鈀、黃金、鈷、鎳等金屬及其氧化作為催化劑，使有害成分一氧化碳（ C O ） 和碳?xì)浠衔铮? H C ） 氧化成無害成分二氧化碳（ CO2）和水蒸氣（ H2O）。另一種是催化還原法，它以堿金屬、鈷鉻合金作為催化劑，使有害成分氮氧化合物（ NOX）還原為氮?dú)猓?N2）和氧氣（ O2）。目前，催化凈化裝置有氧化催化反應(yīng)裝置和三元催化反應(yīng)裝置。氧化催化反應(yīng)裝置僅依靠氧化反應(yīng)降低有害成分一氧化碳（ C O ） 和氫化合物（ HC），柴油機(jī)和汽油機(jī)都適用。三元催化反應(yīng)裝置能同時(shí)進(jìn)行氧化與還原反應(yīng)，能使一氧化碳（ CO）、碳?xì)浠衔铮?HC）和氮氧化物（ NOX）三種有害成分同時(shí)得到凈化處理。它要求發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比精確地控制在理論空燃比附近的最佳范圍內(nèi)，以保證同時(shí)對(duì)三種有害成分高效率凈化。因此，三元催化反應(yīng)裝置一般與燃油電子噴射發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用，用氧傳感器檢測排氣中的氧濃度，反饋控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比范圍。由于柴油機(jī)排氣中殘留的氧量較多，使氧傳感器的控制不靈敏，故三元催化反應(yīng)裝置一般不用于柴油機(jī)，而只用于汽油機(jī)。 采用代 用燃料 當(dāng)前，世界石油制品的消耗量逐年上升，石油資源日益枯竭。國際價(jià)居高不下，積極尋找并研究代用燃料，正好成為降低有害物排放的另一個(gè)方向。二甲醛（ DME）就是一種很有前途的代用燃料，其化學(xué)分子式為 C H 3— O — C H 3，原用于噴霧工業(yè)。通過 Danish公司的革新，其工業(yè)生產(chǎn)成本明顯降低，基本上達(dá)到與柴油機(jī)同的價(jià)格水平，并且 DME可由煤天然氣甚至生物來制取，用于甲醛時(shí)的 NOX值較用柴油時(shí)可降低 50%以上。采用二甲醛的特點(diǎn)是，由于其噴射壓力低，所以當(dāng)最高噴射壓力為 25?5MPa時(shí)，就可獲得滿意的功率 、