汽车排放污染控制技术论文
随着世界各国对汽车排放污染的法律法规越来越严格，汽车排放性能已作为汽车重要的综合性能指标之一。下面是小编整理的汽车排放污染控制技术论文，希望你能从中得到感悟!
汽车排放污染控制技术论文篇一
浅析现代汽车排放控制技术
[摘 要]本文从降低燃油消耗和燃烧优化、废气处理、排放监测三个技术角度介绍现代汽车排放控制技术,同时简要阐述了各排放控制技术的原理、特点及影响因素。最后总结出现代汽车排放控制技术的发展方向。
[关键词] 排放控制 燃油消耗 废气处理 排放监测 发展方向
一、前言
保护环境与节约燃料已成为全球关注的重大事件,以发动机为动力的汽车是大气污染的主要来源之一。排放的废气对大气污染构成严重影响,如CO2引起温室效应;HC在阳光的作用下与NOX进行光化学反应,形成一种毒性较大的光化学烟雾。因此汽车的废气排放控制受到各国政府、汽车制造商的进一步重视。
二、汽车排放控制解决的问题
汽车运行时,废气排放主要由排气管产生,包括CO、HC、CO2 、NOX 等气体;对于柴油机而言,还包括颗粒物排放。CO、HC、CO2 等气体含量较少且便于处理,废气排放控制主要解决汽车NOX和颗粒物的排放。故本文主要介绍由排气管产生的NOX和颗粒物排放控制技术。
三、现代汽车排放控制技术
现代汽车废气排放控制策略从技术角度分为三大方面:降低燃油消耗和燃烧优化、排放废气的处理和排放性能的监测,其对应技术如下所述。
1. 降低燃油消耗和燃烧优化
降低燃油消耗和燃烧优化可以降低汽车的使用费用、减少国家对进口石油的依赖、节省石油资源;同时降低了汽车的废气排放,其具体实现方法如下所述。
(1)汽车外型优化,减轻车身质量。汽车在行驶过程中,主要受到空气阻力和滚动阻力,减小空气阻力和滚动阻力可以有效降低燃油消耗。汽车外形优化可以有效降低空气阻力系数CD值,从而减小空气阻力。减轻车身质量则是减小滚动阻力的重要途径。但随着质量的降低,汽车的安全性下降,因此需综合考虑从而获得最佳效果。
(2)发动机技术的发展。发动机的热损失和机械损耗占燃油化学能的65%左右,故提高发动机效能对降低燃油消耗、减小废气排放有重要作用。现阶段发动机技术的发展如下:
第一,柴油机共轨式电控燃油喷射技术(CRFIS)
柴油机运行时转速很高,喷油器每次喷油时间很短,高压油管内各处压力随时间、位置不同而变化;当喷油器针阀落座完成主喷后,高压油管内的压力波动可能会引起“二次喷射”现象 ,造成喷油不均匀问题,增加了燃油消耗和废气排放。
针对上述问题,CRFIS对柴油机的喷油时刻和喷油过程进行控制,其基本原理是:通过柴油机共轨直接或间接形成恒定高压预喷射燃油,然后将其送至带有高速电磁开关阀的对应喷油器内,高速电磁开关阀的开启、关闭实现喷油过程的开始、结束。ECU(电控单元)根据发动机的转速、输出功率控制高速电磁开关阀的开闭和开启时间,从而间接控制喷油时刻和喷油过程。
CRFIS的特点:第一,CRFIS柴油机高压油管内喷射压力的形成与喷射过程完全分开,喷射压力大小与发动机转速无关,避免了“二次喷射”现象;第二,CRFIS柴油机的每次喷射量由喷射压力和高速电磁开关阀开启时间决定,ECU精确控制喷射过程,解决了“喷油不均匀”问题。
第二,均质充量压缩燃烧技术(HCCI)
HCCI是将点燃式内燃机和压燃式内燃机有机结合的一项技术,可有效减小汽车碳烟和NOX排放。其基本原理是:HCCI发动机与传统的点燃式内燃机类似,将比例非常均匀的燃油和空气进行预先混合,然后注入气缸内;传统的点燃式内燃机通过火花塞点燃混合气,而HCCI发动机的点火过程则与压燃式内燃机类似,通过活塞压缩混合气,使之温度升高至一定温度后自行点燃。
HCCI的特点:第一,HCCI发动机无扩散燃烧过程,避免气缸内形成局部高温和浓混合气,有效降低了碳烟和 的排放;第二,HCCI发动机保留了压燃式内燃机高热效率的特点,降低了燃油消耗和废气排放。
第三,涡轮增压技术(Turbocharger)
涡轮增压技术利用发动机排放废气的惯性力推动涡轮室内的涡轮,涡轮带动同轴的叶轮,旋转的叶轮压送经过空气滤清器的空气,使其增压并进入气缸。伴随着空气量增加,循环供油量相应增加,达到了增加功率的目的。
其特点:第一,在不增加发动机排量的基础上,涡轮增压技术可以增加发动机的输出扭矩和功率;第二,涡轮增压技术利用废气排放动能对新鲜空气增压,回收了部分能量,降低了燃油消耗和废气排放。
第四,燃料分层喷射技术(FSI)
FSI不像传统发动机那样将燃油注入进气歧管,而是将燃油直接注入气缸的技术。其基本原理是:FSI利用电子芯片计算分析并精确控制注入气缸中的燃油喷射量,获得具有理论空燃比的混合气体,从而提高发动机的效率。
其特点:第一,FSI发动机完成一次工作循环有两次喷油过程,对应的喷油时刻分别为吸气冲程和压缩冲程末端;第二,FSI根据发动机转速和负荷的不同,有分层注油和均匀注油两种注油模式,其对应的发动机工况分别是低速、中速工况和高速高负荷工况;第三,FSI发动机与传统发动机相比,其动态响应好,输出扭矩和功率可以同时被提高,燃油消耗降低,废气排放减小。
(3)动力传动系的优化。传动系的档位增多,增加了选着合适档位使发动机处于经济工作状况的机会。按照这种思路,档数无限的无级变速器在任何条件下都提供了使发动机在最经济工况下工作的可能性。若发动机能始终维持较高的机械效率,无级变速器将显著地提高燃油经济性,减小废气排放。
2. 排放废气的处理
对排放的废气进行后续处理属于机外处理方法。其主要包括选择性催化还原技术、废气再循环技术、颗粒过滤器和柴油机氧化催化器四项内容。对应具体内容如下所述:
(1)选择性催化还原技术(SCR)。SCR是一项处理废气中NOX的工艺。其基本原理是:NOX浓度传感器检测废气中NOX的浓度,ECU根据测量结果向废气中注入适量的氨、尿素等含氮化合物,两者反应生成N2和 H2O。其特点:第一,ECU根据废气中NOX浓度控制氨、尿素等含氮化合物的注入量。若注入量过少,NOX不能处理完全;若注入量过多,未参加反应的含氮化合物进入空气中污染空气。因此SCR需要高灵敏度的NOX浓度传感器和高精度的含氮化合物喷射装置;第二,SCR对温度较敏感,其还原效率易受燃油硫含量及废气中颗粒物含量的影响。
(2)废气再循环技术(EGR)。EGR是将少量排放废气送回气缸,与未燃烧的混合气再混合并进行再次燃烧的技术。该技术可有效降低废气中 NOX含量,其原因如下:第一,EGR增加了混合气体中H2O、CO2 等三原子分子的含量,混合气的热容量增大,燃烧过程中最高温度降低,废气中NOX含量从而下降;第二,EGR对混合气具有稀释作用,混合气中氧气含量降低,减小了NOX生成的机会;第三,EGR使混合气中惰性气体含量增加,惰性气体会延缓燃烧过程,燃烧室的压力形成过程变慢,排放废气的NOX含量降低。
(3)颗粒过滤器(DPF)。对于柴油机,使其颗粒物排放满足排放法规的技术是DPF。DPF位于发动机废气排放管处,当废气通过时,DPF收集和存储废气中颗粒物,从而降低颗粒物的含量。DPF关键技术是过滤材料和过滤体再生,其作用效率受颗粒物生成速率、废气排放温度、燃油硫含量及排气管道处背压的影响。
(4)柴油机氧化催化器(DOC)。DOC以铂(Pt)、钯(Pd)等贵金属为催化剂,使颗粒物中有机物SOF发生氧化反应生成CO2和H2O,通过减小SOF含量达到降低废气中颗粒物含量的目的。其作用原理和三元催化转换器催化氧化HC和CO原理类似。
3. 排放性能的监测(OBD)
新车运行时,废气排放指标一般符合要求。但在使用过程中,随着车辆的老化和损坏,其排放指标可能不再符合汽车排放要求。OBD从发动机运行开始,便监督与排放控制有关的零部件状态;一旦发动机废气排放超标,OBD便会在仪表盘中发出警示,提醒驾驶员做出相应反应。然而OBD系统并非对汽车的废气排放进行实时测量,而是当发动机失火、催化转化器储氧能力下降以及氧传感器劣化后,通过监测某些相关参数的变化,推测汽车排放将会超标,从而发出警告信号。
四、结论
节能、环保是当今世界发展主题,对于现代汽车,降低燃油消耗、减少废气排放既是其顺应时代潮流的必须,也是其前进发展的方向。汽油机具有废气排放量少、低热效率的特点,低热效率是制约汽油机继续发展的一个瓶颈;唯有提高热效率,汽油机才能在激烈的竞争中处于不败地位。与汽油机相比,柴油机具有较高的热效率,但废气中颗粒物含量远远高于汽油机;在排放法规越来越严格的情况下,颗粒物排放无疑是阻碍柴油机大范围推广的主要因素。
因此,将汽油机和柴油机的优点完美结合,使发动机具有热效率高且排放量少的技术必会得到社会的认可和普及,同时也是现代汽车技术发展的方向。
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