汽车排放控制技术

1目录【摘要】...........................................................2前言...............................................................3一、汽车排气的主要污染物及其危害...................................4（一）、汽车尾气主要污染物：.........................................4（二）、汽车排放污染物的形成.........................................41、氮氧化合物（NOx）的形成........................................42、CO的生成机理及影响因素........................................53、碳化氢的形成...................................................5（三）、汽车排放物的危害.............................................6二、汽车排放控制系统...............................................7（一）、传感器与闭环控制............................................71、三元催化转化器.................................................72、氧传感器.......................................................83、闭环控制......................................................9（二）、废气再循环控制（EGR）........................................9（三）、活性碳罐蒸发污染控制........................................10三、其他方面控制方法..............................................12（一）、新型能源....................................................121、燃料电池......................................................122、二甲醚燃料....................................................13（二）、催化剂及载体的发展..........................................131、催化剂........................................................132、催化剂的载体.................................................143、稀燃发动机用的新概念三元催化剂................................144、采用两个催化反应器............................................14参考文献：........................................................162汽车排放控制的技术的研究——汽车污染途径及控制措施【摘要】随着我国公路网建设的加快和国民经济的持续稳定发展,汽车工业得到很快的发展。汽车制造业、汽车运输业和服务业在国民经济建设中发挥着重要作用，汽车保有量的增长直接导致了石油燃料的大量消耗。并由此产生了大量的有害排放物。尤其在一些大中城市，汽车排气造成的环境污染问题日趋严重。目前，大气污染已逐渐成为世界性的问题,所以对汽车排气污染物的监控与防治以处于刻不容缓的地步。本文将介绍汽车排气污染物的成分及各自危害和现在汽车中常用的一些控制系统，包括：三元催化转化装置、气再循环系统、活性碳罐蒸发污染控制工作过程及原理。简要介绍了汽车新能源的开发与利用。【关键词】：排放控制环境污染二甲醚3前言经过30年的改革开放，中国私人汽车数量迅速增加，汽车开始进入普通人的家庭生活。汽车需求的迅猛增长是推动2009年中国经济增长的重要力量。中汽协对2009年汽车市场的最新预测为：总销量在1020万辆左右，比上年增长8.7%，其中，乘用车745万辆，同比增长10.2%(轿车增长7.9%，交叉型乘用车增长23%)，商用车销量275万辆，同比增长5%。2001年后加入世界贸易组织（WTO），中国已经将汽车的进口关税从70-90%降低到44-51%，我国目前汽车进口关税税率总水平是25%左右。随着汽车价格的下降以及中国人较低的汽车拥有量，中国的汽车市场将会进一步繁荣。随着轿车进入家庭，主要城市及近郊的交通拥挤状况会进一步加剧，从而使汽车废气排放问题更加严重。至09年8月底，我国机动车保有量为18001.85万辆。其中，汽车(含三轮汽车和低速载货汽车)7185.70万辆，摩托车9238.76万辆。在城市环境污染物中，汽车所排放的氮氧化物占到了45至60%，而一氧化碳则占到了85%。因此，中国城市居民所吸入的劣质空气主要是由汽车所排放的废气造成的。除非政府愿意牺牲这方面的经济支柱产业，限制上路汽车数量。因此，通过技术手段解决控制汽车废气排放问题，是当务之急。4一、汽车排气的主要污染物及其危害（一）、汽车尾气主要污染物：汽车尾气通过排气管、曲轴箱、油箱和汽化器等处排出，排放的主要污染物为一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOX）、硫化物、铅（Pb）（一般由使用含铅汽油的汽车排放）、苯及一些悬浮颗粒物（包括碳粒等）。据统计，每千辆汽车每天排出一氧化碳约3000kg，碳氢化合物200—400kg，氮氧化合物50—150kg。（二）、汽车排放污染物的形成1、氮氧化合物（NOx）的形成氮氧化合物NOX包含NO和NO2，但主要是NO、NO2所占质量分数不高，它们是空气中的N2在燃烧高温下的产物，与燃料的组成无关。NO是在燃烧火焰前锋和火焰后的已燃区域中产生的。汽油机燃烧过程进行得很快，在火焰区域内停留的时间很短；而早期的燃烧产物受到压缩而温度上升，因此在已燃区域内会产生大量的NO，而在火焰前锋内则生成量不大。根据NO的生成机理可知，发动机气缸在燃烧过程和膨胀过程中，其早期气缸内的温度和O2浓度的变化是影响NOX生成率的主要因素。发动机运转参数对NO生成率影响最大的有：燃空当量比、气缸内未燃混合气中已燃气体质量分数、主要用于控制NOX生成率的排气再循还（EGR）量和点火正时等。52、CO的生成机理及影响因素CO的生成机理十分复杂，从实验中可以发现，CO的生成率主要受燃空当量比的影响，与空气系数λ值有关，与燃料成分的关系较小。由于常规汽油机在部分负荷时λ略大于1、全负荷时λ略小于1的混合气中运转，因此会产生大量的CO排放。CO生成的主要机理如下：RH→R→RO2→RCHO→RCO→CO。式中的R代表碳氢根，CO在燃烧过程中生成以后，以较慢的速率氧化成CO2；由于CO的生成是受化学反应动力学的影响，因此火花点火发动机在启动加热和急加速、急减速时CO的排放比较严重，这就需要精确控制油量来进行抑制。3、碳化氢的形成HC的生成比较复杂，总的来说主要有以下几种途径：1）在发动机气缸的压缩和燃烧过程中，由于气缸内压力升高，把部分未燃混合气压入与燃烧室相通的狭缝中，由于燃烧时火焰不能进入狭缝，因此不能完全燃烧，在膨胀和排气行程中，在气缸压力降低后，以未燃HC的形式进入排气管，6这是HC的主要来源；2）气缸壁的激冷效应，在混合气燃烧过程中，当火焰逼近较冷的气缸壁时，离气缸壁＜0.1mm薄层内的可燃混合气由于火焰的淬灭而并未燃烧，从而进入排气管；3）存在于气缸壁、活塞顶以及气缸盖底面上的一层润滑油膜中，有可能在燃烧前后吸收或放出燃料中的HC成分；4）在发动机做加速、减速等瞬态工况运行时，点火正时、空燃比以及排气再循环值都没有处于最佳状态，有可能引起燃烧过程的不完善，如燃烧特别缓慢、火焰大面积淬灭等，从而使HC排放增加。（三）、汽车排放物的危害汽车尾气最主要的危害是形成光化学烟雾。汽车尾气中的碳氢化合物和氮氧化合物在阳光作用下发生化学反应，生成臭氧，它和大气中的其它成份结合就形成光化学烟雾。其对健康的危害主要表现为刺激眼睛，引起红眼病；刺激鼻、咽喉、气管和肺部，引起慢性呼吸系统疾病。光化学烟雾能使树木枯死，农作物大量减产；能降低大气的能见度，妨碍交通。汽车尾气中一氧化碳的含量最高，它可经呼吸道进入肺泡，被血液吸收，与血红蛋白相结合，形成碳氧血红蛋白，降低血液的载氧能力，削弱血液对人体组织的供氧量，导致组织缺氧，从而引起头痛等症状，重者窒息死亡。汽车尾气中的氮氧化合物含量较少，但毒性很大，其毒性是含硫氧化物的3倍。氮氧化合物进入肺泡后，能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生剧烈的刺激作用，增加肺毛细管的通透性，最后造成肺气肿。亚硝酸盐则与血红蛋白结合，形成高铁血红蛋白，引起组织缺氧。汽车尾气中的碳氢化合物有200多种，其中C2H4在大气中的浓度达0.5ppm（十万分之一）时，能使一些植物发育异常。汽车尾气中还发现有32种多环芳烃，包括3,4-苯并芘等致癌物质。当苯并芘在空气中的浓度达到0.012ug/m3时，居民中得肺癌的人数会明显增加。离公路越近，公路上汽车流量越大，肺癌死亡率越高。汽车尾气中的二氧化硫和悬浮颗粒物，会增加慢性呼吸道疾病的发病率，损害肺功能。二氧化硫在大气中含量过高时，会随降水形成“酸雨”。汽车尾气中的铅化合物可随呼吸进入血液，并迅速地蓄积到人体的骨骼和牙齿中，它们干扰血红素的合成、侵袭红细胞，引起贫血；损害神经系统，严重时损害脑细胞，引起脑损伤。当儿童血中铅浓度达0.6~0.8ppm时，会影响儿童的生长和智力发育，甚至出现痴呆症状。铅还能透过母体进入胎盘，危及胎儿。汽车用油大多数掺有防爆剂四乙基铅或甲基铅，燃烧后生成的铅及其化合物均为有毒物质。城市大气中的铅60%以上来自汽车含铅汽油的燃烧。人体中铅含量超标可引发心血管系统疾病，并影响肝、肾等重要器官的功7能及神经系统。由于铅尘比重大，通常积聚在1米左右高度的空气中，因此对儿童的威胁最大。二、汽车排放控制系统（一）、传感器与闭环控制车用传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号输给计算机，以便发动机处于最佳工作状态。现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。其中与废气排放控制有关的有氧传感器、爆震传感器、空气流量传感器等。1、三元催化转化器三元催化反应器是用铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、铈(Ce)及稀土金属等中的某几种作催化剂，在排气经过反应器的很短时间内，将其中HC、CO、NOx同时进行催化反应，使它们转化成CO2、N2、NH3及N2O等排入大气中。三元催化反应器通常由圆筒形外壳、上面涂覆着催化剂的载体等构成。载体一般有γ-A12O3小球、堇青石制成的整体蜂窝状多孔陶瓷及金属薄片制成的载体等3种。是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。由于这种催化器可同时将废气中的工种主要有害物质转化为无害物质。随着环境保护要求的日益苛刻，越来越多的汽车安装了废气催化转化器以及氧传感器装置。它安装在发动机排气管中，通过氧化还原反应，将汽车尾气排出的CO、HC和NOxz转化为二氧化碳、水和氮气，故又称之为三元(效)催化转化器。三元催化器的工作原理是：当高温的汽车尾气通过净化装置时，