汽车排放控制技术 - 图文(3)

2019-07-31 09:33

时,蒸气中的汽油分子被活性炭吸附。

蒸气回收罐上方的另一个出口经真空软管与发动机进气歧管相通。软管中部有一个电磁阀控制管路的通断。当发动机运转时,如果电磁阀开启,则在进气歧管真空吸力的作用下,新鲜空气将从蒸气回收罐下方进入,经过活性炭后再从蒸气回收罐的出口进入软管的发动机进气歧管,把吸附在活性炭上的汽油分子(重新蒸发的)送入发动机燃烧,使之得到充分利用;蒸气回收罐内的活性炭则随之恢复吸附能力,不会因使用太久而失效。

进入进气歧管的回收燃油蒸气量必须加以控制,以防破坏正常的混合气成分。这一控制过程由微机根据发动机的水温、转速、节气门开度等运行参数,通过操纵控制电磁阀的开、闭来实现。在发动机停机或怠速运转时,微机使电磁阀关闭,从油箱中逸出的燃油蒸气被蒸气回收罐中的活性炭吸收。当发动机以中、高速运转时,微机使电磁阀开启,储存在蒸气回收罐内的汽油蒸气经过真空软管后被吸入发动机。此时,因为发动机的进气量较大,少量的燃油蒸气不会影响混合气的成分。

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三、其他方面控制方法

(一)、新型能源

在能源和环保的压力下,新能源汽车无疑将成为未来汽车的发展方向。如果新能源汽车得到快速发展,以2020年中国汽车保有量1.4亿计算,可以节约石油3229万吨,替代石油3110万吨,节约和替代石油共6339万吨,相当于将汽车用油需求削减22.7%。2020年以前节约和替代石油主要依靠发展先进柴油车、混合动力汽车等实现。到2030年,新能源汽车的发展将节约石油7306万吨、替代石油9100万吨,节约和替代石油共16406万吨,相当于将汽车石油需求削减41%。届时,生物燃料、燃料电池在汽车石油替代中将发挥重要的作用。

结合中国的能源资源状况和国际汽车技术的发展趋势,预计到2025年后,中国普通汽油车占乘用车的保有量将仅占50%左右,而先进柴油车、燃气汽车、生物燃料汽车等新能源汽车将迅猛发展。

以下简要介绍燃料电池与二甲醚燃料的性能。

1、燃料电池

燃料电池汽车是电动汽车的一种,其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用,而不是经过燃烧,直接变成电能或的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物,因此燃料电池车辆是无污染汽车,燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2~3倍,因此从能源的利用和环境保护方面,燃料电池汽车是一种理想的车辆。

燃料电池汽车的氢燃料能通过几种途径得到。有些车辆直接携带着纯氢燃料,另外一些车辆有可能装有燃料重整器,能将烃类燃料转化为富氢气体。

单个的燃料电池必须结合成燃料电池组,以便获得必需的动力,满足车辆使用的要求。 近几年来,燃料电池技术已经取得了重大的进展。世界著名汽车制造厂,如戴姆勒-克莱斯勒、福特、丰田和通用汽车公司已经宣布,计划在2004年以前将燃料电池汽车投向市场。目前,燃料电池轿车的样车正在进行试验,以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战,如燃料电池组的一体化,提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力,并已取得了显著的进步。

与传统汽车相比,燃料电池汽车具有以下优点: 1)零排放或近似零排放;

2)减少了机油泄露带来的水污染; 3)降低了温室气体的排放;

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4)提高了燃油经济性; 5)提高了发动机燃烧效率; 6)运行平稳、无噪声。

2、二甲醚燃料

上世纪90年代中期,作为一种优良的汽车清洁能源,二甲醚(DME)引起国际汽车界的重视。近年来欧美、日韩等发达国家十分看好二甲醚燃料汽车的市场前景和环保效益,纷纷加快了二甲醚燃料发动机与汽车的研发。二甲醚作为燃料在汽车上应用,具备许多优点:

1.在高压缩比下压燃燃烧,具有与柴油机等效的热效率; 2.作为含氧高的燃料,燃烧完全,可大幅降低CO的排放;

3.由于不含C-C分子链,在燃烧过程不会分解出碳,因而,在各种情况下都能实现无烟燃烧;

4.在经过喷油系统改进后,推迟喷油提前期,可以降低NOx的排放; 5.可以和柴油实现任意的混合使用。

目前的研究结果表明:二甲醚燃料是十分理想的洁净代用燃料,可实现柴油发动机超低排放,满足欧三标准。

(二)、催化剂及载体的发展

通过催化反应降低汽车排放的核心是研制高性能的催化剂。全面提高催化反应器的性能,还需促进载体及控制空燃比等技术的发展,提高催化剂低温活性及高温耐热性,降低催化剂成本。

1、催化剂

早期主要使用铂(Pt)作催化剂,而后使用铂/铑(Pt/Rh),因为铂贵而铑的资源有限,现代除了继续使用铂/铑催化剂外,正研究和使用下列催化剂:(1)仅用钯(Pd)作催化剂;(2)铂/钯/铑三金属催化剂;(3)铂/钯催化剂;(4)钯/铑催化剂;(5)稀土金属催化剂。各种催化剂各有优、缺点,都还不能具备十分完美的性能,仍在研究发展中。

目前,比较多的欧洲汽车厂家使用铂/铑或钯/铑作催化剂。钯具有良好的使HC氧化的性能,但是对燃油中的硫中毒的现象较敏感,从而使NOx的转化性能变差。

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2、 催化剂的载体

早期是使用颗粒状载体,但由于机械强度较差及排气流动阻力大等原因已更多地由堇青石制成的整体蜂窝状多孔陶瓷载体所代替。主要研究改进的方向是使其材质致密化,减少壁厚,提高能负载催化剂的表面积与体积的比值。此外减少其热容量,提高热传导性及高温耐热性也是提高催化剂低温性能及使用寿命所必需的。

现代除了堇青石制的陶瓷载体外,还有用Fe-Cr-Al系等合金制造的金属载体。它的特点是:壁薄、机械强度及耐久性好、排气流阻小、不会影响发动机的功率、热传导性好、热容量小。因此能够在发动机启动时较快地达到催化剂的点火温度,提高低温工况下催化剂的转化效率。金属载体的缺点是制造工艺要求及成本高,目前在高性能、高级轿车上,使用金属载体催化反应器的较多。

3、稀燃发动机用的新概念三元催化剂

为了降低发动机CO2排放,稀燃技术得到更多的应用,同时降低比油耗。然而通常在理论空燃比混合气工况下,效率较高的三元催化剂,在使用稀混合气燃烧时,因排气中氧含量多,不能使NOX很好地还原转化,因此需要研究开发适应稀燃发动机需要的新型催化剂。

日本丰田公司开发了一种新概念的三元催化剂。它可以在发动机用稀混合气工作时,将NOX储存起来。然后在汽车加速等工况需要增加功率使用理论空燃比混合气时,NOX释放出来进行还原转化。丰田公司从1994年将这种新型催化剂及稀燃系统用于排量为1.6L及1.8L发动机上,效果甚佳:

发动机台架试验结果表明,新的催化剂在排气温度为300~450℃的范围内转化NOX的效率可达90%,在耐久试验后,转化效率可达60%。催化器要布置在汽车底板的下面,保持排气温度在250~450℃的范围内。

汽车用稀混合气及新催化剂与常规的以理论混合气工作的发动机相比,燃油经济性提高了8%。不过,汽车如果按FTP-75循环模式试验,催化剂转化HC及NOX的效率尚不很理想,仍需进一步改善。

4、采用两个催化反应器

采用两个催化反应器,其中一个体积较小,催化剂载体的体积约占两个反应器载体总体积的1/4,直接安装在发动机各缸排气支管汇总的总管出口法兰上。另一个反应器较大,安装在汽车底板的下面,即通常汽车只装一个三元催化器安装的部位。采用两个反应器的目的是让排气由气缸排出后,立即进入反应器,保持较高的温度,提高催化转化效率。

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国外在汽油喷射发动机排量为2.5L、总质量为1420kg的客车上进行了装一个及两个反应器的对比试验。使用未加热的氧传感器,启动暖机时的平均混合气空燃比为14.6,其它工况时为14.8,直接装在缸盖排气总管法兰上反应器载体的体积为0.5L,而装在离总管150cm的地板下的反应器的体积为1.5L。

发动机冷启动后,经过约30s,排气总管处的反应器排气温度达到600℃,而地板下反应器的温度只有200℃。因此排气总管处反应器转化效率高。如果将催化反应器和排气总管设计成一个整体,也许会更好些。

装在排气总管上的催化反应器可使HC的转化效率达90%以上。而如果仅用较大的地板下的反应器,HC的转化效率只有89%。两者联合在一起时HC转化的总效率达96%~97%。装在汽车底板下面排气管上的催化反应器对提高CO及NOX的转化率的作用较小。如果同时采用两层壁的隔热排气管、硫含量低的燃料以及喷入二次空气等措施,那么降低排放物的效果会更好些。

总结:从开始做论文时至今日,论文基本完成。从最初的茫然,到慢慢的进入

状态,再到对思路逐渐的清晰,整个写作过程难以用语言来表达。

这篇论文主要就日益严重的汽车污染作了简要分析,主要方面有汽车废气的形成及危害,排气系统的控制技术,新能源新型催化剂的研究等。

论文期间,我通过查阅书籍,上网查资料等方法得到了大量的关于汽车排放控制方面的信息,开拓了视野,提高了搜集,整理信息的能力。

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参考文献:

1 韩玉敏.汽车排放系统.化学工业出版社. 2005-6

2 李岳林.汽车排放与噪声控制.人民交通出版社.2007-4 3 邵毅林.汽车新能源与节能技术.人民交通出版社.2008-3 4 http://www.autoth.com/

5 http://www.autoelectric.cn/supsite/html/index.html

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