浅论汽车排放污染控制技术.docx
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浅论汽车排放污染控制技术
江西理工大学南昌校区
毕业设计（论文）
题目：
浅论汽车排放污染控制技术
系：
机电工程系
专业：
汽车检测与维修
班级：
09汽车班
学生：
XXX
学号：
09314104
指导教师：
XXX职称：
江西理工大学南昌校区
毕业设计（论文）任务书
机电工程系汽车检测与维修专业09级（12届）汽车班学生XXX
题目：
浅论汽车排放污染控制技术
专题题目（若无专题则不填）：
原始依据（包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等）：
通过学生在汽车实验室和实习单位的实习实践，并查阅各种相关书籍，学生应熟练掌握汽车排放污染物产生的原理和汽车排放污染控制以及净化措施。
课题在应用上要求可以应用于汽车维修企业中作为维修人员的技术参考以及汽车制造企业中作为制造人员的技术参考。
在内容上要求做到系统的阐述汽车排放污染物产生的原因并研究一些先进的污染控制技术。
以达到汽车在行驶中更经济、更环保
主要内容和要求：
（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：
本课题主要研究汽车尾气的主要成分危害以及对其控制措施，对发动机的一些故障诊断方法作了一些具体的分析，以及发动机排气净化，机内、机外净化作了详细的研究，然后作出了对柴油机高压共轨多次喷射技术的改进，排气后处理技术的研究及发展进程。
最后提出了努力发展研制可替代能源的环保型汽车的一些方法和具体行动，为未来汽车污染的有效控制以及新一代更为环保型汽车指明了有效的途径。
要求：
1、论文要对汽车排放污染物产生的原因及其所研究的先进控制技术论述清楚。
2、论文写作规范必须符合《江西理工大学（南昌校区）毕业论文统一格式的规定》与《毕业设计大纲》的相关规定。
3、论文结构严谨，逻辑性强，论述层次清晰，概念准确，语句通顺。
4、论点鲜明，论据确凿，材料翔实可靠，说服力强，有一定的学术水平。
5、论文有自己的见解，对所论的问题有深入的分析。
6、不得抄袭和剽窃他人成果。
日程安排：
2011年11月确定论文的大致方向和相关资料的搜集
2011年12月完成文献综述、开题报告和论文提纲
2011年12月论文开题
2012年2月向指导老师提交论文初稿
2012年2月论文修改
2012年3月完成论文，准备论文答辩
2012年5月论文答辩
主要参考文献和书目：
[1]闫君杰，陈芳.河南机电高等专科学校学报.2007.第6期
[2]张子波.汽车故障诊断技术.机械工业出版社.2009,05
[3]舒华，姚国平.汽车电器设备与维修.北京理工大学出版社.2009.06
[4]蔡兴旺.汽车构造与原理-发动机.机械工业出版社.2009.07
[5]陈吉彦.公路与汽车.宁波工程学院，2005.08.第四期
[6]杨贵恒，沈卫东.汽车工业研究.2001.第4期
[7]李骏，王永红，张馨.华东交通大学学报.2001.第2期
[8]陈士力.四川工业学院学报.2001.第1期
[9]李骏，王永红，张馨.华东交通大学学报.2001.第3期
[10]雷永臣，尹祚为.林业机械与木工设备.2000.第11期
[11]毛峰.汽车车身电控技术.机械工业出版社.2010.08
指导教师签字：
年月日
教研室主任签字：
年月日
江西理工大学南昌校区
毕业设计（论文）开题报告
机电工程系汽车检测与维修专业09级（12届）汽车班学生XXX
题目：
浅论汽车排放污染控制技术
本课题来源及研究现状：
1、自选
2、随着世界各国对汽车排放污染的日益重视，在汽车排放控制方面逐渐形成了两条发展路线：
一是政府不断严格汽车排放法规，促使汽车企业生产的汽车满足低污染排放的要求；二是汽车企业通过优化发动机的工作过程，提高燃料的燃烧效率，改进燃油品质，降低发动机的排放，或者采用尾气净化技术，或者采用清洁燃料动力系统，来满足不断严格的排放法规。
研究表明，汽车尾气成分非常复杂，有一百种以上。
其主要污染物包括：
一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、铅、苯并芘等。
这些污染物不仅污染环境，对人体也有巨大危害。
为此,控制汽车尾气排放的污染已成为改善城市环境、提高大气质量的头等大事,是问题解决的重中之重。
当今，国内外控制汽车尾气污染的举措有：
建立严格的机动车排放标准；降低新车尾气排放；开发代用燃料和电动汽车；开发先进的尾气净化技术。
因此，研究采用一些新的、先进的污染控制技术成为汽车行业在今后一段时间内的重要课题之一
课题研究目标、内容、方法和手段：
本课题研究目标是了解汽车排放污染物产生的原因并研究一些先进的污染控制技术使汽车排放更环保。
研究的主要内容是探究汽车排放污染物的形成及种类和汽车排放污染控制措施。
研究的主要方法和手段主要是大量通过搜集汽车、汽车尾气排放污染相关书籍、期刊、汽车尾气污染调查报告、及网络信息等资料，结合自己思路对汽车尾气给环境造成的污染与控制措施进行研究。
设计（论文）提纲及进度安排：
一论文提纲
一、汽车排放污染物
二、汽车排放净化技术
三、发动机排气后处理技术的研究及发展进程
四、采用新能源技术
五、总结
五、致谢
六、参考文献
二完成期限和预期进度
2011年11月确定论文的大致方向和相关资料的搜集
2011年12月完成文献综述、开题报告和论文提纲
2011年12月论文开题
2012年2月向指导老师提交论文初稿
2012年2月论文修改
2012年3月完成论文，准备论文答辩
2012年5月论文答辩
主要参考文献和书目：
[1]闫君杰，陈芳.河南机电高等专科学校学报.2007.第6期
[2]张子波.汽车故障诊断技术.机械工业出版社.2009,05
[3]舒华，姚国平.汽车电器设备与维修.北京理工大学出版社.2009.06
[4]蔡兴旺.汽车构造与原理-发动机.机械工业出版社.2009.07
[5]陈吉彦.公路与汽车.宁波工程学院，2005.08.第四期
[6]杨贵恒，沈卫东.汽车工业研究.2001.第4期
[7]李骏，王永红，张馨.华东交通大学学报.2001.第2期
[8]陈士力.四川工业学院学报.2001.第1期
[9]李骏，王永红，张馨.华东交通大学学报.2001.第3期
[10]雷永臣，尹祚为.林业机械与木工设备.2000.第11期
[11]毛峰.汽车车身电控技术.机械工业出版社.2010.08
指导教师审核意见：
教研室主任签字
摘要
随着经济条件的迅猛发展，汽车在全国范围内已越来越普及，在人们交通越来越便利的同时，汽车尾气排放的污染也越来越成为威胁人们赖以生存的环境的主要途径之一。
本论文主要阐述了汽车尾气的主要成分的危害和发动机排气净化技术，并简单的说明了发动机排气后处理技术的研究及发展进程。
对柴油机微粒排放机内净化、机外净化、废气再循环（EGR）等技术进行了分析研究，还总结出了一套发动机排气后的处理技术例如：
催化氧化法、过滤法低、温等离子体技术、Nox净化系统、同时净化系统等技术。
最后提出了努力发展研制可替代能源的环保型汽车的一些方法和具体行动，为未来汽车污染的有效控制以及新一代更为环保型汽车指明了有效的途径。
关键词：
排放；污染；净化；控制
Abstract
Withtheswiftandviolentdevelopmentofeconomy,thecarinthewholecountryhasbecomemoreandmorepopular,peopleinthetrafficmoreconvenientatthesametime,vehicleexhaustemissionpollutionhasalsobecomeathreattopeople'slivingenvironmentisoneofthemainway.
Thispapermainlyexpoundstheautomobiletailgasarethemaincomponentsofthehazardsandtheengineexhaustgaspurificationtechnology,andasimpledescriptionoftheengineexhaustafter-treatmenttechnologyresearchanddevelopment.Onparticleemissionindieselenginemachinecleaning,externalpurification,suchasexhaustgasrecirculation（EGR）technologywasanalyzed,alsosummedupasetofengineexhaustaftertreatmenttechnologiessuchas:
catalyticoxidationmethod,lowtemperatureplasmatechnology,filtration,purificationsystemNox,andpurificationsystemtechnology.Finally,putforwardtodevelopthedevelopmentalternativeenergyenvironmentalprotectioncarsomemethodsandconcreteaction,forthefutureofautomobilepollutioncontrolaswellasanewgenerationofmoreenvironmentallyfriendlycarsindicatestheeffectiveway.
Keywords:
Emissions;Pollution;Purify;Control
目录
第一章汽车排放污染物…………………………………………………………9
1.1汽车排放污染种类及来源…………………………………………………9
1.2汽车排放物对人体的危害…………………………………………………9
1.3汽车排放物对环境的危害…………………………………………………10
第二章发动机排放净化技术……………………………………………………11
2.1微粒排放净化措施…………………………………………………………11
2.2废气再循环（EGR）系统……………………………………………………11
第三章发动机排气后处理技术的研究及发展进程……………………………20
3.1催化氧化法…………………………………………………………………20
3.2过滤法………………………………………………………………………20
3.3低温等离子体技术…………………………………………………………20
3.4Nox净化系统………………………………………………………………21
3.5同时净化系统………………………………………………………………21
第四章、采用新能源技术…………………………………………………………23
4.1使用可替代能源……………………………………………………………23
4.2降低废气排放………………………………………………………………28
4.3减少燃油消耗………………………………………………………………29
结论…………………………………………………………………………………31
参考文献……………………………………………………………………………32
致谢…………………………………………………………………………………33
第一章 汽车排放污染物及其危害
1.1汽车排放污染种类及来源
据研究表明,汽车排放物成分非常复杂，有一百种以上，其主要污染物包括：
一氧化物、二氧化碳、氮氧化物（NOX）和碳氢化合物（HC）。
此外还有铅尘和烟尘等污染物。
具体而言，汽车排放污染物的主要来源是：
CO:
矿物燃料燃烧后的一种副产物。
通常是因空气不足或其他原因造成不完全燃烧时所产生的一种无色、无味气体。
一般汽油机排放的一氧化碳比柴油机高。
CO2:
矿物燃料燃烧后的一种副产物。
是完全燃烧或CO在空气中氧化而来的。
HC：
来自汽车燃油的不完全燃烧。
NOX：
主要是NO和NO2的混合物。
是空气中N2和O2在发动机燃烧室高温高压下反应的产物，压缩比越高，燃烧室的温度越高，生成量越大。
SOX（包括SO2）：
汽油和柴油中的硫在发动机燃烧室中氧化生成的产物。
b（铅）：
来自汽油中的四乙基铅。
汽车用的汽油中，通常加有四乙（基）铅或四甲（基）铅做抗暴剂，这些铅的70﹪随尾气排入大气。
PM（颗粒物）：
颗粒物是由于进气不充分或燃烧温度过低造成燃烧不完全形成的。
排气中颗粒有三个来源：
（1）燃料液相燃烧不完全产生的碳烟颗粒;
（2）润滑油燃烧产生的积碳颗粒。
（3）燃料中硫生成的SO3、SO2和添加剂钙生成的CaSO4颗粒。
VOC（易挥发有机化合物）：
蒸发性气体，是许多不同种类的烃类构成的混合物，来自汽车燃油箱的汽油蒸发。
1.2汽车排放物对人体的危害
一氧化碳（CO）与人体血液中的血红素有很强的亲和力，使血液丧失对氧的输送能力而产生缺氧中毒。
当环境中CO的浓度超过100ppm（100×10-6）时，人体就会产生头晕、乏力等不适感；随着CO浓度的增加，会进一步产生头痛、呕吐、昏迷等症状；当CO浓度超过600ppm时，短期内会引起窒息死亡。
汽车废气中排出多种氮氧化物（NOx），其中一氧化氮（NO）与人体血液中血红素的亲和力比CO还强，两者结合后会产生与CO相似的症状，一般情况下对人体的眼睛、鼻子、咽喉、支气管和肺部等会带来更大的损害，严重时至人于死地。
碳氢化合物（HC）为燃油未经完全燃烧后排出的气体，具有一定的毒性和易燃易爆的特性，其中的苯类物质又具有致癌作用。
臭氧在阳光下极易发生光化学反应，形成以臭氧和以醛类为主的光化学烟雾。
当O3达到一定浓度时，会令生物在短期内发生高温氧化而脱水死亡；醛类有机物带有毒性，对眼睛和呼吸系统有强烈的刺激作用，严生的会导致中毒死亡。
二氧化硫（SO2）为燃油中的硫燃烧后的生成物，人体吸入SO2后，即产生咳嗽、咽喉肿痛、呼吸困难、胸闷、四肢乏力，进一步会引起支气管炎、肺炎和心脏病等，严重的会导至人畜死亡。
SO2还极易与大气中的水蒸气结合生成亚硫酸烟雾，达到一定积聚量后便形成酸雨，使水土酸化，破坏林木、植物的生长。
故此，应尽量减少燃油中的含硫量。
铅为一种有毒的金属，它由燃油中的铅化物添加剂（如四乙铅）经高温燃烧后还原而成的铅微粒。
铅与血液中的血红素结合后，使血红素产生异变。
当血液中的铅含量达到一定的程度时，会积聚于肝、肾、大脑和脊髓中，严重地破坏人体的神经系统和造血功能。
VOC：
影响神经中枢系统：
出现头晕、头痛、无力、胸闷；影响消化系统：
出现食欲不振、恶心等。
1.3汽车排放物对环境的危害
城市气温急剧升高CO2、SO2这些气体被成为温室气体，一旦进入空气中，一方面可产生温室效应，促进气温升高;另一方面破坏地球的保护层—臭氧层。
让阳关直接照射地球表面，加速气温升高。
地球气候不正常NOX生成的硝酸与氧化硫生成的硫酸等一起生成酸雨，造成土囊酸化，进而影响生态平衡。
第二章汽车排放净化技术
2.1微粒排放净化措施
由于喷人燃烧室的嫩料与空气混合不完全，高温燃料及嫩气历经高温聚合及分解反应，产生了高分子量的HC，经过进一步的凝聚作用，产生了碳烟颗粒，虽大部分在随后的富氧区烧掉，但终究因混合不完全仍有约1%的碳烟颗粒没被烧掉，重的颗粒随即排出.可溶碳氢有机物来源于未燃的燃油和机油.碳氢有机物在冷凝过程中吸附在碳烟颗粒的表面，成为柴油机微粒排放的一部分。
为了达到日益严格的排放法规的要求，目前世界各国都在积极开发减少柴油机微粒排放的技术措施。
发动机的微粒排放净化措施包过机内净化措施和机外净化措施。
1机内净化措施
机内净化着眼于降低燃烧室内碳粒初始粒子的形成、通过改进发动机结构或增加附加装置达到微粒净化的目的.
a燃烧系统的优化
燃烧过程对微粒产生的影响最大，也是研究的热点，主要有以下几个研究方向
燃油喷射系统的优化与喷油有关的参数
主要有喷油量、喷油嘴端压力、喷油嘴结构和喷油提前角.喷油系统的性能直接影响嫩油的雾化和混合气的质量，最终影响微粒排放特性.例如，增加喷油嘴孔数、采用电控技术和提高喷射压力可以使燃油在燃烧室内更均匀地分布，减少燃油碰壁，将有利于减少微粒排放，但会引起N0，的增加;
嫩烧方式的改进为了减少微粒排放，日本、美国都在研究预混合燃烧方式的柴油机，这样，可使燃油与空气充分混合，尽量避免在高温缺氧情况下燃油裂解成碳粒的可能性;
进气旋流的优化在高压喷射的情况下采用低涡流比有利于减少微粒排放.这是由于涡流比大，提高了进气速度，而降低充气效率.但在发动机实际运行时，低转速时要求较高的进气旋流;而高速时要求有较低的进气旋流.采用可变涡流进气道技术可使运行中的涡流比在0.2一2.5之间变化，使发动机性能及微粒排放特性在整个范围内得到优化;d.四气门技术采用四气门结构，使活塞上的嫩烧凹坑和缸盖上的喷油嘴布置在燃烧室中央，改善了进气涡流和油雾分布，使燃烧状况明显优化，同时也改善了活塞和喷嘴的冷却条件，从而减少微粒排放:
采用陶瓷材料用陶瓷材料制成的燃烧室、活塞顶和缸套可以提高嫩烧室的绝热效果.用陶瓷材料制成气门摇臂等运动部件，可减少摩擦阻力、降低机油耗量，从而减少微粒排放.
b进气增压与空气冷却技术
进气增压与中冷可以增加进气量，这样姗料在最大扭矩时可以得到充分的氧，而避免达到临界空燃比。
使用变截面增压器（vCT）并配合先进的控制系统，可有效地降低微粒排放量.
c降低机油消耗量
在柴油机排放的微粒中，未燃机油占很大比重，所以必须降低机油消耗量.为此，须对活塞、活塞环、缸套等零部件进行优化设计并进行配合间隙的优化研究，特别是热变形条件下的研究，以达到降低机油消耗的目的.
d燃料的改进措施
降低含硫量在燃烧过程中，柴油中的硫约有98%转化为S0。
，其余的2%成为硫酸盐颗粒.部分s0:
被进一步氧化并与嫩烧过程中生成的HZO结合，形成HZSO.和硫酸盐（如C‘50‘等），增加了微粒的排放量.当嫩料中的S从0.12%下降到0.05%时，微粒排放量将减少8%~10%，但进一步减少S对微粒的排放量不再有影响.美国1993年10月规定高速公路上行驶的汽车所用的柴油，其硫含量不得高于0.05%，1996年已全部供应低硫柴油.日本也于1997年全部供应低硫柴油;
降低燃油比重燃油比重直接影响非直喷式柴油机的微粒排放，即微粒排放量随燃油比重的增加而增加:
c.燃油的乳化采用油包水型乳化燃油，这样由于油中水的急剧汽化使油滴变得更加细小，有利于扩散然烧，可有效降低微粒排放.
2.机外净化措施
机外净化即排气后处理，将柴油机排气引人专门的后处理装置中，消除其中的部分微粒后再排人大气.主要的机外净化措施示于图1.机外净化措施中应用最广泛的是微粒的过薄技术，即用耐高温的过滤材料制成特定结构的过滤体，将排气中的微粒截留在过滤体内，从而达到净化的目的.过滤体的材料和结构应满足以下要求:
a.通过特性好，排气阻力尽可能小;b.抗热冲击性好，有较好的机械性能c.热稳定性好，能承受很高的热负荷;d.过滤效率高;e.适应再生的要求.
目前国内外应用最广泛的过滤材料有壁流式蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、陶瓷纤维等。
随着过滤体内微粒的不断积累，柴油机排气阻力增加、背压升高.当背压升高到一定程度时，将导致柴油机功率和过滤效率下降.所以必须及时清除过滤体内积存的微粒。
众所周知，当柴油机在最大负荷、转速的工况下，气缸排气口的温度可达到500一600℃，此时柴油机排气微粒开始迅速氧化、升温直至着火燃烧，以此减少微粒，从而达到过滤体的排气阻力和过滤效率恢复到原来的水平，即过滤体的“再生”.目前过滤体的再生方法主要是:
“热再生”，即利用全负荷再生、喷油助燃再生、电加热再生、电自加热再生、节流再生等，此外，也开发了如逆向喷气再生、振动再生等非加热再生方法，也就是利用外部热源使积存在过滤体内的微粒升温、自燃，以减少过滤体内的微粒.
柴油机排放后处理系统柴油机微粒后处理系统是利用泡沫陶瓷过滤微粒，并利用微波对滤体进行再生.2.1.1泡沫陶瓷过滤体将陶瓷原料配制成泥浆，并在聚醋或聚醚泡沫塑料内浸演成型，最后经烧制而成.泡沫陶瓷内部由许多小孔（称为“气室”）组成，每个气室通过窗口与多个邻室相连，由于微粒直径远小于气室直径，所以微粒的捕集发生在整个气室里.其优点是多孔结构使火焰易于传播。
2.2废气再循环（EGR）系统
柴油机与汽油机一样也有大量的NO生成，废气再循环（EGR）就是通过回引部分废气与新鲜空气共同参与燃烧反应，利用废气中含有大量的惰性气体（CO2、N2、H2O等）具有较高的比热容这一特性，来降低NOX的生成。
柴油机NOX生成的原因是：
燃烧过程的平均过量空气系数虽然比较大，但因混合气成分不均匀，局部燃烧温度仍很高，所以生成大量NOX不过，随着柴油机负荷的降低，NOX的排放迅速减小。
在汽油机上降低NOX最主要的方法是通过废气再循环（EGR），而柴油机也可以通过废气再循环（EGR）来降低NOX排放。
废气再循环（EGR）为什么能降低NOX呢?
因为NOX的生成条件是高温富氧，而废气的引入，一方面使混合气热容量增大，造成相同量的混合气升高同样温度所需热容量增大，从而降低最高燃烧温度；另一方面，废气对新鲜充量的稀释也相应降低了氧的浓度，从而有效的抑制了NOX的生成。
根据废气进入气缸是否通过发动机的进气系统，EGR系统可分为内部EGR系统和外部EGR系统。
内部：
EGR系统通过改变配气正时实现。
该系统不需要外加其他设备，结构简单，应用方便，而且可以避免再循环废气对管道的腐蚀，有利于提高系统耐久性。
由于是在进气行程内，直接开启排气阀使废气回流，因此难以精确控制EGR率；同时废气未经冷却直接回流，引起混合气温度升高，这一点又有利于NOX的生成。
因此内部EGR对NOX的抑制效果并不显著。
但是随着控制技术的不断提高，内部EGR因其简单、便利，日益受到青睐。
外部：
EGR利用专门的管道将废气引入进气歧管，使废气与新鲜空气在进入气缸前充分混合。
由于外部EGR不但可以通过电控系统精确控制EGR率、优化发动机性能，而且可以在外部系统中通过加装EGR冷却器，有效降低燃烧温度，因此目前较为常用的是外部EGR系统。
1增压柴油机EGR的实现
自然吸气柴油机所用的EGR系统与汽油机类似。
由于进排气之间有足够的压力差，EGR的控制比较容易。
在现代增压柴油机中，由于涡轮增压器效率的提高，增压器后的进气压力（增压压力），在很多工况下会高于增压器前的排气压力，造成EGR的困难，至少不会获得足够高的EGR率。
为此可采用下列措施：
①如图3-la所示，在EGR阀5前，加一个排气脉冲阀6，利用排气脉冲加大EGR量。
②用节流阀7对进气进行节流（见图3-lb），可降低柴油机前的进气压力，可使EGR率大为提高。
但显然会增
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