论发动机废气再利用.docx

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论发动机废气再利用

西安科技大学继续教育学院

毕业论文（设计）

题目:

论发动机废气再利用

函授站名：

西安机电信息技师学院

姓名：

马兵

所学专业：

汽车运用与维修

层次：

高起专

指导老师：

景荣

评阅教师：

2011年9月10号

题目:

论发动机废气再利用

摘要

随着汽车业的飞速发展，汽车保有量的急剧膨胀，汽车排放问题受到极大关注。

因为汽车排放严重的影响着生态环境，人体健康，制约着经济的发展，所以世界各大发达国家相继投入大量的人力，物力和财力控制环境污染，保护生态平衡，为此为了能更好地治理环境污染，满足越来越严格的排放法规要求。

在现代汽车上用氧传感器来监控排放废气中的氧含量，以此控制废气再循环系统，催化转化系统等。

废气再循环系统中还利用中冷器进一步来减小排放物的污染，在催化转化系统中主要是利用三元催化器来控制排放，EGR电磁阀和EGR阀是废气再循环的组成部分，在汽车上装用这些系统后，大大提高了废气的再利用和减小了废气对环境的破环。

关键词：

氧传感器，三元催化器，EGR电磁阀，EGR阀，中冷器。

引言

第一章概述

第一节汽车发动机排放污染物及影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

第二节废气涡轮增压系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

第三节排放控制系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

第二章废气控制系统

第一节废气涡轮增压系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

第二节汽油蒸汽排放（EVAP）控制系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

第三节废气再循环（EGP）控制系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

第四节催化转化系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

第五节颗粒过滤系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

第六节二次空气供给系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

第三章总结

参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

附件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

引言

自20世纪90年代初来，我国经济进入高速发展阶段，能源需求大增。

随着社会化的发展，国际上对能源的需求越来越大，能源紧缺现象日趋严重，甚至了限制地区经济发展的瓶颈。

在能源消费继续增长的情况下，能源形势将十分紧张，而大量的能源消费大大增加了二氧化碳等温室气体的排放，造成了一系列的环境问题。

内燃机作为化石能源的消耗的一个主要部分，如何提高燃料的利用率和降低污染物的排放，以达到节能减排的目的和应战成了研究的一大热点。

第一，内燃机转变为有效的热能占燃料燃烧发热量的30%～40%，冷却水散热量占20%～25%，尾气散热量为40%～45%，也就是说，只利用了燃料化学能的三分之一左右，另外三分之二左右的能量则通过内燃机的冷却水散热和高温尾气排热而损失掉了。

如果能将这些损失掉的能了加以利用，必然会使很大程度上提高内燃机效率。

第二，今年来据有关环境专业人员分析，大气环境污染70%以上是汽车尾气排放造成的。

今年来,随着人们环境意识的增强,及其对传统能源观念的转变,寻找高效率,无污染的能源二次利用以及能量回收转换的发法的深度研究，为我国汽车技术进步起到巨大的思想推动作用。

然而，要解决汽车尾气污染的问题，根据发达国家伦理汽车排放污染物的实践经验，安装一套废气涡轮增压系统和排放控制系统是行之有效的方法。

第一章概述

第一节汽车发动机排放污染物及影响

汽车发动机排放污染物主要有尾气排放，燃油箱（及化油器漏出的蒸汽）蒸发排放及曲轴箱排出的气体等。

汽车排放到大气的废气中，有害人体健康，污染大气的污染物包括CO.HC.NOx.SOx.CO2.和炭烟。

其中CO.HC和NOx是最主要的污染物，已被列为各国法规限制的对象。

1一氧化碳（CO）

一氧化碳是一种无色无味的气体，能与红血球蛋白（Hb）结合，其结合力均比CO2强300倍。

从而阻碍了Hb在体内运送二氧化碳的能力，到使体内组织细胞因缺氧而产生中毒症状。

空气中CO的体积含量及其危害见附件一表1-1

2碳氢化物（HC）

HC是燃绕料燃绕的产物，在排放的有害物质中，含量仅次于CO的有害气体，有刺激性气味。

对人的鼻.眼和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起炎症。

此外，HC还能形成光化学烟雾。

3氮氧化合物（NOx）

NOx是发动机排出的氮的的化合物的总称，主要有一氧化氮，和二氧化氮,其中NO是无色无味的气体，与血红蛋白（Hb）的亲和性极强（是O2与血红蛋白亲和性的30万倍），生成亚硝基血红蛋白（NO—HL），阻碍血红蛋白的携氧作用，二氧化氮有直接使血红蛋白变为高铁血红蛋白的作用。

空气中的NO和NO2在肺组织被过多的吸收，到达肺泡后进入血中，使血液中毒，NO2还刺激支气管，引起支气管炎和肺泡的膨胀，膨胀的扩散可引起肺纤维化。

此外，在NOx和HC共处时，通过阳光照射形成连锁反应，生成光化学烟雾。

4二氧化碳（CO2）

CO2是无色无味的气体，呈弱酸性。

低含量的CO2对人体无害，但随着含量的增加，对人体有影响。

当CO2含量很高且有O2存在时，以麻痹作用无主，在缺氧的状态下，作为刺激性气体对皮肤和粘膜起作用。

5二氧化硫（SO2）

SO2是无色气体，有强烈的气味。

对咽喉，眼睛和上呼吸道有强烈的刺激作用，对人的健康有害。

特别是硫的氧化物及其他硫性气体溶于雨中，会形成酸雨，使湖泊水酸化，土壤酸化，大片森林和植物枯死。

⑹碳烟（PM）

PM中存在着碳和有机物的悬浮微粒，吸入肺泡后，引起肺功能或支气管的变化，肺水肿等。

第二节废气涡轮增压系统

发动机增压就是利用专门的装置将空气预先进行压缩，再送入气缸的过程。

虽然气缸的工作容积不变，但因增压后循环进入气缸的气体变化增大，使实际充气量增加，这样可以向缸内喷入更多的燃料并保证充分的燃烧。

增压技术在汽车发动机上应用已相当广泛，采用增压的目的不仅是提高发动机的升功率或进行高原补偿，更重要的是还能降低燃油耗率，降低排放污染和减小噪音。

增压的方式很多，如废气涡轮增压，机械增压，气波增压，复合增压等。

现在汽车发动机以废气涡轮增压为主，这样由于采用废气涡轮增压，不仅能充分利用废气能量，提高发动机热效率，同时废气涡轮使排气被压提高，有利于降低排气噪音，也有利于废气中的CO和HC在排气管中的继续燃烧。

第三节排放控制系统

汽车发电机排放污染物主要有HC（碳氧化物），CO（一氧化物），CO2（二氧化物）,NOx（氮氧化物），PM（颗粒物）和SOx（硫氧化物）

柴油机和汽油机主要污染物排放比较见表1-2，无论是汽油机还是柴油机，控制发动机排放的方法主要有两类，一是抑制他的生成，二是对排放的污染物进行后处理。

今年来，针对汽车污染源和各种污染物的产生机理以及汽油机和柴油机排放污染的特点，汽油机采用了汽油蒸汽排放（EVAP）控制系统，废气再循环（EGR）系统，催化转化系统，二次空气供给系统作为控制CO，HC和NOx排放的主要措施。

柴油机则采用EGR系统，催化转化系统和颗粒过滤系统作为控制NOx和ＰＭ排放的主要措施。

柴油机与汽油机污染物排放比较表表1-2

污染物种类

柴油机

汽油机

备注

CO（%）

〈0.5

〈10

汽油机为柴油机的20倍以上

HC（10-6）

〈500

〈3000

汽油机为柴油机的5倍以上

NOx（10-6）

1000～4000

2000～4000

而这相当

PM（g/km）

0.5

0.01

柴油机为汽油机的50倍以上

第二章废气控制系统

１.废气涡轮增压系统

⑴废气涡轮增压的基本原理

常用废气涡轮增压系统主要由空气滤清器，废气涡轮增压器，中冷器等组成。

废气涡轮增压器主要由涡轮和压气机两部分组成，涡轮与压气机的叶轮安装在同一轴上。

（见附件一图2-1）

发动机工作时，由排气管排出的高温，高压废气经增压器的涡轮壳时利用废气通道载面的变化（由大到小）来提高废气的流速。

使高速流动的废气按一定的方向冲击涡轮，并带动压气机叶轮一起旋转。

同时，经空气滤清器滤清后的空气被吸入压气机壳，旋转的压气机的叶轮将进入压气机壳的空气甩向叶轮边缘出气口，使空气的压力和流速升高。

并利用压气机出口处通道截面的变化（由大到小）进一步提高空气压力，增压后的空气经中冷器和进气管进入进气管。

中冷器全称为中间冷却器。

其功用是使增压后的空气进入汽缸前，进行中间冷却，以降低进气温度。

这是因为空气经增压后温度会升高，空气的密度并不能随其压力成正比增加，适当对增压后的空气进行冷却，

⑵废气涡轮增压系统进气增压的目的及其评价

现代汽车发动机以废气涡轮增压为主，这是因为采用废气涡轮增压，不仅充分利用废气能量，提高发动机热效率，同时由于废气涡轮使排气背压提高，降低排气噪音，也有利于废气中的ＨＣ和ＣＯ在排气管内的继续燃烧，降低了污染。

发动机增压就是利用专门的装置将空气预先进行压缩，再送入气缸的过程。

虽然气缸的工作容积不变，但因增压后每个循环进入气缸密度增大，使实际充气量增加，这样可以向缸内喷入更多的燃料并保证充分的燃烧。

增压技术在汽车发动机上应用已相当广泛，采用增压的目的不仅是提高发动机的升功率或进行高原补偿，更重要的是还能降低燃油耗率，降低污染和减小噪音。

２.汽油蒸汽排放（EVAP）控制系统

⑴汽油蒸汽排放（EVAP）控制系统的组成与工作原理

EVAP控制系统是为了防止汽油箱内的汽油蒸汽排入大气产生污染而设的，EVAP主要由单向阀，排气管电磁阀，真空控制阀，定量排放孔和活性炭罐等组成。

EVAP系统中，活性炭罐与油箱之间设有排气管和单向阀，汽油箱内的汽油蒸汽超过一定压力时，顶开单向阀经排气管进入活性炭罐，活性炭罐内的活性炭将燃油蒸汽吸附在活性炭罐内。

发动机工作时，活性炭罐内的汽油蒸汽经定量排放孔，吸气管被吸入进气管，活性炭罐上端设有一个真空控制阀，真空控制阀为一膜片阀，膜片上方为真空室，控制阀用来控制定量排放的开闭。

真空控制阀与进气管之间的真空管路中设有受ECU控制的电磁阀，用来调节真空控制阀上方真空室的真空度。

改变真空控制阀的开度，从而控制吸入进气管的汽油蒸汽量，卫阻止活性炭罐内的燃油蒸汽被吸入进气管内后使混合气变浓，活性炭罐下方设有进气滤芯并与大气相通，使部分清洁空气与活性炭罐内的汽油蒸汽一起被吸入进气管。

⑵汽油蒸汽排放（EVAP）控制系统的功能

EVAP控制系统的功能是收集器油箱内蒸发的汽油蒸汽并将汽油蒸汽导入汽缸参加燃烧，从而阻止汽油蒸汽直接排入大气而造成污染。

3.废气再循环（EGR）控制系统

⑴废气再循环（EGR）控制系统的基本原理

废气再循环（EGR）就是将废气中的一部分引入燃烧室内，参与燃烧的过程。

（图2-2）

废气再循环量的多少可用EGR率表示，它是指再循环的废气量在进入汽缸内的气体中所占的比率，即EGR率=〔EGR量÷（进气量-EGR量）〕×100%

真空驱动型EGR开环控制系统主要有EGR阀和电磁阀等组成，EGR阀安装在废气再循环通道中，用以控制废气再循环量。

EGR电磁阀安装在通向EGR阀的真空通道中，EGR根据发动机转速，负荷和冷却液温度等信号来控制电磁阀的通电或断电。

EGR电磁阀不通电时，控制EGR阀的真空通道接通，EGR阀开启，进入废气再循环；EGR电磁阀通电时，控制EGR阀的真空通道被切断，EGR阀关闭，停止废气再循环。

⑵EGR冷却系统

众所周知，EGR在降低NOx排放方面取得了很大的成功，但它在降低NOx排放的同时，也会因高温废气引入进气系统，对进气加热并占据一定的气缸空间，使实际进气量减少，从而导致燃烧不完全，HC，CO和PM的增加，尤其是柴油机的PM增加明显为解决柴油机NOx和PM的同时控制问题，在部分电控柴油机上装用了EGR冷却系统。