綠盾尾氣治理汽油機(jī)的排氣再循環(huán)系統(tǒng)

1、第五節(jié)車用汽油機(jī)的排氣再循環(huán)系統(tǒng)-、排氣再循環(huán)的原理及排氣再循環(huán)系統(tǒng)的基本構(gòu)成燃燒溫度越高，n“產(chǎn)生越多，在最適合于燃燒的點(diǎn)火時(shí)期點(diǎn)火及使用最經(jīng)濟(jì)的空燃比 時(shí)，都將產(chǎn)生更多的no,。從減少no,排放的角度看，內(nèi)燃機(jī)應(yīng)該使用不利于經(jīng)濟(jì)性的 空燃比及燃燒的點(diǎn)火時(shí)期，但其后果是容易發(fā)生不完全燃燒，增加hc及co排放，還使發(fā) 動(dòng)機(jī)的功率下降?？梢暂^好地解決這一矛盾的技術(shù)為排氣再循環(huán)（exhaust gas recir- cjag, egr） 技術(shù)。egr可將車輛發(fā)動(dòng)機(jī)排放有害物氮氧化合物控制在極低程度。egr的原理是使發(fā)動(dòng) 機(jī)排出氣體的一部分重新進(jìn)人進(jìn)氣系統(tǒng)，引人不活性氣體（主要是0）2、1120和的

2、到燃燒室, 增加燃燒室內(nèi)氣體的熱容量，使最高燃燒溫度下降，從而抑制了 no的生成。no排放的傳統(tǒng)控制方法有推遲點(diǎn)火提前等推遲點(diǎn)火時(shí)刻可以降低最高燃燒溫度, 因而控制點(diǎn)火時(shí)刻的點(diǎn)火控制裝置過去一直被用來減少no的排放量。但由于點(diǎn)火時(shí)刻的 過晚，使發(fā)動(dòng)機(jī)偏離了最佳點(diǎn)火時(shí)間，因而犧牲了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性。雖然這個(gè) 辦法至今仍有應(yīng)用，但并不是理想的方法。相比之下，egr是降低no排放星校為理想的 方法，因而近年來最新的低排放車都安裝有egr系統(tǒng)。排氣再循環(huán)裝置基本組成為egr閥、egr溫度傳感器、egr真空控制模塊、真空開關(guān)閥 和連接管等（圖5-38及圖5-39）。egr閥是排氣再循環(huán)裝置中的關(guān)鍵

3、部件，它通常安裝 在進(jìn)排氣系統(tǒng)之間，有一通向排氣歧管的短金屬管與它連接，對(duì)進(jìn)入進(jìn)氣歧管的排氣董進(jìn) 行控制：egr閥上有一真空管連在進(jìn)氣系統(tǒng)的真空口上，用來控制egr閥的開.閉時(shí)刻及 開度大小。溫度傳感器安裝在靠近節(jié)溫器的冷卻液通道上，它將發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度信號(hào)傳 送到egr真空控制模塊二、排氣再循環(huán)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響采用egr時(shí).由于燃燒溫度下降，故冷卻損失減少。比熱容増大還可使進(jìn)氣溫度降低、壓 力上升，泵氣損失減少，故采用合適的點(diǎn)火時(shí)間可改善熱效率。但是egr量過大時(shí)，將使燃燒 速度變緩燃燒變動(dòng)增大采用egr的發(fā)動(dòng)機(jī)可使用較小空燃比，適當(dāng)提前點(diǎn)火，增強(qiáng)缸內(nèi)的氣 體流動(dòng)。三、排氣再循環(huán)系統(tǒng)的種類及

4、排氣再循環(huán)閥的結(jié)構(gòu)1. 按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類根據(jù)節(jié)氣門與再循環(huán)排氣入口的相互位置,egr系統(tǒng)可分為節(jié)氣門前egr系統(tǒng)和節(jié)氣 門后egr系統(tǒng)。前者的再循環(huán)排氣的入口設(shè)在節(jié)氣門前方，后者的再循環(huán)排氣的入口設(shè)在 節(jié)氣門后方。根據(jù)再循環(huán)排氣量的確定方式,egr系統(tǒng)可分為空氣比例式egr系統(tǒng)和負(fù)荷比例式 egr系統(tǒng)。前者使發(fā)動(dòng)機(jī)吸人的空氣量與排氣作再循環(huán)的egr量之比固定不變，后者根據(jù) 發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷大小按一定百分比確定再循環(huán)排氣量。2. 按控制方式分類根據(jù)控制方式的不同，egr系統(tǒng)可分為如下6類：(1) 孔口真空控制式egr系統(tǒng):由節(jié)氣門處真空口的真空度直接作用在egr閥上，以 控制再循環(huán)排氣量的egr系統(tǒng)。

5、(2) 喉管真空控制式egr系統(tǒng):以化油器喉管處的真空度作為控制信號(hào)來控制再循環(huán)排 氣量的egr系統(tǒng)。(3) 排氣壓力控制式egr系統(tǒng)：以排氣壓力作為控制信號(hào)來控制再循環(huán)排氣量的egr 系統(tǒng)。(4) 節(jié)氣門控制式egr系統(tǒng):以與節(jié)氣門機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)的egr閥來控制再循環(huán)排氣量的 egr系統(tǒng)。(5) 聲速控制式egr系統(tǒng):以聲速噴嘴控制再循環(huán)排氣量的egr系統(tǒng)。(6) 電子控制式egr系統(tǒng):根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況，利用電子控制系統(tǒng)來控制再循環(huán)排 氣量的egr系統(tǒng)。3. 排氣壓力控制式egr閥(機(jī)械控制式egr閥egr閥的工作原理可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，由于沒有真空信號(hào),egr閥不能t作;發(fā) 動(dòng)機(jī)在

6、怠速狀態(tài)時(shí)，由于排氣壓力(背壓)很低，egr閥同樣不能工作。由此還可看出，當(dāng) 排氣裝置中的消聲器、排氣管、催化轉(zhuǎn)換器等受到破壞后，排氣系統(tǒng)原來調(diào)好的壓力將產(chǎn)生 變化，這將使來自排氣歧管的排氣的背壓與設(shè)計(jì)值不一致,使背壓egr閥式排氣再循環(huán)裝置 不能正常工作，這一點(diǎn)應(yīng)給予注意。4. 電控egr閥電控egk閥通常用于電控發(fā)動(dòng)機(jī)車輛。電控單元通過空氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳 感器、egr閥位置傳感器和氧傳感器等精確地檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度、冷卻液溫度、egr閥的 位置和空氣燃油混合比等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些參數(shù)，電控單元通過計(jì)算確定實(shí)時(shí)最佳控制位置。 同時(shí)，向排氣再循環(huán)系統(tǒng)的執(zhí)行元件egr線圈發(fā)出指令。電控eg

7、r閥的執(zhí)行元件可以采用 圖5和圖5 -44所示的直線式和步進(jìn)電機(jī)式。egr閥位置傳感器一般安裝在egr閥的頂部，能準(zhǔn)確地檢測(cè)egr閥閥門開啟或關(guān)閉的程度，并把這個(gè)位置信號(hào) 傳送給計(jì)算機(jī)。egr執(zhí)行元件接收到控制計(jì)算機(jī)指令后，對(duì)egr閥的開啟、關(guān)閉及egr率 的大小進(jìn)行控制。通過控制egr閥門開度的變化實(shí)現(xiàn)最佳排氣循環(huán)量,使發(fā)動(dòng) 機(jī)的no,產(chǎn)生 最少,動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能改善。第六節(jié)排氣污染物的催化凈化技術(shù)i催化劑及其載體的種類1. 催化劑及其載體的種類催化劑也叫做觸媒,其定義是指本身不發(fā)生反應(yīng)但能控制化學(xué)反e!支路徑的一種物質(zhì)。 催化劑雖然本身不發(fā)生反應(yīng)，但實(shí)際上在化學(xué)反應(yīng)中反復(fù)不看z字筆的重組

8、與排 列。催化劑是能夠用于有效地進(jìn)行物質(zhì)變換的關(guān)鍵物質(zhì)：7第指標(biāo)主要有活性、選擇性、壽 命等?；钚允亲罨镜墓δ?，是加快化學(xué)反應(yīng)速賽對(duì)于那些不使用催化劑就不能發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)的場(chǎng)合，便需要使用催化劑引s化 學(xué)對(duì)其反應(yīng)速度進(jìn)行控制?；钚栽礁?，反應(yīng)器體積就越小,其效率也越高：s5指奄化劑對(duì)不同的化學(xué)反應(yīng)的不同活性。壽命即耐久 性。在原理上不進(jìn)行化學(xué)龜化劉，但經(jīng)過一段時(shí)間使用后，卻會(huì)失去活性，故必須更換新 的催化劑。汽車排氣催化凈化器中的催化劑的作用是促使hc、co的氧化或nu ? : £ ?;:氣油車 尾氣凈化用的催化劑可以分為三效催化劑（three way catalya. ci劑（ox

9、idation catalyst,oc）.還原（包括選擇還原）催化劑和助催化劑四類對(duì)汽車尾氣凈化效果最好的催化劑是鈾（pt）、耙（pd） rh苓貴全籬龜*七:由于這 些催化劑價(jià)格比較昂貴，故催化劑一般都涂抹在稱為載體kit人上.支唱?jiǎng)┏蔀榫哂斜３执呋?作用的催化劑層。催化劑在載體上涂抹及分布如國5-45$5/崔化劑的分布越均勻越好。助催化劑本身不具活性或活性很小，但能改變催化劑5苦z學(xué)組成、離子價(jià)態(tài)、酸 堿性、表面結(jié)構(gòu)、晶粒大小等，從而使催化劑的活性s泠1廠毒性或穩(wěn)定性得以改善。汽 車催化凈化器中常見的助催化劑有ceo:、ba .la苓主要弔于提高催化劑耐熱性、儲(chǔ)氧和 吸附n02等。3載體的種

10、類現(xiàn)在使用的催化劑載體大部分是陶瓷載體和金屬載體,可用作汽車催化凈化器金屬載體 材料主要有fe-cr-a1. nicr、femow等。其中，fecr- a1的加工性能和經(jīng)濟(jì)價(jià)值 較好，其應(yīng)用前景最好。載體的形狀是整體式或蜂巢狀的，載體上開有氣體流動(dòng)的通孔，陶瓷載體的孔多為正方 形，也有圓形、六角形的，但就有效涂層的面積而言，六角形的最大（圖546）;金屬載體的 孔多為波紋狀的。金屬載體（fe-cr- a1）與陶瓷載體（堇青石）的熱特性、物理特性、機(jī)械 特性和熱沖擊特性的比較如表58所列。金屬載體與陶瓷載體相比有三個(gè)優(yōu)點(diǎn):與排出氣 體接觸的幾何表面積大，催化劑的涂抹面積大。如對(duì)單位面積孔數(shù)同為6

11、2個(gè)/cm?的金屬載體 和陶瓷載體而言,金屬載體和陶瓷載體的幾何表面積（gsa）分別為3&8 cm vcm3和26.8 g2/cm3,因而金屬載體有利于催化反應(yīng)進(jìn)行。金屬載體的流通阻力小。其原因是金屬載體開 口率大于陶瓷載體，如62孔/cm?金屬載體的開口率為90.3% ,而相同孔數(shù)的陶瓷載體的開口 率僅為75.0%o金屬載體的熱傳導(dǎo)性能好，易于將高溫條件下的熱量散發(fā)出去，可延緩催 化劑的熱老化。金屬載體的主要不足是抗高溫氧化性能差（如在800t以上高溫條件下，fe cr-a1合金材料容易與氧結(jié)合生成氧化鐵、氧化鑄、氧化鏡等氧化物）、催化劑起燃性能差、 成形工藝過于復(fù)雜、成本過高及在劇

12、烈溫度變化下金屬載體與擔(dān)載有催化劑的活性涂層的附 著性差等問題。高溫氧化銹蝕作用是金屬蜂窩載體催化器喪失催化功能的原因之一，金屬載體 雖然在摩托車上有一定應(yīng)用，但在新車上的應(yīng)用僅有百分之幾。相比之下，陶瓷載體原材料 易于獲得、成本低、制造工藝簡(jiǎn)單，因此在汽車催化器上得到了廣泛應(yīng)用。1. 轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換率指催化器將污染物轉(zhuǎn)換為無害成分的體積分?jǐn)?shù)或體積百分比，用7?表示。假定 催化器人口、出口處某污染物的體積分?jǐn)?shù)依次為，則有7? = ( 1 - (t>ou/4>in) x 100%轉(zhuǎn)換率通常是對(duì)某一種有害氣體如hc、co、no而言的，般來說，不同污染物的轉(zhuǎn)換 率不同。轉(zhuǎn)換率的高低隨著催化器

13、的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件而變化。在高溫時(shí)，穩(wěn)定狀態(tài) 下，新氧化催化劑的轉(zhuǎn)換率對(duì)co為98% -99%，對(duì)hc高于95%o然而，在溫度低于250t -3001時(shí)，催化劑效果很差。轉(zhuǎn)換率的測(cè)定，一般在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上或裝車試驗(yàn)中進(jìn)行。2. 活化開始溫度通常把催化器的轉(zhuǎn)換率等于50%時(shí)的溫度稱為活化開始溫度或點(diǎn)燃溫度，由于此時(shí)位 于儀表板上的顯示燈熄滅，故該溫度也稱為熄燈溫度：顯然,熄燈溫度越低，汽車?yán)鋯?dòng)后催 化器起作用的時(shí)間越早，對(duì)降低冷啟動(dòng)排放越有利：3. 表面速度(area velocity , av)av是描述催化器的表面活性的參數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)換效率和催化器的排出氣體流量相同時(shí),av 越大，表明催

14、化器的表面活性越強(qiáng)，或者說表面活性強(qiáng)的催化器容許的表面速度高。av的 計(jì)算公式如下：av(m/h)=催化器的排出氣體流量(m3/h)/催化器有效活性表面的幾何面積(m2)4. 空間時(shí)間s,空間時(shí)間簡(jiǎn)稱空時(shí)，其定義為5. (h) =催化器的反應(yīng)器體積h(dm3)/催化器的排出氣體流量(?r(dm3/h)它是度量連續(xù)流動(dòng)催化反應(yīng)器生產(chǎn)強(qiáng)度的一個(gè)參數(shù)。例如，空時(shí)為is,表明每秒可以處 理與反應(yīng)器體積相等的物料量。顯然，s,越大,催化反應(yīng)器生產(chǎn)強(qiáng)度越小。5. 空間速度空間速度簡(jiǎn)稱空速，空速是空時(shí)的倒數(shù)，其物理意義是單位時(shí)間單位催化反應(yīng)器體積所能 處理進(jìn)口氣體的體積。其定義為st(h-*) =催化器的排

15、出氣體流量(dm/h)/催化器的體積(dm3)它主要用于評(píng)價(jià)催化器的安裝占用空間的程度；由于汽車的排氣流量是變化的，故汽車 的空速是隨汽車的運(yùn)轉(zhuǎn)條件變化的。由sv的定義可知，在同樣的排氣流量下，排氣催化凈化 器所容許的空速sv越大，催化器的體積就可以越小。或者說，s、越小，在同樣的排氣流量 下，反應(yīng)氣體在催化劑中的停留時(shí)間越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換效率越高。如某催化器的h03h，則由sv 的定義可知，該催化器每小時(shí)能處理進(jìn)口氣體的體積為反應(yīng)器體積的103倍。一般 而言，在 sy=iosm時(shí)，仍具有很高的轉(zhuǎn)換效率的催化器被認(rèn)為是性能良好的催化器。6. 流動(dòng)阻力由于汽車催化器安裝在汽車排氣系統(tǒng)，故其流動(dòng)阻力直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓，排氣背 壓太大，則發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降。催化轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生的壓力損失應(yīng)控制在整個(gè)排氣系統(tǒng)壓力損失的30%40%。在大負(fù)荷高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣經(jīng)過催化器的壓力損失可達(dá)幾千帕。一般而言，金 屬載體的催化器的流動(dòng)阻力比陶瓷載體的小。凈化器流動(dòng)阻力主要是由載體的細(xì)小孔道造成 的，a/主要決定于氣體流速km/s)、載體長(zhǎng)度l( mm).孔的水力 直徑dh(tnm)和開口率 0fa(0fa=(db)2/d2)等。下式為壓力損失ap( mmhg)的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式:可見，