文档介绍：第9章发动机排放污染物净化方案及分析
本章主要内容:讨论了汽油车和柴油车分别达到欧II、欧III和欧IV排放标准的一般净化方案,介绍了混合动力新技术。
汽车排放标准不同,排放限值也不同。汽车排放标准日趋严格,排放限值越来越低,对车用发动机机内净化和后处理净化提出的要求愈来愈高,其净化方案也会不同。机内净化采用在第四章和第五章中所阐述的降低污染物生成量的技术,后处理净化采用在第六章和第七章中所阐述的用净化装置降低排气中污染物的技术。从第二章中知道汽车各种排放污染物的生成机理不同,影响因素很多,其净化措施之功效既存在一致性,也可能存在对立性。同一净化措施对某种主要排放污染物有良好的净化效果,但也可能对其它排放污染物有负面作用。因此,一般采用机内净化和后处理净化相结合的综合净化方案。
汽油车排放污染物一般净化方案
对汽油车来说,其排放污染物主要有CO、HC和NOX,对于二气门或多气门、非增压或增压发动机,均可采用闭环电控燃油喷射系统加三效催化转化器,使其同时净化CO、HC和NOX,并能使净化效率最高,便可达到欧Ⅱ排放标准。其方案示意图如图9-1所示。
图9-1 达到欧Ⅱ排放标准的汽油车净化方案示意图
由于欧Ⅲ排放标准与欧Ⅱ排放标准的主要区别在于排放限值更小,且需考虑冷起动排放,前者要求净化效率更高,后者要求汽车一起动就应有良好的净化效果,即要求起动时三效催化转化器内的温度就大于起燃温度,要做到这一点,必须一方面使催化剂的起燃温度尽可能低,另一方面通过强制加热方式使转化器内的温度在起动时就已超过起燃温度。一般情况下,要满足欧Ⅲ排放标准的要求,二气门、非增压汽油发动机可采用闭环电控燃油喷射系统加紧凑耦合型三效催化转化器或前置双催化转化器或三效催化转化器辅以强制加热,其方案示意图如图
9-2a)所示。对于多气门、增压汽油发动机则可采用闭环电控燃油喷射系统加低起燃温度的三效催化转化器或紧凑耦合型三效催化转化器,其方案示意图如图9-2b)所示。
a)二气门非增压汽油发动机 b)多气门增压汽油发动机
图9-2 达到欧Ⅲ排放标准的汽油车净化方案示意图
为了使发动机满足欧洲Ⅲ号法规的要求,也可采用缸内直喷稀薄燃烧汽油机—GDI发动机。GDI发动机所采用的净化技术主要是降低HC和NOX的排放量。该净化技术主要由以下四项技术构成:①采用二阶段燃烧,提前激活催化剂;②采用反应式排气管;③大量EGR;④使用稀NOX催化剂。图9-3所示为三菱汽车公司的缸内直喷汽油机排放控制措施示意图。
采用二阶段燃烧和反应式排气管的目的是为了降低HC排放量,这种方法是在汽车起动后的冷车这段时间内,通过二阶段燃烧和使用反应式排气管使三效催化剂在短时间内达到起燃温度。为使发动机在稀燃状态下能够有效还原NOX,GDI发动机使用了NOX吸附催化转换器。为了净化发动机在理论空燃比状态下工作时排气中的HC和NOX,GDI发动机在NOX吸附型催化器之后还配置了三效催化转换器,三效催化器的位置尽量靠近发动机,以更快激活催化剂,减少HC排放。
图9-3 三菱汽车公司的缸内直喷汽油机排放控制措施
欧Ⅳ排放标准在冷起动和各工况的排放限值比欧Ⅲ更小,二气门和非增压汽油发动机难以满足,一般应是在多气门增压汽油发动机的基础上采用综合控制的发动机管理系统加紧凑耦合型三效催化转化器或前置双催化转化器或三效催化转化器辅以强制加热,为进一步降低NOX,可同时采用废气再循环,其方案示意图如图9-4所示。
图9-4 达到欧Ⅳ排放标准的汽油车净化方案示意图
柴油车排放污染物一般净化方案
柴油发动机排放物中的HC、CO含量很低,一般只有汽油发动机的几十分之一,其NOX排放量与汽油机大致处于同一数量级,但柴油机的微粒排放量相当高,约为汽油机的30~80倍。因此,柴油车排放主要控制NOX和微粒的排放量。为达到欧Ⅱ排放标准,采用涡轮增压中冷和高压喷射减少微粒,采用废气再循环降低NOX, 有的采用电子控制喷油,有的仍用机械控制。典型的欧Ⅱ净化方案示意图如图9-5所示。
图9-5 达到欧Ⅱ排放标准的柴油车净化方案示意图
为达到欧Ⅲ排放标准,需采用电子控制,喷油压力要更高,且每循环多次喷射。其方案有高压共轨或泵喷嘴喷油系统;采用多气门和可变喷嘴涡轮增压中冷以进一步降低微粒的排放;为进一步降低NOX采用冷却废气再循环,对于重型柴油货车还需安装氧化催化转化器。典型的欧Ⅲ净化方案示意图如图9-6所示。
在欧Ⅲ净化方案的基础上采用微粒捕集器,进一步降低微粒;采用多级中冷废气再循环进一步降低NOX,再加上先进的电控技术,对微粒和NOX再降低,便可使柴油车达到欧Ⅳ排放标准。其典型的净化方案示意图如图9-7所示。
图9-6 达到欧Ⅲ排放标准的柴油车净化方案示意图图9-7 达到欧Ⅳ排放标准