汽油机尾气（精选七篇）
汽油机尾气 篇1
关键词：高效净化,尿素喷射,催化器单元
0前言
柴油机排放的尾气中包含有气态及固态的污染物。气态污染物中含有NOx, CO, SO2, HC等;固态污染物有碳、无机氧化物等颗粒物统称为PM。在上述污染物中, NOx (氮氧化物) 是NO2NO的总称, 它们都是在燃烧时空气过量、温度过高而生成的氮气燃烧产物, 其在柴油机排放的尾气中污染总量是最高的 (按质量比, 大约占柴油机排放的尾气中污染物总量的80%以上) , 也是危害最大的。NO在空气中即被氧化成NO2, NO2呈红褐色并有强烈刺激性气味, 会刺激人眼黏膜, 引起结膜炎、角膜炎, 吸入肺脏还会引起肺炎和肺水肿。因此, 对于柴油机尾气中的NOx (氮氧化物) 必须进行高效治理, 方能达到消除污染, 改善大气环境的目的。近期, 我们在柴油机生产厂实验台架进行柴油机尾气治理时, 遇到的问题更为严峻。这是因为根据国家标准GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》中7.2规定:两个排放相同污染物 (不论其是否由同一生产工艺过程产生) 的排气筒, 若其距离小于其几何高度之和, 应合并视为一根等效排气筒。若有三根以上的近距排气筒, 且排放同一种污染物时, 应以前两根的等效排气筒, 依次与第三、四根排气筒取等效值。例如在某发动机工厂, 排气筒总高为15 m, 共20个根排气筒 (每个实验台一台实验柴油机, 对应一根排气筒) , 排气筒之间的距离均小于30 m, 在执行二级标准时GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》时, 这20根排气筒的排放速率等效后只能按一根排气筒的排放速率执行。GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》规定的最高允许排放值见表。1
而某发动机工厂实验的柴油机排量为7 L, 其单台原始排放 (未做任何净化处理) 的数值见表。2
根据GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》在执行二级标准时的要求, 从浓度方面看, NOx (氮氧化物) 的净化效率达到84%, SO2和颗粒物不做任何处理, 就能达标了。但是, 若从排放速率这个方面 (20根排气筒的总量) 来言, NOx (氮氧化物) 的净化效率必须达到97.3%以上, SO2的净化效率达到25%以上和颗粒物不做任何处理, 方能达到GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》的要求。
根据现有净化技术, NOx (氮氧化物) 的净化效率达到84%技术难度就比较高, 若将NOx (氮氧化物) 的净化效率达到97.3%以上的技术难度就非常大。在某发动机工厂实验排量为7 L的柴油机, 其单台功率为180 k W, 按欧 (国) Ⅳ标准计算, 其排放速率若达到0.63 kg/h, 对应净化效率达到61%, 就达标。按欧 (国) Ⅴ标准计算, 其排放速率若达到0.36 kg/h, 对应净化效率达到78%就达标。从这方面论述, 将柴油机尾气排放真正达到GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》的要求的技术难度之大就可见一斑了。
1 去除NOx (氮氧化物) 通用方法
现行的技术手段是在柴油机的最终排口外加设机外尾气净化装置。在现有技术中, 净化上述气态污染物的方法主要采用选择性催化还原法 (Selective Catalytic Reduction, 简称SCR法) , 在柴油机尾气中SCR法中采用通过尿素 (CON2H4) -水溶液通过管线进入尾气净化装置内部, 通过喷雾系统将尿素-水溶液变为微液滴状态并与高温尾气充分混合, 在高温尾气的作用下尿素-水溶液中的尿素迅速被加热至160℃以上分解, 产生气态氨 (NH3) 和缩二脲 (CONH) , 其中气态氨 (NH3) 将在随后的催化条件下与尾气中的氮氧化物 (包括NO和No) 2发生下列化学反应:
还原反应后的终产物为完全无害的氮气和水, 达到消除NO x (氮氧化物) 污染的目的。
2 高效净化柴油机尾气中的NOx (氮氧化物) 污染的工艺方法
在前述还原反应中, 反应进行的彻底程度, 也就是NOx (氮氧化物) 的净化效率, 为了达到高效净化柴油机尾气中的NOx (氮氧化物) 目的, 就要保证设备在处理柴油机尾气时的各项参数 (主要指还原反应时的物理参数) 都能达到理想的状态。因此, 在设计柴油机尾气净化装置及附属系统时, 都应围绕这个原则完成柴油机尾气净化装置及附属系统的工艺结构设计。下面分几个方面进行论述:
2.1 关于温度的控制
2.1.1 反应窗口温度的控制
一般采用尿素溶液的SCR还原法净化柴油机尾气中的NOx (氮氧化物) 的反应窗口区间为200~460℃。其原因在于:低于200℃喷射尿素进入净化装置后会造成尿素无法分解, 在催化器内结晶, 堵塞SCR催化器;而高于460℃尿素喷进去直接被氧化成NOx, 不但不减少NOx排放, 反而增加NOx排放。根据我们在某发动机工厂实测, 转速为2 000 r/min时, 净化装置进口处的温度为320~427℃, 出口处的温度为295~390℃, 符合反应窗口区间;转速为1 300 r/min时, 进口最低温度为232℃, 转速为2 300 r/min时, 进口最高温度为483℃, 略超过反应窗口温度。温度控制的主要工艺措施是:应用采集模块最多支持5路PT200温度传感器, 2路输出, 输出可用于联合控制尿素泵的启停, 比如没有达到喷射温度, 禁止泵启动。达到低于200℃不喷射, 高于460℃也不喷射。
2.1.2 附属系统温度的控制
所谓附属系统, 实际上是自柴油机尾气的出口到柴油机尾气净化装置进口这一段管路系统和尾气净化装置本身, 应采取保温措施, 防止柴油机尾气在这一段路程中的降温, 致使净化效率下降。
2.2 关于尿素溶液喷射系统的设计
如前所述, 在柴油机尾气用SCR法时, 采用尿素 (CON2H4) -水溶液通过管线进入尾气净化装置内部, 通过喷雾系统将尿素-水溶液变为微液滴状态, 并与高温尾气充分混合。而喷雾系统的雾化程度高低, 将直接影响净化效率。
在现有技术中, 喷雾系统有压力式喷雾、气流式喷雾、离心喷雾和超声波喷雾的工艺方法, 其中因离心喷雾属于大流量喷雾工艺, 而超声波喷雾属于微流量喷雾工艺, 这两种方法对柴油机尾气净化装置并不适用。在目前车用柴油机尾气净化系统中, 绝大多数度采用压力喷雾的工艺方法, 所谓压力式喷雾的工艺方法是利用高压泵将尿素 (CON2H4) -水溶液通过管线送至净化设备内部的压力喷头, 在高压状态下, 将尿素 (CON2H4) -水溶液雾化。其广泛适用的原因在于结构简单、易于操作, 但其雾化效果远没有气流式喷雾效果好。对于净化效率达到61%左右的欧 (国) Ⅳ标准机甚至对于净化效率达到78%左右的欧 (国) Ⅴ标准机来言, 是能够胜任的。但是对于净化效率在97.3%以上的实验台净化就变得很困难了。而能胜任的只能是气流式喷雾的工艺方法了。所谓气流式喷雾的工艺方法是将压缩空气和尿素 (CON2H4) -水溶液通过不同的管线引入净化设备内部的气流式喷头, 在这个喷头中, 压缩空气和尿素 (CON2H4) -水溶液混合喷出, 因压缩空气的速度极高, 利用压缩空气和尿素 (CON2H4) -水溶液的速度差, 迅速将水滴撕裂, 形成极小粒径的微液滴。该微液滴的平均粒径要比压力喷雾形成的微液滴的平均粒径小一个数量级以上。因此, 气流式喷雾工艺方法的雾化效果远好于压力式喷雾的工艺方法, 应作为高效率柴油机尾气净化装置的首选。
2.3 关于催化器单元的布局
目前在柴油机尾气净化领域所使用的催化器均为多空陶瓷单元催化器, 催化器单元的布局方法有并联与串联两种。在实验台柴油机尾气净化中, 由于该净化装置是属于固定式净化装置而不同于车用净化装置是移动式, 因此, 从空间上实验台柴油机尾气净化装置远比车用净化装置要大得多。为此, 在催化器单元的布局我们完全采用大幅度扩大柴油机尾气净化装置的通流面积的并联方法来布局。这样, 尾气在通过催化单元的孔洞时, 降低流速, 增加停留时间。尾气接触催化剂的时间增长, 不仅确保了催化的效果, 而且由于尾气流速很慢, 大大减少了柴油机的背压。这样不仅减少因增添净化设备对柴油机实验参数的干扰, 而且节约了能源。
2.4 关于尿素 (CON2H4) --水溶液的基本要求
32.5%的尿素溶液在欧洲叫Ad Blue, 在美国叫DEF (DieselExhaust Fluid, 柴油机排放处理液) , 在中国叫添蓝或者车用尿素。
尿素溶液的生产有严格的要求, 一般没有自己配制的, 都是专业厂生产的成品。
绝不允许用农业尿素, 绝不允许用自来水, 必须用提纯后的尿素和去离子水, 否则金属离子和其他物质超标会造成SCR催化器损坏。特别是大功率的发动机, SCR催化器会非常昂贵, 损坏后代价巨大。尿素罐应存放在通风、干燥的场所, 避免太阳直射, 罐体材质需为304以上级别的不锈钢或者塑料容器, 防止尿素溶液变质或腐蚀容器。
尿素输送泵必须为不锈钢泵, 密封材质以EPDM, PTFE, FKM为佳, 用其他密封材质可能会被腐蚀。
2.5 装置测控控制系统
装置控制的核心就是根据不同的工况向柴油机尾气净化装置供应不同量的尿素水溶液。为了达到此目的, 设计以下控制系统。
测控系统由触摸屏 (HMI) 、直流电源、NOx传感器、温度传感器、数据采集模块、线束等组成, 见图1。
其中PT200传感器1置放在柴油机尾气净化装置的尾气进口, 和PT200传感器2置放在柴油机尾气净化装置的尾气出口, 当柴油机尾气净化装置进口处尾气的温度低于200℃时, 喷射尿素进排气管无法水解热解, 会造成尿素在排气管内结晶, 堵塞SCR催化器;此时通过PT200传感器1关停机械隔膜式尿素泵, 当柴油机尾气净化装置进口处尾气的温度高于460℃时, 尿素喷进去直接被氧化成NOx, 不但不减少NOx排放, 反而增加NOx排放, 此时也通过PT200传感器1关停机械隔膜式尿素泵。PT200传感器2的作用是测定柴油机尾气净化装置出口处的温度, 若温度过高, 将开启野风阀, 避免因高温对后面通风机等设备的影响。
其中NOx传感器1置放在柴油机尾气净化装置的尾气进口, NOx传感器2置放在柴油机尾气净化装置的尾气出口, 当NOx传感器2检测到NOx的含量 (浓度) 高于设定的数值时, 通过通讯和HNI处理, 调整变频器频率, 增加机械隔膜式尿素泵的转速, 提高输入到净化器内部的尿素-水溶液量, 以提高净化效率。反之, 当NOx传感器2检测到NOx的含量 (浓度) 低于设定的数值时, 通过通讯和HNI处理, 调整变频器频率, 降低机械隔膜式尿素泵的转速, 减少输入到净化器内部的尿素-水溶液量, 这样可以避免氨逃逸和减少尿素-水溶液消耗量。NOx传感器1的作用是测定柴油机尾气净化装置进口处的NOx的含量 (浓度) , 求出具体工况时的净化效率。
3 结论
在高效净化柴油机尾气污染时, 以上五个方面都是保证净化设备正常工作的必要条件, 特别是在专业雾化喷嘴、控制尿素溶液的喷射量和喷射温度窗口以及不同工况的智能控制方面, 都对柴油机尾气净化效果产生直接的影响。由于我们在这几个方面采取了降低的控制, 使我们能在柴油机生产厂实验台架进行柴油机尾气治理时取得达到GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》的要求。例如在某发动机工厂, 排气筒总高为15 m, 共20个根排气筒时, 我们在两台试验机组上经第三方专业检测机构测试, 排放速率仅为0.01~0.024 kg/h (单台多工况数值, 20台等效时, 即使按最高值0.024 kg/h计算, 也仅为0.48 kg/h, 低于GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》中0.91 kg/h的最高允许排放值) 。在此技术基础上, 中机中联工程有限公司2012年已向国家知识产权局申报了发明专利, 申报名称为《一种内燃机尾气净化装置》, 发明专利申请号为201210050162.7, 同时也申报了实用新型专利, 其实用新型申请号为201220070957.X。实用新型专利已经在2012年10月17日有国家知识产权局的正式授权。
以上就是我们在高效净化柴油机尾气污染的工艺方法的一些初步探索和体会。
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汽油机尾气 篇2
柴油机具有高热效率、大功率等特点，有着良好的经济性和可靠性，在工程机械领域得到了广泛的应用，如压路机、装载机、挖掘机、推土机等都是以柴油机作为动力。虽然柴油机具有许多优点，但是其所排放的尾气中有害成分较多，主要有HC、CO、SO、NO和PM（微粒）。尤其是在施工现场，由于工程机械和运输车辆来往比较频繁，加之通风条件的限制，这些工程机械排放的有害气体严重超标且会弥漫于整个上作面，极大地危害了施工人员的身体健康和施工的正常进行，因此，对柴油机排放的尾气进行控制和净化具有十分重要的意义。1 燃料方面的控制措施 1.1 代用燃料
采用代用燃料将是控制柴油机和汽油机排放的重要方法之一，并且由于化石燃料有限，寻找代用燃料更成为当前内燃机研究的热门话题。目前，代用燃料主要有天然气、压缩天然气（CNG）、液化天然气（LNG）、液化石油气（LPG）、氢气、甲醇、乙醇、二甲醚（DEM），碳酸二甲酯（DMC）及生物柴油等，其中甲醇、天然气、液化石油气被认为是最有前途的清洁能源的代用燃料。其中CNG，LPG，甲醇一汽油汽车在我国得到了政府的大力支持并得到迅速发展。
甲醇可从天然气、煤及生物质等原料中提取；乙醇主要是含糖和淀粉的农作物发酵后制得。利用醇类燃料发动机的动力性和经济性可接近或超过柴油机和汽油机，排气的有害成分少，是一种很有发展前景的燃料。但是，甲醇和乙醇燃烧时会放出甲醛和乙醛等有害成分，因而在使用上受到限制。
二甲醚（DEM）是近年来倍受关注的柴油机代用燃料，它可从煤、天然气和生物物质废料中制得。DEM的自燃性很好，可作为单燃料直接代替柴油；能够实现发动机高效、柔和压缩燃烧，具有与柴油机相同或略高的动力性和经济性能；最突出的优点是DEM能够彻底消除排烟和实现超低排放，NOx排放比柴油机低30%以上，若同时采用废气再循环时，可将NO排放进一步降低到一般柴油机的50%达到PM和NO的同时降低。
碳酸二甲酯（DMC）中含有53.3%的氧，燃烧所产生的碳烟和颗粒比纯柴油低；据报道，保加利亚生物燃料和再生能源协会通过加工使用过的食用油，来生产生物柴油，年产量可达300吨。它实际上是甲基酯菜籽油或甲基酯植物油，生产原料为向日葵、大豆等等。市场售价每升为0.5美元的这种生物柴油，可以替代柴油，也可与柴油混合使用。而且，它完全由可再生原料提炼而成，在燃烧过程中产生的二氧化碳量大大低于普通柴油，对环境的污染比普通柴油小得多。目前，已有美国、德国、巴西、阿根廷等投入生产。
另外也有一种生物柴油，是以废餐饮油等为原料制成的液体燃料。其基本制作过程为：垃圾油加入反应罐后，通过一种微酸性催化剂技术，使得其醇解和酯化可同时进行，反应速度也明显加快。另外，通过一种金属盐处理剂，解决了利用废旧动植物油脂生产柴油残留酸值高的关键问题。这两项关键技术都降低了生物柴油的生产成本，使得生物柴油从实验室走进了生产车间。1.2 燃油的改性
1.2.1提高十六烷值。柴油的十六烷值越高，着火延迟期越短，点火质量越好；各种污染物的排放一般随柴油十六烷的增加而下降，十六烷值不足，着火延迟期缩短，点火质量差，预混合燃烧量过多，运转粗暴，噪声加大，黑烟和NO排放增加。增加柴油的十六烷值，能有效地降低发动机尾气颗粒PM、CO和NO的排放。（十六烷值不能太高，太高，柴油燃烧时易裂解）
1.2.2降低芳香烃在燃油中的含量。芳香烃的密度比较大，着火性比较差，燃烧过程中会产生更多的碳黑，使尾气中的CO，HC，NO以及PM都有所增加。因此，降低芳香烃的含量可以有效地控制有害污染物的排放。1.2.3降低燃油中的含S量。在燃烧过程中柴油中的S有1%~3%转化为硫酸盐排出；其余的主要转化为SO，Van Beckhoven研究发现：在直喷柴油机中，燃油中S份从0.30降低0.05wt%，微粒排放量将降低10%~30%。Bartlett报道说在所有轻型柴油机中，燃油中硫份从0.30降低0.05wt%，微粒排放量将降低大约7%。
1.2.4降低密度。柴油密度、粘度是柴油重要的理化指标，它们将影响柴油的喷雾质量，进而影响柴油机的排放情况。降低柴油的密度，可使HC和排放中的颗粒物减少。燃料密度从840kg/m3减少到800kg/m3，微粒排放物将减少13%。1.2.5利用燃油添加剂。经常使用的有十六烷值改进添加剂、消除积炭添加剂和消烟剂等，但是这些添加剂使用后的作用并不理想，有的还有负面影响。比如应用较多的消烟添加剂，将金属钡、镁、锌等可溶性碱化盐或中性盐作为消烟添加剂，加入少量后可显著降低柴油机的排气烟度，但微粒的排放量反而增加，且这些金属对人体有害，现在已不推荐使用。
通过以上分析可以看出，柴油机燃料方面的控制措施主要有以下几种：采用代用燃料；提高燃料的十六烷值；选择适当的柴油粘度，降低柴油的表面张力；降低密度；减少柴油中的含硫量和芳香烃含量。这些技术措施都有助丁降低柴油机尾气有害排放物。柴油机机内净化技术
柴油机机内净化技术主要是改善油气混合气，防止局部过量空气系数超过0.9（这有利于NO的生产）和低于0.6（这有利于碳烟的生产）。降低微粒和碳烟的排放与改善燃烧过程是一致的，使柴油机达到混合均匀、燃烧充分、工作柔和、启动可靠、排放较少的要求。但是这些减少措施往往会增加NO的排放，这为柴油机的排放控制造成了特殊的困难。因此在确定尾气净化措施时，需要从目前先进的净化技术出发，根据机器性能，采取多种措施综合使用，才能达到净化的目的。
2.1采用新的燃烧方式
传统的柴油机燃烧分为预混合燃烧和扩散燃烧两个部分。主要燃烧是λ≈l处的扩散燃烧，火焰温度高，极易产生NOx，采用稀薄的均匀混合气可解决这一问题。美国西南研究院提出的均匀充量压缩燃烧系统（HCCI）和日本ACE研究所的预混稀薄燃燃烧过程（PREDIC）等均是采用这种思路。采用预混稀薄燃燃烧方式减少或消除了扩散燃烧，稀混合气可降低燃烧温度，可大幅度降低NOx，比一般柴油机降低98%；由于气缸内混合气均匀，无局部过浓混合气，可使PM排放比一般柴油机降低27%，预混稀薄燃烧方式目前还处于研究阶段，离实用还有一定距离，但是前景非常可观。2.2喷油系统的改进 2.2.1喷油规律改进
合理的喷油规律应该是：初期喷油速率不宜过高，以抑制NOx生成；中期应急速喷油，提高喷油速率和喷油压力，以加速扩散燃烧速度，防止PM升高和热效率的恶化；后期要迅速结束喷射，避免燃烧不完全及PM增加。在没有电控燃油喷射条件下，通过改变油泵凸轮形状，对喷油规律加以改进，传统凸轮为切线凸轮，改进凸轮为凹弧型凸轮，其供油规律具有初期低、中期急速及补燃期不拖长的特征。通过在某6105柴油机上验证试验，发现改进后，NOx降低6%~13%，PM降低80/15%，但燃油经济性略有恶化
为了实现先缓后急的喷油规律，也可使用双弹簧喷油器即为双开启压力喷油器，在油压上升时首先克服第一级较软的弹簧压力，使针阀略微顶起，由于流通面积很小，燃油喷射的速率较低；当油压升高到克服第二级弹簧压力时开始主喷射。
2.2.2提高喷油压力和减小喷孔直径
提高喷油压力和减少喷孔直径可以使燃油的喷雾颗粒进一步细化，以增大燃油和空气接触的表面积，加速燃油和空气的混合，明显地降低颗粒PM中碳的排放。高压喷射会导致NOx的增加，如采用推迟喷油时间和EGR等方法，以达到控制颗粒PM和NOx排放的目的。高压喷射系统需要和燃烧室良好匹配，以避免过多的燃油喷射到气缸的冷表面上，减少HC和颗粒PM中有机可溶物SOF排放；高压喷射技术对喷油系统提出了十分苛刻的要求。要求整个系统有极高的强度、刚度和密封性。此种措施也必须和其他改进方法相结合才能达到更好的效果。
提高喷油压力可以有效地降低柴油机的微粒排放；减少燃油平均滴径，促进混合气形成；降低发动机最大压力升高率、降低燃烧噪声。2.2.3喷油正时与喷油速率的配合
控制柴油机的喷油正时是控制柴油机排放的重要手段，推迟喷油正时是降低柴油机排放中NOx浓度的简单而有效的措施之一。NOx对喷油正时的影响非常敏感，当喷油正时与设定值相差1℃A时，NOx将提高15%左右。为了减少NOx的排放，喷油正时正在逐步推迟，向上止点方向靠近。目前采用电控喷射的喷油正时已减少到上止点前5℃A左右。喷油速率对有害气体的排放有较大的影响，在实用中，常把推迟喷油正时与提高喷油速率同时使用，使单独使用推迟喷油正时引起的CO升高受到抑制，从而使CO和NOx排放均得到降低。
2.2.4先导喷射及多次喷射
在主喷射之前喷入少量的燃油，以降低NOx和噪声，主喷射要求喷油速率快、喷油压力高，促进混合气形成，以缩短缓燃期，保证良好的经济性和动力性，形成先导喷射（预喷射）＋主喷射的模式。为了同时降低NOx和PM的排放也可采用多次喷射的方法，即先导喷射和主喷射结束后再喷入少量的燃油形成过后喷射，过后喷射可促进碳烟的氧化，降低PM的排放。采用过后喷射会加大HC排放和耗油增加。在不同工况下要获得良好的效果，先导喷射油量、过后喷射油量以及各次喷射的间隔角度和时刻的控制精度都有严格的要求，这对于机械式喷油系统是很难想象的，只有电控高压共轨喷油系统才能胜任。2.3进气系统的改进
目前，柴油机的发展趋势是，提高喷油压力、降低涡流强度，以减少进气的压力损失，配合多气门小孔径喷油器来获得良好的混合气。2.3.1采用增压中冷技术
废气涡轮增压可提高进气压力、增大空气的供给量，提高了气缸内平均有效压力、过量空气系数和整个循环的平均温度，使燃油燃烧完全，可使柴油机颗粒状物质的排放量降低50%左右，并减少了CO和HC的排放。增压后，燃油消耗率下降，CO和HC也会进一步降低。同时使进气温度提高而使燃烧温度增加，致使增压后NOx比非增压要高。对此可采用增压中冷的方法使进气温度降低，以控制NOx的恶化。据资料介绍，进气温度降低0~5℃，最高燃烧温度和排气温度可降低1~3℃利用中冷技术，NOx的排放量可降低60%/-70%。所以采用增压中冷是降低车用柴油机排气排放物的有效措施之一。2.3.2多气门设计
采用多气门设计主要是为了扩大进排气门的总流通总面积，提高进气充量，使柴油的燃烧更彻底；实现进气涡流比可变。在实现这些目标时，它对柴油机排放亦产生较大影响。该影响来自两个方面，一是采用4气门技术时有利于喷油器布置在气缸轴线附近，使油气混合均匀，燃烧及早结束，有利于降低NOx、另外，4气门使燃烧室凹坑内产生较大涡流，减少涡流死区，有利于降低PM。二是可关闭部分通道，形成与柴油机转速相适应的进气涡流强度。变涡流比影响，研究人员对某6108柴油机进行了涡流比变化对NOx，PM的影响试验，该机为4气门结构，与双进气门配合的双进气道为长螺旋气道和短切向气道，切向气道涡流近于零，并可节流，以此实现涡流比可变。在低转速时，关闭切向气道，即可获高涡流比，从而提高低速时的混合气质量，改善柴油机的经济性、动力性和排放。2.4优化燃烧系统
优化燃烧系统指的是供油系统、进气流动和燃烧室的形状的最佳匹配。单独看来，采用何种强度的涡流、何种程度的高压喷油、何种形式的燃烧室，没有最佳方案。但三者的最佳配合就是最优组合。例如，当喷油压力较低需要借助高强度气流运动来加速油气混合，在重型车用柴油机上，采用较高的喷油压力和较多的喷孔数，可以使进气涡流降低。中央带凸起的燃烧室气流运动较强，且可维持较长的时间，这对加速扩散燃烧有利。中央带凸起的燃烧室燃烧过程急速，主燃期较短，适当延迟供油定时可在油耗率和烟度变化不大的前提下大幅度降低NOx排放。
目前，直喷式柴油机的发展趋势是，提高喷油压力；增加喷油器的喷孔数，减少孔径；根据柴油机工况优化喷油定时，使喷油正时不仅随转速而且能随负荷的变化自动调节。采用分隔式燃烧室，由于火焰高峰温度较低，不利于NOx的生成；碳烟大部分在副燃烧室中产生，进入主燃烧室后，大部分被氧化，有效地减少颗粒和HC排放，分隔式燃烧室比同规格的直喷式燃烧室NOx的排放量低1/3－1/2。新开发的燃烧系统采用强烈持续的后期扰动，可有效降低碳烟和微粒的排放，几近似于无烟。这又为进一步采用废气再循环或推迟喷油提前角来降低NOx排放创造了条件。2.5应用柴油机电控技术
采用电子控制不仅可以提高喷油定时和喷油量的控制精度，而且在EGR、放气阀或可变几何涡轮增压等空气控制部件也可以用电子控制技术进行柔性或精确控制。控制系统最理想的方案应是能使燃油经济性和废气排放均获得优化。
电子控制柴油机高压喷射技术（如电控高压共轨喷射）的应用可使柴油机通过最佳喷油正时、最佳喷油率和预喷射，与发动机转速、负荷之间的关系进行连续调节，采用先导喷射及多次喷射技术，先导喷射油量、过后喷射油量以及各次喷射的间隔角度和时刻的控制精度都有严格的要求，这些显然只有在电控高压共轨系统中才能良好地实现。大大降低了颗粒排放，并且发动机过渡工况的排放性能也可得到显著改善。电控高压喷射控制对喷油规律进行控制，能根据发动机运行工况实现最佳喷油，同时通过控制预混合燃烧与扩散燃烧的比例，可同时降低有害排放和控制发动机的空燃比，有利于实现有效的机外净化措施。共轨式电控喷射技术是目前最先进的柴油机电控喷射技术，共轨系统的开发、应用与研究工作在国外报道较多，然而在国内，这方面的研究还处于起步阶段。2.6采用废气再循环（EGR）
废气再循环（EGR）是再保证内燃机动力性不降低的前提下，将一部分排气导入进气系统中，和新鲜混合气混合后再进入气缸参加燃烧，通过降低燃烧室燃烧的最高温度来降低NOx的排放。利用废气再循环（EGR）来降低NOx，的排放，需要与电子控制结合，根据柴油机负荷、转速、冷却水温度传感器及启动开关信号，由ECU对EGR率和EGR时机进行控制，保证在对柴油机性能影响不大的条件下，降低尾气中NOx的排放。
目前，EGR在汽油机上的应用比较成功，而在柴油机上却不尽人意。主要原因在于，柴油机排放中大量的PM和其他有害排放物直接引入气缸会增加活塞环和缸套的磨损，还会稀释润滑油并加速其变质。柴油机采用EGR相当于将一定数量的CO和水蒸气添加到进气空气中而成为一种稀释剂，EGR率增大还使进气工质的密度和O浓度下降，致使缸内可燃混合气的燃烧速度和燃烧温度均有所降低，最终导致发动机的动力性和经济性下降，HC，CO和PM排放增加。发动机处于中小负荷工况时，采用EGR的效果十分显著。当EGR率为30%左右时，发动机的排放及综合性能较好：采用较大的EGR率降低NOx排放效果更加明显，且发动机经济性的下降并不突出。发动机在大负荷工况时，若采用EGR，则会导致发动机的经济性和动力性明显下降，另外，还会增加活塞环和缸套的磨损及加速润滑油的变质。因此大负荷工况时不宜采用EGR。
涡轮增压柴油机在30%~50%负荷以上的工况下.平均排气压力低于平均进气压力。故排气再循环难以实现。为此，各国学者提出了多种在增压柴油机上实现排气再循环的方案。主要有：通过调整正时实现内部EGR；在进气管或排气管内装节流阀，通过节流来降低进气压力或提高排气压力；通过辅助装置或活塞本身的压力将废气压入进气管；通过在进气管加装文曲利管（Venturi Pipe），降低EGR接头处的进气压力；利用压力波动等。其中采用文曲利管EGR系统能较方便地在高工况下实现排气再循环.并且附加泵气损失少、成本不高、有很大的优越性。
2.7防止机油的泄漏
柴油机尾气排放中PM除了燃油燃烧生成外，机油产生的PM也占相当部分。PM可分为可溶性有机物（SOF）和不可溶有机物（IOF）两部分，两者所占的比例大约为39%和61%。在SOF中，由机油产生的PM占绝大部分，约占PM总量的29%；机油除产生SOF外也产生IOF，来自机油的PM总计占PM总量34%。同时，窜入燃烧室中不完全燃烧的机油随尾气排出，是形成柴油机排放的蓝烟的重要组成部分。因此，必须尽量防止和减少机油窜入燃烧室，这应通过改进润滑油系统设计，减少裙部间隙，优化活塞、活塞环和气缸表面的设计，提高气缸套圆度及改进进气门挺杆的密封等措施，减少从气门推杆泄漏的机油等措施来实现。2.8加水燃烧
在柴油中加入少量的水，形成“油包水”形式的乳化燃料，燃烧时液态水受热变为汽态时，吸收汽化潜热，使燃烧温度和压力下降，以致在提高燃油蒸发速度的同时，减少了热裂反应，从而抑制NOx的生成，同时，由于液态水受热变为汽态会形成“爆炸”，具有进一步雾化的作用，使燃料和空气进一步混合，减少PM的排放。
实验证明：当喷水量等于燃油量时，NOx＋HC的排放将降低50%左右，而功率仅仅降低4%，降低排放效果较好。但是，进气管喷水会造成进气管、气缸腐蚀增加，油底壳易积水，并要求喷水量能随发动机负荷的改变而调节，这在设计和l结构上存在一定的困难。3 柴油机尾气后处理技术
柴油机尾气中氧含量较高，HC和CO的含量比汽油机低的多，其主要有害物是NOx和碳烟，因此柴油机尾气净化的重点是降低NOx和减少碳烟。措施为用选择性还原催化转化器在富氧条件下还原NOx，用氧化催化转化器降低HC和CO的排放量和颗粒PM状物质中的有机成分；用微粒过滤装置收集柴油机排气中的颗粒状物质等。
3.1 NOx的后处理措施
去除NOx的最理想的方法是将NO催化分解为N和O，但是在O和SO作用下催化剂很快失活，因而这种方法的实用前景渺茫。目前，柴油机尾气NOX净化研究主要从选择性催化还原和吸附一催化还原两条技术路线入手，碳素纤维还原技术。
选择性催化还原最重要的是确定还原剂和催化剂。研究者对NH3选择性催化还原柴油机排气NOX也进行过尝试，结果表明其净化率可达65%以上.但是，这种方法只适合于固定式柴油机排气的净化处理，对于运行工况多变的柴油车，因存在NH3泄漏问题而不适用。1990年，1wamoto和Held分别报道在Cu/ZSM一5催化剂上，HC能选择性催化还原NOx，到目前为止，研究过的催化剂可分为负载型贵金属、负载型金属氧化物和离子交换的沸石三大类。拓宽催化剂或催化剂一还原剂组合的活性温度范围，提高催化剂在S02和水热环境中的稳定性是今后的努力方向。
吸附一催化还原NO是在稀燃阶段将NOx吸附储存起来，而在短暂的富燃阶段，NOx释放并被排气中的HC还原。吸附还原型三元催化剂的活性成分是贵金属和碱土金属（或稀土金属），影响吸附一还原催化剂性能的主要因素是吸附剂在柴油机尾气温度下吸附NO的容量及其抗SO2和CO2毒害能力，提高这两方面的性能是今后的努力目标。吸附一催化还原已被日本汽车生产厂家证明适用于部分新车型的NOX净化，但这种方法在一定程度上牺牲了燃料的经济性，还要求燃料含S量非常低。对于超低S燃料，现有吸附一催化还原技术可将NOX降低90%。适用于S高含量燃料的吸附一催化技术目前尚在开发之中。
对于同时净化PM和NO的技术，部分研究结果表明，在钙钛和贵金属催化剂上碳粒能还原NOx。最近，日本丰田公司开发出一种连续式同时催化净化PM和NOX并对NO和HC也具有较好的净化作用，所以有望在同一种催化剂上同时净化PM，NO，CO和HC，即开发出所谓的“四效催化剂”，其开发成功无疑将极大地推动柴油机尾气控制技术的进步。
采用碳素纤维加载低电压技术，可有效减少NOx的排放。碳素纤维具有催化活性，能促进废气中的NO与C或HC进行氧化还原反应，随着电压的升高，可使NOX排放明显降低。目前，该技术正处于研究阶段，尚未取得突破性进展，同时该技术净化效果的发挥必须以微粒的有效消除为基础。对不同基材的活性碳素纤维采用硝酸浸渍，并以此作为直接还原剂，以达到脱除NO的目的。如采用硝酸浸渍的沥青基、粘胶基、聚丙稀晴基等为原材料制成的活性碳素纤维。不过，这些研究仍处于试验室阶段。3.2 PM的后处理技术
3.2.1加装氧化催化转化器 柴油机PM后处理技术包括催化氧化和过滤。柴油机加装氧化催化转换器是一种有效的机外净化排气中的可燃气体和可溶性SOF有机组分的常用措施。采取此措施（以铂Pt、钯Pd贵重金属作为催化剂）能使HC、CO减少50%，颗粒PM减少50%~70%，其中的多环芳烃和硝基多环芳烃也有明显减少。
但是，氧化催化器的缺点是会将排气中的SO2氧化为SO，生成硫酸雾或固态硫酸盐颗粒，额外增加颗粒物质排放量。美国最近针对新型柴油机进行的一项示范研究表明，当使用S的质量分数为368×10－6的柴油时，催化氧化可使瞬态工况条件下的PM排放降低23%~29%，HC降低52%~58%若改用S的质量分数为54×10－6的柴油，PM可降低13%。所以，柴油机氧化催化器一般适用于含硫量较低的柴油燃料；并要保证催化剂及载体、发动机运行工况、发动机特性、废气的流速和催化转换器的大小以及废气流入转换器的进口温度等正常，使净化效果达到最佳。
3.2.2采用微粒捕集器
微粒捕集器由微粒过滤器和再生装置组成。微粒捕集器通过其中有极小孔隙的过滤介质（滤芯）捕集柴油机排气中的固态碳粒和吸附可溶性有机成分的碳烟。
微粒捕集器的工作主体是滤芯，目前常用的过滤材料有：金属丝网、陶瓷纤维、泡沫陶瓷和壁流式蜂窝陶瓷等。滤芯决定过滤器的过滤效率、工作可靠性、使用寿命以及再生技术的使用和再生效果。滤芯应满足较高的性能指标：具有较高的过滤效率，具有大的过滤面积耐热冲击性好，具有较强的机械性能指标，热稳定性好，能承受较高的热负荷具有较小的热膨胀系数通过性好，流通阻力小在外形尺寸相同的情况下，背压小，背压增长率低，适应再生能力强质量轻。目前，最常使用的过滤材料为堇青石（其主要成分为MgO.AlO.SiO）和碳化硅晶体SiC。
微粒捕集器对碳的过滤效率较高，可达到60%。在过滤过程中，会导致柴油机排气背压升高，当排气背压达到16~20kPa时，柴油机性能开始恶化，因此必须定期地除去颗粒，使过滤器恢复到原来的工作状态，即过滤器再生。微粒捕集器的再生方式可分为“被动”再生和“主动”再生：“被动”方式即为催化再生，是在过滤器载体上浸渍催化剂或在燃油中加入添加剂来降低颗粒的氧化反应的活化能，降低碳粒的起燃温度来实现颗粒过滤器的再生；“主动”再生方式又称为“热再生”，即外加能量（热能）的再生方式，利用外部热源使积存在过滤体内的微粒升温、自燃，以减少过滤器内的微粒PM。根据外加能量的形式可分为：全负荷再生、喷油助燃再生、电加热再生、电自加热再生和微波再生等。随后又开发出CRT（连续再生捕集器）系统、节流再生、逆向喷气再生、振动再生等几种非加热再生方式。
就目前而言，在再生过滤器的研究中需进一步解决的问题有：降低再生温度，进一步降低再生所需要的能量。在柴油机的排气温度下使其能有效地再生，达到减少能量损耗和简化机构的目的：对于使用气压制动的车辆，逆向喷气再生技术是今后的一个发展方向。但其结构和能量的来源以及可靠性都有待于进一步深入研究。连续再生将是以后一个重要的发展方向，但就中国而言，由于受柴油中的硫含量太高的影响（要求为50×10），国内在相当长的时间内受化工技术的影响不能使用。
在各种柴油机微粒捕捉器再生技术中，除连续再生外，都要对再生时机进行判断，即进行再生控制，再生控制系统是微粒捕捉器不可缺少的部分。现代自动捕集器系统已经具备在线诊断系统形式的电子监测，并同时控制再生过程，除了简单地监测背压，还用复杂的运算来确定烟尘装载量。最新开发的烟尘传感器（如测电导率）可连续监控排气的清洁度，保证了捕集器在正确的时机进行再生。3.2.3静电式微粒收集器
柴油机排气微粒中有70%~80%呈带电状态，每个带电微粒约带1~5个基本正电荷或负电荷，整体呈电中性。目前利用附加强电场对呈带电特性的碳烟微粒进行静电吸附，并取得了一定的试验成果。但目前的问题是设备体积过大，成本太高，在车辆上使用最困难的是高压电的供给及收集中防止二次分散及反电晕等问题。但是随着技术的发展也是极有前景的。3.2.4电压捕集技术
在柴油机排气管的上下游分别装金属网，网间加约50V直流电压。一般上游的金属网网格较大，加负电压；下游的金属网网格较密，加正电压。当微粒经过上游金属网时带上负电，经过下游带正电的金属网时被吸附，从而达到微粒净化的目的，这种方法装置简单且过滤效率高。3.2.5脉冲电晕等离子体化学处理技术
此种技术利用5－20eV的高能电子轰击反应器中的气体分子NOx，SO，O，HO等。经过激活、分解、电离等过程产生很强的自由基COH，HO，原子氧（O）和臭氧等，强氧化物迅速氧化掉碳粒、NOx和SO在水的作用下生成硝酸和硫酸，加入适当的添加剂（NH等）则生成相应的铵盐，可通过滤清器和静电除尘收集产物，从而达到减少污染的目的。但由于本过程产生了新的盐类和其它化学成份，有可能形成二次污染，目前尚处于理论研究和实验室内的应用。3.2.6静电旋风技术
研究人员对静电旋风技术捕集去除柴油机PM的效果进行了探索性研究。结果表明，借助高压脉冲静电作用不仅能较好地捕集柴油机排气PM，而且尾气中的HC和NOx也有一定的去除作用。静电旋风捕集器具有排气阻力小、清灰简单等优势。4 结束语 4.1燃料方面
目前的发展方向是采用代用燃料，提高石油冶炼技术，研制新型柴油添加剂，消除柴油中的硫，减少燃油中的芳烃成分，降低柴油中不饱和烃的含量，提高柴油的品质，从源头上解决尾气排放的问题。
4.2机内净化技术
柴油机尾气排放控制的发展方向将是采用多种措施综合应用。运用电子控制技术，通过对柴油机优化设计，采用增压中冷、EGR来达到最优配合。4.3尾气后处理技术
汽油机尾气 篇3
关键词：尾气；分析；故障；诊断
中图分类号：G71
一、尾气分析概述
（一）尾气分析的基本概念
尾气分析是在发动机不同工作状况下，通过检测废气中不同成分气体的含量来判断发动机各系统故障的方法。其目的是对发动机的燃烧状况进行综合评价。
（二）尾气分析在汽车发动机故障诊断中应用的背景
随着现代科学技术的进步，特别是随着计算机技术的进步，汽车检测技术也飞速发展。汽车故障诊断仪、示波器、红外线测温仪等设备对汽车进行不解体检测已越来越多使用，但是将汽车尾气分析应用于汽车发动机故障诊断中上还是很少，尾气分析大都还是环保部门做检查环保，对修理厂修车用的不是很多。尾气分析不仅是检查排放污染物治理效果的唯一途径，而且还是对发动机工作状况及性能判定的重要手段。
二、尾气的主要成分、生成机理及影响因素
（一）尾气的主要成分
尾气主要是CO、HC、NOx、CO2、H2O和O2，其中CO、HC、NOx、这些物质对人类和整个环境危害极大，为排气污染物。
（二）尾气污染物的生成机理
CO是燃烧不完全的产物，HC主要是未燃烧和未完全燃烧而产生，NOX是在发动机大负荷工作时在高温富氧中产生。
（三）尾气排放物的影响因素
1、空燃比对尾气成分的影响
随着空燃比的增加，CO值逐渐下降，HC值两头高、中间低，CO2值中间高、两头低。当空燃比小于14.7：1时，由于空气量不足引起不完全燃烧，CO、HC值增大。空燃比越接近14.7：1，燃烧越完全，HC、CO的值越低，O2越接近于零，而CO2的值越高。而当空燃比超过16.2：1时，由于燃料成分过少，用通常的燃烧方式已不能正常着火，产生失火，使未燃HC大量排出。在理论空燃比附近，CO曲线有一个拐点，当A/F减少时，可燃混合气过浓，燃油无法充分燃烧，CO生成物便急剧增加；当A/F增大时，氧含量充足，燃油可以充分燃烧，使CO生成量减少，而且比较稳定。
2、点火正时对尾气成分的影响
点火提前角对CO值没有太大影响，但对HC和NOx的影响较大，过分推迟点火会使CO没有时间完全氧化而引起CO排放量增加，但适度推迟点火可减小CO排放。实际上当点火时间推迟时，为了维持输出功率不变需要开大节气门，这时CO排放明显增加。随着点火提前角的推迟，HC的含量降低，主要是因为增高了排气温度，促进了CO和HC的氧化，也由于减小了燃烧室内的激冷面积。火提前角对CO的生成量影响不大，但对HC和NOx的影响较大。
随着点火提前角的增大，HC和NOx生成物都会急剧增加，其原因与燃烧时的速度、压力、温度等有关，当点火提前角增大到一定值后，由于燃烧时间过短，HC和NOx生成量便有所下降。当然，正确的调整点火正时是非常必要的，过迟的点火提前角会使发动机动力下降，油耗增大，工作不稳。
三、尾气排放不合格的故障诊断
（一）尾气排放不合格原因与故障诊断* C8 B0 _： _5 B$ p5 w* R9 k* r& {9 o$ L1 T/ [$ D！ [0 ＼" }， ～
1、HC值过大，说明燃油没有充分燃烧。应检查点火系统是否缺火、点火能量不足或点火时间不准、检查气缸密封情况、检查配气相位、检查三元催化器、检查电控系统传感器或电脑是否有故障。
2、CO值过高说明混合气过浓，应检查喷油嘴是否漏油、燃油压力是否过高、空气滤清是否堵塞或活塞环胶阻、曲轴箱通风受阻、点火提前交过大、水温传感器和空气流量计故障。CO值过低，说明混合气过稀，应检查燃油压力是否过低、喷油嘴堵塞、真空泄露等。
3、NOx值过大，应检查点火提前角及点火控制系统、传感器是否有故障、气缸压力是否过高、发动机工作温度是否过高、进气温度是否过高、配气相位是否正确和进气增压是否过大。
4、O2值低，而CO值低，说明混合气过浓，应检查喷油器是否泄露、燃油压力是否过高、曲轴箱是否窜气、燃油蒸发系统是否有故障、传感器和电脑是否有故障。
5、O2值高，而CO值低，说明混合气过稀，应主要检查真空是否泄露、燃油压力是否过低、喷油器是否堵塞、控制系统是否有故障和排气系统是否有故障。
（二）尾气排放超标的一般检查步骤
1、用五气体废气分析仪检测发动机尾气排放。初步分析排放超标的大的方面的故障原因，如混合气浓、混合气稀、气缸缺火等。
进行故障码读取，检查ECU是否存储有与排放超标相关的故障码。如有，按故障提示进行检查。
3、用专用诊断仪读取动态数据流，进一步分析故障原因。
4、评定氧传感器好坏，结合观察氧传感器信号波形，与尾气排放分析结果对比，分析故障原因。
5、对各执行器进行动作试验，并对其性能进行进一步检查。如检查喷油器的喷油量密封性等。
6、检查发动机机械部分的可能原因。如积炭、气缸密封性能等。
四、尾气分析注意事项
对于装有催化转化器的汽车，如果催化剂工作正常，会使CO和HC减少。因此，将取样探头插到催化转化器之前测量未經转换的排气或在EGR阀的排气口检测。必要时，使空气泵和二次空气喷射系统停止工作。读取测量数据前，不要让发动机怠速运转时间过长。在发动机暖机后，才能使用尾气分析仪进行尾气检测。在进行变工况测试中，要让加速踏板稳住后再读取测量数据。
参考文献：
[1]曹红兵：《尾气分析在汽车发动机诊断中的应用》，汽车维修和保养，2006年10月.
[2]唐青云、李金嗣：《汽车尾气分析仪原理及发展现状》，汽车维修与保养，2002年08期.
[3]杨丰力，郑殿旺：《汽车故障诊断设备在维修中的应用研究》，工业技术经济，1997年02期.
汽油机尾气 篇4
一、概念
简易瞬态工况法 (以下简称简易瞬态法) 是使用汽车底盘测功机等设备, 通过在转鼓试验台上模拟汽车在道路上的实际行驶状况, 对汽车排气污染物进行测试的一种方法, 也是GB18285-2005标准推荐使用的方法之一。
二、特点
1.简易瞬态法是一种带负荷的测试方法, 检测结果能良好地反映车辆在道路上的实际排放状况, 是科学、先进、实用的检测方法。与目前采用的双怠速检测方法相比, 具有误判率较低, 能有效防止调校作弊行为, 同时也能对汽车的氮氧化物排放进行检测, 可为用车提供更加科学、客观的依据。
2.简易瞬态法采用了与新生产车辆一致性检测相同的15工况法测试方法, 与新生产车的检测结果相关性较好。
3.简易瞬态法的测量结果为汽车单位行驶里程的污染物排放量 (测量结果单位为g/km) , 有利于机动车排放因子的计算, 以及建立机动车排放清单, 有利于对机动车排气污染物实施总量控制。
4.简易工况法可快速、准确的检测分析出车辆尾气中CO、HC、CO2、O2、NOx等组分的浓度, 不仅适用范围广, 而且检测精度高于怠速法3～4倍。
三、基本原理
汽车排气质量分析系统在传统尾气浓度分析系统的基础上, 加上流量分析的功能, 根据尾气的浓度与流量计算得到尾气排放的质量。如图l所示, 稀释气体由排放尾气和环境空气混合而成, 利用空气中的氧气浓度数据, 五气分析仪测得的尾气中的O2浓度以及稀释气体中的O2浓度, 可以得到进人流量计的排放尾气被空气稀释的比例;流量测量的结果经温度和压力修正, 获得标准体积流, 结合尾气的稀释比例, 进而计算排放尾气的实际流量。根据尾气的成份浓度 (由五气分析仪测量得到) 和尾气的流量, 可测出汽油车尾气中排放污染物的质量含量 (五气分析仪抽取的尾气流量很小, 对流量测量不造成影响) 。此数据和底盘测功机测得的发动机的实际输出功率相结合, 可实时分析车辆在道路负荷工况下排气污染物的排放质量, 对于全面评价车辆的排放状况、估算机动车污染物排放总量及制定切实可行的机动车污染控制规划具有重要意义。
四、主要设备
简易瞬态工况法的设备主要包括:底盘测功机、排气取样系统、五气分析仪、气体流量分析仪和自动检测控制系统。
1. 底盘测功机
底盘测功机主要用于模拟车辆道路行驶的各种工况, 要求能够模拟车辆在道路上行驶的加速惯量, 即底盘测功机通过控制功率吸收单元模拟车辆在道路上匀速和加速工况, 减速工况只通过基本飞轮部分模拟, 或者能够模拟车辆在道路行驶的全惯量。
2. 排放取样系统
排放取样系统包括水气分离系统、颗粒过滤装置、取样泵和流量控制单元。应保证其可靠耐用, 无泄漏且易于维护, 与取样气体接触的制造材料不能与取样气体反应且不污染取样气体或改变被分析气体的特性。此外, 取样系统应能耐高温、耐腐蚀。
3. 五气分析仪
五气分析仪直接对排放气体进行采样分析。其中一氧化碳 (CO) 、二氧化碳 (CO2) 、碳氢化物 (HC) 采用不分光红外法 (NDIR) 氮氧化物 (NOx) 采用电化学法或其他等效方法。五气分析仪应能满足至少5Hz的排放浓度测试能力 (即能够满足至少每0.2s进行一次排放浓度测试) , 并且每次开始测试前, 应对环境温度、湿度进行测量, 至少每秒测量一次。
4. 气体流量分析仪 (VMAS)
气体流量分析仪是简易瞬态工况法所特有的检测设备。它的基本结构如图2所示。
它由气室、蜗旋流量传感器、氧气传感器、抽气机、温度和压力传感器等组成。主要用来即时地测量排放气体的流量。气体流量分析仪将测量稀释后的气体的氧含量与原排放气体中的氧含量相比较, 求得质量稀释的比例, 通过稀释比和气体流量分析仪测得的流量, 计算出每一秒的排放体积。然后根据排放体积和五气分析仪测量出来的排放浓度来计算汽车每一秒排放的污染质量。
5. 自动检测控制系统
根据输入的车辆参数自动设置加载载荷和选择排放标准。检测程序、数据采集和分析判断检测结果都由自动检测控制系统自动完成。
五、检测流程
1. 车辆预检
待检车辆完成车辆检测登记后, 引车员应将车辆驾驶到底盘测功机前等待检测, 并进行车辆的预先检查。预先检查的目的是核实受检车辆是否和行驶证相符, 并评价车辆的实际状况是否能够进行简易瞬态工况法检测。在进行预先检查时, 如果发现受检车辆的车况太差, 不适合进行简易瞬态工况法检测, 必须进行修理后才能进行检测。
2. 实验设备准备和标定
(1) 取样系统进行至少15min的连续清洗, 若为反吹清洗则不少于5min。将取样探头插入汽车排气管250mm, 若深度不能保证应加长排气管。
(2) 对五气分析仪和气体流量分析仪进行预热, 使其在通电后30min达到稳定。在每次开始实验前, 分析仪器完成自动调零, 测定环境污染水平和HC残留量。采集的环境背景样气应满足以下条件:HC<7×10-6, CO<0.02%、NOx<25×10-6, 且取样系统中HC残留量浓度高出环境背景氧气浓度不超过7×10-6时, 仪器可以使用。
(3) 在对测功机进行预热之后, 进行滑行试验, 在滑行试验合格后方可进行简易瞬态工况法的排放检测。计算机系统根据车辆参数自动设定测功机载荷或根据基准值来设定试验工况的吸收功率值。
3. 进行检测
起动发动机, 使发动机保持怠速运转40s, 然后进行进行试验。按照图3所示的试验循环进行试验。在试验过程中应注意:
(1) 怠速运行工况。对于手动或半自动变速器, 怠速期间, 离合器接合, 变速器置于空挡;为了按正常循环进行加速, 车辆应在循环的每个怠速后期, 加速开始前5s离合器脱开。对于自动变速器, 在试验开始时, 放好挡位选择器后, 在试验期间任何时候不再操作挡位选择器。
(2) 加速运行工况。在整个工况过程中进行加速时, 尽可能使加速度恒定。若加速度未能在规定时间内完成, 如有可能, 超出的时间应从工况改变的复合公差的时间中扣除;对于自动变速器, 若加速不能再规定时间内完成, 应按照手动变速器的要求, 操作挡位选择器。
(3) 减速运行工况。在减速工况时, 应使加速踏板完全松开, 离合器接合, 当车速降至10km/h时, 离合器脱开, 但不操作变速杆。如果减速时间比响应工况规定的时间长, 则应使用车辆的制动器, 以使循环按照规定的时间进行。如果减速时间比响应时间规定的时间短, 则应在下一个等速或怠速工况时间中恢复到理论循环规定的时间。
(4) 等速运行工况。从加速过渡到下一等速工况时, 应避免猛踏加速踏板或关闭节气们。等速工况应采用保持加速踏板位置不变的方法实现。
4. 检测完毕
循环终了时, 车辆停止在转鼓上, 变速器置于空挡, 离合器接合。同时停止取样。
六、结果计算及判定
在简易瞬态工况法中, 计算排放气体质量全部由系统自行进行。计算过程如下:
1.气体流量分析仪将测量稀释后排放气体的氧气含量与原来未稀释排气的氧气含量进行比较, 得出稀释比例K;通过稀释比例K与其体流量分析仪测得的稀释后的流量V0, 得出实际每一秒的车辆的排放气体体积V1, 再根据五气分析仪测得P的浓度得到每一秒排放气体的质量M。如下列公式所示:
(式中:K—稀释比例;Co2—环境O2浓度;;’o 2—稀释后排放气体中O2浓度;Co2-原始O2浓度)
(式中:p—气体的密度)
2.将计算所得到的每秒排放气体的质量M转换成单位里程下的排放质量即排放因子M1。
(式中:M—单位时间排放质量g/s;S—车辆单位时间当量行驶距离km/s)
3. 结果判定
将测量所得的排放因子与简易瞬态工况法的排放限值相比较, 获得车辆最终的检测结果。排放限值应根据各地的实际情况, 结合车辆的基准质量、车龄、车辆类型等来制定。
七、应注意的问题
在瞬态加载简易工况法 (VMAS) 的操作中, 有几个问题应该特别注意:
1.如果使用的是电涡流底盘测功机必须配备机械惯量补偿装置 (即惯性飞轮组合) 。
2.检测系统的进气口应该与被检车辆的排气口保持适当的距离, 让足够的环境空气进入软管, 以达到稀释效果。
3.操作过程中应避免通气管弯折阻碍气体流量。
4.对双排气口的汽车, 应该对每个排气口分别测量, 结果累加后作为最后的测量结果。
5.对使用三效催化转化器的车辆, 在进行检测前应当先进行必要的预处理充分预热三效催化转化器。
6.对系统内部进气道应该进行定期清洁, 特别是扰流柱体。
八、结束语
汽油机尾气 篇5
1 试验设备与方法
1. 1 试验设备
试验所用柴油机具体技术参数见表1。
试验所用粒径测量仪器是美国TSI公司生产的EEPSTM( 3090) 尾气粒径 谱仪,具体技术 参数见表2[5]。
在对柴油机尾气进行采样测试时,为避免过高的微粒浓度损坏尾气粒径谱仪,需要将尾气进行稀释处理[6]。因此,本系列试验采用了二级稀释方法对尾气进行稀释,其中一级稀释采用分流稀释,二级稀释采用全流稀释。通过测量稀释前后CO2的浓度,可以计算并控制系统的稀释比[7]。图1是尾气微粒稀释及测控系统示意图。
1. 2 试验方法
采用的试验工况是根据柴油机曲轴箱窜气量大小选定的。表3中列出了各个试验工况,分别对应柴油机的小、中、大的窜气量。
开始试验时首先调节柴油机到某一目标工况,将窜气从曲轴箱中引出排到室外,待柴油机运行稳定后,记录尾气粒径谱仪所显示的二级稀释管道中微粒粒径数量浓度分布情况,并根据实时的CO2稀释比,计算出尾气中微粒数量浓度分布情况; 然后在相同工况下,将窜气引入到进气道内,待柴油机稳定运行3 min之后,再次记录尾气粒径谱仪所显示微粒数量浓度分布以及实时的CO2稀释比,计算出尾气中微粒数量浓度分布情况,并与之前所得结果进行比较。
2 试验结果与分析
2. 1 曲轴箱窜气对尾气微粒粒径数量浓度分布影响
图2表示柴油机不同试验工况时,窜气直排大气以及窜气引入进气两种不同情况下微粒粒径数量浓度分布对比图。横坐标表示微粒直径dp,纵坐标表示每cm3内微粒对数数量d N/dlgdp。从图2中可以看出,窜气引入柴油机进气系统主要影响5 ~ 100nm微粒数量浓度分布。窜气引入使得各工况下微粒粒径数量浓度的高峰峰值显著增加,并促使新峰值区域的形成,在某些工况下还使微粒浓度峰值区域发生偏移。
在柴油机1 400 r·min- 1、50 N·m小窜气量工况下,当窜气直排大气时尾气中微粒粒径数量浓度呈双峰分布,峰值区域分别为6 ~ 10 nm以及30 ~50 nm; 当窜气引入进气时,柴油机尾气中微粒数量浓度呈双峰分布,峰值区域分别为15 ~ 20 nm以及25 ~ 45 nm,且双峰峰值与窜气直排大气情况相比分别增加了174. 6% 和124. 2% 。从微粒增加的绝对数量来看,窜气引入进气后10 ~ 50 nm直径的核模态微粒数量显著增加。导致上述差异的原因是窜气中的机油成分影响了内燃机的燃烧并促进了微粒的生成。微粒生成 主要经过 成核、生长和氧 化过程[8]。在窜气直排大气情况下,未完全燃烧的燃料氧化裂解形成了核模态微粒核心,缸内未燃HC吸附在其表面促进微粒生长,微粒之间又通过碰撞凝聚形成直径更大的集聚态微粒,最终使微粒浓度呈现双峰分布[9]。而在窜气引入进气的情况下,由于内燃机处于低转速低负荷工况,缸内温度较低,气流运动较弱,窜气中一部分机油油雾的不完全燃烧促进更多核模态微粒核心在缸内生成; 另一部分未参与燃烧的机油油雾在排气过程中凝结吸附在已有微粒表面促使其进一步生长。所以小窜气量工况下,窜气引入进气后微粒数量双峰向15 ~ 45 nm之间聚拢。
在柴油机2 000 r·min- 1、150 N·m中窜气量工况下,窜气直排大气时柴油机尾气中微粒粒径数量浓度呈单峰分布,峰值区域为25 ~ 60 nm; 窜气引入进气时柴油机尾气中微粒数量浓度呈双峰分布,峰值区域分别为9 ~ 12 nm以及50 ~ 100 nm,高峰峰值增大12. 5% 且向大粒径方向移动。从微粒增加的绝对数量来看,窜气引入进气后9 ~ 12 nm核模态微粒和50 ~ 120 nm直径的集聚态微粒数量明显增加。在窜气直排大气的情况下,随着柴油机转速和负荷增大,缸内温度升高,由于不完全燃烧生成的直径较小的核模态微粒核心被迅速氧化,较高的尾气温度也抑制了未燃HC的凝结过程,所以小粒径核模态微粒相对数量减小,微粒数量浓度成单峰分布。而对于窜气引入进气的情况,柴油机转速和负荷的增大使得机油温度升高,曲轴箱压力增大,窜气量增大,随窜气进入燃烧室的机油油雾增多,核模态微粒成核速度要大于氧化速度,促使小粒径核模态微粒数量增多; 未燃的机油又会吸附和凝聚在微粒表面促进微粒生长,使集聚态微粒数量增加,且峰值向大粒径方向移动。所以在中窜气量工况下,窜气引入进气使尾气中核模态和集聚态微粒数量都有明显增加。
在柴油机2 500 r·min- 1、230 N·m大窜气量工况下,窜气直排大气时尾气中粒径微粒数量浓度呈双峰分布,峰值区域分别为8 ~ 12 nm以及25 ~50 nm; 窜气引入进气时柴油机尾气中微粒数量浓度呈双峰分布,峰值区域分别为8 ~ 15 nm以及30 ~60 nm,15 ~ 50 nm区间内的核模态微粒数量明显增加,高峰峰值较窜气直排大气情况增大了47. 0% 。随着柴油机转速和负荷进一步升高,虽然缸内温度的升高有利于核模态微粒核心氧化,但由于燃烧时间缩短,燃烧不均匀性加剧,小粒径核模态微粒成核速度要高于氧化速度,所以当窜气直排大气时出现了小粒径核模态峰值区域。而在窜气引入进气的情况下,机油温度和窜气量的升高使得更多的机油油雾进入了燃烧室,使原本就不均匀的燃烧进一步恶化,缸内的高温和较强的气流运动增加了微粒间碰撞的频率,促进了小粒径核模态微粒的聚合又无法形成稳定的大粒径集聚态微粒。所以相对于窜气直排大气的情况,窜气引入进气时15 ~ 50 nm核模态微粒增加明显,而小于15 nm核模态微粒数量以及集聚态微粒数量变化不大。
2. 2 曲轴箱窜气对尾气微粒总数量浓度影响
图3表示各试验工况下,曲轴箱窜气直排大气或引入进气时尾气微粒总数量浓度对比图。横坐标表示不同试验工况,纵坐标表示每cm3内微粒对数数量d N/dlgdp。从试验工况角度分析,无论窜气是否引入进气,中、大窜气量工况与小窜气量工况相比,尾气微粒总数量浓度要高出一个数量级。这是由于随着柴油机负荷的升高,每循环向缸内的喷油量增加,空燃比减小,且缸内温度升高,形成了高温缺氧的环境条件,更有利于微粒成核和生长过程,微粒总数量急剧增加。从窜气流向角度分析,当曲轴箱窜气引入进气时不同试验工况下总微粒数量浓度均有增加。对于1 400 r·min- 1、50 N·m小窜气工况,窜气引入进气时尾气微粒绝对数量浓度虽然增加有限,但相对数量浓度增幅达到107. 1% ; 对于2 000 r·min- 1、150 N·m中窜气量工况以及2 500r·min- 1、230 N·m大窜气量工况,窜气引入进气时微粒总数量浓度增幅分别为44. 2% 和38. 5% ,较窜气直排大气的情况有明显提高。可见,由于曲轴箱窜气含有机油成分,将其引入进气后使柴油机缸内燃烧环境恶化,促使各工况下尾气微粒总数量浓度升高。
3 结论
( 1) 曲轴箱窜气引入进气会影响柴油机尾气中微粒粒径数量浓度的分布,主要表现在高峰峰值的增加和新峰值区域的形成。窜气的引入主要影响核模态微粒及100 nm以下集聚态微粒的数量浓度分布,小、中、大窜气量 工况高峰 峰值增幅 分别为124. 2% 、12. 5% 、47. 0% ,中窜气量工况出现新的核模态微粒峰值区域。
汽油机尾气 篇6
近年来, 我国汽车保有量呈现出井喷式增长的态势, 汽车尾气造成的大气污染也随之不断加剧。如何有效控制尾气污染已经成为了一个非常严峻和急于解决的问题。迄今已有很多相关机构和学者从道路交通管理和汽车节能减排两个方向进行了深入研究[1，2]。张本[3]研究了城市交通管控策略对机动车排放影响进行了仿真研究。蔡晓华[4]等重点研究了交通管理对城市隧道机动车尾气排放的影响。龙江英[5]研究了城市交通体系碳排放测评模型及优化方法。王小霞[6]研究了道路机动车尾气污染物排放量的预测与控制措施。上述研究成果都表明掌握汽车尾气的排放状况和规律是控制尾气污染的重要前提。
汽油发动机的尾气排放状况与发动机工况有着非常紧密的联系[7]。处于不同工况下的汽油机尾气排放特征有明显区别。此外, 车辆运行环境也会在一定程度上影响尾气排放状况, 使得汽油机尾气排放具有较复杂的非线性波动特性[8]。国内外现已提出的机动车尾气污染模型如MOBILE模型、CMEM模型、COPERT模型、IVE模型等, 其基本思路主要都是在欧式空间中对尾气污染物排放因子进行线性回归分析, 忽略了尾气排放变化的连续性以及数据分布的拓扑结构信息[9], 因此其建模精度在实际应用中具有一定的局限性。
本文将尾气数据从欧式空间嵌入到流行空间中, 通过李群机器学习算法, 挖掘尾气污染物数据集中的流行拓扑结构信息[10,11,12], 并应用李群均值模型、李群仿射模型对尾气排放状态规律进行建模, 有效地提高了模型的拟合精度。在此基础上, 使用李群匹配算法对尾气的污染状况进行分析。该方法充分利用尾气的流行拓扑结构信息进行线性处理, 是欧式空间线性化方法的拓展。
在福特蒙迪欧牌轿车上获得的实验结果表明, 该模型能较为准确的拟合汽油机尾气的排放规律和分析尾气的污染状态。
1李群理论基础
流行空间在局部上具有欧式空间的性质, 但是获取流行空间与欧式空间之间的映射关系往往较为困难。李群是一种特定的微分流行结构, 利用其几何特性可以在流行空间中表示数据。李群同时又是群, 其代数运算性质能够简化问题的求解。因此, 李群能够直接在流行空间中处理数据。目前, 基于李群的机器学习应用算法研究已经在全球范围内展开, 并取得了很多重大的成果。
定义1:设G是一个非空集合, 并满足以下条件: G是一个群; G是一个微分流行。
G上存在运算
都是解析的, 则称集合G为一个李群。因此, 李群是具有解析运算的连续群, 其每个元素都可以用一组独立实参在欧式空间中连续变化。由全体n阶非奇异实矩阵的集合关于矩阵乘法构成的矩阵群是应用最广泛的李群。
本文后续内容讨论基于矩阵李群建立的尾气仿射模型。和李群密切相关的概念是李代数。
定义2:李代数g是李群G在单位元e处的切空间所构成的一个向量空间。李代数上的二元运算“[ , ]”, 称为李括号。该运算满足以下条件:
(3) 雅克比恒等式:
由于李群具有连续可解析的运算兴致, 使得李群中单位元邻域内的元素可以嵌入到李代数构造的线性空间中, 即李群在局部上可以拓扑等价于线性空间。所以说, 李代数刻画了李群的局部结构。李群和李代数之间具有简单明确的代数关系, 如定义3所述。
定义3:李群G中单位元e邻域内的元素Ge和李代数g之间存在如下指数映射
上述映射关系搭建了李群和李代数之间转换的桥梁, 使得欧式空间的非线性模型能够在李代数构造的线性空间中进行精确表示。这种从流行拓扑角度把非线性问题转化为线性问题的新方法, 能够有效提高复杂数据的处理效率[13，14]。
2尾气李群模型
汽油发动机的尾气成分主要包括HC、CO、NOx、CO2和O2等, 其中前3 种是对大气造成污染的有害物质。由于HC、CO和NOx的排放量是非线性连续变化的, 所以常见的分析方法是在欧式空间上进行线性化处理。由于忽略了数据的流行拓扑结构信息, 所以建模精度在实际应用中不理想。
本文从光滑流行空间的角度, 使用李群模型在流行空间中对尾气数据进行描述, 再通过李群和李代数之间的指数映射将其线性化。这样可以精确刻画尾气污染物的局部非线性变化过程, 以提高整个尾气模型的拟合和匹配精度。
2.1尾气李群均值模型
本文分别对怠速、小负荷、中负荷和大负荷工况下, 汽油机尾气污染物的排放状况和规律进行研究。为了提高数据采集精度, 在某个稳定工况下进行多次尾气数据的检测, 并用其均值来表征对应工况的排放。
在欧式空间中, n个向量的均值μ定义为
由于运行环境的连续变化会导致汽油机的尾气排放在局部发生波动。为了更准确的获得稳定工况下呈现非线性变化的尾气含量均值, 将尾气数据嵌入到流行拓扑空间中, 然后采用李群均值模型进行均值的求解。
在微分流行拓扑空间中, 向量样本a、b之间的距离为测地线距离
则李群李群均值 μ 定义为
2.2尾气的仿射李群模型
尾气污染物的排放量和发动机工况和运行环境等因素都有着紧密的联系。HC、CO和NOx的生成条件在宏观上是互相制约的。 在怠速工况下, HC、CO含量较多, NOx的含量较低。在中小负荷工况下, HC和CO含量明显减少、NOx含量缓慢增加。在大负荷工况工况下, CO含量减少, HC和NOx含量明显增加。因此, HC、CO和NOx的含量变化可以近似用仿射变换进行刻画[13]。
仿射变换是旋转变换和平移变换的合成, 其模型如下
由于尾气排放量在短时间内几乎不会发生漂移, 因此只需要进行旋转变化。 用向量a' = (HC'CO'NO'x) T描述某时刻的发动机尾气污染物排放状况, 用向量a = (HC CO NOx) T描述汽油机的工况数据模板, 则仿射变换可以表示为:
其中, 矩阵为尾气的仿射矩阵。则全体仿射矩阵构成了一个仿射李群, 其对应李代数的基由9个矩阵gi, iϵ (1, ⋯, 9) 组成。
根据李群和李代数的指数映射关系, T (r) 邻域内的任意一点T' 为
3尾气模型匹配
通过对上述李群模型进行匹配运算, 可以对尾气排放状态是否正常进行分析判断。本文分别获取怠速、小负荷、中等负荷以及大负荷工况下, 发动机转速、节气门开度、水温以及尾气污染物排放数据, 并将其作为相应的仿射模板。判断在某工况下汽油机尾气排放是否正常的问题, 就可以转化成是否能由对应尾气排放模板的仿射变换来表出, 而仿射变换的求解就是对式 (12) 的最小化过程。由于尾气是非线性变化的, 所以采用迭代法进行求解。迭代公式如下
其中, 参数r的初始值由指定时间内尾气污染物内均值对应的仿射参数来确定, 其最优解为
其中, ∇ (0) 为参数r处的梯度, H (0) 为参数r处的海森矩阵。
尾气仿射模型的迭代算法如下:
1) 输入相应的工况模板和第一次采集的实际尾气排放值;
2) 计算参数r的初始值;
3) 计算Δr;
4) 更新;
5) 若||Δg (r) || < ε 或者迭代次数少于某定值, 则返回true。
4实验与分析
为了对上述尾气模型匹配算法的性能进行验证, 本文在福特蒙迪欧轿车 (发动机型号Duratec2.3 L, 6速自动变速器) 上进行了实验。
4.1车载测试系统
获取发动机尾气的方式主要有台架测试法、隧道测试法、遥感测试法和车载测试法等, 本文采用车载测试法以提高尾气的采集精度。首先将便携式尾气分析仪安装在车辆后备箱内, 然后通过串口将实时获取的尾气污染物数据传输给单片机, 单片机通过OBD接口获取发动机工况数据并与尾气数据整合, 再由无线通讯模块传输到服务器端。系统结构如图1所示。
4.2尾气模板
首先根据发动机转速、节气门开度对发动机的怠速、小负荷、中等负荷以及大负荷进行标定。以采样频率为1Hz对各工况下的尾气污染物量进行抽样 (发动机水温96 摄氏度) , 然后分别计算其对应的李群均值, 计算结果如表1所示。
4.3实验结果
本文分别在发动机无故障状态和有故障状态下进行若干次尾气污染物的随机测量, 以检验尾气匹配模型的精度和可靠性。匹配模型收敛的判断标准设为10次迭代, 且 ||Δg (r) || < 1。
1) 无故障状态
在发动机无故障的正常运行条件下进行了20次的汽油机尾气污染物测量, 并进行尾气匹配。结果如表2所示。
从表1 可以看出, 在发动机工作正常的情况下各个工况尾气污染物的排放总体是稳定的。20次尾气匹配20 次全部收敛, 匹配工况正确次数为1次, 准确率达到了95%。
2) 有故障状态
本文分别在缺缸、真空管漏气和喷油器常开三种故障模式下进行了10次的尾气检测匹配。
(1) 缺缸。通过设置第一、三缸喷油器开路来实现缺缸故障, 尾气匹配的结果如表3所示。由表3可以得出, 缺缸导致尾气匹配算法收敛次数为7次, 工况匹配正确次数为4 次, 准确率为40%。表明该类型故障对发动机不正常排放的影响很大。
(2) 真空管漏气。通过从节气门后方拔出真空助力器真空管来实现真空管漏气故障, 尾气匹配结果如表4 所示。由表4 可以得出, 真空管漏气导致尾气匹配算法收敛次数为10次, 工况匹配正确次数为9 次, 准确率为95%。表明该类型故障对发动机不正常排放的影响很小。
(3) 喷油器常开。通过卡滞第一缸喷油器, 使其常开来实现喷油器常开故障, 尾气匹配结果如表5所示。由表5可以得出, 喷油器常开导致尾气匹配算法收敛次数为9 次, 工况匹配正确次数为5 次, 准确率为50%。表明该类型故障对发动机不正常排放的影响较大。
5结语
本文基于李群理论对汽油发动机的尾气污染物进行分析建模, 在流行拓扑空间中将非线性模型转化为线性模型。首先通过李群均值算法生成了各种工况下的尾气污染物排放模板, 然后通过李群仿射算法对尾气状态进行匹配, 并对尾气排放状况是否正常进行判断。实验结果表明, 该模型能够对无故障、缺缸、真空管漏气和喷油器常开模式下的尾气排放状况进行判断。但是该模型的尾气模板是在稳定工况下获取的, 而有些尾气排放异常现象往往会发生在发动机急加速和急减速时, 所以在后续工作中, 需要对急加、减速过程中发动机尾气排放规律建模进行研究。
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汽油机尾气 篇7
柴油氧化催化剂应用较多的是Pt负载型催化剂。这种催化剂在催化氧化炭黑方面具有较高的活性[6]。其中Pt/ZSM 5系列催化剂[7]可将烟炭起燃温度降至汽车尾气排放温度范围内(175～400℃)[8]。由于Pt负载型催化剂存在造价高,易受尾气中水蒸气污染[9,10,11]而导致活性下降的缺点,因此本工作采用溶胶-凝胶法合成了K2Ti2O5。根据参考文献[12],研究了K2Ti2O5对烟炭的催化氧化活性,并且利用水处理方法评价了K2Ti2O5的再生性能。
1实验部分[7],炭黑起燃温度为257℃,峰温为350℃,表明此催化活性低于K2Ti2O5。
■—紧密接触;●—松散接触
2.2.2 水处理结果
由图6可知,过滤后的K2Ti2O5/H2O试样,干燥后催化活性高于干燥前,但低于K2Ti2O5。这表明K2Ti2O5/H2O试样过滤后,由于其中含钾质量分数减少,导致催化剂活性中心降低。
a—K2Ti2O5;b—K2Ti2O5/H2O 过滤后干燥;c—K2Ti2O5/H2O 过滤后未干燥
由图7可知,未过滤的K2Ti2O5/H2O经干燥后,在700℃焙烧3h,试样催化活性高于在400℃焙烧3h者,且前者催化活性接近于K2Ti2O5。这表明K2Ti2O5部分溶解于水,但只要经重新干燥和焙烧,仍能保持较高的活性,说明K2Ti2O5具有良好的可再生性。
■—未过滤的K2Ti2O5/H2O;●—400℃×3 h;▲—700℃×3h
综上所述,在K2Ti2O5/H2O中K+与H+发生离子交换反应,生成了Kx(H3O)2-xTi2O5(x为K2Ti2O5中K+的剩余量),K2Ti2O5晶体结构逐渐消失。若K2Ti2O5/H2O体系不经过滤,直接干燥和高温焙烧,使得生成物中水分逐渐蒸发,已进入水相的K+附着在生成物上,所以又重新生成K2Ti2O5。
3 结论
a.水解前,K2Ti2O5表面结构致密,结晶度较高;水解后,其表面出现裂痕和碎块,K2Ti2O5结构发生塌陷。
b.在紧密接触下,K2Ti2O5与炭黑颗粒的催化活性高于松散接触者;K2Ti2O5催化活性高于Pt/ZSM 5催化剂。
c.K2Ti2O5/H2O不经过滤,直接干燥并于700℃焙烧3h,重新生成K2Ti2O5,表明其具有较好的可再生性能。
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