【《发动机节能环保技术分析》9700字（论文）】.docx

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1、发动机节能环保技术研究目录1结论22发动机排放物的危害22.1 一氧化碳(CO)的危害22.2 碳氢化合物(HC)的危害32.3 氮氧化物(xN0)的危害32.4 微粒物PM的危害33发动机排放物的生成机理33.1 NOx的形成机理33.2 碳氢化合物43.3 碳氧化合物43.4 碳烟颗粒54发动机排放物生成的影响因素54.1 点火提前角的影响54.2 发动机工作温度的影响54.3 燃油品质的影响55发动机节能环保技术65.1 三元催化转换装置65.2 缸内直喷技术75.3 双涡轮增压技术85.4 氧化催化氧化器(DOC)95.5 均质压燃106发动机节能环保技术的发展趋势106.1 改进结构

2、，提高机内净化技术116.2 纯电动汽车116.3 使用新型燃料12总结12参考文献错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。1结论目前，汽车已经成为这个时代标志性的产物，人们对汽车的热爱只增不减。汽车工业的快速发展也让汽车保有量急速上升。据数据显示，2014年12月，全国汽车产量达到225.3万辆，同比增长3.7%。2014年全年汽车产量达到2389.5万辆，与2013年相比,增长7.1%。2015年，我国汽车产量达到2450.33万辆，同比增长3.25%,增速比上年同期减缓4.01个百分点，创全球历史新高，连续七年位居全球第一。2015年，中国品牌乘用车销量为873.76万辆，同比增长15.

3、3%;市场份额达41.3%,同比提高2.9个百分点。2016年2月我国汽车产量为161.18万辆，同比增长了3.74%,年度累计为406.91万辆。此外，中汽协对2016年汽车整体市场迸行了预测，预计2016年，中国汽车全年销量为2604万辆（其中国内销量2540万辆，出口量64万辆），增速约为6%o其中，新能源车会继续保持高速增长，销量预计为70万辆左右。2016年全年汽车市场需求约在2628万辆。（全年汽车市场需求=总销量-出口量+进口量）。汽车需求量的增多导致了大量的化石燃料燃烧，发动机在燃烧化石燃料的过程中会产生一些具有污染性的排放物和温室气体，这些污染排放物会影响到人类的身体健康以及

4、整个大气环境。据分析，城市中的雾霾大约有4%的成因与汽车尾气排放有关，这些排放物有可能间接性的与其他物质反应形成酸雨和光化学烟雾，其中的二氧化碳也加剧了温室效应。我们所要做的就是去改善汽车污染问题，减少我们身边的大气环境的污染，让自己生活在一个纯净而美丽的地球上。2发动机排放物的危害发动机的污染排放物在我们生活中的危害显而易见，不仅影响着人类的身体健康，还会引起大气环境的污染，加剧温室效应。尤其是近年来随着车辆的快速增长，大气中CO、HC.xNO、2SO以及PM的含量也陆续增多，导致汽车排放的尾气对人体和大气环境的危害程度也越来越大。在本章的内容中主要分析了发动机的一些排放污染物对人体和大气环

5、境的危害情况。2.1 一氧化碳（CO）的危害汽车排放的一氧化碳主要是化石燃料不完全燃烧产生的。它是一种无色无味的有毒气体,一般情况下一氧化碳对人体无害。头晕、呕吐、头痛等症状只有在吸入一定量的一氧化碳后才会出现，产重时可引起窒息。产生这些症状的主要原因是Co可以与血液中的血红蛋白发生反应，降解血液中的血红蛋白，削弱血液的携氧能力，造成缺氧，更重要的是，一氧化碳在大气中比较稳定，不易与其他物质发生反应，因此可以在大气中长期生。2.2 碳氢化合物（HC）的危害碳氢化合物也是因为化石燃料燃烧不完全而产生的，但它的危害程度比一氧化碳更大。碳氢化合物中含有苯、醛和多环芳香后等物质，带有一定的毒性，其中多

6、环芳香症和苯类物质又具有致癌作用，尤其是苯并茂和硝基烯。碳氢化合物在光照的条件下极易与XNo发生反应，形成以臭氧和醛类为主的有毒性光化学烟雾，严重影响着大气环境与人类的健康。2.3 氮氧化物（xNO）的危害汽车所排放的氮氧化物中种类繁多，有NO、2N0、320N等多种物质。其中NO是氮氧化物中的主要成分，它的特点是无色无味。一般空气中的NO对人体无害，但吸入一定量后,会产生与Co相似的症状，会影响中枢神经系统，造成中枢神经系统轻度障碍，严重时可使人中毒而死亡。2NO具有强烈的刺激性气味，在常温常压下呈棕色，主要由No氧化而成，对人体的危害程度相对较大。因为二氧化氮会与人体血液中的血红素相结合，

7、使血红蛋白变性，对心、肝、肾都会有一定的影响，甚至会造成植物枯黄。此外，氮氧化物还会与碳氢化合物在光照的条件下形成带有毒性的光化学烟雾，造成大气环境的污染，威胁人类的身体健康。2.4 微粒物PM的危害PM中含有PAH等多种有害颗粒物，对生态环境有一定影响，在一定程度上威胁人类健康。另外，颗粒的大小对人体的伤害程度也有一定的影响。一些颗粒，包括小颗粒（小于0.5微米），往往会长时间漂浮在空气中，大大增加了人体吸入的可能性，并可能对人体呼吸系统造成重大损害。另外微粒间的孔隙具有一定的吸附作用，能够吸附一些SO2、NO2等致癌物质，因而对人体造成更大的危害。2.5 机排放物的生成机理汽车运行过程中会

8、时常面临工况的变化，经历启动、加速、匀速、减速、熄火等工况，发动机也将经历冷/热启动、怠速、加速、减速等，在发动机转速及负荷急剧变化的过程中，会产生更多的排放物，加剧环境污染的程度。想要减少污染物的排放，就必须先研究污染物的生成机理，从源头上减少污染物的排放。3.1 NOx的形成机理发动机燃烧生成的氮氧化物包括一氧化氮N0、二氧化氮No2,统称为NOx,能够对人体的呼吸道造成损害。发动机燃烧产生的Nox中，以No居多，剩下的NCh含量极低，只占到10%左右。一氧化氮NO,无色无味，难溶于水，一氧化氮带有自由基，因此，其化学性质非常活泼，遇到氧气后，会快速发生反应，产生具有NO2（棕红色，具有较

9、强的刺激性作用），NO2是形成酸雨的主要成分之一。发动机燃烧过程产生NO的主要反应为：O2=IO（式3.1）N2+0=N0+N（式3.2）+N=NO+O（式3.3）OH+N=NO+H（式3.4）由于生成NO的反应比燃烧反应的速率慢，因此只有较少一部分NO是从火炮中产生的，大部分的No是在无火焰的混合气中生成的；第二步反应必须要破坏掉氮气中具有极高稳定性的三键NN,反应需要非常高的活化能或温度，所以NO的生成速度严重依赖于温度，当反应物从2500K提高到2600K时，NO的生成速率几乎提高了一倍，同时，氧气的浓度也会对NO的生成造成影响。3.2 碳氢化合物对于装有汽油机的汽车，排放尾气中的HC有

10、害气体含有碳氢化合物种类多达200多种，其产生的原因是因为发动机在某些低效率工况中，燃料没有完全燃烧充分，主要成分是烷后,同样也是汽油的主要成分。烷运中的多环芳香运（PAHs）有很强的致癌及致突变性，其主要吸附在尾气中的细微颗粒物上，加剧了颗粒物对人体的危害。对于天然气发动机而言，排放的碳氢化合物分为甲烷（CH4）和非甲烷碳氢化合物（NMHC）o由于天然气的主要成分是甲烷，因此未燃烧的甲烷是相应天然气发动机排放的许多碳氢化合物的来源。甲烷原则上对人体无害,但它是一种对环境有严重影响的温室气体。以分子数计，甲烷的温室效应是二氧化碳的25倍。这是因为大气中已经存在大量二氧化碳，并且许多辐射波段已经

11、被吸收。因此，大部分新加入的二氧化碳只能在原吸收带的末端发挥其吸收作用。相反，少量的温室气体（包括甲烷）会吸收未被有效阻挡的波长，从而为每个额外的分子提供新的吸收能力。3.3 碳氧化合物发动机燃烧产生的碳氧化物主要包括二氧化碳和一氧化碳。二氧化碳是主要的温室气体。工业革命以来，二氧化碳排放量猛增，造成严重的温室效应，并引发全球变暖、冰川融化、海平面上升等环境灾难。我国排放法规中没有将二氧化碳纳入排放污染物的范畴。美国EPA法律法规确定二氧化碳排放限值。一氧化碳是一种对血液和神经系统有剧毒的污染物。易与血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白，可使血红蛋白失去携氧能力，引起组织窒息。一氧化碳是燃烧过程中碳氢

12、化合物的重要中间体，具有很高的体积分数。空气燃料混合物的过量空气系数对一氧化碳的形成有很大的影响。随着过量空气系数的降低，一氧化碳排放量继续增加。也就是说，如果氧气含量不足，碳氢化合物的不完全燃烧形成同一个保护罐。3.4 碳烟颗粒在直接喷入气缸内的汽油发动机中，当液体燃料直接喷入气缸内并与空气混合时，会出现燃油沾湿壁面的现象。此外，直接喷射法在相对较短的时间内将燃料与气缸中的空气混合,产生某些局部丰富或过度稀释的气体混合物。由于这些因素，气缸内的燃料燃烧不充分。圆筒。浓缩混合物的浓度分布区域和未蒸发的液态油滴扩散燃烧。未完全蒸发的油滴在高温缺氧条件下分解脱氢，产生一定量的烟食前驱体和足类组分。

13、这两种物质的相互作用导致核反应产生初级碳颗粒。然后通过聚集、冷凝、表面生长和氧化过程，在气缸中与多环芳后形成最终的烟灰颗粒。颗粒物是由初级烟灰颗粒吸附金属灰分和硫酸盐而形成的。此外，汽油直喷发动机（GD1）在燃烧过程中气缸内的平均温度低于进气道喷射汽油发动机（PFI）,产生的烟尘颗粒不易氧化。上述直喷汽油机释放到气缸内的颗粒物数量远高于传统的进气道喷射汽油机，烟尘颗粒多为小于IOOnm的超细颗粒。4发动机排放物生成的影响因素4.1 点火提前角的影响点火提前角是曲轴从点火时刻到活塞到达发动机（汽油发动机）上止点时刻的旋转角度。一般来说，点火提前对CO排放量影响不大，但过分延迟点火会导致CO氧化不

14、完全，增加CO排放量，而适度延迟点火会产生CO排放量，可以减少。事实上，当点火时间延迟时，您需要打开油门以确保输出。目前，Co排放量明显增加，但HC含量有所下降，主要是由于排气温度升高促进了CO和HC的氧化。4.2 发动机工作温度的影响发动机工作温度会影响到氮氧化物排放，当发动机机内的温度偏高时，会引起XNO排量增多。当发动机在有效冷却后，可以使XNo的排量降低15%。4.3 燃油品质的影响燃油品质也是影响尾气排放量的重要原因，燃油中存在硫、苯、烯等元素。通过降低汽油中某些元素的含量，可以有效地减少尾气排放量。汽油中硫的含量直接影响到颗粒物的排放量。我国的“车油不同步”一直是影响汽车排放控制的

15、重要因素。使用符合国家第五阶段标准的汽油和柴油，可以有效地将排放量降低10%,颗粒物和氮氧化物也可明显地减少。只有进一步提高燃油品质，才能有效地减少相关污染物的排放量。5发动机节能环保技术5.1 三元催化转换装置三元催化转换装置，是安装在排气系统中的一个重要装置，可同时将排气中的CO,HC和XNO三大有害物质转化为无害物，故称三元。它以排气中的CO和HC作为还原剂，在高温的条件下，把XNo还原为氮气(2N)和氧气(20),而CO和HC在还原反应中被氧化为2C0和OH2。如图1和图2所示，三元催化转化器主要由催化剂、载体、垫块和外壳组成。其中，催化剂主要由活性成分和催化剂促进剂组成。常用的主要催

16、化剂有钳(Pt),锯(Pd),铐(Rh)等贵金属。Pd容易被Pb(铅)腐蚀，Pt对热降解敏感，因此在实际应用中以PtZPd组合的形式使用。载体部分主要是蜂窝陶瓷材料，载体表面覆盖了一层起催化作用的贵金属。发动机运转时，废气通过排气管进入催化转化器，废气中的氮氧化物和一氧化碳、氢气等还原剂被催化分解成氮气和氧气，分解出碳氢化合物。和一氧化碳分别留在废气中。氧气和前面反应中产生的氧气被催化完全氧化成二氧化碳和水蒸气。由于三元催化器的载体具有蜂窝结构，与废气的接触面积增大，催化效果提高。实验结果表明，当发动机空燃比(air-fue1ratio)接近理论值时，该转换器可以同时净化90%的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物。加热设备是减少