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2.4 排气净化控制系统故障诊断与检修

2.4 排气净化控制系统故障诊断与检修. 淮安信息职业技术学院 汽车工程系 2011 年 4 月. 4.4.1 柴油机排放. 一、柴油机排放概述. 1 、汽车的公害 （ 1 ）汽车排放对大气的污染。 （ 2 ）噪声对环境的污染。 （ 3 ）电气设备对无线电的电波干扰。. 2 、柴油机对环境的影响. （ 1 ）柴油机的废气排放物对大气的污染。 （ 2 ）柴油机噪声对人居环境的污染。 （ 3 ）柴油机废油、废水对土壤或地表水的污染。 （ 4 ）电气设备对无线电的电波干扰。. 汽车的公害. 二、汽车排放污染物的成分. 1 、汽车发动机排放物

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2.4 排气净化控制系统故障诊断与检修

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  1. 2.4 排气净化控制系统故障诊断与检修 淮安信息职业技术学院 汽车工程系 2011年4月

  2. 4.4.1 柴油机排放

  3. 一、柴油机排放概述 • 1、汽车的公害 • （1）汽车排放对大气的污染。 • （2）噪声对环境的污染。 • （3）电气设备对无线电的电波干扰。

  4. 2、柴油机对环境的影响 • （1）柴油机的废气排放物对大气的污染。 • （2）柴油机噪声对人居环境的污染。 • （3）柴油机废油、废水对土壤或地表水的污染。 • （4）电气设备对无线电的电波干扰。

  5. 汽车的公害

  6. 二、汽车排放污染物的成分 • 1、汽车发动机排放物 • 包括：CO、CO2、HC、NOX、SO2、浮游微粒、 PM 、H2O、O2、N2、H2等。

  7. 2、汽车排放污染物 • 主要有：CO、CO2、HC（碳氢化合物）、NOX（氮氧化合物）、SO2、浮游微粒、PM等。

  8. 3、柴油机废气污染物及其危害 • 柴油机排放的废气中包含有气态、液态及固态的污染物。 • （1）气态污染物——CO2、CO、H2、NOx、SO2、HC、氧化物，有机氮化物及含硫混合物等。 • （2）液态污染物——H2SO4、HC、氧化物等； • （3）固态污染物——碳、金属、无机氧化物、硫酸盐，以及多环芳烃（PAH）和醛等碳氢化合物。 • 柴油机废气污染物中，最主要的是CO、HC、NOx以及固体微粒(PM)。

  9. 4、柴油机主要废气污染物的产生原因及危害 • （1）CO • 产生原因：CO是柴油不完全燃烧产生的无色无味气体。 • 危害：CO通过呼吸道进入人体后，会同血红蛋白结合，破坏血液中的氧交换机制，使人缺氧而损害中枢神经，引起头痛、呕吐、昏迷和痴呆等后果，严重时会造成CO中毒。

  10. （2）HC • 产生原因：柴油不完全燃烧和气缸壁淬冷的产物。 • 危害：HC中含有许多致癌物质，长期接触会诱发肺癌、胃癌和皮肤癌。

  11. （3）NOx • 产生原因：NOx是NO2与NO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，NO在空气中即被氧化成NO2，NO2呈红褐色并有强烈气味。 • 危害：NO2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。 • 注意点：HC和NOx在阳光强烈时的紫外线照射下，会产生光化学烟雾，使人呼吸困难、植物枯黄落叶、加速橡胶制品与建筑物的老化。

  12. （4）PM • 产生原因：PM是所排气体中可见污染物，它是由柴油燃烧中裂解的碳(干烟灰)、未燃碳氢化合物、机油与柴油在燃烧时生成的硫酸盐等组成的微粒，也就是我们常见的由排气管冒出的黑烟。 • 危害：PM被吸入人体后会引起气喘、支气管炎及肺气肿等慢性病；在碳烟微粒上吸附的PAH等有机物，更是极有害的致癌物。

  13. 注意点： • （1）相对汽油机而言，柴油机的CO和HC排放量较少，主要排放的污染物是NOx和PM。 • （2）由于柴油机排气PM与NOx的生成机理不同，因此减少PM的同时又增加了NOx的排放，同时PM的减少又使得催化剂中毒得以有效的扼制，从而使采用机外催化技术净化NOx成为可能。

  14. 汽车排放污染物的危害

  15. 三、柴油机的排放标准 • 1、国外柴油机的排放标准 • 为了控制废弃污染，许多国家都制订了相应的环保法规和排放污染物防治的技术政策，以及控制排放污染物限制的技术监督标准。欧盟柴油机稳态试验(试验程序ESC)时的排放标准。

  16. 欧洲重型柴油机欧II、欧III、欧IV、欧V排放标准欧洲重型柴油机欧II、欧III、欧IV、欧V排放标准

  17. 2、我国柴油机的排放标准 • 我国已于2000年实施了“压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法(GB17691-1999)”、“压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆可见污染物限制及测试方法(GB3847-1999)”等排放标准。这些强制性的国家标准等效采用了联合国欧洲经济委员会(ECE)有关汽车排放控制的全部技术内容，达到欧洲90年代初期水平。

  18. 国III排放标准: • 是指国家机动车第三阶段排放标准，其准确定义为机动车尾气排放达到《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国III、IV阶段）》（GB18352.3－2005）和《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国III、IV、V阶段）》（GB17691－2005）中的第三阶段排放控制要求。

  19. 我国排放标准的执行时间

  20. 我国排放标准的执行 • 我国于2008年1月1日和7月1日起在全国范围内分别对重型车和轻型车的新车上牌执行国Ⅲ标准。 • 国III标准是国家强制执行的。自执行之日起，国内客户只有选购符合国III标准的公告车型，才能挂牌营运。 • 中国国III排放标准等同于欧盟2001年开始强制执行的Euro3法规（俗称“欧III”）。 • 正在执行的新标准为《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》（GB3847—2005）。

  21. 3、柴油机排气烟度的测量 • 我国柴油机排气烟度采用不透光烟度计进行测量，不透光烟度计是用于连续测量汽车排气烟度的仪器。

  22. 四、柴油机排放的防止措施 • 1、严格遵守国家规定的排放标准 • 2、改进柴油机的结构和性能 • （1）采用机内净化技术——改进柴油机燃烧工作过程。 • （2）采用机外后处理技术——尾气净化。 • 3、提高燃油品质 • 4、加强汽车使用维修管理 • （1）正确使用车辆。 • （2）按厂家使用说明书要求定期维护保养车辆。 • （3）加强交通管理，保证车辆行驶畅通。 • （4）扩大绿化面积，提高净化空气的能力

  23. 五、柴油机的机内净化技术 • 1、柴油电控高压喷射技术 • 2、电控高压共轨技术 • 3、增压中冷技术 • 4、优化进气系统 • 5、提高喷油压力和减小喷孔直径 • 6、采用可变技术 • 7、采用多气门技术 • 8、改进柴油机活塞 • 9、均质压燃着火燃烧方式（HCCI） • 10、改进润滑系统设计 • 11、开发代用燃料

  24. 六、采用机外后处理技术 • 1、废气再循环系统 • 2、微粒捕集器 • 3、催化净化装置 • 4、微粒过滤器(DPF) • 5、微粒还原转化器(SCR)

  25. 4.4.1 柴油机机外后处理技术 淮安信息职业技术学院 汽车工程系 2011年4月

  26. 柴油机后处理的目标： • 进一步改善PM和NOX的排放。目前主要采用加装氧化型催化转化器和研究开发NOx催化转化器以及具有良好再生能力的微粒捕集器。

  27. 一、废气再循环系统 • 废气再循环系统 • EGR（Exhaust Gas Recirculation）

  28. 1、NOX的形成 • NOX是空气中的N2与O2在高温、高压条件下形成的，发动机排出废气中的NOX量主要与气缸内的最高温度有关。 • 气缸内最高温度↑→排出的NOX量↑。

  29. 2、EGR系统的功用 • 将一部分废气引入进气管，与新鲜混合气一起进入气缸中进行燃烧，以降低混合气中氧的浓度，同时稀释混合气，使燃烧速度变慢，燃烧温度降低，从而达到减少燃烧过程中的NOX生成。

  30. 3、EGR系统的控制指标——EGR率

  31. 4、EGR率对发动机性能的影响 • EGR率↑→废气稀释混合气能力↑→混合气的着火性能↓，燃烧稳定性↓→发动机输出功率↓，HC排放量↑。 • （1）怠速或小负荷时，进行废气再循环会使燃烧不稳定，甚至使发动机熄火。 • （2）全负荷时，需要强大的动力输出，使用废气再循环会使发动机的动力下降。

  32. 注意点 • （1）EGR系统是目前降低NOX排放的一种有效措施。 • （2）为了保证发动机工作性能不受过多影响，应选择NOX排放量多的发动机运转范围，进行适量的EGR控制。

  33. 5、工作过程

  34. 五十铃EGR系统

  35. 柴油机废气再循环系统工作原理

  36. 奥迪A6L 3.0I-V6-TDI柴油机废气再循环系统冷机时工作状态

  37. 奥迪A6L 3.0I-V6-TDI柴油机废气再循环系统暖机时工作状态

  38. 废气再循环阀

  39. 二、颗粒物的净化技术

  40. 柴油机颗粒物（PM）净化技术的类型 • （1）催化转化技术 • （2）颗粒收集或捕集（捉）技术 • （3）催化转化器和过滤器并用技术

  41. 注意点： • （1）柴油机颗粒物最有效的净化方法是采用各种过滤器。 • （2）颗粒过滤器也称为颗粒（微粒）收集器或颗粒（微粒）捕集器或颗粒（微粒）捕捉器。 • 目前用于柴油车颗粒物PM排放治理的产品，主要为有： • （1）颗粒过滤DPF(Diesel Particulate Filter)装置 • （2）颗粒氧化催化转化器POC。

  42. 奔驰Bluetec排气系统示意图

  43. （一）颗粒过滤器(DPF) • 目前研究最多的是一种用来降低颗粒排放的颗粒过滤器，由过滤器和再生系统组成。再生是DPF技术的关键，许多专家和学者正致力于这方面的研究。

  44. 1、颗粒过滤器功用 • ——先用过滤装置捕捉、过滤废气中的颗粒物质，当过滤器收集到的颗粒物太多影响柴油机工作时，再采用更换过滤器，或再利用催化剂、氧化器、燃烧器等对收集的颗粒进行分解、燃烧，使颗粒过滤器恢复原工作状态重新工作。

  45. 注意点： • （1）排气颗粒经滤芯被收集，随着运行时间的增加，过滤效率会降低，排气背压由于过滤器的阻塞而上升，因此，在经过一段时间后，要对过滤器进行再生处理，使过滤器中的颗粒物燃烧掉。 • （2）颗粒过滤器可将柴油机排气中颗粒物减少70%-90%。

  46. 2、颗粒过滤器的技术难点 • （1）颗粒过滤器的安装使排气背压增大，并且随收集颗粒物的增加而增大，这将导致柴油机性能指标下降。 • （2）柴油机在一般运转条件下收集的颗粒物不能点燃及氧化。 • （3）颗粒物被点燃之后，容易造成温度过高，损伤或烧坏颗粒捕捉器。

  47. 3、颗粒过滤器的安装位置 • ——直接串联在排气管中。

  48. 4、颗粒过滤器的结构类型 • 颗粒过滤器通常为圆筒形，直接串联在排气管中。

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