内燃机有害排放物综述及其控制方法
题目：内燃机有害排放物及其控制方法综述
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内燃机有害排放物及其控制方法综述
摘要：当今世界，汽车保有量持续增加，环境保护越来越严格，作为其动力的内燃机，对其有害排放物的研究成了内燃机设计的主题。本文通过大量的调研以及查阅相关文献，对内燃机有害排放物进行了综述，以及简要介绍了控制其排放物升程的措施。
关键词：环境保护内燃机排放物控制措施
1、前言
内燃机，作为一种动力机械，是通过燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。常见的往复活塞式内燃机有柴油机和汽油机。柴油机与汽油机在运行过程中会产生一些有害的排放物，对于汽油机来说，主要是HC、NOx、CO；而对于柴油机来说，主要是HC、NOx、CO、PM。随着排放法规的日益严格，如何有效的减少内燃机有害物质的排放成了现代内燃机的主流趋势。
2、汽油机与柴油机排放物的生成机理
2.1汽油机主要排放物及其产生机理
汽油机的废气主要是由N2，CO2，O2和有害排放组成，其中有害排放主要是指CO，HC和NOx(NO2及NO)，其含量虽然只占废气总量的2%左右，却造成了极大的危害。在汽油机燃烧过程中，由于气缸内各处的温度、混合气的浓度不同，产生NOx，HC，CO的过程和部就不同。在燃烧过程中，NOx，HC，CO在各个阶生成过程大致如下：在点火和火焰传播阶段，N2和O2在高温下反应生成了NOx，当燃油混合气浓度较大时，还会生成CO。当火焰逼近燃烧室壁面时，由于温度较低，火焰淬熄，留下未燃的HC薄层。这种情况也会在火焰传播不到的第一道活塞环的环槽中产生。在膨胀过程中，环槽中未燃的HC随活塞下行而布敷在气缸壁上。同时，在高温下形成的NOx会随着膨胀过程中温度的下降进行分解反应，在高温下由CO2分解得到的CO应该在低温下进行复合反应。但由于这种分解和复合的反应速度十分缓慢，远远落后于化学平衡的排放要求，使NOx，CO的浓度在膨胀过程中处于冻结状态，因而它们的浓度要比化学平衡时高出很多。在排气过程中，已燃气体连同冻结的NOx，CO以及大部分附壁上的未燃HC 一起排出，形成了大气污染。
2.2柴油机主要排放物及其产生机理
柴油机排气中包含各种成分，其基本成分是二氧化碳(CO2)，水蒸气(H2O)，过剩的氧气（O2）以及存留下来的氮气(N2)等。他们是燃料和空气燃烧后的产物，从毒物学的观点看，排气中的这些成分是无害的，除上述基本成分外，柴油机排气中还含有不完全燃烧的产物和燃烧反应的中间产物，包括一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)，氮(NOx)，微粒(PM)及醛类等。这些成分的在柴油机排气中所占的比
例虽然还不到1%，但它们大部分是有害的，或有强烈刺激的臭味，有的还有致癌作用，因此被列为有害排放物。
柴油机工作时，由于混合气是在缸内形成的，时间短，条件差，局部难免存在较浓的混合气。浓混合气中氧气不足，燃料中的碳不能完全燃烧，因此柴油机排放物中有一定的CO。
CH化合物主要包括未完全燃烧的燃料及其中间产物。壁面激冷、不完全燃烧及燃油蒸发是CH化合物形成的主要原因。
壁面激冷是火焰向燃烧室壁面传播时所产生的一种燃烧现象。由于燃烧室壁面的温度比火焰区的温度低得多，接近燃烧室壁面的一层混合气被冷却，使氧化反应进行得缓慢或停止。其结果是火焰不能传播到燃烧室壁面上，靠近燃烧室壁面的一层混合气就不能燃烧或充分燃烧，未燃烧的燃料及其中间产物随废气排出在柴油箱盖处、曲轴箱通风处，由于柴油的蒸发和泄漏，致使排放物中也含有CH化合物。
NOx是由于混合气燃烧时，火焰区高温高压，空气中的氧和氮发生化合反应所致。
微粒是排放物中除水分以外所有分散（固液态）物质的总称。主要包括固态的碳基颗粒、液态的碳氢颗粒、无机物（如硫酸盐等）及润滑油产生的微粒。柴油机工作时，经常出现冒烟现象。其排烟分为白烟、蓝烟、黑烟三种，它们都属于微粒范畴。黑烟也称碳烟，它是柴油机在高压燃烧条件下局部高温缺氧、裂解聚合而形成的以碳为主要成分的固体微粒。微粒中碳烟所占的比例与柴油机的运行状态有关，一般柴油机高负荷运转时，微粒以碳烟为主。
2.3有害排放物的危害
一氧化碳（CO）是一种对血液，与神经系统毒性很强的污染物.，空气中的一氧化碳（CO），通过呼吸系统，进入人体血液内，与血液中的血红蛋白（hemoglobin,hb）、肌肉中的肌红蛋白、含二价铁的呼吸酶结合，形成可逆性的结合物。一氧化碳与血红蛋白的结合，不仅降低血球携带氧的能力，而且还抑制，延缓氧血红蛋白（O2hb）的解析与释放，导致机体组织因缺氧而坏死，严重者则可能危及人的生命。
氮氧化物(NOx)包括多种化合物，如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等。除二氧化氮以外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热变成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又变为二氧化氮。一氧化氮(NO)为无色气体，溶于乙醇、二硫化碳，微溶于水和硫酸，性质不稳定，在空气中易氧化成二氧化氮。二氧化氮(NO2)在21.1℃温度时为红棕色刺鼻气体;在21.1℃以下时呈暗褐色液体。在-11℃以下温度时为无色固体，加压液体为四氧化二氮。溶于碱、二硫化碳和氯仿，微溶于水。性质较稳定。
氮氧化物（NOx）种类很多，造成大气污染的主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），因此环境学中的氮氧化物一般就指这二者的总称。氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，随着降水和降尘从空气中去除。硝酸是酸雨的原因之一；它与其它污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。
碳氢化合物（HC），HC包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解和部分氧化产物，如烷烃、烯烃、芳香烃、醛、酮等数百种成分。烷烃基本上无味，对人体健康不产生直接的影响。烯烃略带甜味，有麻醉作用，对黏膜有刺激，
经新陈代谢转化会变成对基因有毒的环氧衍生物。烯烃和氮氧化物一起在
太阳光的紫外线作用下形成有毒的“化学烟雾”的罪魁祸首之一。芳香烃
对血液和神经系统有害，特别是多环芳香烃（PAH）及其衍生物有致癌作用。醛类是刺激性物质，对眼、呼吸道、血液有害。
微粒，排放中的微粒是指经空气稀释、温度降到52℃后用涂有聚四氟
乙烯的玻璃纤维滤纸收集的除水以外的物质。柴油机排出的微粒大多小于0.3μm，其只要成分是碳及其吸附的有机物质。吸附物中有多种PAH，具
有不同程度的致癌作用。
3、汽油机、柴油机有害排放物的控制措施
3.1汽油机排放控制途径
作为车用汽油机，随着汽车保有量的增加，汽油机的排气污染日益严重。从20世纪50年代起，许多专家、学者对如何控制、降低汽油机的排气污染作了大量的研究工作，提出了很多有效的措施。
3.1.1冷机时稀薄燃烧
发动机冷机时，催化剂活性较差，不利于降低HC的排放，这时，降低HC
的排放成为主要课题。在采用的方法中，稀薄燃烧技术最为有效。为保证空燃比(A/F)的稀薄化，在进气口内设置涡流控制阀，改善发动机进气系统，提高充气效率；改进发动机燃烧系统，合理组织燃烧室内的气体流动，促进火焰传播，改善着火稳定性，使发动机在稀混合气下维持稳定燃烧，从而降低HC的排放量。
3.1.2使用清洁代用燃料
近几十年来，国内外在努力降低作为汽车主流动力的汽油机和柴油机的排放污染的同时，也在不懈地探索和研究开发更理想的动力系统和排放污染更低的代用燃料。其目的不仅是为了降低汽车排气污染，也为了节省能源和开发新的汽车能源，以缓解汽车对石油燃料的单纯依赖。清洁代用燃料可以分为：①常规燃料的变型产品，如新配方汽油(RFG)，新配方柴油(RFD)或低硫柴油(LSD)等；②气体燃料，如天然气(NG)、压缩天然气(CNG)、液化天然气((LNG)，氨（NH3）HZ、液化石油气(LPG，其主要成分为丙烷等)；③在天然气、煤基础上生产的燃料，如LSD和FT油、甲醇和醚类燃料(二甲醚DME、二乙醚DEE等)；④由玉米、草木类植物、含碳废弃物提炼的生物乙醇；⑤由花生油、菜子油等生产的牛物柴油。3.1.3多点汽油喷射
多喷嘴对各缸进行燃油分配，取代了化油器进气管的燃油分配，从而很大程度上改进了各缸空燃比的均匀性。多点喷射由喷嘴直接供油到各缸进气阀的上游，能达到各缸空燃比误差±1.4%。化油器和单点喷射是集中在一处供油，然后气/
液相态的汽油靠进气管分配到各缸，使得化油器式发动机各缸之间空燃比最大误差高达±12％。多点喷射及其进气管的设计使各缸空燃比准确一致，这样有利于排放的统一控制，可取得良好的效果。
3.1.4缸内直接喷射技术
缸内直喷(GDI)汽油机是在部分负荷时用混合气的分层化实现超稀薄燃烧，得到同柴油机一样低的燃油消耗率；在高负荷时用预混合汽油机的均匀混合方式，得到高功率特性的理想汽油机。目前，发动机技术已在很多量机型中得到应用，欧洲市场还有一些直喷发动机系统。如福特公司开发的PROCO稀燃系统、三菱
4G系列缸内直喷稀燃发动机和丰田D-4缸内喷稀燃发动机。GDI面临的主要排放问题是UBHC(未燃氢化合物)和NOx排放控制。由于GDI的油气主要是依靠喷雾
和缸内的空气运动，与冷起动时的低温关系不大，所以冷起动时无需过量供油，有效地解决了PFI冷起动时UBHC排放过多的问题。但是在中小负荷情况下，GDI 的未燃碳氢化合物的排放仍然较多。
目前，GDI对NOx排放的控制主要依靠EGR和稀燃NOx催化转化器，其中后者的发展有着深远的影响。部分负荷不使用EGR时，GDI的NOx排放水平与PFI 相差不多。但由于GDI可实现超稀薄分层燃烧，较稀的空燃比使缸内的富裕氧气较多，从而允许使用高EGR率，充分降低NOx排放量，且燃烧特性不会因EGR
而恶化。试验表明，在燃油经济性改善保持不变的情况下，GDI的EGR率可高达40%。虽然如此，EGR始终不能在整个发动机转速负荷范围内减少NOx排放量，所以单靠EGR不能满足更为严格的欧Ⅵ和欧V排放法规，要进一步降低NOx排放，必须开发在稀燃条件下的NOx催化转化技术。
3.1.5均质混合气压燃(HCCI)
HCCI燃烧方式被人们称为内燃机的第三种燃烧方式，是当前内燃机燃烧的
一个研究热点，它最有希望在近期以两种燃烧方式[在起动和高负荷时以火花点
火(SI)方式或柴油机燃烧(DI)运转，在中、低负荷和怠速时以HCCI方式工作]的组合在轿车发动机上得到应用，从而获得和汽油机一样的高功率输出和低PM排放，以及在部分负荷(可达75%负荷)和怠速时获得和柴油机一样或更高的经济性，但NOx排放很低。
采用HCCI可以使排气中氮氧化物的含量急剧下降至百万分之几。这是由于HCCI可以使用非常稀的混合气，使燃气的最高温度不超过1600℃．在此温度以下，空气中的氮气和氧气不进行化合反应或化合反应速度非常低。排气中超低的氮氧化物含量减轻了稀薄燃烧排气后处理的难度。在较高负荷工况，供油量增加，空燃比下降。当燃气温度升高到1600℃以上时，氮氧化物的排放开始急剧升高。为了抑制氮氧化物的生成，可采用进气增压来提高混合气的空燃比。
由于HCCI需采用稀混合气，在一般情况下，一氧化碳排放很低，远低于常
规电喷汽油机的水平。但当负荷下降、空燃比增加到70或80时，燃气最高温度将开始低于1200℃，使一氧化碳进一步氧化的过程不完成，一氧化碳排放急剧
增加，严重影响燃烧效率和热效率。因此，要扩大HCCI工作区域至低负荷区，
必须采取措施控制一氧化碳的排放。HCCI汽油机的碳氢排放介于电喷汽油机和
分层燃烧直喷汽油机之间。由于混合气在压缩行程开始之前就已形成，燃烧室壁上的余隙成为碳氢排放的重要原因。如果采用较高的压缩比，更多的混合气将被压人燃烧室壁的余隙中，使碳氢排放增加。如果负荷进一步下降，混合气将变得更稀，不完全燃烧增加，碳氢排放持续上升，对燃烧效率和热效率产生显著影响。3.1.6废气再循环
发动机工作过程中，将一部分排气引到吸人的新鲜空气(或混合气)中并返回气缸进行再循环的方法称为废气再循环(EGR)，可有效控制NOx的排放。由于它减少了进气充量中的含氧量，只宜在部分负荷时采用，以使HC不致明显增加。要最大限度地减少NOx含量，又不影响汽油机经济性和HC排放，需采取有效调整装置束优化整个工作范围内的废气再循环。电控技术是解决这一矛盾的有效手段。
采用EGR的主要目的是降低NOx排放。由气中氧含量很低，且废气中主要
成分的比热容较大，EGR使燃烧温度降低，抑制了NOx的生成。降低了发动机
的燃烧速度和温度，导致发动机最大功率下降、耗油率上升和燃烧不稳定。必须根据发动机工况要求控制EGR率，并采取快速燃烧和稳定燃烧措施，如加强缸
内气流运动，加大点火能量。
负荷、转速特别是空燃比和点火提前角的改变，使EGR在不同工况下降低NOx的效果有所不同，对CO排放和比油耗的影响也不一样，需要根据空燃比和点火提前角的改变调整EGR率。反之，由于EG释了可然混合气，使燃烧持续期延长，需要根据EG率调节对空燃比和点火提前角的控制。即各工况下存在一个最佳的EGR率它的实现只能依靠电子控制统。
3.1.7排放后处理技术
1)二次空气喷射与热反应器的配合使用，可有效降低HC和CO排放，但对NOx无效，一般再配合EGR以降低NOx排放。
2)催化转化器。安装三效催化转化器是目前最有效的机外尾气净化措施。三效催化剂对HC和CO的氧化与对NOx的还原效率随空燃比的变化而变化，为得到高的转换效率，空燃比必须控制在理论空燃比附近的一个狭窄的窗口范围内，即要由电控系统对空燃比实施闭环控制。采用空燃比闭环控制和三效催化转化器，可使HC和CO排放减少90%—95%；NOx减少80%以上，进一步采用EGR，NOx 排放还可降低。
3)稀薄燃烧型催化转化器。在稀薄燃烧条件下，空燃比较大，尾气中氧的浓度较高，目前的三效催化转化器不能有效还原NOx，必须研制新的De—NOx系统。一个重要的研究方向是贵金属一碱金属混合型具有吸附和还原能力的存储式催化器。这种催化器主要用于缸内直喷稀燃发动机，这类发动机在富氧和富燃交替变化条件下工作，其工作原理：在富氧时，NO氧化成NO2，NO2再与吸附剂中的碱金属反应生成硝酸盐；在富燃时，硝酸盐分解释放出NOx，，NOx再与和CO反应被还原。
3.2柴油机排放控制途径
柴油机的有害排放物是造成大气污染的一个主要来源，随着环境保护问题重要性的日趋增加，降低柴油机有害排放物这一目标成为当今世界上柴油机发展的一个重要方向。为了减少柴油机排放对大气的污染，开展柴油机有害排物控制方法的研究，是从事柴油机设计者的首要任务，本文在这里简述几种降低有害排放物的控制技术。
3.2.1高压共轨喷射系统
柴油机降低排放的对策主要是改善燃烧，而喷射系统性能是影响柴油机燃烧过程的关键因素，要改进传统的由柱塞泵分缸脉动喷射系统难度较大，高压共轨喷射系统正是顺应上述需求而诞生，且正得到了很大发展。它被世界内燃机行业公认为二十世纪三大突破之一(另外两项是汽油直喷技术和DME代用燃料)。高压共轨喷射系统是建立在直喷技术、预喷射技术和电控技术基础之上的一种全新概念的喷射系。它主要有高压泵，带调压阀的共轨管，带电磁阀的喷油器，ECV(电子控制单元)和各种传感器组高压共轨系统不再用柱塞泵分缸脉动供油原理，而
是用一个设置在喷油泵和喷油器之间的具有较大容积的共轨管把高压油泵输出
的燃油蓄积起来并平抑压力波，再通过各高压油管输送到喷油器上，由喷油器上的电磁阀的动作控制喷油的开始和终止。电磁阀作用的时刻决定喷油定时，起作用的持续时间和共轨压力共同决定喷油量。由于这种系统采用压力时间式燃油计量原理，因此又可称为压力时间控制式电控喷射系统。
高压共轨喷射系统的特点是；喷油压力的建立与喷油过程无关；喷油压力，喷油过程和喷油持续期不受负荷和转速的影响；喷油定时与喷油计量完全分开，可以自由调整每缸的喷油量和喷油始点；能实现预喷射，快速停喷和多段喷射。
因此高压共轨喷射系统通过对喷油要素的优化控制柴油机燃烧更充分，从而减少燃烧中有害物的形成，使柴油机的有害排放，噪声排放和冷起动性能都得到很大改善。
3.2.2废气再循环系统
废气再循环系统是将柴油机产生的废气的一小部分再送回气缸。由于柴油机中富余的氧气较多，当送回汽缸的废气与新鲜空气混合后，该过程导致气缸内氧气浓度降低，使燃烧速度减慢，燃烧温度下降，从而减少有害成分氮氧化物(NOx)的形成。
目前采用和研究废气再循环系统有多种类型，日野汽车公司开发的脉冲式废气再循环系统在柴油机进气过程中，排气门稍有提升，使部分高压废气回流到汽缸内。排气门的这个作用是通过修改排气门凸轮的形状和将废气再循环系统微升来实现的。
在脉冲式废气再循环系统中，废气被重新送回气缸内，因此废气的压力应高到足以使气流反向。要达到这样高的压力只有通过优化气门微升和定时，从而利用废气的压力波才能实现，在该废气再循环系统中，废气压力“脉冲”被有效利用。
增压中冷柴油机实现废气再循环还有另外两种方式，一种是将涡轮前的排气引入中冷器之后，称为高压废气再循环系统。这种方式在低负荷时可能正常工作，但在高负荷时由于增压大于排气背压而无法实现废气反向。采用可变截面涡轮增压器，可以扩大废气再循环有效工作范围，降低氮氧化物(NOx)和微粒(PM)，燃油耗也不升高，这可高压废气再循环系统用于增压中冷柴油机的最好方法。
另一种是将涡轮后的排气引入压气机之前，称为低压废气再循环系统，它可有效降低氮氧化物废气循环工作范围较大，与柴油机匹配能有效地发挥其功能。
3.2.3增压中冷技术
所谓增压，就是增加进入柴油机汽缸内的空气密度。中冷则是将压缩后的空气的温度降低。因此，柴油机采用增压中冷系统后，滞燃期缩短，在稀燃火焰熄灭区内积压的燃油量较少，从而减少排气中有害成分碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）的升程。
目前，增压方法主要有机械增压，废气涡轮增压和气波增压三种方式。其中废气涡轮增压器主要是由涡轮和压气机组成，它与柴油机没有机械传动联系，柴油机排出的废气经排气管进入涡轮，对涡轮做功，涡轮叶轮与压气机叶轮同轴，从而带动压气机吸入外界空气并压缩后送至柴油机进气管。增压中冷柴油机在压气机出口和柴油机进气管入口之间增设中间冷却器(简称中冷器)，使压缩后的空气的温度下降密度增大。增压中冷可以在柴油机的热负荷不增加甚至降低，以及机械负荷增加不多的前提下，大幅度地提高柴油机的功率，降低有害物的排放。
由于废气涡轮增压方式与机械增压和气波增压方式比较，结构简单，工作可靠，在柴油机上得到普遍采用其他两种增压方式基本不使用。
3.2.4微粒捕集器
柴油机微粒捕集器，可将排气中微粒捕捉不使其排出机外，再利用催化剂，氧化器，燃烧器等进行分解、燃烧。这种装置可将柴油机排气中有害物微粒减少70%～90%。
用来捕集微粒的过滤器的材料和结构有许多种，常用的有整体式陶瓷，金属丝网，编织纤维圈，陶瓷纤维，泡沫陶瓷等。这些过滤材料的捕集原理一般认为有以下几种：
1）碰撞机理：柴油机废气流经捕集单元时，其流线发生了多次拐弯，在流线拐弯处，较大的微粒由于运动惯性大多脱离原来的流线与捕集单元相碰，并吸附或沉积于其上。
2）截流机理：柴油机废气流经捕集单元时发生两种情况，一是粒径比过滤材料孔隙大的微粒就被挡住并被粘附住，即发生筛滤效应；二是粒径比过滤材料孔隙小的微粒由于粘着与聚合作用而部分被截流。
3）扩散原理：柴油机废气中的微粒物由于气体分子热运动的碰撞而产生布朗运动，且越小的微粒越显著，又会造成扩散效应。当废气流经捕集单元时，纤维状的捕集单元对微粒的运动起到了汇合的作用，从而有可能将微粒捕集。
4）重力沉降机理：当缓慢运行的柴油机废气流经捕集器时，废气逗留时间比较长，较大的粒子可能在重力作用下发生脱离流线的位移而沉淀在捕集单元上。
排气系统中安装微粒捕集器后将会使柴油机的排气背压提高，功率下降，捕集材料上沉积的微粒越多，排气背压越高。因此，必须定期清除沉积在过滤材料上的微粒。
清除沉积在过滤材料上的微粒的过程为捕集器的再生。在柴油机正常工作的转速和负荷下，排气温度一般在250～500℃，而微粒的燃点一般为550～600℃，依靠柴油机的排气很难使捕集器再生。要使捕集器再生必须降低微粒的燃点或提高排气温度。通过在燃油中加入添加剂或在过滤材料表面涂催化层可以降低微粒的燃点，使微粒能在较低的温度下燃烧掉，一般称主动再生。另一种是利用外部能源，如电热器加热补燃和燃烧器加热补燃来提高排气温度，将捕集器材料上的微粒燃烧掉，一般称为被动再生。被动再生是一种定期再生，需要复杂的检测和控制技术以决定再生时间。当前，捕集器再生将主动再生和被动再生技术结合起来，效果显著。
3.2.5催化净化装置
催化净化装置是一种内部装有催化剂的装置，装在发动机的排气管中。催化剂能使发动机排气中的有害成分加速转变成无害成分。催化净化方法有两种一种是催化氧化法它以铂钯黄金钴镍等金属及其氧化物作为催化剂，使有害成分一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)氧化成无害成分二氧化碳(CO2)和水蒸气(H2O)。另一种是催化还原碱金属，钴铬合金作为催化剂，使有害成分氮氧化合物(NOx)还原为
氮气(N2)和氧气(O2)
目前催化净化装置有氧化催化反应装置和三元催化反应装置。氧化催化反应装置仅依靠氧化反应降低有害成分一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)，柴油机和汽油机都适用。三元催化反应装置则氧化与还原反应同时进行，能使一氧化碳(CO)，碳氢合物(HC)和氮氧化物(NOx)三种有害成到净化处理，它要求发动机的空燃比
精确地控制在理论空燃比附近的最佳范围内，以保证同时对三种有害成分高效率净化，因此，三元催化反应装置一般与燃油电子喷射发动机一起使用，用氧传感器检测排气中的氧浓度，反馈控制发动机的空燃比范围。由于柴油机排气中残留的氧量较多，使氧传感器的控制不灵敏，故三元催化反应装置一般不用于柴油机，而只用于汽油机。
3.2.6采用代用燃料
当前，世界石油制品的消耗量逐年上升，石油资源日益枯竭。国际油价居高不下，积极寻找并研究代用燃料以成为降低有害物排放的另一个方向。二甲醛(DME)就是一种很有前途的代用烯料，其化学分子式为CH3—O—CH3，原来用于
喷雾工业。Danish公司的革新，其工业生产成本明显降低，上达到与柴油机同的
价格水平，并且DME可由煤天然气、甚至生物来制取，用二甲醛时的NOx值用柴油时可降低50%以上。
采用二甲醛的特点是，由于其喷射压力低，所以当最高喷射压力为25～35MPa时就可获得功率、油耗和排放指标。其前提条件是喷射系统应设计成共轨式，并且需要特殊的防护措施。
综上所述，随着柴油机的广泛使用，柴油机的环境污染，噪声污染、冷起动性能及振动，已经成为衡量柴油机的技术水平的重要指标，同时也是决定柴油机能否继续扩大其市场占有率的主要因素之一。因此，要满足现行及未来的排放法规，就必须降低有害物质CO、HC、NOx和微粒的排放，也即是采取各种技术措施，从而获得良好的动力性，经济性和低排放目标。
4结论
1)内燃机的排放控制是一项综合课题。不仅要求不断改进发动机设计，提高控制系统精确性，研制有效的废气净化装置，而且要求石油化工领域不断提高燃油品质，以满足新型发动机和净化装置的要求。
2)为了减少汽车尾气有害物排放，首先应采取机内净化措施，即通过改进发动机设计，采用电子控制、可变气门正时和升程、可变进气管等先进技术．优化燃烧条件，减少未完全燃烧混合气的生成。
3)在采用EGR系统减少NOx排量时，一定电子控制系统相结合，合理控制再循环到发动机燃烧室中的废气量。
4)采用电控喷射的分层稀燃发动机已成为汽车工业发展的一个重要方向。
5)均质混合气压燃(HCCI)可望使内燃机的性能获得新的突破—无烟排放，NOx 排放几乎为零，是进一步提高汽油机排放性能的研究方向，是近几年汽油机研究的重点。
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第八章 内燃机污染物的生成与控制
第八章内燃机污染物的生成与控制第一节概述一、完全燃烧：水蒸气、二氧化碳 二氧化碳（CO2）是温室气体 二、有害排放物的产生 实际燃烧过程：时间极短 燃料与空气混合不可能完全均匀 特殊工况：冷起动、怠速、全负荷等三、有害排放物的种类 一氧化碳（CO） 碳氢化合物（HC） 氮氧化物（NO x） 微粒PM 第二节污染物的生成机理和影响因素 一、一氧化碳 是HC燃料在燃烧过程中生成的主要中间产物，如果氧浓度、温度足够高，化学反应时间足够长，可氧化为二氧化碳 主要因素：可燃混合气的过量空气系数 点燃式发动机：各缸空燃比的变动，怠速运转，全负荷，小型单缸点燃机压燃式发动机：燃料和空气混合不均匀 接近冒烟极限或负荷很小时，排放上升明显，局部缺氧严重二、碳氢化合物 1、点燃式发动机 （1）排气：未完全燃烧；二冲程 （2）曲轴箱窜气 （3）蒸发 生成机理 （1）壁面淬熄；（2）狭隙效应；（3）润滑油膜的吸附和解吸；（4）燃烧室沉积物2、柴油机
燃油喷注与周围空气形成的混合气很不均匀 喷注的核心：不会引起很多HC排放 喷注的外围：来不及着火形成稀混合气 怠速或小负荷运转时HC排放高 冷起动时会导致严重的HC排放：喷油与壁面的碰撞 三、氮氧化物NOx 主要来源：参与燃烧的空气中的氮，Zeldovitch机理；一小部分“燃油NO”NO的生成随温度的升高而呈指数函数急剧增加 已燃气中NO2与NO相比可以忽略不计点燃式内燃机： 过量空气系数：影响燃烧温度和氧含量 点火正时：推迟点火 排气再循环 负荷 压燃式内燃机：气缸内达到的最高燃烧温度是决定NOx的最重要因素NOx排放随柴油机负荷增大而显著增加 NOx排放随转速的具体变化与燃烧系统特性有密切关系 喷油正时对柴油机燃烧过程有很大影响：推迟喷油降低NOx排放四、微粒 柴油机的微粒（Particulate Matter，PM）排放量比汽油机大几十倍 轿车、轻型车：0.1～1.0g/km 重型车：0.1～1.0g/(kW·h)柴油机PM的组成取决于运转工况，尤其是排气温度 超过约5000C时，碳烟（Dry Soot） 温度较低时，有机可溶成分（SOF）柴油机排气中的碳烟主要是由柴油中含有的碳产生，生成条件是高温和缺氧 混合气成分不均匀，总体富氧，局部缺氧
500kV输电线路故障诊断方法综述_魏智娟
2012年第2期 1 500kV 输电线路故障诊断方法综述 魏智娟1 李春明2 付学文1 （1.内蒙古工业大学电力学院，呼和浩特 010080；2.内蒙古工业大学信息学院，呼和浩特 010080） 摘要 对近几年国内外具有代表的中外文献进行了学习研究，重点论述了输电线路故障诊断的四种方法：阻抗法，神经网络和模糊理论等智能算法，小波理论，行波法。综合输电线路的四种故障诊断方法，建议采用小波熵原理对输电线路故障模型进行故障类型识别，运用基于小波熵的单端行波测距方法实现故障定位。 关键词：故障诊断；阻抗法；智能算法；小波理论；行波法 The Survey on Fault Diagnosis in the 500kV Power Transmission Lines Wei Zhijuan 1 Li Chunming 2 Fu Xuewen 1 （1.The Power College of Inner Mongolia University of Technological, Inner Mongolia, Hohhot 010080; 2.The Information College of Inner Mongolia University of Technological, Inner Mongolia, Hohhot 010080） Abstract Based on the overview of typical literatures at home and abroad, this research focused on the four methods of failure diagnosis of transmission lines, namely, Impedance method, Intelligent method such as Neural Network Theory and Fuzzy Theory, Wavelet Theory and Traveling Wave method. And based on the synthesis of the four methods, this research suggested that simulation should be conducted to the failure models of transmission line by applying Wavelet Entropy Principle and the results of the simulation should be analyzed in order to identify the failure types; and the failure simulation should be conducted by the single traveling wave distance-testing method of wavelet entropy, and the results of the simulation should be analyzed in order to realize failure location. Key words ：failure diagnosis ；impedance method ；intelligent algorithm ；the Wavelet Theory ；the traveling wave method 超高压输电线路是电力系统的命脉，它担负着传送电能的重任，其安全可靠运行是电网安全的根本保证。输电线路在实际运行中经常发生各种故障，如输电线路的鸟害故障[1]、输电线路的风偏故障等[2]，及时准确地对输电线路进行故障诊断就显得非常重 要。国家电网公司架空送电线路运行规程明确规定 “220kV 及以上架空送电线路必须装设线路故障测 距装置”[3-4]。由于我国幅员辽阔，地形地貌的多样 性致使输电线路工作环境极为恶劣，输电线路发生 故障导致线路跳闸、电网停电，对电力系统安全运 行造成了很大威胁，所以，在线路发生故障后迅速 准确地进行故障诊断，减少因故障引起的停电损失， 降低寻找故障点的劳动强度，尽最大可能降低对整 个电力系统的扰动程度，确保电力系统的安全可靠稳定运行具有十分重要的意义。本文在总结前人的基础上，重点论述了超高压输电线路的4种故障诊断方法，建议采用小波熵原理对输电线路故障类型 进行故障识别，利用基于小波熵的单端行波测距方法实现故障定位。 1 输电线路故障诊断 当输电线路发生故障时，早先的故障定位通常是由经验丰富的运行人员在阅读故障录波图的基础上，综合电力用户提供的信息，进行预测、判断可能出现的故障位置，然后派巡线人员通过查线确认故障位置并及时排除故障。在电力市场竞争日渐激
故障诊断理论方法综述
故障诊断理论方法综述 故障诊断的主要任务有：故障检测、故障类型判断、故障定位及故障恢复等。其中：故障检测是指与系统建立连接后，周期性地向下位机发送检测信号，通过接收的响应数据帧，判断系统是否产生故障；故障类型判断就是系统在检测出故障之后，通过分析原因，判断出系统故障的类型；故障定位是在前两部的基础之上，细化故障种类，诊断出系统具体故障部位和故障原因，为故障恢复做准备；故障恢复是整个故障诊断过程中最后也是最重要的一个环节，需要根据故障原因，采取不同的措施，对系统故障进行恢复一、基于解析模型的方法 基于解析模型的故障诊断方法主要是通过构造观测器估计系统输出，然后将它与输出的测量值作比较从中取得故障信息。它还可进一步分为基于状态估计的方法和基于参数估计的方法，前者从真实系统的输出与状态观测器或者卡尔曼滤波器的输出比较形成残差，然后从残差中提取故障特征进而实行故障诊断；后者由机理分析确定系统的模型参数和物理元器件之间的关系方程，由实时辨识求得系统的实际模型参数，然后求解实际的物理元器件参数，与标称值比较而确定系统是否发生故障及故障的程度。基于解析模型的故障诊断方法都要求建立系统精确的数学模型，但随着现代设备的不断大型化、复杂化和非线性化，往往很难或者无法建立系统精确的数学模型，从而大大限制了基于解析模型的故障诊断方法的推广和应用。 二、基于信号处理的方法 当可以得到被控测对象的输入输出信号，但很难建立被控对象的解析数学模型时，可采用基于信号处理的方法。基于信号处理的方法是一种传统的故障诊断技术，通常利用信号模型，如相关函数、频谱、自回归滑动平均、小波变换等，直接分析可测信号，提取诸如方差、幅值、频率等特征值，识别和评价机械设备所处的状态。基于信号处理的方法又分为基于可测值或其变化趋势值检查的方法和基于可测信号处理的故障诊断方法等。基于可测值或其变化趋势值检查的方法根据系统的直接可测的输入输出信号及其变化趋势来进行故障诊断，当系统的输入输出信号或者变化超出允许的范围时，即认为系统发生了故障，根据异常的信号来判定故障的性质和发生的部位。基于可测信号处理的故障诊断方法利用系统的输出信号状态与一定故障源之间的相关性来判定和定位故障，具体有频谱分析方法等。 三、基于知识的方法 在解决实际的故障诊断问题时，经验丰富的专家进行故障诊断并不都是采用严格的数学算法从一串串计算结果中来查找问题。对于一个结构复杂的系统，当其运行过程发生故障时，人们容易获得的往往是一些涉及故障征兆的描述性知识以及各故障源与故障征兆之间关联性的知识。尽管这些知识大多是定性的而非定量的，但对准确分析故障能起到重要的作用。经验丰富的专家就是使用长期积累起来的这类经验知识，快速直接实现对系统故障的诊断。利用知识，通过符号推理的方法进行故障诊断，这是故障诊断技术的又一个分支——基于知识的故障诊断。基于知识的故障诊断是目前研究和应用的热点，国内外学者提出了很多方法。由于领域专家在基于知识的故障诊断中扮演重要角色，因此基于知识的故障诊断系统又称为故障诊断专家系统。如图1.1
工程机械故障诊断方法综述
工程机械故障诊断方法综述 谢祺 机0801-1 20080534 【摘要】：机械设备的检测诊断技术在现代工业生产中的作用不可忽视,从设备诊断的基本方法、内容和技术手段等多方面对我国机械设备诊断技术的现状进行了综述,并在此基础上分析并提出了该技术在今后的发展趋势。 【关键字】：机械设备诊断技术发展趋势 引言 随着科学技术的发展,机械设备越来越复杂,自动化水平越来越高,机械设备在现代工业生产中的作用和影响越来越大,与其有关的费用越来越高,机器运行中发生的任何故障或失效不仅会造成重大的经济损失,甚至还可能导致人员伤亡。通过对设备工况进行检测,对故障发展趋势进行早期诊断,找出故障原因,采取措施避免设备的突然损坏,使之安全经济地运转,在现代工业生产中起着重要的作用。开展机械设备故障检测与诊断技术的研究具有重要的现实意义。本文试图对机械设备故障监测诊断的内容、方法的现状及发展趋势进行探讨。 1机械故障诊断技术的历史 早在60年代末，美国国家宇航局(NASA)就创立美国机械故障预防MFPG(Machinery Fault Prevention Group)，英国成立了机械保健中心(UK，Machineral Health Monitoring Center)。由于诊断技术所产生的巨大的经济效益，从而得到迅速发展。但各个工程领域对故障诊断的敏感程度和需求迫切性并不相同。例如一台机械设备因故障停机检修并不导致全厂生产过程停顿，或对产品质量产生严重的影响，它对故障诊断的需求性就不那么迫切。反之，就非要有故障诊断技术不可。目前监视诊断技术主要用于连续生产系统或与产品质量有直接关系的关键设备。 机械故障诊断技术发展几十年来，产生了巨大的经济效益，成为各国研究的热点。从诊断技术的各分支技术来看，美国占有领先地位。美国的一些公司，如 Bently，HP等，他们的监测产品基本上代表了当今诊断技术的最高水平，不仅具有完善的监测功能，而且具有较强的诊断功能，在宇宙、军事、化工等方面具有广泛的应用。美国西屋公司的三套人工智能诊断软件（汽轮机TurbinAID，发电机GenAID，水化学ChemAID）对其所产机组的安全运行发挥了巨大的作用。还有美国通用电器公司研究的用于内燃电力机车故障排除的专家系统DELTA；美国NASA研制的用于动力系统诊断的专家系统；Delio Products公司研制的用于汽车发动机冷却系统噪声原因诊断的专家系统ENGING COOLING ADCISOR等。近年来，由于微机特别是便携机的迅速发展，基于便携机的在线、离线监测与诊断系统日益普及，如美国生产的M6000系列产品，得到了广泛的应用[2]。 英国于70年代初成立了机器保健与状态监测协会，到了80年代初在发展和推广设备诊断技术方面作了大量的工作，起到了积极的促进作用。英国曼彻斯特大学创立的沃森工业维修公司和斯旺西大学的摩擦磨损研究中心在诊断技术研究方面都有很高的声誉。英国原子能研究机构在核发电方面，利用噪声分析对炉体进行监测，以及对锅炉、压力容器、管道得无损检测等，起到了英国故障
电力系统故障的智能诊断综述
电力系统故障的智能诊断综述 发表时间：2016-06-30T14:34:41.580Z 来源：《电力设备》2016年第9期作者：李艳君蒋杰李玉玲李飞翔 [导读] 在电力系统中，设备故障诊断和厂站级的故障诊断经过了几十年的发展和改革，现今已经较为成熟，而电力系统层面的故障才刚刚开始。 李艳君蒋杰李玉玲李飞翔 （国网新疆检修公司新疆乌鲁木齐 830000） 摘要：常用的智能故障诊断技术有专家系统、人工神经网络、决策树、数据挖掘等，专家系统技术应用最广，最为成熟，但是也需要结合使用其他智能技术来克服专家系统技术自身的缺点。智能故障诊断技术的发展趋势主要有多信息融合、多智能体协同、多种算法结合等，并向提高智能性、快速性、全局性、协同性的方向发展。基于此，本文就针对电力系统故障的智能诊断进行分析。 关键词：电力系统；故障；智能诊断 引言 文章对电力系统故障的智能诊断进行了详细的阐述，通过对电力系统的简介，和对故障诊断的发展阶段进行了简要的分析，并阐述了电力系统故障的智能诊断实际应用存在的问题及对策，文章最后指出了电力系统故障的智能诊断的发展趋势。望文章的阐述推动电力系统故障的智能诊断的发展。 1电力系统概述 电力系统是由发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节组成的电能生产与消费系统。电力系统的主要功能是将自然界中的能源，通过先进的发电动力装置，将能源转换为电能。在通过输电线路和变压系统，将电能传送到各个用户。为了实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、优质的电能。 2电力系统故障智能诊断技术及发展现状 2.1智能故障诊断技术 传统的故障诊断方法分为基于信号处理和基于数据模型，均需要人工进行信息的处理和分析，缺乏自主学习能力。随着人工智能技术这一新方法的产生及发展，为故障诊断提供了初步的自动分析和学习的途径。人工智能技术能够存储和利用故障诊断长期积累的专家经验，通过模拟人大脑的逻辑思维进行推理，从而解决复杂的诊断问题。 目前在电网故障诊断领域出现了包括专家系统、人工神经网络、决策树理论、数据挖掘、模糊理论、粗糙集理论、贝叶斯网络、支持向量机及多智能体系统等技术以及上述方法的综合应用。 目前，在对电网故障智能诊断领域的研究中，依靠单一智能技术的系统多，信息的综合利用研究较少，协同技术的研究应用更少；投入运行的诊断系统多为专家系统，但是离线运行的多，在线运行的很少。即使广泛投入使用的专家系统也同样存在着：（1）知识的获取和管理问题，难以获取较高适应度和准确度的知识。（2）推理的效率问题。（3）故障诊断的在线应用问题，目前仅限于离线故障诊断，该结论不能指导对电网的实际控制。（4）故障诊断的动态分析问题，缺乏故障的动态分析，从而屏蔽了很多有用的细节，尤其是各元件之间的相互关联关系等。基于以上问题，采用决策树方法可以对系统信息进行归类梳理，可以提高专家系统的速度；通过粗糙集方法建立清晰的数学模型；采用数据挖掘和关联性规则可以提高故障诊断分析的准确度。这几种方法的结合应用有助于提高故障诊断的智能水平、效率和准确度。 2.2电力系统故障智能诊断发展现状 电力系统连锁故障分析理论与应用中提到，电力系统故障智能诊断是相对传统的故障诊断而言的。在传统的故障诊断方法可划分为两类。其一是关于信号出路的方法。其二是数学模型的方法。这些都需要人为地区判断和分析，这些方法应用是没有自动化的处理能力。故障的智能诊断是将传统的方法，与当下先进的计算机技术有效的结合，形成的人工智能技术的新方法，对电力系统的故障进行智能的诊断，这是故障诊断技术发展的新时期。 3智能故障诊断面临的问题和对策 3.1智能故障诊断面临的问题 知识的获取和管理问题，也可以说是规则的表达和维护问题。知识是专家系统行为的核心，如何根据系统的变化，获取具有较高适应度和准确度的知识（规则）。对知识的一致性、冗余性、矛盾性和完备性进行检验、维护和管理，是专家系统亟需解决的首要问题。 推理的效率问题，也可以说是如何解决规则组合爆炸的问题。规则库的规模增大以后，搜索的运算量迅速增长，尽管人们提出了许多算法，规则组合爆炸的问题还是没有得到满意的解决。 故障诊断的在线应用问题。以往的故障诊断离线运行，只能告诉调度员已有故障是如何发展的，因为运行方式的多变性，离线故障诊断结论不一定能够指导调度员对电网的实际控制；只有做到在线运行，才能及时帮助调度员进行控制决策。 故障诊断的动态分析问题。以往的故障诊断只能进行静态分析，忽略了故障动态过程的大量有用的细节，尤其是采用了高速保护的大型电网，更加需要分析动态过程，例如快速相继开断过程中的顺序和相互关系、复杂故障中各元件之间的相互影响、电压崩溃的动态过程、运行方式切换或调度控制过程对电网的影响等。 3.2智能故障诊断面临问题的解决对策 对于知识的获取和管理问题，可以采用提高故障诊断系统的学习能力的方法，如 ANN、数据挖掘、仿生学方法等。这些智能方法都有其优点和局限性，需要有针对性地应用。 对于推理的效率问题，可以采用计算速度更快的计算机硬件和软件算法，通信速度更快的数据采集和传输手段；数据挖掘是从各种复杂故障中发现最常见的故障或分解出简单故障的有力手段；建立系统的故障案例库，可以降低决策分析的计算量，提高诊断推理的效率。 对于故障诊断的在线应用和动态分析问题，可以采用更能够反映电网实时运行状态的信息，如广域量测系统、高速保护信息系统和故障录波信息系统、稳定控制系统等提供的动态数据；实时进行电网的灵敏度分析，动态分析电网的健康状况；增量挖掘技术只处理实时的
齿轮故障诊断方法综述
齿轮故障诊断方法综述 摘要齿轮就是机械设备中常用得部件,而齿轮传动也就是机械传动中最常见得方式之一。在许多情况下,齿轮故障又就是导致设备失效得主要原因。因此对齿轮进行故障诊断具有非常重要得意义。介绍了故障得特点与几种诊断方法,并比较了基于粒子群优化得小波神经网络,基于相关分析与小波变换,基于小波包与BP神经网络与基于小波分析等故障诊断方法得优缺点,并提出了齿轮故障诊断得难点与发展方向。 关键字齿轮故障诊断诊断方法分析比较发展
目录 第一章齿轮故障诊断发展及故障特点 (1) 1、1 齿轮故障诊断得发展 (1) 1、 2齿轮故障形式与震动特征 (1) 第二章齿轮传动故障诊断得方法 (2) 2、 1高阶谱分析 (2) 2、1、1参数化双谱估计得原理 (3) 2、1、2试验装置与信号获取 (3) 2、1、3 故障诊断 (4) 2、1、4 应用双谱分析识别齿轮故障 (4) 2、2基于边频分析得齿轮故障诊断 (6) 2、2、1分析原理 (6) 2、2、2铣床振动测试 (6) 2、2、3 边频带分析 (7) 2、2、4 故障诊断 (8) 2、 3时域分析 (10) 2、3、1 时域指标 (10) 2、3、2非线性时间分析 (10)
第一章齿轮故障诊断发展及故障特点 1、1 齿轮故障诊断得发展 齿轮故障诊断始于七十年代初,早期得齿轮故障诊断仅限于在旋转式机械上测量一些简单得振动参数,用一些简单得方法进行诊断。这些简单得参数与诊断方法对齿轮故障诊断反应灵敏度较低,根本无法准确判断发生故障得部位。七十年代末到八十年代中期,旋转式机械中齿轮故障诊断得频域法发展很快,其中R、B、Randall与James1、Taylor等人做好了许多有益得工作,积累了不少故障诊断得成功实例,出现了一些较好得频域分析方法,对齿轮磨损与齿根断裂等故障诊断较为成功。进入九十年代以后,神经网络、模糊推理与网络技术得发展与融合使得齿轮系统故障诊断进入了蓬勃发展得时期。 我国学者在齿轮故障诊断研究方面也做了大量工作。1986年,屈梁生、何正嘉在《机械故障诊断学》中分析了齿轮故障得时频域特点。1988年,颜玉玲、赵淳生对滚动轴承得振动监测及故障诊断进行了分析。1997年,郑州工业大学韩捷等在“齿轮故障得振动频谱机理研究”中对齿轮得故障机理做了探讨。西安交通大学张西宁等在“齿轮状态监测与识别方法得研究”中提出了一种新方法即基于一致度分析。 1、 2齿轮故障形式与震动特征 通常齿轮在运转时,由于制造不良或操作维护不善会产生各种形式得故障。故障形式又随齿轮材料、热处理、运转状态等因素得不同而不同,常见得齿轮故障形式有齿面磨损、齿面胶合与擦伤、齿面接触疲劳与弯曲疲劳与断齿。 在齿轮运转状态下,伴随着内部故障得发生与发展,必然会产生振动上得异常。实践证明,振动分析就是齿轮故障检测中最有效得方法。若齿轮副主轮转速为n1,齿数为z1,频率为f1;从轮转速为n2,齿数为z2,频率为f2,则齿轮啮合频率fC 为:fC=Nf1z1=Nf2z2=Nn160z1=Nn260z2(1) 式中:N=1, 2, 3,…。齿轮处于正常或异常状态下,啮合频率振动成分及其倍频总就是存在得,但两种状态下得振动水平有差异。如果仅仅依靠对齿轮振动信号得啮合频率及其倍频成分得差异来识别齿轮得故障就是不够得,因故障对振动
发动机排放控制系统的检查和维护
发动机排放控制系统的检查和维护不同排放标准车辆检测数据正常参考值 如何根据检测数据判断故障 1、如果汽车问诊时司机反应车辆有油耗增加、动力下降、提速无力、加速耸车、换挡不畅、怠速抖动、容易熄火、启动困难、OBD 故障灯报警、其中几项情况，说明发动机可能存在以下故障：A、锰沉积物已对发动机进气系统、燃烧系统、排气系统产生影响。B、氧传感器、三元催化器已化学中毒。C、三元催化器开始堵塞。D、EGR 阀积碳卡滞。E、电源电压过低。F、温度传感器损坏。G、节气门传感器损坏。H、空气流量计工作不正常。I、进气系统漏气。J、燃油蒸汽控制系统故障。K、点火系统故障。 2、通过电脑检测数据判断故障：
A、通过长、短期燃油修正值和喷油脉宽，判断发动机工作是否正常；短期燃油修正是PCM依据氧传感器的电压信号进行喷油量的修正，长期燃油修正是PCM通过对短期燃油修正的计算得来的，其目的尽可能让短期燃油修正的数值接近0%，喷油脉宽反映发动机工况及变化，长期燃油修正值超过5％和喷油量过大都说明发动机系统有故障，常见的原因有：锰沉积物造成某缸或数缸工作不良，氧传感器中毒、三元催化器堵塞、空气流量计工作不正常、节气门传感器损坏。 B、通过氧传感器输出电压和变化频率判断发动机工作是否正常：氧传感器输出电压和变化频率工作异常，说明发动机系统有故障，常见的故障有：氧传感器中毒、三元催化器堵塞、锰沉积物影响、EGR 阀积碳卡滞故障、氧传感器损坏或线路故障、进气系统漏气、空气流量传感器故障、燃油压力过高或过低、喷油器故障、燃油蒸气控制系统故障、点火系统故障。 3、通过尾气检测数据判断汽车故障 汽车尾气检测数据反映了发动机综合工作状况，CO偏高说明混合气偏浓，发动机燃烧工作不良。HC偏高说明发动机有失火现象，HC 高出正常值1.5倍时发动机失火率可达2%以上。NO偏高说明混合气偏稀，氧传感器、三元催化器已中毒失效，已失去调控能力和净化功能，导致NO偏高的原因还有空气流量计工作不正常、进气系统漏气等。
齿轮故障诊断方法综述
齿轮故障诊断方法综述 摘要齿轮是机械设备中常用的部件,而齿轮传动也是机械传动中最常见的方式之一。在许多情况下,齿轮故障又是导致设备失效的主要原因。因此对齿轮进行故障诊断具有非常重要的意义。介绍了故障的特点和几种诊断方法，并比较了基于粒子群优化的小波神经网络,基于相关分析与小波变换,基于小波包和BP神经网络和基于小波分析等故障诊断方法的优缺点，并提出了齿轮故障诊断的难点和发展方向。 关键字齿轮故障诊断诊断方法分析比较发展
目录 第一章齿轮故障诊断发展及故障特点..................... 错误!未定义书签。齿轮故障诊断的发展................................... 错误!未定义书签。 1. 2齿轮故障形式与震动特征 ........................... 错误!未定义书签。第二章齿轮传动故障诊断的方法......................... 错误!未定义书签。 2. 1高阶谱分析........................................ 错误!未定义书签。 参数化双谱估计的原理 .............................. 错误!未定义书签。 试验装置与信号获取 ................................ 错误!未定义书签。 故障诊断 ......................................... 错误!未定义书签。 应用双谱分析识别齿轮故障 ........................ 错误!未定义书签。基于边频分析的齿轮故障诊断............................ 错误!未定义书签。 分析原理 .......................................... 错误!未定义书签。 铣床振动测试 ...................................... 错误!未定义书签。 边频带分析 ...................................... 错误!未定义书签。 故障诊断 ........................................ 错误!未定义书签。 2. 3时域分析.......................................... 错误!未定义书签。
内燃机燃烧与排放控制研究计划
内燃机燃烧与排放控制研究计划 一、研究背景 汽车从发明到今天已经一个多世纪了。在现代社会，汽车已成为人们工作、生活中不可缺少的一种交通工具。汽车在为人们造福的同时，也带来大气污染、噪声和交通安全等一系列问题。2013年伊始，全国多地遭遇雾霾天气，北京更是连续6日深陷其中，PM2.5浓度指数多次“爆表”。 从1993年开始，我国已成为石油净进口国。2012年，我国进口原油2.85亿吨，对外依存度达到了58.7%。通行观点认为，石油进口依存度超过50%，就说明该国已进入能源预警期。日前，环保部发布了《2012年中国机动车污染防治年报》，公布2011年全国机动车污染排放状况。年报显示，我国已连续三年成为世界机动车产销第一大国，机动车污染已成为我国空气污染的重要来源，是造成灰霾、光化学烟雾污染的重要原因。机动车排放的污染物主要包含四项：氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）、碳氢化合物（HC）和一氧化碳。2011年，全国机动车四项污染物排放4607.9万吨，比2010年增加3.5%，而汽车的排放量占到了机动车排放总量的84.7%。其中，汽车对CO、HC的贡献比例分别达到了80.6%、76.9%，而对NOx、PM的贡献比例则高达90.4%和94.9%。 二、研究计划的目的 针对现在绝大部分机动车都是汽油机或者柴油机，所以改善内燃机的燃烧过程和控制废气的排放对如今石油资源的不断匮乏和环境问题日益恶化有很大的帮助。第一，石油资源是不可再生资源，用完了就没有了，所以通过改善燃烧过程，优化燃烧路径，已达到减少燃油消耗。提高燃油经济性，相对的减少了燃油的消耗量。第二，通过污染物的排放，尽可能的减少污染，达到国际先进的排放标准。将汽车排放废气污染降至最低，还一个健康的大气环境给我们。 三、研究内容及拟采取的技术路线与设计方案 本研究计划主要研究内燃机的燃烧过程和对排放的控制。通过对内燃机燃料的选择，进气管道的设计，气缸的结构参数（燃烧室的形状，压缩比等）设计，适应各工况的燃油喷射时刻正时，对氧传感器和三效催化转换器的闭环控制的优化设计等一系列措施来优化燃烧过程，降低燃油消耗率，降低排放。
汽油发动机尾气排放物的检测与(1)全解
郑州工业应用技术学院 毕业论文 题目：汽油发动机尾气排放物的检测与分析 指导教师：郭斌峰职称：老师 学生姓名：祁放学号：1302020149 专业：汽车运用技术 院（系）：机电工程学院 答辩日期： 2016年6月01日 2016年6月01日
摘要 随着我国国民经济的持续而且稳定的发展，中国的汽车工业得到很快的发展。汽车运输业和服务业以及汽车制造业在国民经济建设中发挥着至关重要的作用，汽车保有量的增长直接导致了燃油的大量消耗，并因此产生了大量的汽车尾气有害气体。尤其是在一些大中城市，汽车尾气造成的环境污染日益严重。目前这已经是世界性的问题。所以对汽车发动机尾气排放物的检测与分析以及防止的方法达到了刻不容缓的地步。本文将通过对汽油发动机排放的尾气进行检测与分析来进一步了解起形成过程，检测方法以及检测对象对象：一氧化碳、碳氢化合物、碳氧化合物、微粒烟尘、空燃比、三元催化装置，传感器的检测与分析。最终来完成对汽油发动机尾气排放物的检测与分析。 关键词：汽油发动机尾气、检测分析对象、检测方法
Detection and analysis of exhaust emissions from gasoline engine With the sustained and steady development of China"s national economy, China"s auto industry has been developing rapidly. Car transportation industry and service industry and automobile manufacturing industry in the national economy construction plays a crucial role, car ownership growth led directly to a large amount of fuel consumption, and thus produced a large number of harmful automobile exhaust gas. Especially in some large and medium cities, the environmental pollution caused by automobile exhaust has become more and more serious. At present, this is a worldwide problem. So the detection and analysis of exhaust emission of automobile engine and the method to prevent the situation has reached the point of no delay. The exhaust of gasoline engine emissions were detected and analyzed to further understand the formation process, detection method and detection object: CO, hydrocarbons, carbon and oxygen compounds, smoke and dust particles, sensors and active carbon tube detection and analysis. Finally, the detection and analysis of gasoline engine exhaust emissions. Key words: gasoline engine tail gas, detection and analysis object, detection method
内燃机排放检测与控制 试题答案
1.答：目前国际上柴油机排放控制的两个主流技术路线（SCR和（EGR+DPF））。 （1）SCR原理： SCR装置依据NO还原基本原理，将尿素与水以适当比例混合，喷入废气中，能将废气中的NOx还原成氮气(N2)和水(H2O)，其化学反应方程式如下： CO(NH2)2+2H2O 2NH3+CO2+H2O 4NH3+2NO2+O23N2↑+6H2O， 4NH3+4NO+O24N2↑+6H2O 尿素泵将尿素柜中的尿素液泵入计量器中，形成具有一定压力的尿素液待用。计量器收到控制中心的指令后，提取一定量的尿素液与压缩空气混合形成初步雾化尿素并通往喷枪，多余的尿素液返回尿素柜。同时按尿素量的多少选取一定比例的压缩空气，经另一管道通往喷枪。在喷枪里初步雾化的尿素与压缩空气进一步混合形成尿素雾，喷入排气管。在排气管的混合区，尿素已分解成NH3和H2O并与烟气充分混合，然后进入SCR反应装置。SCR装置的催化剂作用使NH3将迅速还原为N2和H2O，随烟气排入大气。在SCR中设有两层由一块块催化砖整齐排列的催化层。催化砖是将催化剂拌入耐温材料中，做成有透气小孔的砖块，保证排气流通顺畅，尽量减少阻力，降低排气压力。同时又扩大了流通面积，保证混有NH3的废气在通过催化层时，能更多地接触到催化剂，使排气中的NOx得到充分还原。 （2）EGR基本原理： EGR正是一种通过降低缸内最高燃烧温度以及缸内混合气中O2的体积分数，破坏NOx 的生成环境，从而降低NOx排放的技术。同时，应用EGR并不会使发动机的指示指标及HC、CO排放指标有太大的恶化。通常，EGR降低NOx排放的原理有以下3种解释： ①比热容论 在发动机的可燃混合气中掺入一部分CO2，H2O和N2等惰性废气，前两者的比热容均高于新鲜混合气。 ②稀释论 EGR对NOx的影响是由于增加了混合气中惰性气体量，一方面使气缸内的O2体积分数下降；另一方面惰性分子降低了链式反应的速率，使燃烧的绝热火焰温度降低，从而使NOx 的生成量下降。 ③电火炉或着火延迟论 对柴油机而言，EGR系统改变了混合气的组分，因而延长了着火延迟，从而降低了缸内最高燃烧温度，促使NOx排放下降。 （3）优缺点的比较
内燃机有害排放物综述及其控制方法
题目：内燃机有害排放物及其控制方法综述 学院： 指导教师： 学生姓名： 学号： 班级： 课程名称： **大学 年月号
内燃机有害排放物及其控制方法综述 摘要：当今世界，汽车保有量持续增加，环境保护越来越严格，作为其动力的内燃机，对其有害排放物的研究成了内燃机设计的主题。本文通过大量的调研以及查阅相关文献，对内燃机有害排放物进行了综述，以及简要介绍了控制其排放物升程的措施。 关键词：环境保护内燃机排放物控制措施 1、前言 内燃机，作为一种动力机械，是通过燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。常见的往复活塞式内燃机有柴油机和汽油机。柴油机与汽油机在运行过程中会产生一些有害的排放物，对于汽油机来说，主要是HC、NOx、CO；而对于柴油机来说，主要是HC、NOx、CO、PM。随着排放法规的日益严格，如何有效的减少内燃机有害物质的排放成了现代内燃机的主流趋势。 2、汽油机与柴油机排放物的生成机理 2.1汽油机主要排放物及其产生机理 汽油机的废气主要是由N2，CO2，O2和有害排放组成，其中有害排放主要是指CO，HC和NOx(NO2及NO)，其含量虽然只占废气总量的2%左右，却造成了极大的危害。在汽油机燃烧过程中，由于气缸内各处的温度、混合气的浓度不同，产生NOx，HC，CO的过程和部就不同。在燃烧过程中，NOx，HC，CO在各个阶生成过程大致如下：在点火和火焰传播阶段，N2和O2在高温下反应生成了NOx，当燃油混合气浓度较大时，还会生成CO。当火焰逼近燃烧室壁面时，由于温度较低，火焰淬熄，留下未燃的HC薄层。这种情况也会在火焰传播不到的第一道活塞环的环槽中产生。在膨胀过程中，环槽中未燃的HC随活塞下行而布敷在气缸壁上。同时，在高温下形成的NOx会随着膨胀过程中温度的下降进行分解反应，在高温下由CO2分解得到的CO应该在低温下进行复合反应。但由于这种分解和复合的反应速度十分缓慢，远远落后于化学平衡的排放要求，使NOx，CO的浓度在膨胀过程中处于冻结状态，因而它们的浓度要比化学平衡时高出很多。在排气过程中，已燃气体连同冻结的NOx，CO以及大部分附壁上的未燃HC 一起排出，形成了大气污染。 2.2柴油机主要排放物及其产生机理 柴油机排气中包含各种成分，其基本成分是二氧化碳(CO2)，水蒸气(H2O)，过剩的氧气（O2）以及存留下来的氮气(N2)等。他们是燃料和空气燃烧后的产物，从毒物学的观点看，排气中的这些成分是无害的，除上述基本成分外，柴油机排气中还含有不完全燃烧的产物和燃烧反应的中间产物，包括一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)，氮(NOx)，微粒(PM)及醛类等。这些成分的在柴油机排气中所占的比
《发动机排放污染及控制》教学大纲
教学大纲 一、教学目的和任务 本课程系统而深入的介绍了与发动机排放相关的新知识、新内容和新技术。通过本课程的学习，帮助学生掌握发动机排放污染物的生成机理、排放污染物的控制技术以及汽车排放测试等方面的知识，从而使学生初步具备发动机排放及控制领域的研究能力。 本课程的目的： 1、掌握发动机排放污染物的生成机理及其影响因素； 2、掌握发动机主要有害排放污染物的机内净化技术、后处理净化技术、排放测试基本方法及其排放标准； 3、掌握发动机主要排放污染物的一般净化方案。 本课程的任务： 1、培养学生自主学习的能力。通过小论文的形式，要求学生查阅相关资料，对资料进行整理和分析，培养其自主获得知识的能力； 2、培养学生的分析能力。能够根据排放污染物的特点，分析和提出排放污染物的一般进化方案，初步具有分析和解决热动力设备排放污染物及控制的能力； 3、培养学生的创新意识。分析机内净化技术和后处理净化技术的优缺点，并结合各技术的局限性进行讨论，能够拓展学生的思维，激发学生的创新意识。 二、授课手段与教学方法 授课手段： 课堂多媒体演示讲解，课堂讲解，课程讨论，课程论文等。 教学方法： 充分发挥学生的主体作用，采用“场景—课件—网络—习题”的多元化教学平台，将理论教学与教师引导和教师非引导的自主学习相融合，实行以能力培养为轴心，动用所有教学要素，立体化、全方位地融学习与研究为一体的以学生为本的立体教学方法，营造自主学习的学习氛围，建立民主平等的师生关系，让学生在互动中优化思维，激发学生的学习兴趣，提高学生的创新意识。 三、教学内容 1、绪论：环境污染与保护，发动机排放污染物及危害。 2、发动机排放污染物的生成机理和影响因素：一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NOx和微粒等的生成机理和影响因素。 3、发动机的排放特性：汽油机和柴油机的稳态和瞬态排放特性。
武汉理工大学内燃机排放检测与控制试题(本)-2012
武汉理工大学考试试题 课程名称内燃机排放检测与控制 （共1页，共 7 题，答题时不必抄题，标明题目序号） 一、问答题（60分） 1、重载车用柴油机排放控制标准历经欧Ⅰ、欧Ⅱ、欧Ⅲ、欧Ⅳ等，满足今后较为严格的法规要求如欧Ⅳ或欧Ⅴ，有两条基本技术路线，请分别解释其应用原理并分析其优缺点。（10分） 答：目前国际上柴油机排放控制的两个主流技术路线（SCR和（EGR+DPF））。 （1）SCR原理： SCR装置依据NO还原基本原理，将尿素与水以适当比例混合，喷入废气中，能将废气中的NOx还原成氮气(N2)和水(H2O)，其化学反应方程式如下： CO(NH2)2+2H2O 2NH3+CO2+H2O 4NH3+2NO2+O23N2↑+6H2O， 4NH3+4NO+O24N2↑+6H2O 尿素泵将尿素柜中的尿素液泵入计量器中，形成具有一定压力的尿素液待用。计量器收到控制中心的指令后，提取一定量的尿素液与压缩空气混合形成初步雾化尿素并通往喷枪，多余的尿素液返回尿素柜。同时按尿素量的多少选取一定比例的压缩空气，经另一管道通往喷枪。在喷枪里初步雾化的尿素与压缩空气进一步混合形成尿素雾，喷入排气管。在排气管的混合区，尿素已分解成NH3和H2O并与烟气充分混合，然后进入SCR反应装置。SCR装置的催化剂作用使NH3将迅速还原为N2和H2O，随烟气排入大气。在SCR中设有两层由一块块催化砖整齐排列的催化层。催化砖是将催化剂拌入耐温材料中，做成有透气小孔的砖块，保证排气流通顺畅，尽量减少阻力，降低排气压力。同时又扩大了流通面积，保证混有NH3的废气在通过催化层时，能更多地接触到催化剂，使排气中的NOx得到充分还原。 （2）EGR基本原理： EGR正是一种通过降低缸内最高燃烧温度以及缸内混合气中O2的体积分数，破坏NOx 的生成环境，从而降低NOx排放的技术。同时，应用EGR并不会使发动机的指示指标及HC、CO排放指标有太大的恶化。通常，EGR降低NOx排放的原理有以下3种解释： ①比热容论 在发动机的可燃混合气中掺入一部分CO2，H2O和N2等惰性废气，前两者的比热容均高于新鲜混合气。
发动机排放控制系统的检查和维护样本
发动机排放控制系统的检查和维护 不同排放标准车辆检测数据正常参考值 如何根据检测数据判断故障 1、如果汽车问诊时司机反应车辆有油耗增加、动力下降、提速无力、加速耸车、换挡不畅、怠速抖动、容易熄火、启动困难、 OBD故障灯报警、其中几项情况, 说明发动机可能存在以下故障: A、锰沉积物已对发动机进气系统、燃烧系统、排气系统产生影响。B、氧传感器、三元催化器已化学中毒。 C、三元催化器开始堵塞。 D、 EGR阀积碳卡滞。 E、电源电压过低。 F、温度传感器损坏。 G、节气门传感器损坏。 H、空气流量计工作不正常。 I、进气系统漏气。 J、燃油蒸汽控制系统故障。 K、点火系统故障。 2、经过电脑检测数据判断故障: A、经过长、短期燃油修正值和喷油脉宽, 判断发动机工作是否正常; 短期燃油修正是PCM依据氧传感器的电压信号进行喷油量的修正, 长期燃油修正是PCM经过对短期燃油修正的计算得来的, 其目的尽可能让短期燃油修正的数值接近0%, 喷油脉宽反映发动机工况及变化, 长期燃油修正值超过5％和喷
油量过大都说明发动机系统有故障, 常见的原因有: 锰沉积物造成某缸或数缸工作不良, 氧传感器中毒、三元催化器堵塞、空气流量计工作不正常、节气门传感器损坏。 B、经过氧传感器输出电压和变化频率判断发动机工作是否正常: 氧传感器输出电压和变化频率工作异常, 说明发动机系统有故障, 常见的故障有: 氧传感器中毒、三元催化器堵塞、锰沉积物影响、 EGR阀积碳卡滞故障、氧传感器损坏或线路故障、进气系统漏气、空气流量传感器故障、燃油压力过高或过低、喷油器故障、燃油蒸气控制系统故障、点火系统故障。 3、经过尾气检测数据判断汽车故障 汽车尾气检测数据反映了发动机综合工作状况, CO偏高说明混合气偏浓, 发动机燃烧工作不良。HC偏高说明发动机有失火现象, HC高出正常值1.5倍时发动机失火率可达2%以上。NO偏高说明混合气偏稀, 氧传感器、三元催化器已中毒失效, 已失去调控能力和净化功能, 导致NO偏高的原因还有空气流量计工作不正常、进气系统漏气等。 如何诊断检测结果 检测结果可分为: 工作状况良好、工作状况不良、工作状况不正常三个等级。 1、工作状况良好: 所有检测项目均在正常范围之内为发动机工作状况良好。 2、工作状况不良: 电脑检测长期燃油修正值超出正常值但低于5%, 其它检测数据略偏高但大致正常, 尾气检测数据有一项超出正常值但未超出国家标准值, 为发动机工作状况不良。