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自从世界上第一个车辆排气污染控制标准实施以来,二次空气喷射系统已经被广泛地应用在汽车上,它实际上就是一种尾气排放控制实用技术,用以减少排气中的HC和CO的排放量。
按其空气喷入的部位可分为两类:
第一类,新鲜空气被喷入排气歧管的基部,即排气歧管与汽缸体相连接的部位,因此,排气中的HC、CO只能从排气歧管开始被氧化;
第二类,新鲜空气通过汽缸盖上的专设管道喷入排气门后汽缸盖内的排气通道内,排气中HC、CO的氧化更早进行。二次空气喷射系统按照结构和工作原理的不同可以分为空气泵型和吸气器型两种结构类型。
按控制形式不同可分为:
空气泵型二次空气喷射系统
空气泵型二次空气喷射系统主要由空气泵、分流阀、连接管道、空气喷射歧管等组成。
工作原理是:当发动机工作时,通过曲轴传动带带动空气泵运转,泵送量大而压力较低的空气流通过软管进入分流阀。正常情况下,分流阀上阀门开启,空气流经分流阀、单向阀进入空气喷射歧管。空气喷射歧管将空气流喷入发动机排气孔或排气歧管,与排气中的HC、CO反应,使其进一步转化成CO2和水蒸气,以减少排气污染。一旦空气泵泵送的空气压力太高,释压阀起作用,瞬间切断向空气喷射歧管供应的空气,防止发动机产生回火,经过几秒后,双向作用阀下落,又恢复向空气喷射歧管供应空气,二次空气喷射系统正常工作。
当汽车冷启动时会要求比平常高的混合气才能保证运转平稳。由于这个原因,电子控制模块(ECU)在冷启动时会命令发动机在开路循环模式(固定空燃比)运转20到120秒,直到氧传感器达到正常温度。而在这个过程中,尾气中会生成大量一氧化氮和碳氢化合物等大气污染物。这些一氧化碳和碳氢化合物是可以继续被氧化而减小污染的。只可惜此时的尾气中没有足够的氧气来进行氧化。
针对空气泵型二次空气喷射系统的详细分析
空气泵的结构
空气泵装在发动机前端,由一个离心式空气滤清器和一个叶片泵组成。空气泵由发动机曲轴带轮经传动带驱动,向喷射系统供应量大而压力底的空气。
离心式空气滤清器装在泵的转子轴的一端与泵以同转速转动。离心式空气滤清器的作用是清洁进入空气泵的空气。离心式空气滤清器的滤清原理是,当叶轮高速转动时,空气中的尘粒与空气相比,质量较大,在离心力的作用下从进入到空气泵里的空气流中分离出去。
叶片泵由泵壳、转子、叶片、叶片密封槽、进气道和出气道等组成。为了使叶片能与泵壳内孔间形成大小不同的空腔,转子旋转中心线与泵壳内孔中心线并不重合。在带轮带动下,转子在一条与泵壳内孔不重合的轴线上旋转。两片叶片在转子的槽中一夹角180°布置,并在槽中滑动,叶片与转子槽间有密封槽。
空气泵的工作原理
a. 当泵转动时,第1个叶片从进气孔上扫过,这一扫过逐渐增大了进气孔一边由转子、叶片和泵壳内孔形成的进气室的容积,从而产生一定的真空度,在该真空的作用下,经离心式空气滤清器滤清的空气则进入进气室。
b. 转子继续转动,第2个叶片又扫过进气孔,此时,上述第1个叶片转动使吸入的空气被限制在由两个叶片、转子和泵壳内孔所密闭的较大的空间里,当转子继续转动时,这部分空气便被扫到一个较小的空间里,使其受到压缩。
c. 转子继续转动,一旦第1个叶片开始扫过泵的排气孔,则该部分已被压缩的空气就从排气孔泵送进喷射系统中去,从而完成空气泵的一个进气-压缩-排气循环。转子每转1圈,完成上述2个循环。
当泵的转子以高速运转时,上述循环则不间断地进行,源源不断地为喷射系统提供新鲜空气。
分流阀
分流阀常作为一个单独的总成用螺栓装在空气泵上,而管路则用软管与空气泵和空气喷射歧管相连。设置分流阀的目的是当发动机突然减速时,防止排气系统"回火"到空气泵。
当节气门突然关闭、发动机突然减速时,会在进气管里 很高的真空度,从而导致进入汽缸的可燃混合气变的太浓,在作功行程里无法完全燃烧。排气时,就有较多的没有充分燃烧的混合气经排气门排往排气管。如果在这时,二次空气喷射系统把新鲜空气喷入排气歧管或喷入*近排气门的排气孔,则新鲜空气便加剧了未充分燃烧的混合气在排气管内的燃烧,从而产生"回火"。而设置分流阀的作用在于发动机突然减速的最初时间里,瞬间把空气泵送来的空气排如大气,使新鲜空气不能喷入排气管,从而防止了"回火"的发生。
当节气门开度突然减小、发动机突然减速时,在进气管产生了较大的真空度,该真空度通过管道传到分流阀膜片表面,在该真空度的作用下,膜片克服弹簧力向上运动,带动双向作用阀的下阀打开了下阀口,经下阀口与释气孔(由消声材料制作)相通,使从空气泵来的空气流无声地瞬间排往大气。但是,空气泵来的空气流被分流阀排往大气的时间仅仅能进行一瞬间,其原因是在膜片上加工有孔板流量孔,该孔能很快平衡膜片两边的气压。因此在弹簧力的作用下,膜片和双向作用阀在几秒内又回到下面位置。双向作用阀又关闭了下阀口,空气泵便又开始向排气歧管或排气门区供应新鲜空气。
释压阀(限压阀)主要由阀体、弹簧、阀门和阀座等组成,其作用是当发动机高速运转,空气泵泵送的空气流气压超过释压阀弹簧预调弹力时,空气压力克服弹簧弹力,促使阀门离开阀座,压力过大的空气则通过阀门与阀座间的通道经释气孔排入大气,从而使进入空气喷射歧管的空气压力基本上保持恒定;当空气泵送来的空气其压力低于弹簧预调弹力时,弹簧压阀门回位,从而切断了排往大气的通路。由此可见,释压阀弹簧的预调弹力决定了各种工况下,空气泵泵送到整个二次空气喷射系统的空气压力。
单向阀
单向阀,装在空气喷射管上。它允许从空气泵来的具有一定压力的空气进入空气喷射歧管,而防止高温的发动机废气进入连接软管和空气泵。也就是说,若空气泵皮带断裂或传动 打滑等原因造成空气泵停转或转速下降,空气连接软管漏气等不能向喷射系统正常供应空气时,单向阀可以保护二次空气喷射系统免受高温的废气损害。
空气喷射歧管
空气气喷射歧管通常是由不锈刚管焊接而成,其形状和分支数目由发动机的结构和汽缸数目而定。空气喷射歧管的作用是把空气泵泵送的新鲜空气分别喷射进发动机排气门附近的排气孔里或喷入排气歧管。
脉冲型二次空气喷射系统
脉冲型二次空气喷射系统也称吸气器型二次空气喷射系统。该系统不是应用空气泵泵送空气进入喷射歧管,而是应用排气压力的脉冲将新鲜空气吸入排气系统。研究发现,每次排气门关闭时,都会有这么一个很短的时间周期,在该时间周期内,排气孔和排气歧管内的气压都低于大气压力,也就是说产生了一个负压(真空)脉冲。利用这个真空脉冲,经空气滤清器吸入一定量空气进入排气歧管,用这部分空气中的氧去氧化排气中的HC和CO。如果该车还装有催化式排气净化器,也可以用这部分空气去供应催化式排气净化器对氧的需要。这就是脉冲型或称吸气器型二次空气喷射系统的工作原理。
常见的脉冲型二次空气喷射系统由钢管、单向吸气器、软管等组成。钢管的一端接吸气器,另一端用连接盘与发动机排气歧管相连通,把经空气滤清器、软管、吸气器的新鲜空气导入排气歧管。
吸气器实际上是一个单向阀,它允许从空气滤清器来的空气经钢管流向排气歧管,并防止排气歧管中的废气钢管回流到空气滤清器。
装有脉冲型二次喷射系统的发动机在怠速或低速运转时,由于排气歧管内的负压脉冲使吸气器阀门开启。也就是说,在这种工况下,排气阀门每关闭一次,在排气歧管内则出现一次负压脉冲,吸气器的单向阀就开启一次,阀门开启,在外界大气压力的作用下,新鲜空气经空气滤清器、软管、吸气器、钢管进入排气歧管,去进一步氧化排气中的HC、CO,减少排气污染。当发动机高速运转时,由于排气门的关闭频繁,每次的负压脉冲周期特别短,由于惯性作用,吸气器的单向阀不可能开启,因此,吸气器的单向阀门实际是关闭的,此时它只起到一个阻止废气排入空气滤清器的截止阀的作用。也就是说,在发动机高速运转时,脉冲型二次空气喷射系统实际上是停止工作的。
电控二次空气喷射系统
电控空气泵型二次空气喷射系统
系统中的空气由电控单元根据输入信号通过控制相关电磁阀引往空气滤清器、排气管及催化式排气净化器中。该系统有两套主控电磁阀,第一套电磁阀为分流阀,用于将空气送往空气滤清器;第二套电磁阀为开关电磁阀,用于将空气送往排气管或催化式排气净化器。该系统有以下几种工作方式。
a. 在发动机冷态和开环状态工作时,由于催化式排气净化器不够热,不能使用额外空气,因此电控单元控制分流电磁阀和开关电磁阀,使空气经分流电磁阀被送往开关电磁阀,而开关电磁阀将空气引向排气管。
b. 发动机在正常工作或闭环状态工作时,电控单元控制分流电磁阀和开关电磁阀,使空气经分流电磁阀被送往开关电磁阀,再由开关电磁阀将空气送往催化式排气净化器中的氧化剂与还原剂之间,从而提高氧化剂的工作效率。
c. 当催化净化器过热时,加入的空气对催化式排气净化器中的催化剂会造成污染,在这种情况下,电控单元控制分流电磁阀,将空气送往空气滤清器。
电控脉冲型二次空气喷射系统
系统由电控单元控制电磁阀的打开及关闭,电磁阀与单向阀(也称检查阀)相连,由于排气中的压力是正负交替的脉冲压力波,当排气压力为负时,来自空气滤清器的空气进入排气管;当压力为正时,单向阀关闭,空气不能返回。
二次空气喷射系统也常被称为补燃系统或后燃系统。其原因是可燃混合气在汽缸内进行第一次燃烧后,其中那些未完全燃烧的部分由于人为地引入新鲜空气而使其在排气过程中进行了补燃,因而经消声器排入大气时的尾气很少有或者完全没有火星。而排气内有火星是在有可燃气体存在的情况下引发火灾的一大原因。因此,二次空气喷射系统也是防止内燃机尾气引起火灾的一项重要技术和设施。除了在轿车上应用外,它还广泛应用于安全性能要求更高的内燃机车和专用汽车,如液化气运输车、轻油运输车、机场加油车等。
二次空气泵故障或空气管破裂及机械阀真空管得不到真空,得不到真空可能由于真空管脱落、N112电磁阀破损、二次空气机械阀积碳厚重而无法打开。
发动机bai电脑激活二次空气系统,使其du开始工作,并控制zhi二次空气进气阀,然后通过压dao力驱动组合阀门开始工作。发动机起动后,经过滤清器的空气通过二次空气泵直接被吹到排气阀后(二次空气泵的电源...
二次空气喷射系统实质是将一定量的新鲜空气 引入排气管或三元摧化转换器中,使废气中的有有害物质与空气进一步燃烧。以进一步减少有害物质的排放。目前所用的二次空气供给方法有两种; 空气泵系统。 脉冲空气...
TV二次侧空气断路器经常跳闸的分析
该文分析了造成10kV开闭所母线TV二次侧空气断路器经常跳闸的原因,并提出了改进措施。
二次空气阀作用
1 、二次空气阀(欧 I I 阀)基本作用: 二次空气阀是通过对发动机排出的尾气中加入新鲜空气,增加排气中氧含量,使高温排气中未燃烧的 HC (碳氢化合物)、CO(一 氧化碳)得到再次燃烧和氧化,从而达到降低排气 污染物的目的,它是一种发动机后处理技术。 2 、二次空气阀(欧 I I 阀)工作原理; 在整车不同工况下 (工作情况) ,对排气进行补气在燃烧的氧化所需要的补气量是不同的, 过多会造成整车排气管放炮等不良反映, 过少,就会起不到将污染物在氧化、燃烧的效果 (俗语:就是说效率低)所以为保证不同工况下的补气量合适,在二次空气阀上设置了 “控制阀”。 二次空气阀(欧 I I 阀)是通过发动机在排气时高速流动气体而形成负压将新鲜空气吸入到排气中去,而排气是脉动的,如果只是 将新鲜空气导入,排气脉动会造成排气回流到进气系统 中去(空滤器等),反而使发动机工作条件恶劣,带来负面影响。 (故二
车用汽油喷射系统有多种类型,可按不同方法进行分类:
1、按喷射部位的不同可分为缸内喷射和缸外喷射两种。缸内喷射是通过安装在气缸盖上的喷油器,将汽油直接喷入气缸内。这种喷射系统需要较高的喷射压力,月3-5MPa。因而喷油器的结构和布置都比较复杂。缸外喷射系统是将喷油器安装在进气管或进气歧管上,以0.20-0.35MPa的喷射压力将汽油喷入进气管或进气道内。前者称进气管喷射(单点电喷),后者称进气道喷射(多点喷射)。目前汽油机电控系统广泛采用的是进气道喷射。
2、按喷射的连续性将汽油喷射系统分为连续喷射式和间歇喷射式。连续喷射是指在发动机工作期间,喷油器连续不断地向进气道内喷射,且大部分汽油是在进气门关闭时喷射的。这种喷射方式大多用于机械控制式或机电混合控制式汽油喷射系统。间歇式喷射是指在发动机工作期间,汽油被间歇地喷入进气道内。电控汽油喷射系统都采用间歇喷射方式。
发动机在不同工况下运转,对混合气浓度的要求也不同。特别是在一些特殊工况下(如起动、急加速、急减速等),对混合气浓度有特殊的要求。ECU要根据有关传感器测得的运转工况,按不同的方式控制喷油量。喷油量的控制方式可分为起动控制、运转控制、断油控制和反馈控制。
1、起动喷油控制
起动时,发动机由起动马达带动运转。由于转速很低,转速的波动也很大,因此这时空气流量传感器所测得的进气量信号有很大的误差。基于这个原因,在发动机起动时,ECU不以空气流量传感器的信号作为喷油量的计算依据,而是按预先给定的起动程序来进行喷油控制。ECU根据起动开关及转速传感器的信号,判定发动机是否处于起动状态,以决定是否按起动程序控制喷油。当起动开关接通,且发动机转速低于300转/分时,ECU判定发动机处于起动状态,从而按起动程序控制喷油。
在起动喷油控制程序中,ECU按发动机水温、进气温度、起动转速计算出一个固定的喷油量。这一喷油量能使发动机获得顺利起动所需的浓混合气。冷车起动时,发动机温度很低,喷入进气道的燃油不易蒸发。为了能产生足够的燃油蒸气,形成足够浓度的可燃混合气,保证发动机在低温下也能正常起动,必须进一步增大喷油量。由ECU控制,通过增加各缸喷油器的喷油持续时间或喷油次数来增加喷油量。所增加的喷油量及加浓持续时间完全由ECU根据进气温度传感器和发动机水温传感器测得的温度高低来决定。发动机水温或进气温度愈低,喷油量就愈大,加浓的持续时间也就愈长。这种冷起动控制方式不设冷起动喷油器和冷起动温度开关。
2、运转控制
在发动机运转中,ECU主要根据进气量和发动机转速来计算喷油量。此外,ECU还要参考节气门开度、发动机水温、进气温度、海拔高度及怠速工况、加速工况、全负荷工况等运转参数来修正喷油量,以提高控制精度。
由于ECU要考虑的运转参数很多,为了简化ECU的计算程序,通常将喷油量分成基本喷油量、修正量、增量三个部分,并分别计算出结果。然后再将三个部分叠加在一起,作为总喷油量来控制喷油器喷油。
基本喷油量:基本喷油量是根据发动机每个工作循环的进气量,按理论混合比(空燃比14.7)计算出的喷油量。
修正量:修正量是根据进气温度、大气压力等实际运转情况,对基本喷油量进行适当修正,使发动机在不同运转条件下都能获得最佳浓度的混合气。修正量的内容为:进气温度修正、大气压力修正和蓄电池电压修正(电压变化时,自动对喷油脉冲宽度加以修正)。
3、反馈控制
汽油喷射系统进行反馈控制的传感器是热氧传感器,使用热氧传感器的发动机必须使用无铅汽油。反馈控制(闭环控制)是在排气管上加装热氧传感器,根据排气中氧含量的变化,测定出进入发动机燃烧室混合气的空燃比值,把它输入ECU与设定的目标空燃比值进行比较,将误差信号经放大器控制电磁喷油器喷油量,使空燃比保持在设定目标值附近。因此,闭环控制可达到较高的空燃比控制精度,并可消除因产品差异和磨损等引起的性能变化,工作稳定性好,抗干扰能力强。但是,为了使三元催化装置对排气净化处理达到最佳效果,闭环控制的汽油喷射系统只能运行在理论空燃比14.7附近很窄的范围内。因此对特殊的运行工况,如启动、暖机、怠速、加速、满负荷等需加浓混合气的工况,仍需采用开环控制,使电磁喷油器按预先设定的加浓混合气配比工作,充分发挥发动机的动力性能,所以采用开环和闭环相结合的控制方式。
上海氯碱化工股份有限公司是一家大型氯碱生产企业,年耗各种压力等级的蒸汽 200 万吨,占公司总能耗的 18%。公司蒸汽减压系统中,普遍采用阀门进行节流,将高压(高品位)蒸汽节流后,向工业生产中的用热部位供汽。 换热设备换热后的蒸汽冷凝水大多只进行简单的回收利用,冷凝水平均温度大于 100℃。 由于蒸汽的使用压力大于大气压力,所以凝结水所具有的热量可达蒸汽全热量的20%-30%,且压力、 温度越高,凝结水具有的热量就越多,占蒸汽总热量的比例也就越大。
由于工艺条件的要求,送达终端的蒸汽所需的压力等级各不相同,需要进行一定的减压。常规的阀门节流减压造成了能量的无效贬值,使高品位(压力) 的蒸汽在没有对外做功的情况下转化为低品位(压力)的蒸汽,属于用能质量上的浪费。供汽系统产生的二次蒸发气(或副产蒸汽)以及疏水系统产生的泄漏蒸汽,通常直接对空排放,或者没有进行合理的回收利用,属于用能数量上的浪费。常规的阀门节流供汽系统从用能质量和用能数量上,都存在着用能不合理和未能综合利用能量的问题。如何降低减压过程中的能量损失和实现对换热后的低品位副产蒸汽和冷凝水系统产生的二次蒸发气进行充分的回收利用,蒸汽喷射二次压缩技术能解决这个问题,它可以实现:
1) 最大限度的减少蒸汽减压过程中的能量损失,实现蒸汽能量的梯级利用,实现对蒸汽所含值(即对外作功能力)进行合理和充分的使用;
2)可以增加换热设备的排水压差,实现换热设备畅通排出蒸汽冷凝水,充分挖掘换热设备的换热能力,提高换热效果,以利于产品产量和生产率的提高。
(1)能量的品位
能量是物质的基本特性参数,它表示物质所具有的做功能力,热力学第一定律指出不同形式的能量可以相互转换,在转换的过程中数量守恒。热力学第二定律指出能量除了有数量上的多少外,还有品位的高低,不同品位的能量转变为功的能力不同。物质的总能量中,可用能所占的比例代表了能量的品质,能量中可转变为技术功的部分称为㶲( Exergic)。
(2)节流过程中的能量损失
蒸汽截流通常是利用阀门的阻力特性,控制阀后蒸汽流量,达到蒸汽减压的目的。 这种减压方式,是对外界不作功的等焓熵增过程,是典型的不可逆过程。蒸汽在截流减压过程中,由于摩擦、 涡流等,使大量有规则热运动的分子转变为无序运动,产生耗散功,导致在没有对外做功的情况下产生熵的增加,降低了蒸汽对外做功的能力,致使蒸汽产生了无形的能量损失。
蒸汽喷射二次压缩技术,利用热平衡、 㶲平衡和能级平衡理论,在工业生产中,利用新型的蒸汽二次压缩供汽系统替代常规的阀门节流供汽系统,使蒸汽中的能量在品位和数量上都能够得到充分合理的使用。
(1)喷射压缩系统工作机理
利用蒸汽喷射二次压缩技术组成引射式减压系统,按蒸汽喷射二次压缩技术制作引射减压设备,利用蒸汽减压前后的能量差为动力,提升低品位蒸汽的 值,将高品位蒸汽和低品位蒸汽在蒸汽喷射二次压缩过程中进行速度均衡和能量均衡,扩压后进入热力管网供用户使用。 采用蒸汽喷射二次压缩技术引射式减压系统,可以避免蒸汽节流减压过程中产生的㶲值损失,同时利用蒸汽减压前后的能量差作为动力,提升低品位蒸汽的压力等级,在避免蒸汽减压损失的同时,实现对低品位蒸汽的回收利用,实现对能量从数量和质量上都进行充分和合理的使用。
蒸汽喷射二次压缩技术由喷嘴、 接受室、 混合室和扩压室共四个部分组成,高品位蒸汽称为工作蒸汽 PP,低品位蒸汽称为引射蒸汽PH,混合后的蒸汽称为压缩蒸汽 PC(参见图 1)。
工作蒸汽在喷嘴内, 由于流通截面逐渐变小,工作蒸汽流速逐渐增加,蒸汽的压力势能逐渐转化为动能,压力逐渐降低。 当工作蒸汽通过喷嘴后,在喷嘴出口达到极高的速度(超音速),大部分压力势能转化为动能,使蒸汽压力降低到引射蒸汽压力以下,形成局部相对负压,将引射蒸汽抽吸到接受室。两股共轴流体在混合室内进行充分混合并使速度与能量均衡,在混合室的出口截面,建立起均匀速度场和能量场,形成稳定均一的高速度蒸汽流。蒸汽流进入扩压室后,随着流通截面面积的逐渐扩大,蒸汽流速逐渐降低,蒸汽动能逐渐转化为势能,压力逐渐得到恢复,当达到扩压室末端时,压力得到完全恢复,达到工艺所要求的压力,供工业生产中的换热设备使用。
(2)蒸汽喷射二次压缩技术供汽系统的基本流程
基本的蒸汽喷射二次压缩技术供汽系统由蒸汽喷射二次压缩技术、 高效扩容闪蒸罐、 压差疏水器、 换热器、 自动控制系统等组成(见图 2)。
(3)蒸汽喷射二次压缩技术供汽系统的运行
蒸汽喷射二次压缩技术供汽系统全部采用自动化控制技术,各压力、 温度、 液位等参数的采集均使用相应的变送传感器,控制执行机构为气动或电动调节阀门,控制中心为工控机或可编程控制器( PLC)。系统设定好各个参数后,自动稳定运行。
利用蒸汽二次压缩技术对高品位蒸汽进行引射式节流替代传统的阀门节流,向用汽系统提供所需要品位和数量的蒸汽,即可以实现蒸汽无损耗节流,又可以利用高品位蒸汽节流后的压力差为动力,回收工业废热蒸汽(或冷凝水系统产生的二次蒸发汽或副产低品位蒸汽) 并回用到工业生产,可以灵活地实现能级的梯级利用和能量平衡,从而实现热力系统用汽数量上和质量上的平衡,达到优化工业生产用汽网络,实现废热资源化,提高能源利用率,降低单位产品能耗,节约能源和保护自然环境的目的。
干油喷射润滑和油雾润滑一样,也是依靠压缩空气为动力的一种润滑方式。由于干油黏度太大,它不能像油雾润滑那样,利用文氏管效应形成雾状。而是靠单独的泵(干油站)来输送油脂。油脂在喷嘴与压缩空气汇合,并被吹散成颗粒状的油雾,随同压缩空气直接喷射到摩擦副进行润滑。它的显著特点是润滑剂能超越一定的空间,定向、定量而均匀地投到摩擦表面。不仅使用方便、工作可靠、用油节省,而且在恶劣的工作环境下,也能获得较好的润滑效果。这种润滑方法简称喷射润滑。
干油喷射装置特别适用于冶金、矿山、水泥、化工、造纸等行业的大型开式齿轮(如球磨机、回转窑、挖掘机、高炉布料器等)以及钢丝绳、链条的润滑。