第2章发动机排放污染物的形成

发动机排放污染及控制主讲人龚金科等2019年9月14日第2章发动机排放污染物的形成第2章发动机排放污染物的形成2.1一氧化碳2.2碳氢化合物2.3氮氧化物2.4微粒概述：主要内容介绍了汽车尾气中的主要污染物CO、HC、NOX和微粒的生成机理及其影响因素。第2章发动机排放污染物的形成一氧化碳的生成机理第2章发动机排放污染物的形成2222mnmnCHOmCOH汽车尾气中CO的产生是燃烧不充分所致，是氧气不足而生成的中间产物。汽油机一氧化碳的生成机理汽油机CO排放量xCO与α及过量空气系数Φa的关系第2章发动机排放污染物的形成汽油机一氧化碳的生成机理Φa1时，因缺氧引起不完全燃烧，CO的排放量随Φa的减小而增加。Φa1时，CO的排放量都很小。Φa=1.0～1.1时，CO的排放量变化较复杂。由上图可以看出第2章发动机排放污染物的形成柴油机一氧化碳的生成机理燃料与空气混合不均匀；局部缺氧和低温；燃烧区的停留时间较短。第2章发动机排放污染物的形成柴油机一氧化碳的生成机理Φa=1.5～3，CO排放量要比汽油机低得多。Φa=1.2～1.3，CO的排放量才大量增加。第2章发动机排放污染物的形成小负荷时尽管Φa很大，CO排放量反而上升。影响一氧化碳生成的因素影响一氧化碳生成因素进气温度进气温度上升，空燃比α变浓，排出的CO将增加。大气压力进气管压力降低，空气密度下降，空燃比下降，CO排放量增大。发动机工况高真空度下，混和气瞬时过浓，CO浓度将显著增加。怠速转速提高怠速转速，空气流量增加，CO浓度降低进气管真空度发动机负荷一定，CO排放量随转速增加（空气流量增加）而降低。第2章发动机排放污染物的形成碳氢化合物的生成途径碳氢化合物的途径漏入曲轴箱的窜气中含有大量未燃燃料燃烧过程中未燃烧或燃烧不完全的碳氢燃料燃油蒸汽第2章发动机排放污染物的形成汽油机未燃HC的生成机理火焰在壁面淬冷冷起动、暖机和怠速等工况下，壁面温度较低，淬熄层较厚，壁面火焰淬熄是此类工况下未燃HC的重要来源。狭隙效应火焰不能进入各种狭窄的间隙，便会产生未燃HC。润滑油膜对燃油蒸汽的吸附与解吸进气过程中，润滑油膜溶解和吸收了进入气缸的碳氢化合物。燃烧过程中，HC向已燃气解吸。燃烧室内沉积物的影响沉积物使HC排放增加。体积淬熄燃烧室中压力和温度下降太快，可能使火焰熄灭。碳氢化合物的后期氧化未燃烧的碳氢化合物释放出来，重新被全部或部分氧化。第2章发动机排放污染物的形成柴油机未燃HC的生成机理燃料在气缸内停留的时间较短，生成HC的相对时间也短，故其HC排放量比汽油机少。第2章发动机排放污染物的形成2.2.2影响碳氢化合物生成的因素第2章发动机排放污染物的形成混合气质量混合气均匀性越差，HC排放越多运行条件汽油机负荷转速点火时刻壁温燃烧室面容比柴油机喷油时刻喷油嘴喷孔面积冷却水进水温度进气密度NOX的生成机理O2→2OO＋N2→NO＋ON＋O2→NO＋ON＋OH→NO＋HNO的平衡摩尔分数xNOe与过量空气系数Φa的关系Φa1的稀混合气区，xNOe随温度的升高而迅速增大。Φa1，xNOe随Φa的减小而急剧下降。第2章发动机排放污染物的形成NO的生成机理在稀混合气区NO的生成主要是温度起作用；在浓混合气区主要是氧浓度起作用。第2章发动机排放污染物的形成结论：NO2的生成机理汽油机排气中的NO2浓度与NO的浓度相比可忽略不计，但在柴油机中NO2可占到排气中总NOX的10%～30%。NO＋HO2→NO2＋OHNO2＋O→NO＋O2第2章发动机排放污染物的形成影响NOX生成的因素过量空气系数和燃烧室温度的影响Φa1时，由于缺氧，即使燃烧室内温度很高，NOX的生成量仍会随着Φa的降低而降低，此时氧浓度起着决定性作用。Φa1时，温度起着决定性作用，NOX生成量随温度升高而迅速增大。最高温度通常出现在Φa≈1.1，且有适量的氧浓度，故NOX排放浓度出现峰值。Φa进一步增大，温度下降的作用占优势，NO生成量减少。残余废气分数的影响废气分数增大，减小了可燃气的发热量，增大了混合气的比热容，使最高燃烧温度下降，NO排放降低。点火时刻的影响点火提前角减小，NO排放量不断下降。第2章发动机排放污染物的形成影响汽油机NOX生成的因素喷油提前角减小，燃烧推迟，燃烧温度较低，生成的NOX较少。影响NOX生成的因素影响柴油机NOX生成的因素喷油定时的影响放热规律的影响负荷与转速的影响传统模式低排放放热模式NOX排放随负荷增大而显著增加。转速对NOX排放的影响比负荷的影响小。第2章发动机排放污染物的形成微粒的生成机理第2章发动机排放污染物的形成柴油机微粒的组成与特征柴油机排气微粒由很多原生微球的聚集体而成，总体结构为团絮状或链状。当排气温度超过500℃时，碳质微球的聚集体，称为碳烟，也称为烟粒；排气温度低于500℃时，烟粒会吸附和凝聚多种有机物，称为有机可溶成份。第2章发动机排放污染物的形成烟粒的生成机理在高温富油缺氧区，通过裂解和脱氢过程，经过核化形成先期产物；表面生长；烟粒生成阶段：烟粒长大阶段：在低于1500K的低温区，通过聚合和冷凝生成碳烟微粒。聚集。第2章发动机排放污染物的形成烟粒的氧化及有机可溶成份的吸附与凝结氧化作用需要有一定的温度，至少在700～800℃。组成SOF的重质有机化合物向烟粒聚集物的凝结与吸附。烟粒的氧化：有机可溶成份的吸附与凝结：第2章发动机排放污染物的形成影响微粒生成的因素负荷的影响：高速小负荷时，稀薄混合气区较大，微粒排放量较高；低速大负荷时，容易产生裂解和脱氢，排放量有所升高。第2章发动机排放污染物的形成影响微粒生成的因素小负荷时温度低，以未燃油滴为主的微粒的氧化作用微弱；转速的影响：转速升高时，这种氧化作用又受到时间因素的制约；大负荷时，转速的升高有利于气流运动的加强，使燃烧速度加快。第2章发动机排放污染物的形成影响微粒生成的因素燃油中芳香烃含量及馏程越高，微粒排放量越大；烷烃含量越高，微粒排放量越少；燃料的影响：柴油机的排烟浓度随十六烷值的提高而增大。第2章发动机排放污染物的形成影响微粒生成的因素喷油定时的影响；喷油参数的影响：喷油规律的影响；喷油嘴不正常喷射的影响：滴漏或二次喷射对碳烟有不利影响；喷油压力的影响：提高喷油压力，减少烟粒的生成。第2章发动机排放污染物的形成影响微粒生成的因素适当增加空气涡流，有利于改善混合气品质，减少碳烟排放量；高温缺氧是造成碳烟生成量增加的重要原因。空气涡流的影响：其它因素的影响：第2章发动机排放污染物的形成