发动机原理之有害排放物的生成与控制课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,汽车发动机原理,AutomotiveEngine,Fundamentals,有害排放物的生成与控制,汽车发动机原理有害排放物的生成与控制,1,9.1,有害排放物的生成机理,9.7,非排放污染物控制技术,9.2,排放法规及测试方法,9.6,柴油机排放后处理技术,9.3,汽油机的机内净化技术,9.5,汽油机排放后处理技术,9.4,柴油机的机内净化技术,有害排放物的生成与平控制,9.1有害排放物的生成机理9.7非排放污染物控制技术9.2排,2,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.1,有害排放物的种类及危害,内燃机在燃烧过程中产生的有害成分主要为一氧化碳（,CO,）、碳氢化合物（,HC,）、氮氧化合物（,NO,x,）、硫氧化合物（,SO,x,）、铅化合物和微粒等称为排气污染物或排放物。,因曲轴箱窜气和燃油系统油气挥发等原因排向大气的有害成分称为非排气污染物。,有害排放物包括排气污染物和非排气污染物。,目前排放法规限制的是,CO,、,NO,x,、,HC,和微粒四种。,9.1有害排放物的生成机理9.1.1有害排放物的种类及危害,3,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.1,有害排放物的种类及危害,1.,一氧化碳（,CO,）,成分：,CO,是一种无色、无臭、窒息性很强的气体。,危害：,CO,与血液中作为输氧载体的血红素蛋白（,Hb,）的亲和力比,O,2,高,200300,倍很容易结合成碳氧血红丝蛋白（,CO-Hb,），使血液的输氧能力大大降低，导致心脏、大脑等重要器官严重缺氧。轻度,CO,中毒时，会出现头晕、头痛、呼吸障碍等症状，中枢神经系统将受到损害；严重,CO,中毒时，会出现恶心、心痛、昏迷等症状、甚至死亡。大气中的,CO,浓度超过,0.3%,时，,30min,之内可致人死亡。,9.1有害排放物的生成机理9.1.1有害排放物的种类及危害1,4,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.1,有害排放物的种类及危害,2.,氮氧化物（,NO,x,）,成分：内燃机排放物的当氧化物包括一氧化氮（,NO,）、二氧化氮（,NO,x,）和一氧化二氮（氧化亚氮,N,2,O,），总称,NO,x.,。,危害：,No,x,在大气中反应生成硝酸，称为酸雨的主要成分之一，同时是光化学烟雾的主要成分。,9.1有害排放物的生成机理9.1.1有害排放物的种类及危害2,5,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.1,有害排放物的种类及危害,3.,碳氢化合物（,HC,）,成分：,HC,包括未然和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化物，如苯、醛、酮、烯烃、多环芳烃（,PHA,）等,200,多种成分。,危害：饱和烃对人体危害不大。烯烃又麻醉作用，对粘膜又刺激，经代谢转换会成对基因有毒的环氧衍生物，也是形成光化学烟雾的重要物质。芳香烃对血液和神经系统有害，特别是多环芳烃（,PAH,）及其衍生物（如苯并芘等）有强烈的致癌作用。醛类是刺激性物质，对眼、呼吸道、血液有毒害作用。,9.1有害排放物的生成机理9.1.1有害排放物的种类及危害3,6,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.1,有害排放物的种类及危害,4.,光化学烟雾,成因：,No,x,和,HC,在强烈阳光照射下经过一些列链式光化学反应，会生成臭氧（,O,3,）和过氧乙酰硝酸盐（,PAN,），即生成二次污染物的光化学烟雾。这一反应在温度高、日照强烈、湿度较低、风速不大的天气最为剧烈。,危害：这种氧化性很强的烟雾，使人感到眼睛刺痛，呼吸道感到强烈刺激，头晕呕吐。光化学烟雾中的,O,3,是强氧化剂，能使植物变黑直至枯死，有特殊的臭味，暴露在,0.000001,的条件下,1h,会引起气喘和慢性中毒，暴露在,0.00005,的条件下能致人死亡。,9.1有害排放物的生成机理9.1.1有害排放物的种类及危害4,7,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.1,有害排放物的种类及危害,5.,微粒及碳烟,成分：内燃机排气微粒（,particulate mater,，,PM,）的主要成分是碳、有机物质和硫酸盐，也称颗粒物。,危害：微粒对人体健康有危害，并降低大气能见度，给人以不快感。小于,10,m,的微粒易被人体吸入，称为可吸入颗粒物；小于,2.5,m,的微粒对人体和大气环境的危害最大，它悬浮于里地面,12m,的空气中，最容易被人体吸入并积存在支气管和肺部。微粒除对呼吸系统有害，引发哮喘等病症外，还因含有苯并芘等多种,PAH,，具有不容程度的致癌作用。,9.1有害排放物的生成机理9.1.1有害排放物的种类及危害5,8,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.1,有害排放物的种类及危害,6.,硫氧化物（,SO,x,）,成分：内燃机排放的硫氧化物主要是,SO,2,也有少量的,SO,3,，总称,SO,x,。,危害：,So,x,直接对人体有毒害作用，排放到大气中的,So,x,出了是形成酸雨的主要成分外，还会有,50%,变成硫酸盐，形成二次微粒。,9.1有害排放物的生成机理9.1.1有害排放物的种类及危害6,9,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.2,有害排放物的评价指标,1.,浓度排放量,发动机的浓度排放量是指排放物在总排气量中所占的比例。,对固态排放物如柴油机颗粒物等，常用质量浓度表示，单位为,mg/m,或,g/m,。,2.,质量排放量,排放物在单位时间内排出的质量，称为排放物质量流量。,通常用,g/h,表示。,3.,比排放量,发动机每单位功排出的排放物质量。单位为,g/(kWh),。,4.,排放率,燃烧单位质量的燃料所排出的排放物质量，也称为排放指数。,常用,g/kg,表示。,9.1有害排放物的生成机理9.1.2有害排放物的评价指标1.,10,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.3,有害排放物的生成机理,1.,氮氧化物（,NO,x,）,发动机燃烧过程中主要生成,NO,，另外有少量的,NO,2,。,。,NO,2,。,的生成量随过量空气系数,a,而变，汽油机的,a,较小，一般,NO,2,占,NO,x,的,1%10%,；而柴油机由于,a,较大，一般为,5%15%,。燃烧过程中产生的,NO,经排气管排至大气中，在大气条件下缓慢地与,O,2,反应，最终生成,NO,2,。,关于,NO,的生成途径有三种：高温,NO,、激发,NO,和燃料,NO,。,9.1有害排放物的生成机理9.1.3有害排放物的生成机理1.,11,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.3,有害排放物的生成机理,1,）高温,NO,（,thermal NO,）,特点：高温富氧,N,2,+O N+NO,， ,H=75kcal/mol,（控制反应）,N+O,2,O+NO,， ,H=-31.4kcal/mol,N+OH H+NO,， ,H=40.8kcal/mol,2,）激发,NO,（,prompt NO,）,CH+N,2,HCN+N,CH,2,+N,2,HCN+NH,3,）燃料,NO,（,fuel NO,）,燃料中所含氮化合物在燃烧中会生成,NO,。燃料中的氮化合物在高温下首先生成,HCN,、,CN,、,NH,2,和,NH,等中间产物，然后通过上述激发,NO,相似的途径生成,NO,。,4,）实际发动机中的,NO,来源与生成条件,综上所述，在,NO,的三个生成途径中，由于内燃机很少用过浓混合气工作，以及用燃料的含氮率极低，因而可以暂不考虑激发,NO,和燃料,NO,，高温,NO,是内燃机和车用发动机,NO,的排放的主要来源。根据高温,NO,反应机理，产生,NO,的条件是温度、氧浓度和反应时间，称其为,NO,生成三要素。,9.1有害排放物的生成机理9.1.3有害排放物的生成机理1）,12,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.3,有害排放物的生成机理,9.1有害排放物的生成机理9.1.3有害排放物的生成机理,13,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.3,有害排放物的生成机理,2.,一氧化碳（,CO,）,生成机理：,1,）局部燃烧不完全；,2,）已成为完全燃烧产物的,CO2,在高温时产生热离解反应，生成,CO,；,3,）未燃碳氢化合物在排气过程中进行的不完全氧化反应也会产生少量,CO,9.1有害排放物的生成机理9.1.3有害排放物的生成机理2.,14,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.3,有害排放物的生成机理,3.,碳氢化合物（,HC,）,碳氢化合物也是一种不完全燃烧产物，包含上百种成分，因此也称为总碳氢化合物。,1,）,HC,在汽油机中的生成机理,不完全燃烧；,壁面淬熄效应；,壁面油膜和积碳的吸附效应；,2,）,HC,在柴油机中的生成机理,混合不均匀；,喷油器压力室容积的影响；,二次喷射或后滴；,3,）非排气,HC,的生成机理,曲轴箱窜气；,燃油蒸发。,9.1有害排放物的生成机理9.1.3有害排放物的生成机理3.,15,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.3,有害排放物的生成机理,4.,微粒及碳烟的生成机理,由于汽油机采用预混合燃烧方式，除了因使用高含铅量汽油而引起含铅微粒排放，以及将润滑油混入汽油中进行润滑的二冲程发动机外，一般可以认为汽油机很少产生微粒。而柴油机采用扩散燃烧方式，这就决定了柴油机产生碳烟和微粒是不可避免的。,9.1有害排放物的生成机理9.1.3有害排放物的生成机理4.,16,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.3,有害排放物的生成机理,1,）柴油机微粒的基本特征,微粒的构成及主要成分,柴油机微粒主要由三部分构成，即（干）碳烟、可溶性有机物和硫酸盐。,PM,的粒径和排放数量,20,世纪,80,年代前的车用柴油机微粒粒径在,110m,范围内，后来随高压喷射技术的采用和汽油混合过程的改善，粒径已基本在,1m,以下,。,9.1有害排放物的生成机理9.1.3有害排放物的生成机理1）,17,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.3,有害排放物的生成机理,2,）碳烟和微粒的生成机理,9.1有害排放物的生成机理9.1.3有害排放物的生成机理2）,18,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.3,有害排放物的生成机理,碳烟生成阶段 ：,烃类燃料在在高温缺氧条件下裂解生成；,3C,2,H,4,C,6,H,6,C,6,H,6,PAH ,炭黑,C,2,H,4,C,2,H,2,+H,2,C,2,H,2,2C+H,2,碳烟氧化阶段：,前期燃烧已经生成的碳烟，如果在后期遇到足够的氧化分为和高温，也会通过过氧化反应而缩小甚至完全氧化掉。,微粒形成阶段,燃烧过程中生成的碳烟在膨胀和排气过程直至排入大气后，随周围气体温度的降低，未燃碳氢化合物、硫酸盐以及水分等在碳烟上吸附凝聚，形成如图的排气微粒,PM,。,9.1有害排放物的生成机理9.1.3有害排放物的生成机理碳,19,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.4,有害排放物的生成的影响因素,1.,过量空气系数,a,的影响,1,）对汽油机的影响,2,）对柴油机的影响,9.1有害排放物的生成机理9.1.4有害排放物的生成的影响因,20,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.4,有害排放物的生成的影响因素,2.,运转工况的影响,发动机在不同工况下运转时，其过量空气系数,a,和燃烧温度不同，因而造成有害排放物的生成量不同。,3.,发动机类型的影响,1,）汽油机与柴油机排放特性的对比（图,1,）,2,）不同类型柴油机的排放特性对比（图,2,）,9.1有害排放物的生成机理9.1.4有害排放物的生成的影响因,21,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.4,有害排放物的生成的影响因素,排放成分,汽油机,柴油机,CO,0.5%2.5%,0.2%,HC,0.020.05,0.01,NOX,0.0250.04,0.02,碳烟,/(g/m),0.005,0.05,0.25,图,1,9.1有害排放物的生成机理9.1.4有害排放物的生成的影响因,22,9.1,有害排放物的生成机理,9.1.4,有害排放物的生成的影响因素,图,2,9.1有害排放物的生成机理9.1.4有害排放物的生成的影响因,23,9.2,排放法规及测试方法,9.2.1,排放法规分类,1.,怠速法与工况法,怠速法：,测量汽车在怠速工况下排放污染物的一种方法，一般仅测,CO,和,HC,，测量仪器采用便携式排放分析仪。这种方法具有简便易行、测试设备价廉以及试验时间短等优点，但测量精度低，测量结果缺乏安全性和代表性。,工况法：,将若干汽车常用工况和排放污染较重的工况组合成一个或若干个测试循环，试验时测取汽车或发动机在整个测试循环中的比排放量。与怠速法相比，工况法可以全面地反映汽车排放水平，一般用于新车的型式认证和一致性检测。,2.,世界汽车排放体系,目前世界上的汽车排放法规主要有三个体系，即美国、欧洲和日本排放体系。中国和其他大多数国家是参照欧洲排放法规制定并实施的或的排放法规。,9.2排放法规及测试方法9.2.1排放法规分类1.怠速法与工,24,9.2,排放法规及测试方法,9.2.1,排放法规分类,9.2排放法规及测试方法9.2.1排放法规分类,25,9.2,排放法规及测试方法,9.2.2,轻型车排放法规,1.,美国,世界上最早的工况法排放法规于,1966,年诞生在美国加利福尼亚州，用,7,个循环组成一个测试循环，称为加州标准测试循环，并与,1968,年被美国联邦政府采纳作为联邦排放法规。美国联邦排放法规定义了不同阶段的轻型车标准：第一阶段（,Tier,）标准从,1994,年到,1997,年逐步实施；第二阶段（,Tier 2,）标准从,2004,年到,2009,年逐步实施,。,2.,欧盟,欧盟由欧洲,27,个成员国组成，制定统一的汽车排放法规，由各成员国参照执行。,欧洲轻型车排放测试循环如图，它由若干等加速、等减速、等速和怠速工况组成。,9.2排放法规及测试方法9.2.2轻型车排放法规1.美国2.,26,9.2,排放法规及测试方法,9.2.2,轻型车排放法规,3.,日本,日本从,1966,年开始对汽车排放进行控制，规定汽车尾气中的,CO,浓度在,3%,以下，这是世界上第一个国家级排放法规。日本轻型车排放法规采用,10-15,工况测试，,10-15,工况循环类似,NEDC,循环，循环里程,4.16km,，平均车速,22.7km/h,，持续时间,660,秒。,4.,中国,我国于,1984,年,4,月,1,日考试实施汽车排放法规，最初的,GB 38423844-83,分别为汽车怠速污染物、柴油车自由加速烟度、汽车柴油机全负荷烟度排放标准，仅规定了单一工况下的排放限制，也未控制,NO,X,排放。,9.2排放法规及测试方法9.2.2轻型车排放法规3.日本4.,27,9.2,排放法规及测试方法,9.2.3,重型车排放法规,1.,美国,2000,年,12,月,21,日，美国,EPA,颁布了,2007,年及以后的重型柴油机排放标准，排放限值进一步加严，,PM,为,0.01g/bhp-hr,，,NO,X,为,0.2g/bhp-hr,，非甲烷碳氢,NMHC,排放为,0.14g/bhp-hr,。,2.,欧盟,从欧,到欧,标准，重型柴油机排放测试采用由,13,个工况组成的稳态测试循环（,ECE R-49,）。从欧,排放标准开始，这种,13,工况的测试循环倍欧洲稳态循环（,ESC,）取代，并增加了负荷响应（,ELR,）循环，而对带先进后处理装置的柴油机还要增加瞬态循环（,ETC,）。对欧,及其以后的排放标准，柴油机则全部采用,ESC,、,ELR,和,ETC,测试循环。,3.,日本,日本从,2005,年开始对重型柴油车排放测试采用,JE05,瞬态循环，而,2005,年之前是采用稳态的,13,或,6,工况法进行测试。,4.,中国,我国,1983,年颁布了柴油车自由加速烟度排放标准，,1993,年对该标准进行了一次修订，加严了标准限制。,2001,年颁布了柴油机工况排放标准，参照欧盟,91/542/EEC,指令制定了对压燃式发动机,CO,、,HC,、,NOX,和颗粒物排放同时进行控制的污染排放标准。,2000,年执行国,标准，,2003,年执行国,标准，测试工况为,R49,。从,2005,年颁布的国,、国,和国,标准开始，采用欧洲,ESC,、,ETC,和,ELR,测试循环。,9.2排放法规及测试方法9.2.3重型车排放法规1.美国2.,28,9.2,排放法规及测试方法,9.2.4,采样系统及方法,1.,整车转股试验的采样系统,用于轻型车排放测试的转鼓试验台，其采样系统被规定用定容取样系统,2.,发动机台架试验的采样系统,在发动机台架上进行排放测试时，对气体排放用直接采样方法，即被测样气不经稀释直接进入排放分析仪进行浓度测试。,9.2排放法规及测试方法9.2.4采样系统及方法1.整车转股,29,9.2,排放法规及测试方法,9.2.5,有害排放物的测试方法,1.,气体排放物的测试方法,1,）不分光红外分析仪,2,）化学发光分析仪,3,）氢火焰离子分析仪,2.,微粒及烟度的测量,1,）柴油机排气微粒,2,）排气烟度,3.,非常规排放测试,9.2排放法规及测试方法9.2.5有害排放物的测试方法1.气,30,1,、想要体面生活，又觉得打拼辛苦；想要健康身体，又无法坚持运动。人最失败的，莫过于对自己不负责任，连答应自己的事都办不到，又何必抱怨这个世界都和你作对？人生的道理很简单，你想要什么，就去付出足够的努力。,2,、时间是最公平的，活一天就拥有,24,小时，差别只是珍惜。你若不相信努力和时光，时光一定第一个辜负你。有梦想就立刻行动，因为现在过的每一天，都是余生中最年轻的一天。,3,、无论正在经历什么，都请不要轻言放弃，因为从来没有一种坚持会被辜负。谁的人生不是荆棘前行，生活从来不会一蹴而就，也不会永远安稳，只要努力，就能做独一无二平凡可贵的自己。,4,、努力本就是年轻人应有的状态，是件充实且美好的事，可一旦有了表演的成分，就会显得廉价，努力，不该是为了朋友圈多获得几个赞，不该是每次长篇赘述后的自我感动，它是一件平凡而自然而然的事，最佳的努力不过是：但行好事，莫问前程。愿努力，成就更好的你！,5,、付出努力却没能实现的梦想，爱了很久却没能在一起的人，活得用力却平淡寂寞的青春，遗憾是每一次小的挫折，它磨去最初柔软的心智、让我们懂得累积时间的力量；那些孤独沉寂的时光，让我们学会守候内心的平和与坚定。那些脆弱的不完美，都会在努力和坚持下，改变模样。,6,、人生中总会有一段艰难的路，需要自己独自走完，没人帮助，没人陪伴，不必畏惧，昂头走过去就是了，经历所有的挫折与磨难，你会发现，自己远比想象中要强大得多。多走弯路，才会找到捷径，经历也是人生，修炼一颗强大的内心，做更好的自己！,7,、“一定要成功”这种内在的推动力是我们生命中最神奇最有趣的东西。一个人要做成大事，绝不能缺少这种力量，因为这种力量能够驱动人不停地提高自己的能力。一个人只有先在心里肯定自己，相信自己，才能成就自己！,8,、人生的旅途中，最清晰的脚印，往往印在最泥泞的路上，所以，别畏惧暂时的困顿，即使无人鼓掌，也要全情投入，优雅坚持。真正改变命运的，并不是等来的机遇，而是我们的态度。,9,、这世上没有所谓的天才，也没有不劳而获的回报，你所看到的每个光鲜人物，其背后都付出了令人震惊的努力。请相信，你的潜力还远远没有爆发出来，不要给自己的人生设限，你自以为的极限，只是别人的起点。写给渴望突破瓶颈、实现快速跨越的你。,10,、生活中，有人给予帮助，那是幸运，没人给予帮助，那是命运。我们要学会在幸运青睐自己的时候学会感恩，在命运磨练自己的时候学会坚韧。这既是对自己的尊重，也是对自己的负责。,11,、失败不可怕，可怕的是从来没有努力过，还怡然自得地安慰自己，连一点点的懊悔都被麻木所掩盖下去。不能怕，没什么比自己背叛自己更可怕。,12,、跌倒了，一定要爬起来。不爬起来，别人会看不起你，你自己也会失去机会。在人前微笑，在人后落泪，可这是每个人都要学会的成长。,13,、要相信，这个世界上永远能够依靠的只有你自己。所以，管别人怎么看，坚持自己的坚持，直到坚持不下去为止。,14,、也许你想要的未来在别人眼里不值一提，也许你已经很努力了可还是有人不满意，也许你的理想离你的距离从来没有拉近过,.,但请你继续向前走，因为别人看不到你的努力，你却始终看得见自己。,15,、所有的辉煌和伟大，一定伴随着挫折和跌倒；所有的风光背后，一定都是一串串揉和着泪水和汗水的脚印。,16,、成功的反义词不是失败，而是从未行动。有一天你总会明白，遗憾比失败更让你难以面对。,17,、没有一件事情可以一下子把你打垮，也不会有一件事情可以让你一步登天，慢慢走，慢慢看，生命是一个慢慢累积的过程。,18,、努力也许不等于成功，可是那段追逐梦想的努力，会让你找到一个更好的自己，一个沉默努力充实安静的自己。,19,、你相信梦想，梦想才会相信你。有一种落差是，你配不上自己的野心，也辜负了所受的苦难。,20,、生活不会按你想要的方式进行，它会给你一段时间，让你孤独、迷茫又沉默忧郁。但如果靠这段时间跟自己独处，多看一本书，去做可以做的事，放下过去的人，等你度过低潮，那些独处的时光必定能照亮你的路，也是这些不堪陪你成熟。所以，现在没那么糟，看似生活对你的亏欠，其实都是祝愿。,1、想要体面生活，又觉得打拼辛苦；想要健康身体，又无法坚,31,