第2章发动机排放污染物的生成机理和影响因素课件

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,*,SDJT UNIVERSITY,汽车排放污染及控制,主讲人：衣丰艳,第,1,章 绪论,第,2,章 汽车排放污染物的生成 机理和影响因素,第,3,章 汽车发动机的排放特性,第,4,章 车用汽油机机内净化,第,5,章 车用柴油机机内净化,第,6,章 车用汽油机后处理净化,汽车排放污染及控制,目录,第,7,章 车用柴油机后处理净化,第,8,章 燃料与排放,第,9,章 汽车排放污染物净化方案及分析,第,10,章 汽车排放及测试,第,11,章 排放标准,汽车排放污染及控制,目录,课程内容,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,第,2,章 汽车排放污染物的形成,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,、,NO,X,和微粒的生成机理及其影响因素。,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,一氧化碳的生成机理,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,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。,燃气中的氧气量充足时，理论上燃料燃烧后不会存在,CO,。但当氧气量不足时，就会有部分燃料不能完全燃烧，而生成,CO,。,汽油机一氧化碳的生成机理,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,汽油机,CO,排放量,xCO,与,及过量空气系数,a,的关系,汽油机一氧化碳的生成机理,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,a,1,时，,CO,的排放量都很小。,a,=1.0,1.1,时，,CO,的排放量变化较复杂。,由上图可以看出,柴油机一氧化碳的生成机理,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,a,=1.5,3,，,CO,排放量要比汽油机低得多。,a,=1.2,1.3,，,CO,的排放量才大量增加。,柴油机一氧化碳的生成机理,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,燃料与空气混合不均匀，局部缺氧和低温，燃烧区停留时间较短，小负荷时尽管,a,很大，,CO,排放量反而上升。,影响一氧化碳生成的因素,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,碳氢化合物的生成机理,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,未燃,HC,生成与排放的途径,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,汽油机未燃,HC,的生成机理,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,碳氢化合物的生成机理,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。,柴油机未燃,HC,的生成机理,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,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。,2.2.2,影响碳氢化合物生成的因素,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,影响碳氢化合物生成的因素,混合气质量的影响,混合气的均匀性越差则,HC,排放越多。,运行条件的影响,汽油机运行条件的影响,影响碳氢化合物生成的因素,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,运行条件的影响,汽油机运行条件的影响,负荷增加时，,HC,排放量绝对值将随废气流量变大而几乎呈线性增加。,负荷的影响,转速较高时，气缸内混合气的扰流混合、涡流扩散及排气扰流、混合程度的增大改善了气缸内的燃烧过程，,HC,排放浓度明显下降。,转速的影响,点火提前角减小可使,HC,排放下降。,点火时刻的影响,壁面温度升高，,HC,排放浓度相应降低。提高冷却介质温度有利于减弱壁面激冷效应，降低,HC,排放。,壁温的影响,燃烧室面容比大，单位容积的激冷面积也随之增大，未燃烃总量必然也增大。降低燃烧室面容比是降低汽油机,HC,排放的一项重要措施。,燃烧室面容比的影响,负荷的影响,转速的影响,点火时刻的影响,壁温的影响,燃烧室面容比的影响,影响碳氢化合物生成的因素,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,影响碳氢化合物生成的因素,混合气质量的影响,汽油机运行条件的影响,柴油机运行条件的影响,运行条件的影响,影响碳氢化合物生成的因素,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,运行条件的影响,柴油机运行条件的影响,喷油时刻的影响,喷油嘴喷孔面积的影响,冷却水进水温度的影响,进气密度的影响,NO,X,的生成机理,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,O,2,2O,O,N,2,NO,N,N,O,2,NO,O,N,OH NO,H,NO,的平衡摩尔分数,x,NOe,与过量空气系数,a,的关系,a,1,的稀混合气区，,x,NOe,随温度的升高而迅速增大。,a,1,，,x,NOe,随,a,的减小而急剧下降。,NO,的生成机理,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,结论：,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。,NO,2,的生成机理,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,汽油机排气中的,NO,2,浓度与,NO,的浓度相比可忽略不计，但在柴油机中,NO,2,可占到排气中总,NO,X,的,10%,30%,。,NO,HO,2,NO,2,OH,NO,2,O NO,O,2,影响,NO,X,生成的因素,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,影响汽油机,NO,X,生成的因素,过量空气系数和燃烧室温度的影响,a,1,时，温度起着决定性作用，,NO,X,生成量随温度升高而迅速增大。最高温度通常出现在,a,1.1,，且有适量的氧浓度，故,NO,X,排放浓度出现峰值。,a,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,点火提前角的减小，,NO,排放量不断下降。,喷油提前角减小，燃烧推迟，燃烧温度较低，生成的,NO,X,较少。,影响,NO,X,生成的因素,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,影响柴油机,NO,X,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,NO,X,排放随负荷增大而显著增加。,转速对,NO,X,排放的影响比负荷的影响小。,微粒的生成机理,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,汽油机微粒的来源,含铅汽油中的铅,有机微粒,汽油中的硫所产生的硫酸盐,柴油机微粒的组成与特征,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,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。,烟粒的生成机理,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,（,1,）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；,（,1,）表面生长；,烟粒生成阶段：,烟粒长大阶段：,（,2,）在低于,1500K,的低温区，通过聚合和冷凝生成碳烟微粒。,（,2,）聚集。,烟粒的氧化及有机可溶成份的吸附与凝结,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,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：,影响微粒生成的因素,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,负荷的影响：,（,1,）高速小负荷时，稀薄混合气区较大，微粒排放量较高；,（,2,）低速大负荷时，容易产生裂解和脱氢，排放量有所升高。,影响微粒生成的因素,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,（,1,）小负荷时温度低，以未燃油滴为主的微粒的氧化作用微弱；转速升高时，这种氧化作用又受到时间因素的制约；故微粒排放量随转速升高而增加,转速的影响：,（,2,）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。故微粒排放量随转速升高而减小,影响微粒生成的因素,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,（,1,）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：,（,2,）柴油机的排烟浓度随十六烷值的提高而增大。,影响微粒生成的因素,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,（,1,）喷油定时的影响；提前喷油或非常迟的喷油，可以降低排气烟度。,喷油参数的影响：,（,2,）喷油规律的影响：大部分燃油在前半时间内喷入气缸时，参与预混燃烧的油量增多，故排烟浓度低而,NO,浓度高；,（,3,）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；,（,4,）喷油压力的影响：提高喷油压力，减少烟粒的生成。,影响微粒生成的因素,第,2,章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素,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,：,作业,:,2.1,简述,CO,的生成机理。,2.2,简述在不同空燃比下,CO,的生成情况。,2.3,简述影响,CO,生成的因素。,2.4,简述,HC,的生成机理及主要的生成方式。,2.5,简述影响,HC,生成的因素。,作业,2.6,简述,NO,与,NO2,的生成机理并写出表达式。,2.7,简述影响汽油机,NOX,排放的因素。,2.8,简述影响柴油机,NOX,排放的因素。,2.9,描述微粒组成及其生成机理。,2.10,简述及影响微粒生成的因素。,