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,汽车排放污染及控制主讲人：衣丰艳,1,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1章 绪论汽车排放污染及控制目录,2,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,汽车排放污染及控制目录,3,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,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2,4,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,概述：主要内容介绍了汽车尾气中的主要污染物CO、HC、NOX,5,第2章发动机排放污染物的生成机理和影响因素课件,6,一氧化碳的生成机理,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。,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,7,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,8,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,=1.01.1时，CO的排放量变化较复杂。,由上图可以看出,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,9,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,=1.53，,CO排放量要比汽油机低得多。,a,=1.21.3，,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,10,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。,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,11,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,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,12,第2章发动机排放污染物的生成机理和影响因素课件,13,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,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,14,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。,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,15,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。,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,16,2.2.2,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,2.2.2 影响碳氢化合物生成的因素第2章 汽车排放,17,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,18,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,19,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,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,20,第2章发动机排放污染物的生成机理和影响因素课件,21,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。,NOX的生成机理第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响,22,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的生成机理第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响因,23,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 NOO,2,NO2的生成机理第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响,24,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。,影响NOX生成的因素第2章 汽车排放污染物的生成机理和,25,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。,喷油提前角减小，燃烧推迟，燃烧温度较低，生成的NOX较少。影,26,第2章发动机排放污染物的生成机理和影响因素课件,27,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,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,28,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。,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,29,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。,烟粒的生成机理第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响因,30,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700800。,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：,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,31,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,32,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,33,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,34,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,35,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,：,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,36,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:2.1 简述CO的生成机理。,37,作业,2.6 简述NO与NO2的生成机理并写出表