内燃机排放污染物资料.pptx
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1、第四章第四章 内燃机排放污染物内燃机排放污染物l汽油机排放污染物汽油机排放污染物l柴油机排放污染物柴油机排放污染物1第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物曲轴箱曲轴箱HC HC 的的 20%20%排气管排气管所有的所有的COCO、NONOX X、PbPb和和 HCHC的的 60%60%油箱和化油器蒸发油箱和化油器蒸发HCHC的的15%15%2第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物lCarbon Dioxide Carbon Dioxide(COCO2 2)lWater VaporWater Vapor(水蒸汽)(水蒸汽)lCarbon Monoxide Carbon Monox
2、ide(COCO)lHydrocarbons Hydrocarbons(HCHC)lOxides of Nitrogen Oxides of Nitrogen(NO(NOX X)lParticulates Particulates(微粒)(微粒)l Lead Lead(铅)(铅)lOther pollutantsOther pollutants(其他)(其他)Ambient AirAmbient AirReal FuelReal FuelEngine/EmissionEngine/EmissionTechnologyTechnology尾气管排放物尾气管排放物3第一节第一节 汽油机排放污染物汽
3、油机排放污染物一、汽油机内混合气燃烧通式一、汽油机内混合气燃烧通式2 2、当、当A/FA/F14.814.8时,混合气不能完全燃烧,则通式为:时,混合气不能完全燃烧,则通式为:1 1、当、当A/F=14.8A/F=14.8时时,理论上能完全燃烧,则通式为:理论上能完全燃烧,则通式为:4第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物二、二、COCO的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素1 1、表观理论分析(缺氧是、表观理论分析(缺氧是COCO产生的主要原因)产生的主要原因)2 2、COCO2 2、H H2 2O O的高温离解(不缺氧时的高温离解(不缺氧时COCO产生的重要原因)产生的重要原因)
4、结论:结论:(一)生成机理(一)生成机理1 1)当当aa1 1时时,由由于于高高温温离离解解造造成成的的COCO排排放放浓浓度度远远远小于不完全燃烧所产生的远小于不完全燃烧所产生的COCO浓度;浓度;2 2)当当a1a1时时,高高温温离离解解反反应应是是不不缺缺氧氧时时仍仍有有少少量量COCO排出的主要原因所在。排出的主要原因所在。5第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物二、二、COCO的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素1 1、COCO生生成成机机理理详详细细过过程程尚尚未未完完全全弄弄清清,一一般般认认为为,生生成成步步骤如下(骤如下(R R代表烃基):代表烃基):(二)(二)
5、化学反应机理分析化学反应机理分析RCORCO通过热分解生通过热分解生成成COCO或如下方式:或如下方式:6第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物二、二、COCO的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素2 2、COCO是不完全燃烧的产物之一。是不完全燃烧的产物之一。l若若能能组组织织良良好好的的燃燃烧烧过过程程,即即具具备备充充足足的的氧氧气气、充充分分的的混混合合,足足够够高高的的温温度度和和较较长长的的滞滞留留时时间间,中中间间产产物物COCO最最终会燃烧完毕,生成终会燃烧完毕,生成COCO2 2或或H H2 2O O。l因因此此控控制制COCO的的排排放放不不是是企企图图抑抑制制它
6、它的的形形成成,而而是是努努力力使使之完全燃烧。之完全燃烧。(二)(二)化学反应机理分析化学反应机理分析7第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物二、二、COCO的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素3 3、燃料的氧化速率取决于:、燃料的氧化速率取决于:l可用的氧浓度可用的氧浓度l反应气的温度反应气的温度l化学反应占有的时间(决定于发动机的转速)化学反应占有的时间(决定于发动机的转速)(二)(二)化学反应机理分析化学反应机理分析高温缺氧是产生高温缺氧是产生COCO的根本原因的根本原因8第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物二、二、COCO的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素
7、4 4、COCO最最终终生生成成情情况况视视氧氧气气浓度而定:浓度而定:(二)(二)化学反应机理分析化学反应机理分析COCO继续氧化成继续氧化成COCO2 2:9第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物二、二、COCO的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素5 5、当当a1a1时,时,COCO生成的其它机理生成的其它机理:(二)(二)化学反应机理分析化学反应机理分析1 1)发动机前后循环之间燃料分配不均匀;)发动机前后循环之间燃料分配不均匀;2 2)各缸之间燃料分配不均匀;)各缸之间燃料分配不均匀;3 3)在稀混合气中可能存在着局部浓混合气。)在稀混合气中可能存在着局部浓混合气。10第一
8、节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物二、二、COCO的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素工况工况(过量空气系数过量空气系数):l部部分分负负荷荷(常常用用工工况况):a a接接近近l l,COCO排排放放量量不不高高。但但多多缸缸机机如各缸如各缸a a不同,有的气缸不同,有的气缸a a 1 1,COCO排放量增加;排放量增加;l怠速和冷启动时:怠速和冷启动时:加浓过多会排放大量加浓过多会排放大量COCO;l全全负负荷荷时时:混混合合气气是是浓浓的的,a a可可小小到到0.80.8甚甚至至更更低低,COCO排排放放量很大;量很大;l加加速速时时:如如果果加加浓浓过过多多,或或者者减减速
9、速时时不不断断油油,即即在在瞬瞬态态运运转转工况下供油量控制不精确,会导致工况下供油量控制不精确,会导致COCO排放量剧增;排放量剧增;(三)影响因素(三)影响因素11三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(一)(一)未燃未燃HCHC的组成:的组成:未燃烃:未燃烃:各各种种没没有有燃燃烧烧和和没没有有完完全全燃燃烧烧的的碳碳氢氢化化合合物物的的总称,简作总称,简作HCHC。第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物12第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(二)(二)未燃未燃HCHC的生成与排放渠道:的生成与
10、排放渠道:lHCHC的的排排气气排排放放物物:在在燃燃烧烧过过程程中中生生成成并并随随排排气气排排出出。组组织气缸扫气时,部分混合气直接进入排气。织气缸扫气时,部分混合气直接进入排气。l曲曲轴轴箱箱排排放放物物:通通过过活活塞塞与与气气缸缸之之间间的的各各间间隙隙漏漏入入曲曲轴轴箱的窜气,如果排入大气也构成箱的窜气,如果排入大气也构成HCHC排放物。排放物。l蒸蒸发发排排放放物物:从从汽汽油油箱箱、化化油油器器等等处处蒸蒸发发的的汽汽油油蒸蒸气气,如果排入大气同样构成如果排入大气同样构成HCHC排放物。排放物。13三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(三)(三)未燃未燃HC
11、HC的化学机理:的化学机理:碳氢化合物和氧形成化学键的最初步骤:碳氢化合物和氧形成化学键的最初步骤:第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物14三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(三)(三)未燃未燃HCHC的化学机理:的化学机理:(1 1)生成醛的反应:)生成醛的反应:第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物15三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(三)(三)未燃未燃HCHC的化学机理的化学机理:(2 2)生成酮的反应:生成酮的反应:第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物16三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(
12、三)(三)未燃未燃HCHC的化学机理:的化学机理:(3 3)生成醇的反应生成醇的反应:(4 4)生成羧酸的反应:生成羧酸的反应:第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物17三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(四)(四)未燃未燃HCHC的生成机理的生成机理第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物2 2、燃烧室缝隙效应、燃烧室缝隙效应3 3、缸缸壁壁润润滑滑油油膜膜和和积积垢垢的吸收和解吸的吸收和解吸 4 4、燃烧室沉积物影响、燃烧室沉积物影响5 5、体积淬熄、体积淬熄1 1、壁面火焰淬熄、壁面火焰淬熄18三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(
13、四)(四)未燃未燃HCHC的生成机理的生成机理 (1 1)壁面火焰淬熄壁面火焰淬熄v冷冷激激效效应应的的定定义义:发发动动机机的的燃燃烧烧室室表表面面受受冷冷却却介介质质的的冷冷却却,温温度度比比火火焰焰低低得得多多。壁壁面面对对火火焰焰的的迅迅速速冷冷却却称称为为冷冷激效应。激效应。v淬淬熄熄层层的的定定义义:冷冷激激效效应应使使火火焰焰中中产产生生的的活活性性自自由由基基复复合合,燃燃烧烧反反应应链链中中断断,使使反反应应变变缓缓或或停停止止。结结果果火火焰焰不不能能传传播播到到燃燃烧烧室室壁壁表表面面,在在表表面面留留下下一一薄薄层层未未燃燃烧烧或或不不完全燃烧的可燃混合气,称为淬熄层。
14、完全燃烧的可燃混合气,称为淬熄层。第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物19三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(四)(四)未燃未燃HCHC的生成机理的生成机理(1 1)壁面火焰淬熄壁面火焰淬熄v发发动动机机正正常常运运转转:冷冷激激效效应应造造成成的的淬淬熄熄层层厚厚度度为为0.05-0.4mm0.05-0.4mm,未未燃燃HCHC在在火火焰焰前前锋锋面面掠掠过过后后大大部部分分会会扩扩散散到到已已燃燃气气体体中中,大部分在气缸内被氧化,极少一部分成为未燃大部分在气缸内被氧化,极少一部分成为未燃HCHC排放。排放。v冷冷起起动动、暖暖机机和和怠怠速速工工况况:壁壁
15、温温较较低低,淬淬熄熄层层较较厚厚,已已燃燃气气体体温温度度较较低低及及混混合合气气较较浓浓使使后后期期氧氧化化作作用用减减弱弱,HCHC排排放放增增加加(此时壁面火焰淬熄是造成未燃(此时壁面火焰淬熄是造成未燃HCHC的重要来源)。的重要来源)。第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物20三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(四)(四)未燃未燃HCHC的生成机理的生成机理(2 2)燃烧室缝隙效应燃烧室缝隙效应活活塞塞顶顶岸岸部部与与气气缸缸壁壁之之间间(占占总总生生成量的成量的8080)进排气门进排气门头部周围头部周围火花塞螺栓处火花塞螺栓处气气缸缸盖盖垫垫接接合合处
16、处第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物21三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(四)(四)未燃未燃HCHC的生成机理的生成机理(2 2)燃烧室缝隙效应燃烧室缝隙效应l当当缸缸内内压压力力升升高高(压压缩缩、燃燃烧烧过过程程)时时,会会将将一一部部分分未未燃燃可可燃燃混混合合气气挤挤进进缝缝隙隙中中去去,由由于于缝缝隙隙很很窄窄,面面容容比比大大,混混合气流入缝隙中很快被壁面冷却;合气流入缝隙中很快被壁面冷却;l当当火火焰焰前前锋锋面面到到达达各各缝缝隙隙,火火焰焰或或者者钻钻入入缝缝隙隙全全部部烧烧掉掉混混合合气气,或或者者烧烧掉掉一一部部分分,或或者者在在入入口
17、口处处淬淬熄熄。一一般般情情况况下下火火焰焰无无法法使使缝缝隙隙中中存存在在的的燃燃油油(也也包包括括润润滑滑油油)全全部部燃燃烧烧完全。完全。若发生淬熄,部分已燃气体也会被挤入缝隙;若发生淬熄,部分已燃气体也会被挤入缝隙;第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物22三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(四)(四)未燃未燃HCHC的生成机理的生成机理(2 2)燃烧室缝隙效应燃烧室缝隙效应l当当压压力力降降低低(膨膨胀胀、排排气气过过程程)时时,若若缝缝隙隙中中的的压压力力高高于于气气缸缸内内压压力力时时(大大约约上上止止点点后后1520CA),陷陷入入缝缝隙隙中中的的
18、气气体体流流回回气气缸缸。但但此此时时气气缸缸内内温温度度已已经经下下降降,氧氧的的浓浓度度很很低低,流流回回缸缸内内的的大大部部分分可可燃燃气气都都不不能能被被氧氧化化,以以未未燃燃HC的的形形式式排出气缸;排出气缸;l研研究究表表明明,约约有有5%10%新新鲜鲜混混合合气气由由于于缝缝隙隙效效应应会会躲躲过过火火焰焰传传播播的的燃燃烧烧过过程程。狭狭隙隙效效应应造造成成的的HC排排放放可可占占总总量量5070。第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物23三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(四)(四)未燃未燃HCHC的生成机理的生成机理(3 3)润滑油膜的吸附和解
19、吸润滑油膜的吸附和解吸l在在进进气气过过程程,在在气气缸缸壁壁面面和和活活塞塞顶顶面面上上覆覆盖盖的的润润滑滑油油膜膜将碳氢化合物蒸气(来自环境压力的燃油)将碳氢化合物蒸气(来自环境压力的燃油)溶解吸收溶解吸收;l在在压压缩缩和和燃燃烧烧过过程程的的较较高高压压力力下下这这种种溶溶解解吸吸收收过过程程继继续续进行;进行;l由由于于燃燃烧烧的的作作用用燃燃烧烧室室中中HCHC的的浓浓度度几几乎乎降降到到零零时时,油油膜膜中中的的HCHC开开始始向向已已燃燃气气进进行行解解吸吸过过程程,一一直直继继续续到到膨膨胀胀和和排气过程;排气过程;第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物24三、三、H
20、CHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(四)(四)未燃未燃HCHC的生成机理的生成机理(3 3)润滑油膜的吸附和解吸润滑油膜的吸附和解吸l解解吸吸的的燃燃油油蒸蒸汽汽若若遇遇到到高高温温的的燃燃烧烧产产物物则则被被氧氧化化,若若遇遇到温度较低的到温度较低的燃气则不能被氧化而成为燃气则不能被氧化而成为HCHC排放源;排放源;l冷冷起起动动工工况况:润润滑滑油油温温度度降降低低使使燃燃油油在在其其中中的的溶溶解解度度上上升,提高了润滑油在升,提高了润滑油在HCHC排放中的分担率排放中的分担率l适适当当设设计计活活塞塞环环以以降降低低润润滑滑油油消消耗耗,有有助助于于降降低低HCHC排排放放
21、量;这种机理产生的未燃量;这种机理产生的未燃HCHC排放,占总量的排放,占总量的2525左右。左右。第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物25三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(四)(四)未燃未燃HCHC的生成机理的生成机理(4 4)燃烧室中沉积物的影响燃烧室中沉积物的影响沉沉积积物物的的定定义义:发发动动机机运运行行一一段段时时间间后后,会会在在燃燃烧烧室室壁壁面面、活活塞塞顶顶、进进排排气气门门上上形形成成沉沉积积物物(燃燃烧烧含含金金属属添添加加剂剂的的汽汽油油形形成成的金属氧化物或混合气过浓形成的含碳沉积物的金属氧化物或混合气过浓形成的含碳沉积物)。)。发
22、动机活塞积碳发动机活塞积碳 清洗后的活塞清洗后的活塞 第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物26三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(四)(四)未燃未燃HCHC的生成机理的生成机理(4 4)燃烧室中沉积物的影响燃烧室中沉积物的影响l沉沉积积物物的的作作用用机机理理1 1:沉沉积积物物具具有有多多孔孔结结构构和和固固液液多多相相性性质质,与与润润滑滑油油膜膜对对可可燃燃混混合合气气的的HCHC起起的的吸吸附附和和解解吸吸作用类似;作用类似;l沉沉积积物物的的作作用用机机理理2 2:在在燃燃烧烧室室缝缝隙隙中中若若有有沉沉积积物物可可减减少少可可燃燃混混合合气气的的挤挤
23、入入量量,降降低低HCHC排排放放,但但是是同同时时减减小小了缝隙的尺寸又促进了淬熄。了缝隙的尺寸又促进了淬熄。这种机理产生的未燃HC排放,占HC总排放量的10左右第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物27三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(四)(四)未燃未燃HCHC的生成机理的生成机理(5 5)体积淬熄体积淬熄l在在冷冷起起动动和和暖暖机机工工况况下下,因因发发动动机机温温度度较较低低致致使使燃燃油油雾雾化、蒸发和混合气形成变差。化、蒸发和混合气形成变差。l从从而而导导致致燃燃烧烧变变慢慢或或不不稳稳定定,可可能能使使火火焰焰前前锋锋面面在在到到达达燃燃烧烧室室
24、壁壁面面前前因因膨膨胀胀使使缸缸内内气气体体温温度度和和压压力力下下降降太太快快,造成可燃混合气火焰的大体积淬熄,使造成可燃混合气火焰的大体积淬熄,使HCHC排放激增。排放激增。第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物28三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(四)(四)未燃未燃HCHC的生成机理的生成机理第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污染物排出排出发动发动机外机外压缩压缩冲程冲程一部分可燃混一部分可燃混合气压进缝隙合气压进缝隙双壁激双壁激冷效应冷效应火焰无法进入火焰无法进入缝隙或者不能缝隙或者不能完全燃烧完全燃烧形成形成HCHCHC继续氧继续氧化燃烧化燃烧C
25、OCO2 2和和H H2 2O O膨胀、排膨胀、排气过程气过程压力下降压力下降未燃未燃HCHC从缝从缝隙中排出隙中排出温度氧气足够温度氧气足够HC氧化燃烧条件不足氧化燃烧条件不足29三、三、HCHC的生成机理及影响因素的生成机理及影响因素(五)(五)影响影响HCHC生成的因素生成的因素(1 1)空燃比空燃比 1.HC排排放放浓浓度度和和数数量量有有随随混混合合气气变变稀稀而而下下降降的的趋趋势势,A/F14.82.当当A/F17时时,混混合合气气过过分分稀稀薄薄,易易发发生生火火焰焰不不完完全全传传播播以以致致断断火火,HC排排放迅速增加。放迅速增加。第一节第一节 汽油机排放污染物汽油机排放污
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