发动机排放污染物地生成机理

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第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素

第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素
❖ 冬天和夏天发动机排 放情况有所区别。
2、大气压力的影响
❖ 当忽略空气中饱和水蒸气压时,空气密度ρ
可表示为:
❖ ρ= 1.293
273p
kg/m3
(273+T)760
❖ 式中:p——大气压力,kPa;
T——温度,℃
❖ 结论:进气管压力降低时,空气密度下降,则空 燃比下降,导致CO排放量增大。
3、进气管真空度的影响
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。
由图可以看出 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。 小负荷时尽管Φa很大, CO排放量反而上升。
柴油机CO排放量xCO与 过量空气系数 Φa的关系
➢ CO、HC、NOX(NO、N2O、NO2等) ➢ CO2、CH4 ➢ PM ➢ SOX、醇类、醛类(RCHO)﹑3,4-苯并芘 ➢ 其他未知污染物,e.g. odor, et al.
二、内燃机排放的二次污染Secondary Pollution
➢ 光化学烟雾 photochemical smog ➢ 空气能见度 visibility ➢ 酸雨 acid rain ➢ 地表水酸化 water acidification
……
三、汽油车排放的来源(目前标准限制 的有害排放物)
四、评定标准:
❖ 排放物体积分数(%和ppm)和质量浓度(mg/m3) ❖ 质量排放量(g/h或g/㎏ ) ❖ 比排放量( g/kw.h ) ❖ g/km ,g/test
2.1 一氧化碳(CO)
❖ 2.1.1 CO的生成机理 CO是碳氢化合物燃料在燃烧过程中生成的主

浅谈汽车排放污染物生成机理及控制技术研究

浅谈汽车排放污染物生成机理及控制技术研究
废 气流 回进气 管来 降低最 高燃烧 温度 ,抑 制 N 0的生成 。但 ER G 率过大 会使 燃烧 恶化 ,燃 油消耗 率增 大 ,H 排放 上升 。电子控 制废气 再循环 系统可 c 实 现 非线 性控 制 ,控 制范 围和 自由度 大 ,更符 合净 化 的实 际需要 。 ( )汽 油机直 喷技 术 (D) 3 GI 汽 油机直 喷技 术是 将汽 油直接 喷到燃 烧室 内与 空气混 合、燃烧 。同时具 有汽 油机和 柴油机 的优 点 ,汽油机 直 喷技术和 稀 薄燃烧 技术 是相结合 的 ,直 喷技术 使均 匀燃烧 和分 层燃 烧成 为现实 , 以极大 地提 高混合 气 的混合程 度 , 可 更精确 地控 制燃烧 过程 的空 燃 比,从而达 到完 全燃烧 ,可有 效 降低未燃 H c的 排 放 。汽油 机直 喷技术 可增 大发动 机 的压缩 比,提 高发动 机 的热 效率 ,节能 3 %以上 ,缸 内直喷 是当前 轿 车的前 沿技 术 。 O 2 3机 外净 化技术 . 虽然 发动机 机 内净化 技术 对排放 控制作 用显 著 , 是不 能完全 消 除有害 但 气 体 的排 放 , 而且 不 同程度 的影 响动力性 和经 济性 , 而机 外净化 技术 的应用 , 可 以转化 有 害气体 ,减少 排放 。 目前 应用 最广泛 的机外 控制 技术 是三元 催化 转 化器 。三元 催化转 化器 用铂 (t 、钯 (d 、铑 (h 三种 贵会 属作催 化剂 , P) P) R)
12 H . O生成机 理 H c与 C 0一样 ,也 是 一种 不完 全 燃烧 的产 物 ,与 过量 空 气 系数 有密 切 关 系。但即使 在空气 系数 ≥ l 的条件 下 ,也会 产生 很高 的 H 排放 ,这是 因为 c H 化 合物还 有淬 熄和 吸附等 生成 原 因。 c 1 3 N x 成机理 . O 生 汽 油机燃 烧过 程 中主要 生成 N 0,另 有少 量 N 2 O ,统称 N x O ,其 中 N 0占 绝大 部分 ,约 占 N x O 总排放 量 的 9 % 。在经排 气管 排入 大气后 ,缓慢 地与 O 5 2

浅析柴油发动机排放物的生成机理

浅析柴油发动机排放物的生成机理

浅析柴油发动机排放物的生成机理一、氮氧化物(NOx)氮氧化物是柴油发动机排放物中的主要成分之一,它是由于高温和高压条件下,在燃烧室中的氮气和氧气因燃烧而结合而成。

柴油发动机燃烧过程中,燃料和空气在高温下混合燃烧,燃烧的温度和压力很高,使得氮气和氧气发生反应,生成各种氮氧化物,包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。

氮氧化物的生成还与燃烧室内部的空气流动和混合状态有关。

在柴油发动机中,由于燃烧室的结构和喷油系统的设计不同,燃烧室内的空气流动和混合状态也会不同,从而影响了氮氧化物的生成。

而且,工作负荷和转速的变化也会导致不同燃烧条件下氮氧化物的生成量不同。

二、颗粒物(PM)颗粒物是柴油发动机排放物中的另一个重要组成部分,它主要是由未完全燃烧的颗粒物和相应的氧化物组成的。

在柴油发动机燃烧室中,由于燃料和空气混合的不充分或燃烧条件不理想,很容易产生未完全燃烧的颗粒物,这些颗粒物主要是碳、氧化物和一些燃烧产物。

颗粒物的生成与燃烧室内部的温度、氧气浓度和流动状态等因素有关。

通常来讲,高温和高压条件下会加剧未完全燃烧的问题,从而导致颗粒物的生成。

燃烧室的结构和喷油系统的设计也会影响颗粒物的生成和排放。

对于大排量柴油机和小排量柴油机来说,由于工作原理和设计不同,颗粒物的生成和排放特点也会有所不同。

一氧化碳是柴油发动机排放物中的另一种有害物质,它是由于燃烧过程中燃料未完全氧化而产生的。

在柴油发动机中,由于燃烧室内的温度和氧气浓度不够高,燃料未能完全氧化,所以会生成大量的一氧化碳。

燃烧室的结构和喷油系统的设计也会影响一氧化碳的生成和排放。

除了上述三种主要的排放物之外,柴油发动机还会产生一些其他有害物质,如碳氢化合物、苯和多环芳烃等。

这些有害物质的生成也与燃烧过程中的温度、压力、氧气浓度和工作负荷等因素有关。

要想降低柴油发动机排放物的生成量,就必须从改善燃烧条件、提高燃烧效率和优化排放控制系统等方面入手。

实验一 发动机排放实验

实验一  发动机排放实验

实验一发动机排放实验一、实验目的1、了解发动机废气分析仪的工作原理与操作方法2、了解发动机废气排放的国家标准3、掌握发动机废气排放的实验方法4、分析实验用发动机的排放情况二、实验原理及方法1、发动机有害排放物的生成机理汽车发动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)、硫化物(SO x)、铅化物和微粒等。

1)、氮氧化合物(NO x)根据高温NO反应机理,产生NO的三要素是温度、氧浓度和反应时间,即在足够的氧浓度条件下,温度越高和反应时间越长,则NO的生成量越大。

2)、一氧化碳(CO)CO是一种不完全燃烧的产物,CO的生成主要受混合气浓度的影响,在过量空气系数φa<1的浓混合气工况时,由于缺氧使燃料中的C不能完全氧化成CO2,CO作为其中间产物生成。

3)、炭氢化合物(HC)汽车排放的HC来自未燃的燃油和润滑油。

不同排放法规对HC排放的定义有所不同,如表1所示,可分为总碳氢化合物(THC,Total Hydrocarbon),非甲烷碳氢化合物(NMHC,Non Methane Hydrocarbon)以及非甲烷有机气体(NMOG,Non Methane Organic Gas)。

包括中国、日本和欧洲各国在内的大部分国家,都将总碳氢化合物作为HC排放的评价指标。

表1 不同排放法规对HC的定义HC在柴油机和汽油机中的生成机理有所不同,这主要是因为两者的工作过程和燃烧方式不同,以下分别进行介绍。

(一)HC在汽油机中的生成机理在以预均匀混合气进行燃烧的汽油机中,HC与CO一样,也是一种不完全燃烧(氧化)的产物,因而与过量空气系数φa有密切关系。

1、不完全燃烧2、壁面淬熄效应3、壁面油膜和积碳的吸附(二)HC在柴油机中的生成机理由于柴油机的燃烧是扩散燃烧,燃油在燃烧室内的停留时间要比汽油机短得多,绝大部分工况得过量空气系数远大于汽油机,因而其混合气浓度梯度极大,局部区域的φa可在0~∞之间,周边区域φa趋向于∞,几乎没有燃油(尤其是小负荷时),因而受淬熄效应和油膜及积碳吸附的影响很小,这是柴油机HC排放低于汽油机的原因。

柴油车排气污染物的生成机理和影响因素分析

柴油车排气污染物的生成机理和影响因素分析

壹玺型堂���篞垒柴油车排气污染物的生成机理和影响因素分析口张金友�蕉�执�耙笛г荷蕉ḿ媚����摘要:随着机动车保有量的激增,我国的机动车污染物排放总量持续攀升。

��年全国机动车碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物排放量是��须认识到环境保护的重要性,尽全力保护我们赖以生存的环境。

我们以柴油车为例分析一下排气污染物的生成机理和影响因素.关键词:柴油车排气污染物氮氧化物碳氢化合物放的影响比负荷的影响小。

对非增压柴油机,一柴油车主要的排放污染物以及与交通源柴油车排气中未燃的�都是在发动机气相关的主要污染物有:一氧化碳、氮氧化物、碳缸内的燃烧过程中所产生的。

柴油车排放污速下的值。

氢化合物和微粒等。

染物中的碳氢排放物中包括完全未燃烧的燃��微粒一氧化碳纯品为无色、无臭、无刺激性的料、燃料的不完全燃烧产物,还有小部分由润���微粒的生成机理气体,是燃料不完全燃烧的产物。

滑油不完全燃烧而生成。

柴油机燃烧过程中柴油车排气微粒由很多原生微球的聚集碳氢化合物包括未燃和未完全燃烧的燃�的生成主要由火焰在壁面淬冷、润滑油膜体而成,总体结构为团絮状或链状。

柴油机排油、润滑浊及其裂解产物和部分燃料的氧化物。

的吸附和解吸、燃烧室内沉积物的影响、体积出的微粒比汽油机多�.�倍,排气微粒的组淬熄及碳氧化合物的后期氧化所致。

成取决于柴油机的运转工况,尤其是排气温度。

氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮的总称。

汽车尾气中氮氧化物的排放量取决于柴油机微粒排放包括我们平日所说的白烟、蓝气缸内燃烧温度、燃烧时间和空燃比等因素。

烟、黑烟。

其中自烟、蓝烟中有较高的�疌比,固体悬浮颗粒的成分很复杂,并具有较强混合气质量的优劣主要体现在燃油的雾其主要成份为未燃的燃料微粒,蓝烟中还有窜的吸附能力,而且悬浮颗粒越小。

吸附能力越化蒸发程度、混合气的均匀性、空燃比和缸内入燃烧室的润滑油成份。

黑烟也就是碳烟通强危害也越大。

残余废气系数的大小等方面。

混合气的均匀常在大负荷时发生,烟中含有比重大、颗粒细性越差则�排放越多。

(完整版)发动机排放污染物的生成机理

(完整版)发动机排放污染物的生成机理

(完整版)发动机排放污染物的⽣成机理发动机排放污染物的⽣成机理主要内容: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。

1、⼀氧化碳1.1 ⼀氧化碳的⽣成机理汽车尾⽓中CO 的产⽣是由于燃油在⽓缸中燃烧不充分所致,是氧⽓不⾜⽽⽣成的中间产物。

⼀般烃燃料的燃烧反应可经以下过程:22n m H 2n mCO O 2m H C +→+(2-1)燃⽓中的氧⾜够时有O 2H O 2H 222→+(2-2)222CO O 2CO →+(2-3)同时CO 还与⽣成的⽔蒸⽓作⽤,⽣成氢和⼆氧化碳。

可见,如果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 。

在⾮分层燃烧的汽油机中,可燃混合⽓基本上是均匀的,其CO 排放量⼏乎完全取决于可燃混合⽓的空燃⽐α或过量空⽓系数a φ。

图2-1所⽰为11种H/C ⽐值不同的燃料在汽油机中燃烧后,排⽓中CO 的摩尔分数x CO 与α或a φ的关系。

空燃⽐α过量空⽓系数a φa ) b)图2-1汽油机CO 排放量x CO 与空燃⽐α及过量空⽓系数a φ的关系由图2-1可以看出,在浓混合⽓中(a φ<1),CO 的排放量随a φ的减⼩⽽增加,这是因缺氧引起不完全燃烧所致。

在稀混合⽓中(a φ>1),CO 的排放量都很⼩,只有在a φ=1.0~1.1时,CO 的排放量才随a φ有较复杂的变化。

在膨胀和排⽓过程中,⽓缸内压⼒和温度下降,CO 氧化成CO 2的过程不能⽤相应的平衡⽅程精确计算。

受化学反应动⼒学影响,⼤约在1100K 时,CO 浓度冻结。

汽油机起动暖机和急加速、急减速时,CO 排放⽐较严重。

在柴油机的⼤部分运转⼯况下,其过量空⽓系数a φ都在1.5~3之间,故其CO 排放量要⽐汽油机低得多,只有在⼤负荷接近冒烟界限(a φ=1.2~1.3)时,CO 的排放量才⼤量增加。

由于柴油机燃料与空⽓混合不均匀,其燃烧空间总有局部缺氧和低温的地⽅,以及反应物在燃烧区停留时间较短,不⾜以彻底完成燃烧过程⽽⽣成CO 排放,这就可以解释图2-2在⼩负荷时尽管a φ很⼤,CO 排放量反⽽上升。

汽车排放污染物的生成机理和影响因素

汽车排放污染物的生成机理和影响因素

汽车排放污染物的生成机理和影响因素班级:汽服1101姓名:袁嘉俊学号:1101507115摘要:为了解决日益严重的城市空气污染问题,实现可持续发展,发展新能源汽车和低排放汽车已成为汽车工业的发展方向之一。

分析了汽车发动机排放污染物的产生机理及影响因素。

在其他条件一定且一个或多个参数发生变化的情况下,定性分析主要车辆排放污染物C0、HC、no等的变化趋势,以制定有效的车辆排放控制措施,从而减少车辆排放,净化城市大气环境。

关键词:排放污染物形成机理及影响因素1。

介绍随着居民收人的提高,汽车价格的下降和消费环境的改善,中国汽车市场的规模将持续扩大增长;同时随着汽车保有量的持续增长,我国汽车排放污染物总量也将持续攀升。

汽车排放污染已经成为我国城市大气的主要污染源。

因此控制汽车污染的排放关系到人类社会的可持续发展,和人民生活的质量。

2、汽车排放污染物成分主要污染物Co、HC、NOx和颗粒物的形成机理及影响因素。

2.1车辆排放污染物的形成机理2.1.1一氧化碳的形成机理汽车尾气中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。

1)汽油机一氧化碳的生成机理φa<1时,不完全燃烧是由缺氧引起的,CO的排放量随时间的增加而增加φa随时间的减少而增加。

φa>1点钟时,CO的排放量非常小。

φa=1.0~1.1时,co的排放量变化较复杂。

2)柴油机一氧化碳的生成机理φA=1.5~3,CO排放远低于汽油机。

φ当a=1.2~1.3时,CO的排放量显著增加。

影响一氧化碳生成的因素:1.进气温度的影响2.大气压力的影响3.进气管真空度的影响4.怠速转速的影响5.发动机工况的影响2.1.2碳氢化合物的生成机理1)车用汽油机未燃HC的形成机理车用发动机的碳氢排放物中有完全未燃烧的燃料,但更多的是燃料的不完全燃烧产物,还有小部分由润滑油不完全燃烧而生成。

浅析柴油发动机排放物的生成机理

浅析柴油发动机排放物的生成机理

浅析柴油发动机排放物的生成机理柴油发动机是一种内燃机,其工作原理是将柴油与空气混合后在高温高压条件下进行点燃,通过燃烧产生热能驱动发动机运转。

而在燃烧的过程中,除了产生动力外,也会产生一些有害的排放物,其中包括氮氧化物(NOx)、颗粒物(PM)、一氧化碳(CO)等。

我们来分析一下柴油发动机排放物的生成机理。

在柴油发动机的工作过程中,燃料首先被喷入燃烧室,然后被压缩并点燃,燃烧产生热能,驱动活塞运动,最终产生动力。

而排放物的产生主要是由于燃烧过程中的不完全燃烧和化学反应所致。

柴油发动机的燃烧过程中会产生氮氧化物(NOx)。

氮氧化物主要是由于高温燃烧条件下,空气中的氮气与氧气反应生成的。

在高温高压条件下,氮气和氧气会发生氮氧化反应,从而产生一系列的氮氧化物,包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)等。

而这些氮氧化物会对大气环境和人类健康造成很大的危害,如臭氧致死级污染、眼睛和呼吸系统健康的影响等。

柴油发动机的燃烧过程中也会产生颗粒物(PM)。

颗粒物主要是由于燃料的不完全燃烧和润滑油的燃烧所致。

在燃烧过程中,如果燃料的分子结构很复杂,或者燃料和空气的混合不均匀,就会导致燃料的不完全燃烧,产生大量的颗粒物。

润滑油也会在燃烧过程中参与化学反应,生成颗粒物。

这些颗粒物会悬浮在空气中,对空气质量和人类健康造成一定的影响。

柴油发动机的燃烧过程中还会产生一氧化碳(CO)。

一氧化碳主要是由于燃烧不充分所致。

在燃烧室中,如果燃料的混合不均匀,或者燃烧温度不足,就会导致燃烧不充分,产生大量的一氧化碳。

而一氧化碳是一种无色无味的有毒气体,对人体健康有很大的危害,可能导致中毒甚至死亡。

柴油发动机排放物的生成机理主要是由于燃烧过程中的不完全燃烧和化学反应所致。

为了减少柴油发动机的排放物对环境和人类健康造成的影响,我们可以从以下几个方面进行改善和控制:可以从燃料的制备和使用方面进行改良。

燃料的制备应该选择一些高品质的柴油,并且通过精细控制燃油的喷射系统,使其能够在燃烧室内更好地和空气混合,从而减少不完全燃烧产生的颗粒物和一氧化碳。

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发动机排放污染物的生成机理主要内容: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。

1、 一氧化碳1.1 一氧化碳的生成机理汽车尾气中CO 的产生是由于燃油在气缸中燃烧不充分所致,是氧气不足而生成的中间产物。

一般烃燃料的燃烧反应可经以下过程: 22n m H 2n mCO O 2m H C +→+(2-1)燃气中的氧足够时有O 2H O 2H 222→+(2-2)222CO O 2CO →+(2-3)同时CO 还与生成的水蒸气作用,生成氢和二氧化碳。

可见,如果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 。

在非分层燃烧的汽油机中,可燃混合气基本上是均匀的,其CO 排放量几乎完全取决于可燃混合气的空燃比α或过量空气系数a φ。

图2-1所示为11种H/C 比值不同的燃料在汽油机中燃烧后,排气中CO 的摩尔分数x CO 与α或a φ的关系。

空燃比α 过量空气系数a φa ) b)图2-1汽油机CO 排放量x CO 与空燃比α及过量空气系数a φ的关系由图2-1可以看出,在浓混合气中(a φ<1),CO 的排放量随a φ的减小而增加,这是因缺氧引起不完全燃烧所致。

在稀混合气中(a φ>1),CO 的排放量都很小,只有在a φ=1.0~1.1时,CO 的排放量才随a φ有较复杂的变化。

在膨胀和排气过程中,气缸内压力和温度下降,CO 氧化成CO 2的过程不能用相应的平衡方程精确计算。

受化学反应动力学影响,大约在1100K 时,CO 浓度冻结。

汽油机起动暖机和急加速、急减速时,CO 排放比较严重。

在柴油机的大部分运转工况下,其过量空气系数a φ都在1.5~3之间,故其CO 排放量要比汽油机低得多,只有在大负荷接近冒烟界限(a φ=1.2~1.3)时,CO 的排放量才大量增加。

由于柴油机燃料与空气混合不均匀,其燃烧空间总有局部缺氧和低温的地方,以及反应物在燃烧区停留时间较短,不足以彻底完成燃烧过程而生成CO 排放,这就可以解释图2-2在小负荷时尽管a φ很大,CO 排放量反而上升。

类似的情况也发生在柴油机起动后的暖机阶段和怠速工况中。

过量空气系数a φ图2-2典型的车用直喷式柴油机排放污染物量与过量空气系数a φ的关系2、 碳氢化合物车用柴油机中的未燃HC 都是在缸内的燃烧过程中产生并随排气排放。

汽油发动机中未燃HC 的生成与排放主要有以下三种途径。

(1)在气缸内的燃烧过程中产生并随废气排出,此部分HC 主要是燃烧过程中未燃烧或燃烧不完全的碳氢燃料。

(2)从燃烧室通过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱的窜气中含有大量未燃燃料,如果排入大气中也构成HC 排放物。

(3)从汽油机的燃油系统蒸发的燃油蒸汽。

2.1 碳氢化合物的生成机理1. 车用汽油机未燃HC 的生成机理车用发动机的碳氢排放物中有完全未燃烧的燃料,但更多的是燃料的不完全燃烧产物,还有小部分由润滑油不完全燃烧而生成。

排气中未燃碳氢物的成份十分复杂,其中有些是原来燃料中不含有的成份,这是部分氧化反应所致。

表2-1列出了车用汽油机中未燃碳氢化合物成份的大致比例。

车用汽油机排气中的未燃碳氢化合物成份表2-1车用发动机在正常运转情况下,HC的生成区主要位于气缸壁的四周处,故对整个气缸容积来说是不均匀的,而且对排气过程而言HC的分布也是不均匀的。

在发动机一个工作循环内,排气中HC的浓度出现两个峰值,一个出现在排气门刚打开时的先期排气阶段,另一个峰值出现在排气行程结束时。

HC的生成主要由火焰在壁面淬冷、狭隙效应、润滑油膜的吸附和解吸、燃烧室内沉积物的影响、体积淬熄及碳氢化合物的后期氧化所致。

下面主要针对汽油机分别进行讨论,但除了狭隙效应外,其余的均适用于柴油机。

1)火焰在壁面淬冷火焰淬冷的形成方式有两种,即单壁淬冷和双壁淬冷。

前者是火焰接近气缸壁时,由于缸壁附近混合气温度较低,使气缸壁面上薄薄的边界层内的温度降低到混合气自燃温度以下,导致火焰熄灭,边界层内的混合气未燃烧或未燃烧完全就直接进入排气而形成未燃HC,此边界层称为淬熄层,发动机正常运转时,其厚度在0.05~0.4mm之间变动,在小负荷时或温度较低时淬熄层较厚;后者是在活塞顶部和气缸壁所组成的很小的环形间隙中,火焰传不进去,使其中的混合气不能燃烧,在膨胀过程中逸出形成HC排放。

在正常运转工况下,淬熄层中的未燃HC在火焰前锋面掠过后,大部分会向燃烧室中心扩散并完成氧化反应,使未燃HC的浓度大大降低。

但是在发动机冷起动、暖机和怠速等工况下,因燃烧室壁面温度较低,形成的淬熄层较厚,同时已燃气体温度较低及混合气较浓,使后期氧化作用较弱,因此壁面火焰淬熄是此类工况下未燃HC的重要来源。

2)狭隙效应在车用发动机的燃烧室内有如图2-7所示的各种狭窄的间隙,如活塞组与气缸壁之间的间隙、火花塞中心电极与绝缘子根部周围狭窄空间和火花塞螺纹之间的间隙、进排气门与气门座面形成的密封带狭缝、气缸盖垫片处的间隙等,当间隙小到一定程度,火焰不能进入便会产生未燃HC。

在压缩过程中,缸内压力上升,未燃混合气挤入各间隙中,这些间隙的容积很小但具有很大的面容比,进入其中的未燃混合气因传热而使温度下降。

在燃烧过程中压力继续上升,又有一部分未燃混合气进入各间隙。

当火焰到达间隙处时,火焰有可能传入使间隙内的混合气得到全部或部分燃烧(在入口较大时),但也有可能火焰因淬冷而熄灭,使间隙中混合气不能燃烧。

随着膨胀过程开始,气缸内压力不断下降。

大约从压缩上止点后15ºCA开始,间隙内气体返回气缸内,这时气缸内温度已下降,氧的浓度也很低,流回气缸的可燃气再氧化的比例不大,一半以上的未燃HC直接排出气缸。

狭隙效应产生的HC排放可占其总量的50%~70%。

图2-7 汽油机燃烧室内未燃HC的可能来源1-润滑油膜的吸附及解吸;2-火花塞附近的狭隙和死区;3-冷激层;4-气门座死区;5-火焰熄灭(如混和气太稀、湍流太强);6-沉积物的吸附及解吸;7-活塞环和环岸死区;8-气缸盖衬垫缸孔死区3)润滑油膜对燃油蒸汽的吸附与解吸在进气过程中,气缸壁面和活塞顶面上的润滑油膜溶解和吸收了进入气缸的可燃混合气中的碳氢化合物蒸汽,直至达到其环境压力下的饱和状态,这种溶解和吸收过程在压缩和燃烧过程中的较高压力下继续进行。

在燃烧过程中,当燃烧室燃气中的HC浓度由于燃烧而下降至很低时,油膜中的HC开始向已燃气解吸,此过程将持续到膨胀和排气过程。

一部分解吸的燃油蒸汽与高温的燃烧产物混合并被氧化;其余部分与较低温度的燃气混合,因不能氧化而成为HC排放源。

这种类型的HC排放与燃油在润滑油中的溶解度成正比。

使用不同的燃料和润滑油,对HC排放的影响不同,使用气体燃料则不会生成这种类型的HC。

润滑油温度升高,使燃油在其中的溶解度下降,于是降低了润滑油在HC排放中所占的比例。

由润滑油膜吸附和解吸机理产生的未燃HC排放占其总量的25%左右。

4)燃烧室内沉积物的影响发动机运转一段时间后,会在燃烧室壁面、活塞顶、进排气门上形成沉积物,从而使HC排放增加。

对使用含铅汽油的发动机,HC排放可增加7%~20%。

沉积物的作用机理可用其对可燃混合气的吸附及解吸作用来解释,当然,由于沉积物的多孔性和固液多相性,其生成机理更为复杂。

当沉积物沉积于间隙中,由于间隙容积的减少,可能使由于狭隙效应而生成的HC排放量下降,但同时又由于间隙尺寸减小而可能使HC排放量增加。

这种机理所生成的HC占总排放量的10%左右。

5)体积淬熄发动机在某些工况下,火焰前锋面到达燃烧室壁面之前,由于燃烧室中压力和温度下降太快,可能使火焰熄灭,称为体积淬熄,这也是产生未燃HC的一个原因。

发动机在冷起动和暖机工况下,由于发动机温度较低,混合气不够均匀,导致燃烧变慢或不稳定,火焰易熄灭;发动机在怠速或小负荷工况下,转速低、相对残余废气量大,使滞燃期延长、燃烧恶化,也易引起熄火。

更为极端的情况是发动机的某些气缸缺火,使未燃烧的可燃混合气直接排入排气管,造成未燃HC排放急剧增加,故汽油机点火系统的工作可靠性对HC排放是至关重要的。

6)碳氢化合物的后期氧化在发动机燃烧过程中未燃烧的碳氢化合物,在以后的膨胀和排气过程中不断从间隙容积、润滑油膜、沉积物和淬熄层中释放出来,重新扩散到高温的燃烧产物中被全部或部分氧化,称为碳氢化合物的后期氧化,包括:(1)气缸内未燃碳氢化合物的后期氧化:在排气门开启前,气缸内的燃烧温度一般超过950ºC。

若此时气缸内有氧可供后期氧化(例如当过φ>1时),碳氢化合物的氧化将很容易进行。

(2)排气管内未燃碳氢的氧化:排量空气系数a气门开启后,缸内未被氧化的碳氢化合物将随排气一同排放到排气管内,并在排气管内继续氧化。

其氧化条件为:①管内有足够的氧气;②排气温度高于600°C;③停留时间大于50ms。

2. 车用柴油机未燃HC的生成机理汽油机未燃HC的生成机理也适用于柴油机,但由于两者的燃烧方式和所用燃料的不同,故柴油机的碳氢排放物有其自身的特点,柴油中的碳氢化合物比汽油中的碳氢化合物沸点要高、分子量大,柴油机的燃烧方式使油束中燃油的热解作用难以避免,故柴油机排气中未燃或部分氧化的HC成份比汽油机的复杂。

柴油机的燃料以高压喷入燃烧室后,直接在缸内形成可燃混合气并很快燃烧,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。

3 氮氧化物3.1 氮氧化物的生成机理车用发动机排气中的氮氧化物NO X包含NO和NO2,其中大部分是NO,它们是N2在燃烧高温下的产物。

1. NO的生成机理从大气中的N2生成NO的化学机理是扩展的泽尔多维奇(Zeldovitch)机理。

在化学计φ=1)附近导致生成NO和使其消失的主要反应式为:量混合比(aO2→ 2O(2-6)O + N2→ NO + O (2-7)N + O2→ NO + O (2-8)N + OH → NO + H (2-9)反应式(2-9)主要发生在非常浓的混合气中,NO在火焰的前锋面和离开火焰的已燃气中生成。

汽油机中的燃烧在高压下进行,并且燃烧过程进行得很快,反应层很薄(约0.1mm)且反应时间很短。

早期燃烧产物受到压缩而温度上升,使得已燃气体温度高于刚结束燃烧的火焰带的温度,因此除了混合气很稀的区域外,大部分NO在离开火焰带的已燃气中发生,只有很少部分NO产生在火焰带中。

也就是说,燃烧和NO的产生是彼此分离的,应主要考虑已燃气体中NO的生成。

NO的生成主要与温度有关。

图2-8表示正辛烷与空气的均匀混合气在4MPa压力下等压燃烧时,计算得到的燃烧生成的NO平衡摩尔分数x与温度T及过量空气系数aφ的关系。

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