内燃机污染物排放机理
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第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素
❖ 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
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
环境污染与内燃机排放污染物
高效低排放技术
01
通过改进内燃机设计和制造工艺，提高内燃机的燃烧效率，降
低污染物排放。使用更清洁的燃料，如生物燃料、氢燃料等，替代传统
的化石燃料，减少污染物排放。
排放后处理技术
03
采用先进的排放后处理技术，如催化转化器、颗粒物捕集器等
，对内燃机排放的污染物进行净化处理。
城市生活垃圾
城市生活中产生的垃圾，如生活垃圾、厨余垃圾等，如处 理不当，会对环境造成严重污染。
环境污染的治理与控制
01
02
03
立法控制
制定严格的环保法规和标 准，限制污染物排放，加 大对违法行为的处罚力度 。
技术革新
推广环保技术和清洁能源 ，鼓励企业进行技术改造 和升级，减少污染物排放 。
宣传教育
环境污染与内燃机排放污染 物
目录
• 环境污染概述 • 内燃机排放污染物 • 环境污染与内燃机排放污染物的关系 • 内燃机排放污染物的治理措施 • 未来展望
01
环境污染概述
环境污染的定义与分类
定义
环境污染是指人类活动对环境造 成的负面影响，包括空气、水、 土壤和生物多样性等方面。
分类
环境污染可分为空气污染、水污 染、土壤污染和噪音污染等类型 。
清洁能源替代
推广电动汽车
鼓励发展电动汽车，逐步替代传统的燃油汽车，减少内燃机 的使用。
发展可再生能源
加大对可再生能源的研发和推广力度，如太阳能、风能等， 减少对化石燃料的依赖。
高效内燃机研发与推广
研发高效内燃机技术
鼓励企业加大在内燃机技术研发方面 的投入，提高内燃机的燃烧效率和减 排效果。
推广低排放内燃机
人类健康问题
内燃机排放的污染物对人体健康产生严重影响，如空气污染导致呼吸 道疾病、心血管疾病等的发生率增加。
内燃机原理内燃机的排放与控制
01
国际排放标准
如欧洲、美国和日本的排放标准 ，规定了内燃机废气和颗粒物的 排放限制。
02
03
国内排放标准
法规监管
各国根据自身情况制定的内燃机 排放标准，如中国的国IV、国V 标准。
各国政府制定相关法规，对内燃 机的生产和销售进行监管，以确 保其符合排放标准。
03
内燃机排放控制技术
燃油喷射控制技术
内燃机是一种将燃料与空气混合并点 燃，利用产生的热能推动机械运转的 装置。其工作原理是通过燃烧产生的 高温高压气体推动活塞或转子等机构 运动，从而对外输出机械功。在长期 的发展过程中，内燃机的技术不断得 到改进和完善，但其排放问题一直备 受关注。
05
内燃机排放控制实践案 例
某品牌汽车内燃机排放控制实践
燃烧冲程
燃料与空气混合后 燃烧，产生高温高 压气体。
排气冲程
排除燃烧后的废气 ，为下一次循环做 准备。
内燃机种类与特点
01
02
03
汽油机
使用汽油作为燃料，转速 高，适合于汽车、摩托车 等高速运转的场合。
柴油机
使用柴油作为燃料，压缩 比高，转速低，适合于重 型机械、船舶等低速运转 的场合。
燃气轮机
使用燃气作为动力，具有 较高的热效率和较轻的重 量，常用于飞机、船舶等 高速运转的场合。
04
未来内燃机排放控制技 术展望
未来内燃机排放控制技术展望
内燃机是一种将燃料燃烧产生的热# 内燃机原理、内燃机的排放与控制
内燃机是一种将将临近燃料词典的燃 烧产物作为工质，利用其产生的燃气 来推动活塞或转子等机构运转，对外 输出机械功的装置。内燃机按照工作 循环可分为四行程和二行程两种类型 ，其中四行程内燃机包括吸气、压缩 、做功和排气四个行程，而二行程内 燃# 内燃机原理与内燃机的排放与控 制
发动机原理之有害排放物的生成与控制
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SO3，总称 SOx。 ●危害：Sox直接对人体有毒害作用，排放到大气中的Sox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
发动机原理之有害排放物的 生成与控制
9.7非排放污 染物控制技术
9.6柴油机排 放后处理技术
9.1有害排放物的 生成机理
有害排放 物的生成 与平控制
9.2排放法规及 测试法
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
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
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 O2 高200~300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
9.1.3有害排放物的生成机理
1）柴油机微粒的基本特征
①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。
②PM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1~10μm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1μm以 下。
碳氢化合物HC
当达到某一限值，气 缸内出现概率越来越大的 缺火循环。 由于燃料未经燃烧就 排出排气管，HC排放急 剧增加，这时的对应燃烧 稀限。
断增加。
1、冷激效应
壁面淬熄
在燃烧过程中，燃气温度高达 2000ºC以上的燃烧室内有各种
很狭窄的缝隙，如活塞组与气缸壁 之间的间隙、火花塞中心电极与绝
在燃烧过程中，油膜中的HC开 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
始向已燃气解吸。
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
收了进入气缸的可燃混合气中的
碳氢化合物蒸汽。
分与较低温度的燃气混合未被氧化。
吸附 解吸
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。
0.63×10-6～1.04×10-6。
因此提高冷却介质温度有利于减弱壁面激冷效应，降低
HC排放。
6、燃烧室面容比的影响
燃烧室面容比大，单位容积的激冷面积也随 之增大，激冷层中的未燃烃总量必然也增大。
因此，小面容比燃烧室有利于降低汽油机HC的排放。
2.2.3 影响柴油机碳氢化合物生成的因素
01
压力室容积的影响
• 排气温度低，使壁面温度 降低，激冷效应增加，HC 排放增多。
3、点火定时的影响
减少点火提
前角，燃烧推迟，
排气温度升高， 促进了未燃烧HC 的后期氧化。
同时，也减
少了激冷壁面面
积，HC排放下降。
4、负荷的影响
• 在发动机冷起动时，由于温度低，汽油挥发率低，必须加浓
混合气使起动迅速可靠，此时，HC排放量必然较多。
• 在怠速和小负荷运行时，节气门几乎关闭和小开度位臵，残余废气相对
较多，同时，由于燃烧室温度低，壁面激冷效应增加，HC排放增多。
(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。
内燃机排放污染物的控制技术研究
内燃机排放污染物的控制技术研究第一章绪论随着人类社会的发展和工业化进程的加速，人们对环境保护的需求也日益增加。
而内燃机排放的污染物是环境污染的主要来源之一。
为了控制内燃机排放的污染物，相关研究和技术的不断更新与发展已成为当今环保领域的热点话题。
本文将从内燃机排放污染物的来源和成分入手，重点介绍内燃机排放污染物的控制技术研究。
第二章内燃机排放污染物的来源和成分内燃机排放的污染物主要来源于燃烧过程。
内燃机燃烧油品中的有机物和无机物在燃烧过程中会产生大量有害气体和颗粒物。
其中，最主要的污染物包括一氧化碳、氮氧化物、挥发性有机物、颗粒物和二氧化碳等。
这些污染物会严重危害人体健康，导致空气污染，加速气候变化，破坏环境生态平衡。
第三章内燃机排放污染物的控制技术目前，针对内燃机排放污染物，主要采取的控制技术包括以下几种：1.交替排放技术交替排放技术是指在多缸引擎中，将不同缸的排放通过排气管道交替排放。
这种技术可以使得每个缸的排放都得以充分混合和反应，并且相邻缸的氧气和烟气反应时可以相互利用，从而提高了燃烧效率和环保性能。
2.油（气）分离技术油（气）分离技术是指在排放管道中加装油（气）分离器，将排出的废气和机油分离，从而避免机油被排出，降低了环境污染和机件磨损。
3. 氧化催化转化技术氧化催化转化技术是指在排放管道中加装氧化催化剂，通过氧化和催化反应将有害气体转化为无害的气体排放。
这种技术可以高效地去除一氧化碳和有机物等污染物，而且具有较低的制造成本和维护成本。
4. 提高燃烧温度技术提高燃烧温度技术是指通过调整内燃机燃油供给和点火系统等参数，使得燃烧温度和燃烧速度得到有效控制，从而减少生产大量污染物的可能性。
这种技术可以有效地控制氮氧化物的排放，但需注意不能过度提高燃烧温度和速度，以避免对设备的损伤。
第四章结论内燃机排放污染物的控制技术，是当前环保研究的重要方向之一。
通过采取不同的技术手段以减少内燃机的污染物排放，可以有效地保护环境，改善人民健康，促进可持续发展。
氢燃料内燃机NOx排放特性及机理
, t i o nk i n e t i c sm e t h o d w h i c hc a nr e v e a l t h eN Ox g e n e r a t i o nm e c h a n i s mo fh d r o e nf u e l i n t e r n a l c o m b u s t i o ne n i n ea n de s t a b l i s ht h e y g g t h e o r e t i c a l f o u n d a t i o n f o r s u b s e u e n t s t u d . q y
, l a r ea m o u n t o fN Og e n e r a t e s i n t h e r a i dc o m b u s t i o np e r i o d t h e t o t a l a m o u n t o fN Od e c r e a s e s c o n s t a n t l f t e r t h e r a i dc o m b u s t i o n g p ya p , e r i o d a n d t h e t o t a l a m o u n t o fN Ot e n d s t ob e s t a b l ew h e n t h e a v e r a e t e m e r a t u r e i s b e l o w22 0 0K. N Oi s e n e r a t e dm a i n l t h r o u h p g p g y g w h o s e c o n t r i b u t i o nr a t i o i n c r e a s e sw i t ht h e i n c r e a s eo ff u e l a i re u i v a l e n c er a t i o . N NH a n dN o n t r i b u t ea b o u t2 5 %o ft o t a lN O q 2Oc
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RCO通过热分解生 成CO或如下方式：
RCO
OH O
CO
......
H
4
第一节 汽油机排放污染物
二、CO的生成机理及影响因素
2. CO最终生成情况： CO继续氧化成CO2：
C O O H C2O H
CO排出浓度主要受空燃比影响
5
第一节 汽油机. CO是不完全燃烧的产物之一。 若能组织良好的燃烧过程，即具备充足的氧气、充分
13
第一节 汽油机排放污染物
三、HC的生成机理及影响因素
（三）影响HC生成的因素 （2）燃烧室面容比——面容大，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。 （3）壁面温度——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。
15
第一节 汽油机排放污染物
四、NOx的生成机理及影响因素
（二）NOx的形成机理 燃料型NO： 燃料中的固定氮生成的NO 激发型NO： 低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO 高温型NO： 高温下N2与O2反应生成的NO
16
第一节 汽油机排放污染物
四、NOx的生成机理及影响因素
1. 燃料型NO 燃料中氮的热分解温度低于燃烧温度，在600-800oC 时就会生成燃料型； 汽油基本不含氮，柴油和重油少量含氮。 燃料型的形成由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中 剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。
7
第一节 汽油机排放污染物
三、HC的生成机理及影响因素
（一）未燃HC的组成： 未燃烃： 各种没有燃烧和没有完 全燃烧的碳氢化合物的 总称，简作HC。
8
第一节 汽油机排放污染物
三、HC的生成机理及影响因素
（二）未燃HC的生成机理 1. 不完全燃烧（氧化） 空燃比 怠速高负荷工况 加速和减速
9
第一节 汽油机排放污染物
10
第一节 汽油机排放污染物
三、HC的生成机理及影响因素
（二）未燃HC的生成机理 3. 狭缝效应
火花塞螺栓处
进排气门 头部周围
气缸盖 垫接合 位置
活塞顶岸部与 气缸壁之间
11
第一节 汽油机排放污染物
三、HC的生成机理及影响因素
（二）未燃HC的生成机理 4. 壁面油膜和积碳吸附 溶解吸收和解吸作用； 冷起动工况：润滑油温度降低使燃油在其中的溶解度 上升，提高了润滑油在HC排放中的分担率； 适当设计活塞环以降低润滑油消耗，有助于降低HC排 放量。
的混合，足够高的温度和较长的滞留时间，中间产物 CO最终会燃烧完毕，生成CO2或H2O。 因此控制CO的排放不是企图抑制它的形成，而是努力 使之完全燃烧。
6
第一节 汽油机排放污染物
二、CO的生成机理及影响因素
4. 当φa≥1时，CO生成的其它机理： 1）CO2、H2O的高温离解； 2）发动机前后循环之间燃料分配不均匀； 3）各缸之间燃料分配不均匀； 4）稀混合气中存在局部过浓混合气。
14
第一节 汽油机排放污染物
四、NOx的生成机理及影响因素
（一）NOx的性质来源
NOx包括： NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5。 大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在。
NOx的性质 N2O：单个分子的温室效应为CO2的200倍，并参与臭氧层的 破坏。 NO：大气中NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分。 NO2: 强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降。
CH2+N2=HCN+NH
CN+O2=CO+N
C2+N2=2CN
N+OH=NO+H
N+O2=NO+O
18
第一节 汽油机排放污染物
四、NOx的生成机理及影响因素
3. 高温型NO 燃烧时，空气中的氮在高温下氧化产生，生成过程是 不分支连锁反应。其生成机理可用 Zeldovitch反应式 表示。 随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加 。当T<1500oC时，NO的生成量很少，而当T>1500oC 时，T每增加100oC，反应速率增大6-7倍。
三、HC的生成机理及影响因素
（二）未燃HC的生成机理 2. 壁面淬熄效应 ❖ 激冷效应：发动机的低温燃烧室壁面对火焰的迅速 冷却效应。 ❖ 淬熄层：激冷效应使火焰中产生的活性自由基复合 ，燃烧反应链中断，反应变缓或停止。火焰不能传 播到燃烧室壁表面，在表面留下一薄层未燃烧或不 完全燃烧的可燃混合气，称为淬熄层。
12
第一节 汽油机排放污染物
三、HC的生成机理及影响因素
（三）影响HC生成的因素——（1）空燃比 1. HC排 放 浓 度 和 数 量 有 随 混合气变稀而下降的趋势 ，A/F≈14.8 2. 当A/F＞17时，混合气过 分稀薄，易发生火焰不完 全 传 播 以 致 断 火 ， HC排 放迅速增加。
第四章 内燃机污染物排放机理
汽油机排放污染物 柴油机排放污染物
1
第一节 汽油机排放污染物
油箱和化油器蒸发 HC的15%
曲轴箱 HC 的 20%
2
排气管 所有的CO、NOX、Pb和 HC
的 60%
第一节 汽油机排放污染物
一、汽油机排放物分类
Carbon Dioxide （CO2） Water Vapor（水蒸汽） Carbon Monoxide （CO） Hydrocarbons （HC） Oxides of Nitrogen (NOX) Particulates （微粒） Lead（铅） Other pollutants（其他）
3
Ambient Air Real Fuel
Engine/Emission Technology
第一节 汽油机排放污染物
二、CO的生成机理及影响因素
1. CO生成机理详细过程尚未完全弄清，一般认为，生成步 骤如下（R代表烃基）：
R H R R 2 O RC R H C C O O O
O2
17
第一节 汽油机排放污染物
四、NOx的生成机理及影响因素
2. 激发型NO
由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH、C2、 C自由基可以和空气中氮气反应生成HCN，再进一步与O 、OH作用以极快的速度生成NO。
CH+N2=HCN+N
HCN+OH=CN+H2O
C+N2=CN+N
HCN+O=HCO+H