车用汽油机HC生成机理及排放控制技术
第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素
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
汽油机的有害排放物及其控制
四、点火系统
传统点火系统具有结构简单、工作可靠、 成本低等优点，基本能满足汽油机对点火系统 的要求，随着汽车工业的高速发展，要求汽车 发动机向高转速、高压缩比、大功率、低比油 耗和低排放污染发展，传统点火系统越来越不 适应新的要求，人们开始研制电子点火装置， 提高发动机的点火性能。近二十年来，各类电 子点火装置相继问世，而且种类繁多。
暖机期间要使可燃混合气、冷却液和 机油尽快热起来，例如，采用进气自动 加热系统，有助于改善暖机和寒冷天气 运转时的混合气形成条件。
二、怠速
车用汽油机在实际使用中怠速工况占 很大的比例，汽油机在怠速工况下由于 残余废气系数大，混合气不得不加浓， 结果导致CO和HC的排放很高，所以世界 各国的排放法规都是首先限制怠速排 放。
燃油蒸发控制
活性碳罐
§6 汽油机机内净化技术
汽车排气中的有害排放物的净化途径， 一般分为两大类：
机内净化：它是通过对发动机燃烧过程 的改善，防止或减少有害物在发动机燃 烧过程中的生成量，减少排气中的有害 物质；
机外净化：是用设置在发动机外部的装 置将发动机排出的废气进行净化处理， 在净化装置中减少在发动机中已经产生 的污染物.
燃烧室形状 压缩比 火花塞位置 活塞组设计 稀薄燃烧
§7 废气再循环（EGR）
废气再循环简称EGR，是目前用于降 低NOx排放的一种有效措施。它将发动机 排气的废气引入进气管与新鲜混合气混 合后送入汽缸燃烧，实现再循环。EGR系 统的作用是将部分废气引出排气系统， 将引出的废气再送入进气系统，并对送 入进气系统的废气进行最佳的控制与调 节等。
提高怠速转速，改善燃烧状态是改善 怠速排放的重要手段。
三、混合气形成和空燃比
空燃比控制精度决定了混合气形成质量 的好坏。
浅谈汽车排放污染物生成机理及控制技术研究
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
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。
碳氢化合物的生成机理和影响因素
《碳氢化合物的生成机理和影响因素》教学设计
教学准备：完成教学计划,
学生总结或谈感受八、板书设计
知识目标
B
C
D 评价标准
A ：脱离课本，能正确的说出分离法画 受力图的步骤
B:脱离课本，能基本正确地说出分离
法画受力图的步骤
C:需要教材的帮助才能说出分离法 画受力图的步骤
D:在教材帮助下，仍无法说出分离法
画受力图的步骤
第二章汽车排放污染物HC 的生成机理和影响因素
一、碳氢化合物的生成机理
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。
二、影响碳氢化合物生成的因素 1、 混合气质量的影响 2、 运行条件的影响
（1） 汽油机运行条件的影响： 1）负荷的影响2）转速的影响3）点火时刻的影响 4）壁 温的影响5）燃烧室面容比的影响
（2） 柴油机运行条件的影响：1）喷油时刻的影响2 ）喷油嘴喷孔面积的影响 3）冷却液 进口温度的影响4 ）进气密度的影响
九、教学评价设计（或反馈与检测）
、学生自评表
空雄比、 过童空气系数与隔气成
4 ■ O ■ 0 8 O 円 0.9
5 J t T ■ I IS 1^2 U3。
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。
发动机排放污染物的影响因素
发动机排放污染物的生成机理和影响因素主要内容：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。
1 一氧化碳1.1 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。
影响一氧化碳生成的因素理论上当α在14.7以上时，排气中不存在CO，而只生成CO2。
实际上由于燃油和空气混合不均匀，在排气中还含有少量CO。
即使混合气混合的很均匀，由于燃烧后的温度很高，已经生成的CO2也会由于一小部分分解成CO和O2，H2O也会部分分解成O2和H2，生成的H2也会使CO2还原成CO，所以，排气中总会有少量CO存在。
可见，凡是影响空燃比的因素，即为影响CO生成的因素。
1. 进气温度的影响一般情况下，冬天气温可达零下20℃以下，夏天在30℃以上，爬坡时发动机罩内进气温度超过80℃。
随着环境温度的上升，空气密度变小，而汽油的密度几乎不变，化油器供给的混合气的空燃比α随吸入空气温度的上升而变浓，排出的CO将增加。
因此，冬天和夏天发动机排放情况有很大的不同。
图2-3为一定运转条件下，进气温度与空燃比的关系，大致和绝对温度的方根成反比的理论相一致。
进气温度/℃海拔高度/m 怠速转速/(r/min)图2-3 进气温度与空燃比的关系图2-4 海拔高度与大气压力的关系图2-5 怠速转速对CO和HC排放的影响V/(km/h)图2-6 某汽油机等速工况排气成分实测结果2. 大气压力的影响大气压力P 随海拔高度而变化，由经验公式()5.256010.02257 kPa P P h =- (2-4)式中：h 一海拔高度，km 。
当海平面0P =100kPa 时，可作出海拔高度和大气压力变化关系的曲线，如图2-4所示。
当忽略空气中饱和水蒸气压时，空气密度ρ可用下式表示：()32731.293 kg/m 273760P T ρ=+ （2-5） 式中：T －温度，℃。
可以认为空气密度ρ和大气压力P 成正比，从简单化油器理论可知，空燃比和空气密度的平方根成正比，所以进气管压力降低时，空气密度下降，则空燃比下降，CO 排放量将增大。
汽车排放及控制技术试题及答案
一、填空题1、汽车排放的污染物主要有_一氧化碳_、氮氧化合物_、_碳氢化合物__和__微粒____。
2、柴油机氮氧化物的生成主要受三个要素的影响,分别是_喷油定时_、放热规律___和负荷与转速的影响_。
3、三元催化转化器的起燃特性有两种评价方法,对于催化剂常用__起燃温度__来评价,而对于整个催化转化系统则用__起燃时间_来评价。
4、微粒捕集器的过滤机理存在四种,即_扩散机理、拦截机理_、惯性碰撞机理_、重力沉积机理_。
5、电控柴油喷射系统已开展了三代，第一代是位置控制_系统，第二代是_时间控制__系统，第三代是电控高压共轨系统。
6、目前控制汽油机氮氧化物排放最主要的措施是_废气再循环技术_。
7、常用排放污染物取样系统有直接取样系统___、_稀释取样系统_和_定容取样系统_。
8、汽油发动机中未燃HC 的生成主要来源于_燃烧室未燃燃料、窜入曲轴箱的未燃燃料和燃油系统蒸发的燃油蒸汽_三种途径。
9、缸内直接喷射汽油机与其它汽油机相比，最大区别是_汽油喷射的位置_。
10、EGR 率是指×100%+返回废气量进气量返回废气量11、为使三元催化转化器的净化效率到达80%以上，其过量空气系数(Φa) "窗口〞应到达的要求是"窗口〞很窄，宽度只有。
12、生成氮氧化物的三个要素是_混合气浓度_、温度_和氧浓度_。
13、目前微粒捕集器被动再生的方法主要有化学催化的方法_。
14、排气成分分析中，CO 和CO2用_不分光红外线气体分析仪_测量，NO *用_化学发光分析仪_测量，HC 用_氢火焰离子型分析仪_测量，氧多用顺磁分析仪_测量。
15、烟度的测量方法主要有两类：滤纸法__和消光度法__。
16、目前,各国正纷纷开发各种代用燃料以解决未来石油能源枯竭的问题,其中最主要的代用燃料是天然气__、液化石油气_、醇类燃料__和植物油__。
发动机排出的废气。
微粒_ 、氮氧化物 和碳氢化合物 _。
*量主要与负荷、转速_有关。
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螁前言莆车用汽油发动机是大气的主要污染源之一，由于其燃烧方式与柴油机不一样，造成较大的未燃HC排放。
随着环境污染的日益严重，人们对发动机的排放提出了严格的法规，促使对未燃HC的生成机理与排放进行更加深入的研究。
本文在比较和归纳前人研究成果的基础上，论述了车用汽油机HC有害排放物的生成机理和降低排放的措施。
羆1 汽油机HC的生成机理袄(1)不完全燃烧(氧化)。
发动机运转时，若混合气过浓或过稀，或者废气被严重稀释，或者点火系统发生故障，则火花塞可能不跳火，或者跳火后不能使混合气着火，或者着火后又在传播过程中熄灭，致使混合气中部分燃料，甚至全部燃料以未燃HC形式排出，使HC排放明显升高。
芈(2)壁面淬熄效应。
壁面淬熄效应是指温度较低的燃烧室壁面对火焰的迅速冷却(也称激冷)，使活化分子的能力被吸收，链式反应中断，在壁面形成0.1～0.2mm的不燃烧或不完全燃烧的火焰淬熄层，产生大量未燃的HC。
莈(3)狭缝效应。
狭缝主要指活塞头部、活塞环和气缸壁之间的狭小缝隙，火花塞中心电极的空隙，火花塞的螺纹、喷油器周围的间隙等处。
汽油机工作时总有一些液态油滴或燃油蒸气隐藏在这些缝隙中，因火焰无法传人其中而不能燃烧，于是成为未燃烧HC的一个来源。
肄(4)壁面油膜和积炭吸附。
在进气和压缩过程中，气缸壁面上的润滑油膜，以及沉积在活塞顶部、燃烧室壁面和进气门、排气门上的多孔性积炭，会吸附未燃混合气和燃料蒸气，在膨胀和排气过程中这些吸附的燃料蒸气柱随之进入气态的燃烧产物中。
这样HC的少部分被氧化，大部分则随已燃气体排出气缸。
芃2 影响HC生成的因素羈2.1 空燃比的影响膅空燃比对HC排放浓度的影响甚大。
通常HC排放浓度和数量有随混合气变稀而下降的趋势，但是，当混合气空燃比大于17：1时，混合气过分稀薄，易发生火焰不完全传播以至断火，使HC排放量迅速增加。
因此，凡影响空燃比和排气后反应的因素，如大气压力、进气温度、排气温度、排气中的含氧量等，也必然影响HC的排放。
芃2.2 点火提前角的影响蚂点火提前角推迟，后燃严重。
一方面，降低了混合气燃烧时的燃烧室面积，激冷壁面面积减小；另一方面，导致排气温度上升，促进HC在排气系统中的氧化。
这些都使最终排出的HC减少。
螈2.3 转速的影响芇发动机转速对HC排放浓度的影响非常明显。
转速较高时，增大了混合气的扰流混合和涡流扩散，同时也增加了排气的扰流和混合，使HC排放浓度明显下降。
转速较低时，汽油雾化差、混合气很浓、残余废气系数大，HC排放浓度较高。
薅2.4 负荷的影响膂发动机试验结果表明，当空燃比和转速保持不变，并按最大功率调节点火时间时，改变负荷对HC排放浓度几乎没有影响，但在负荷增加时，HC排放量会因废气流量变大而几乎呈线性增长。
葿2.5 冷却水及燃烧室壁面温度的影响莈提高汽油机冷却水及燃烧室壁面温度，可降低狭缝容积中储存的HC含量，减少淬熄层的厚度，改善狭缝容积逸出的HC及淬熄层扩散出来的燃油的氧化条件，而且可改善燃油的蒸发、分配，提高排气温度，使HC排放物减少。
蚃2.6 排气背压的影响薁当排气管上装上催化转化器或消声器后，排气背压增加，留在缸内的废气增多，未燃的烃会在下一循环中被烧掉，排气中的HC含量将降低，然而，如果背压过大，则留在缸内的废气过多，稀释了混合气，燃烧恶化，排出的HC会增加。
艿2.7 燃烧室壁面沉积物的影响肅沉积在活塞顶部、燃烧室壁面和进气门、排气门上的多孔性积炭，会吸附未燃混合气和燃料蒸气，在排气过程中再释放出来。
因此，燃烧室壁面沉积物的增加，使HC的排放量增加。
肆2.8 燃烧室面容比及相关结构因素的影响羀燃烧室面容比通常是指活塞位于上止点时燃烧室的表面积和余隙容积之比，它既与燃烧室的主要结构参数有关，又是衡量燃烧室激冷效应强弱的一个重要因素。
燃烧室面容比大，单位容积的激冷面积亦随之增大，则壁面激冷层中所包含的未燃烃总量也随之增加。
罿2.9 燃料性质的影响膇汽油的辛烷值、挥发性也会影响HC的排放量。
辛烷值太低或挥发性太差都会使HC的排放量增加。
膄3 汽油机控制HC排放的主要净化措施蚄3.1 机内净化螀3.1.1 燃烧系统的改进芈燃烧室面容比越小，结构越紧凑，传热损失就越小，混合气越均匀，燃烧过程完成得就越稳定且快，HC排放就越低。
因此，圆盘形、浴盆形、楔形燃烧室越来越多地被半球形、帐篷形、屋顶形等紧凑型燃烧室所代替。
现代汽油机大多采用火花塞布置在燃烧室中央，以缩短火焰传播距离，加速燃烧过程。
提高发动机的压缩比，从而提高缸内混合气温度，可以促进混合气的形成和燃烧，达到减少HC排放的目的。
芃3.1.2 推迟点火提前角肃适当推迟点火提前角会降低HC的排放量。
但会引起有效压力的下降和燃油消耗率的上升。
因此，靠这种方法降低HC的排放有一定限度。
蒀3.1.3 汽油缸内直接喷射(GDI)肅进气管低压电控燃油喷射系统发动机在冷启动时，进气管内的气流速度低，燃油蒸发不良会导致形成油膜，进入缸内会直接附着在进气门底面、缸套壁面等处，再加上混合气过浓，燃烧不完全，形成大量的未燃HC排出机外。
采用GDI的发动机改善了油气的混合机理，冷启动时不再需要过量供油，HC的排量大为降低。
GDI发动机完全避免了在进气门等表面形成油膜，燃油计量准确，属于稀燃。
蚅3.1.4 高能点火与两次、多次点火技术薃高能点火对HC排放的作用有两方面，一是增大了初始火核半径，有助于提高燃烧速度和减少循环变动；二是降低混合气较稀时的熄火概率，使发动机可用稍稀的混合气，从而减少HC的排放。
采用两次、多次点火技术可以改善启动、怠速工况下HC的排放。
膁3.2 机外净化肇3.2.1 热反应净化器与两次空气供给装置螃热反应净化器尽量安装在靠近排气总管出口处的排气管路中，两次空气和排气中的未燃混合气混合后，利用排气本身的余热保持高温，并给予一定的反应时间，使HC和CO再燃烧。
影响热反应净化的一个重要因素是排气中O2的浓度，当热反应器内有足够的O2时，HC和CO的净化效果较好。
要提高O2的浓度，可以通过两次空气供给装置向排气中喷人适量的两次空气，喷射量由排气管中的HC和CO含量决定。
羂3.2.2 HC吸附器与三效催化转化器羁在发动机排气尾管中安装HC吸附器。
通过吸附器中的活性碳或氟石以吸附冷启动和怠速时排出的HC。
三效催化转化器是利用催化剂促进发动机排气中HC、CO和NOx发生反应生成无害的物质。
国内广泛使用的是价格低廉的稀土催化剂。
发动机暖机工作一段时间后，吸附介质温度升高，如果达到HC的脱附温度，吸附器将释放吸附的HC。
与此同时，三效催化转化器的温度也会上升，如果在吸附器释放HC之前，使三效催化转化器达到起燃温度，则可以使冷启动阶段的HC排放大幅降低。
此外还可以将吸附器解吸出来的HC引入进气系统，两次进入燃烧室燃烧，同样也可达到降低冷启动时排放的目的。
采用吸附方法降低HC排放是一种被动方法，它只能将HC短暂存留，HC的转化还必须依靠三效催化转化器来实现，而且在催化转化器未达到起燃温度之前，HC 就有可能被释放。
膈3.2.3 曲轴箱强制通风系统膆汽油机工作时产生的HC排放，约25%来自曲轴箱窜气。
曲轴箱强制通风系统的作用原理是新鲜空气从单独的小滤清器吸人曲轴箱，在曲轴箱内与窜气混合后回流至进气歧管，再与混合气一起进入气缸，使窜气中的HC得以燃烧。
目前几乎所有的汽车发动机都已装了该系统。
莁3.2.4 燃油蒸发控制系统蚁燃油蒸发是指由化油器浮子室、油箱和燃油系统管接头处蒸发并排向大气的燃油蒸气。
其中HC 排放的20%来自燃油系统。
燃油蒸发控制装置是把燃油蒸气中的HC用活性碳收集起来，然后再用回流空气使其脱附并将其送回发动机燃烧处理。
它可以在不影响发动机功率的情况下，减少HC的排放，并相应提高燃油经济性。
羆4 结论芄本文介绍的各种减少HC排放的措施，都不同程度地存在一定的局限性。
在减少HC排放的同时有可能导致柴油机动力性和经济性下降，对其它排放物，诸如微粒、NOx、CO等可能会增加。
今后的研究重点应放在：螁(1)致力于汽油机性能研究和改进燃烧过程；膈(2)HC的产生机理；羇(3)不断寻求高效率的机内、机外净化措施，并合理地加以结合；(4)深入研究与推广代用燃料汽车和绿色环保汽车。
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