环境管理_发动机排放污染物的形成

发动机排放污染及控制,主讲人龚金科等,2019年12月16日,课程内容,第2章发动机排放污染物的形成,第2章发动机排放污染物的形成,2.1一氧化碳2.2碳氢化合物2.3氮氧化物2.4微粒,概述：主要内容,介绍了汽车尾气中的主要污染物CO、HC、NOX和微粒的生成机理及其影响因素。,第2章发动机排放污染物的形成,2.1一氧化碳,一氧化碳的生成机理,第2章发动机排放污染物的形成,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。,汽油机一氧化碳的生成机理,汽油机CO排放量xCO与及过量空气系数a的关系,第2章发动机排放污染物的形成,汽油机一氧化碳的生成机理,a1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,第2章发动机排放污染物的形成,柴油机一氧化碳的生成机理,燃料与空气混合不均匀；局部缺氧和低温；燃烧区的停留时间较短。,第2章发动机排放污染物的形成,柴油机一氧化碳的生成机理,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。,第2章发动机排放污染物的形成,小负荷时尽管a很大，CO排放量反而上升。,影响一氧化碳生成的因素,第2章发动机排放污染物的形成,2.2碳氢化合物,碳氢化合物的生成途径,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,第2章发动机排放污染物的形成,汽油机未燃HC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。,第2章发动机排放污染物的形成,柴油机未燃HC的生成机理,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。,第2章发动机排放污染物的形成,2.2.2影响碳氢化合物生成的因素,第2章发动机排放污染物的形成,2.3氮氧化物,NOX的生成机理,O22OON2NOONO2NOONOHNOH,NO的平衡摩尔分数xNOe与过量空气系数a的关系,a1的稀混合气区，xNOe随温度的升高而迅速增大。a1，xNOe随a的减小而急剧下降。,第2章发动机排放污染物的形成,NO的生成机理,第2章发动机排放污染物的形成,结论：,NO2的生成机理,汽油机排气中的NO2浓度与NO的浓度相比可忽略不计，但在柴油机中NO2可占到排气中总NOX的10%30%。,NOHO2NO2OHNO2ONOO2,第2章发动机排放污染物的形成,影响NOX生成的因素,过量空气系数和燃烧室温度的影响,a1时，温度起着决定性作用，NOX生成量随温度升高而迅速增大。最高温度通常出现在a1.1，且有适量的氧浓度，故NOX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,点火提前角减小，NO排放量不断下降。,第2章发动机排放污染物的形成,影响汽油机NOX生成的因素,喷油提前角减小，燃烧推迟，燃烧温度较低，生成的NOX较少。,影响NOX生成的因素,影响柴油机NOX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,NOX排放随负荷增大而显著增加。转速对NOX排放的影响比负荷的影响小。,第2章发动机排放污染物的形成,2.4微粒,微粒的生成机理,第2章发动机排放污染物的形成,柴油机微粒的组成与特征,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。,第2章发动机排放污染物的形成,烟粒的生成机理,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；,表面生长；,烟粒生成阶段：,烟粒长大阶段：,在低于1500K的低温区，通过聚合和冷凝生成碳烟微粒。,聚集。,第2章发动机排放污染物的形成,烟粒的氧化及有机可溶成份的吸附与凝结,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：,第2章发动机排放污染物的形成,影响微粒生成的因素,负荷的影响：,高速小负荷时，稀薄混合气区较大，微粒排放量较高；,低速大负荷时，容易产生裂解和脱氢，排放量有所升高。,第2章发动机排放污染物的形成,影响微粒生成的因素,小负荷时温度低，以未燃油滴为主的微粒的氧化作用微弱；,转速的影响：,转速升高时，这种氧化作用又受到时间因素的制约；,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。,第2章发动机排放污染物的形成,影响微粒生成的因素,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：,柴油机的排烟浓度随十六烷值的提高而增大。,第2章发动机排放污染物的形成,影响微粒生成的因素,喷油定时的影响；,喷油参数的影响：,喷油规律的影响；,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；,喷油压力的影响：提高喷油压力