汽油机污染物的生成及影响

1、第三章第三章 汽油机污染物的生成及影响汽油机污染物的生成及影响第三节第三节 影响汽油机排气污染物生成的因素影响汽油机排气污染物生成的因素四、汽油机结构参数的影响四、汽油机结构参数的影响对汽油机排放影响较大的结构参数有气缸工作容积、行程缸径比对汽油机排放影响较大的结构参数有气缸工作容积、行程缸径比(S/D)(S/D)、燃烧室形状、压缩比、活塞顶环隙容积、配气定时以及排气系、燃烧室形状、压缩比、活塞顶环隙容积、配气定时以及排气系统等。统等。这些参数的影响遵循下列两点：这些参数的影响遵循下列两点：第一点是在上止点时燃烧室的面容比第一点是在上止点时燃烧室的面容比F/V越大、进入活塞的间隙的越大、进入活

2、塞的间隙的混合气越多，排气氧化不多时混合气越多，排气氧化不多时HC的排出量增大；的排出量增大；第二点是若使由燃烧室壁面散失的热量减少、残留气体减少，则第二点是若使由燃烧室壁面散失的热量减少、残留气体减少，则NOx的排放量增大。的排放量增大。 1. .气缸工作容积与行程缸径比的影响气缸工作容积与行程缸径比的影响 (1)(1)汽油机气缸工作容积越大，气缸面容比汽油机气缸工作容积越大，气缸面容比F/V变小，气缸相对散热变小，气缸相对散热面积较小，因此面积较小，因此HC的排放和油耗越低。的排放和油耗越低。 (2)(2)汽油机行程缸径比的影响更汽油机行程缸径比的影响更大，行程越长，大，行程越长，HC排放

3、和油耗越低。排放和油耗越低。根据放热规律对比分析，长行程汽油根据放热规律对比分析，长行程汽油机的燃烧速度快，点火定时可机的燃烧速度快，点火定时可以相对以相对后移。长行程汽油机的最高放热效率后移。长行程汽油机的最高放热效率大、燃烧温度高，有利于降低大、燃烧温度高，有利于降低HCHC和燃和燃油消耗。长行程汽油机的这些优点在油消耗。长行程汽油机的这些优点在低负荷时更加明显。低负荷时更加明显。(3)(3) 但长行程和大气缸的汽油机但长行程和大气缸的汽油机NOxNOx排放量大。排放量大。行程缸径比及工作容积对行程缸径比及工作容积对HCHC排放的影响排放的影响2.2.压缩比压缩比的影响的影响压缩比增大后，

4、压缩比增大后，F/VF/V增大，进入增大，进入活塞顶环隙的混合气增多，活塞顶环隙的混合气增多， HCHC排放排放增加。另一方面，增加。另一方面，增大，使膨胀比增大，使膨胀比增大，膨胀后期的排气温度下降，增大，膨胀后期的排气温度下降，HCHC氧化速率下降，更多的燃料以未燃氧化速率下降，更多的燃料以未燃HCHC的形式排出。的形式排出。 NOxNOx受两方面影响：一是压缩比受两方面影响：一是压缩比增大，燃烧温度上升，导致增大，燃烧温度上升，导致NOxNOx增多；增多；另一方面，热效率提高另一方面，热效率提高 F/VF/V增大增大 ，使得使得NOxNOx减少。减少。3 3燃烧室形状的影响燃烧室形状的影

5、响(1)(1)当工作容积和压缩比保持当工作容积和压缩比保持一定，变化燃烧室形状时，一定，变化燃烧室形状时，HCHC排放排放与与F/VF/V成正比，即成正比，即F/VF/V增大，增大，HCHC排放排放增大。增大。(2)NOx(2)NOx排放与排放与HCHC正好相反，有正好相反，有与与F/VF/V成反比的倾向。成反比的倾向。原因：随原因：随F/VF/V的增大，热损失的增大，热损失变大，燃烧气体的最高温度降低。变大，燃烧气体的最高温度降低。但对于但对于NOxNOx排放，即使排放，即使F/VF/V相同，由相同，由于点火位置等的差异，燃烧速度及于点火位置等的差异，燃烧速度及燃烧温度也受到很大影响，故不能

6、燃烧温度也受到很大影响，故不能认为认为NOxNOx排放是排放是F/VF/V的函数。的函数。 F/VF/V越大、火焰的传播距离长，越大、火焰的传播距离长，容易爆燃；而且燃烧室壁面的淬熄容易爆燃；而且燃烧室壁面的淬熄效应增加，因此效应增加，因此HCHC的排出量增大；的排出量增大；NOxNOx的排放量与之相反。的排放量与之相反。本图表示了不同的燃烧室形状本图表示了不同的燃烧室形状时的时的NOxNOx和和HCHC排放排放 SQ/C SQ/C表示挤流间隙的大小表示挤流间隙的大小汽油机燃烧室设计原则之一：汽油机燃烧室设计原则之一：形成适形成适当的紊流运动当的紊流运动(1)(1)燃烧室内形成适当强度的气体流

7、燃烧室内形成适当强度的气体流动可以加快火焰传播；动可以加快火焰传播；(2)(2)冷却末端混合气；冷却末端混合气；(3)(3)减少循环间燃烧变动，扩大混合减少循环间燃烧变动，扩大混合气体着火界限，利于燃烧更稀混合气；气体着火界限，利于燃烧更稀混合气；(4)(4)减少减少HCHC排放量，但紊流过强，向排放量，但紊流过强，向缸壁传热损失增加，还可能吹熄火核缸壁传热损失增加，还可能吹熄火核而失火，反而使而失火，反而使HCHC排放增多。排放增多。根据右图可见，紊流过强时，即使点根据右图可见，紊流过强时，即使点火提前角减小，压力升高率仍较高，火提前角减小，压力升高率仍较高，使工作粗暴，热效率降低。实践证明

8、，使工作粗暴，热效率降低。实践证明，紊流强度使压力升高率为紊流强度使压力升高率为196-245(196-245(千千帕帕/ /度）时，发动机热效率最高。度）时，发动机热效率最高。挤流间隙挤流间隙紊流适宜和紊流过强时燃烧压紊流适宜和紊流过强时燃烧压力变化比较力变化比较挤流间隙挤流间隙汽油机产生紊流的方法有进气涡流和挤流两种汽油机产生紊流的方法有进气涡流和挤流两种: : (1)(1)进气涡流；进气涡流；(2)(2)挤流挤流(1)(1)进气涡流进气涡流 进气涡流是利用进气口和进气涡流是利用进气口和进气道的形状在进气过程中造进气道的形状在进气过程中造成气流绕气缸中心线的旋转运成气流绕气缸中心线的旋转运

9、动，由于进气涡流加快了火焰动，由于进气涡流加快了火焰传播速度，提高了燃烧速率，传播速度，提高了燃烧速率，使热效率提高。使热效率提高。 组织进气涡流的同时会使组织进气涡流的同时会使进气阻力增加，充气效率下降，进气阻力增加，充气效率下降，在低速低负荷时难以获得良好在低速低负荷时难以获得良好的进气涡流。故只依靠进气涡的进气涡流。故只依靠进气涡流的燃烧室非常少，通常配合流的燃烧室非常少，通常配合组织进气挤流。组织进气挤流。(2)(2)挤流挤流 挤流是当活塞接近压缩行程挤流是当活塞接近压缩行程终点时，利用其顶部和缸盖底面之终点时，利用其顶部和缸盖底面之间的狭小间隙间的狭小间隙( (称挤气间隙）将混称挤气

10、间隙）将混合气挤入主燃烧室内而产生，可利合气挤入主燃烧室内而产生，可利用燃烧室形状来控制涡流的大小和用燃烧室形状来控制涡流的大小和发生位置以及在燃烧室内扰动的形发生位置以及在燃烧室内扰动的形成及其强度。成及其强度。 增大挤流强度可以提高明显燃增大挤流强度可以提高明显燃烧期火焰传播速度，缩短燃烧时间，烧期火焰传播速度，缩短燃烧时间，而且不会引起充气效率降低。而且不会引起充气效率降低。挤流间隙挤流间隙几种燃烧室的几种燃烧室的F/V与与HC排放排放4 4气门定时的影响气门定时的影响 (1)NOx (1)NOx受残留气体变化的影响，即受气门重叠的影响，随进气门早受残留气体变化的影响，即受气门重叠的影响

11、，随进气门早开、排气门迟闭，缸内残余废气增加，使燃烧温度下降，开、排气门迟闭，缸内残余废气增加，使燃烧温度下降，NOxNOx排放减少排放减少 。 (2) (2)排气门早开导致正在燃烧的排气门早开导致正在燃烧的HCHC排出，从而排出，从而HCHC排放增加。排放增加。图图2-21 2-21 气门定时对发动机气门定时对发动机HCHC和和NOxNOx排放的影响排放的影响5.5.活塞顶环隙容积的影响活塞顶环隙容积的影响 进入活塞和缸壁构成的小进入活塞和缸壁构成的小间隙（活塞顶环隙）的混合气，间隙（活塞顶环隙）的混合气，由于壁面淬熄效应和狭缝效应由于壁面淬熄效应和狭缝效应的影响，很难燃烧掉，从而影的影响，

12、很难燃烧掉，从而影响了响了HCHC的排放量。的排放量。图中图中 d d表示活塞顶环隙的表示活塞顶环隙的宽度；宽度；l l表示活塞顶环的深度表示活塞顶环的深度可见随活塞顶环隙容积增大，可见随活塞顶环隙容积增大，进入环隙的混合气增多进入环隙的混合气增多 HCHC排排放增加。放增加。6.6.排气系统的影响排气系统的影响 排气系统对排气系统对HCHC排放有影响。排放有影响。(1)HC(1)HC在排气系统中可以进一在排气系统中可以进一步被氧化，步被氧化， 温度越高，温度越高，HCHC被被氧化的越多；氧化的越多；(2)(2)排气在排气系统高温段停排气在排气系统高温段停留的时间越长，留的时间越长，HCHC被

13、氧化的也被氧化的也就越多。就越多。活塞顶环隙容积对活塞顶环隙容积对HC排放的影响排放的影响 1- 1-火花塞在燃烧室侧面；火花塞在燃烧室侧面；2-2-火花塞在燃烧室中心火花塞在燃烧室中心 7 7、火花塞位置的影响、火花塞位置的影响火花塞在燃烧室的位置不同时，发动火花塞在燃烧室的位置不同时，发动机的燃烧放热速率不同，故火花塞的机的燃烧放热速率不同，故火花塞的位置对排放有重要影响。位置对排放有重要影响。 火花塞的布置应使火焰传播距离火花塞的布置应使火焰传播距离短，若火花塞距燃烧室的缝隙较远，短，若火花塞距燃烧室的缝隙较远，则汽油机则汽油机HCHC排放增加，反之亦然。排放增加，反之亦然。 火花塞对火

14、花塞对HCHC排放的影响还与燃烧排放的影响还与燃烧室的结构形状有关：一般说，对非紧室的结构形状有关：一般说，对非紧凑型燃烧室的影响比对紧凑型燃烧室凑型燃烧室的影响比对紧凑型燃烧室的影响大。如在圆盘型燃烧室上，由的影响大。如在圆盘型燃烧室上，由于火花塞位置的不同可使发动机于火花塞位置的不同可使发动机HCHC排排放产生放产生3535差别。差别。 火花塞位置与燃烧室形状共同决火花塞位置与燃烧室形状共同决定了质量燃烧率，在燃烧前期燃烧质定了质量燃烧率，在燃烧前期燃烧质量增加，会使量增加，会使NONO排放增加，但对改善排放增加，但对改善油耗有利。油耗有利。火花塞位置对油耗和火花塞位置对油耗和HCHC排放

15、物影响排放物影响1-二气门发动机；二气门发动机；2-四气门发动机四气门发动机 四气门和二气门发动机对油耗和四气门和二气门发动机对油耗和HC排放物影响排放物影响8.8.其他影响因素其他影响因素(1)(1)气门数的影响气门数的影响(2)(2)增压对排放的影响增压对排放的影响 汽油机增压可使可燃混合物的压汽油机增压可使可燃混合物的压力升高，力升高，NOx NOx 增多，若使增多，若使降低，燃降低，燃烧的最高温度下降，烧的最高温度下降，NOxNOx反有所下降。反有所下降。 增压后使增压后使HCHC的排放减少。的排放减少。 增压后增压后COCO排放有所减少。排放有所减少。(3)(3)涡流对排放的影响涡流

16、对排放的影响 燃烧室内涡流是影响燃烧室内涡流是影响HCHC和和NOxNOx排排放的重要因素。配合使用稀混合气，放的重要因素。配合使用稀混合气，降低有害排放。降低有害排放。五、燃料性质五、燃料性质1.1.辛烷值辛烷值辛烷值是表示汽油抗爆性的指标。辛烷值是表示汽油抗爆性的指标。汽油辛烷值的大小影响汽油机的油耗，辛烷值低，油耗增加，因此排放量汽油辛烷值的大小影响汽油机的油耗，辛烷值低，油耗增加，因此排放量也随之增大。也随之增大。2.2.挥发性挥发性汽油蒸发性的指标：馏程和蒸汽压。汽油蒸发性的指标：馏程和蒸汽压。 馏出馏出10%10%的温度的温度(42-58)(42-58)：标志起动性；：标志起动性；

17、 馏出馏出50%50%的温度的温度(90-110 )(90-110 )：标志汽油的平均蒸发性：标志汽油的平均蒸发性, ,保证汽车加速保证汽车加速性和平稳性的重要指标；性和平稳性的重要指标； 馏出馏出90%90%的温度的温度(155-180 ) (155-180 ) ：标志燃料中含有难以挥发的重质成分：标志燃料中含有难以挥发的重质成分的数量。的数量。 雷德饱和蒸汽压雷德饱和蒸汽压: :在规定条件下，油品在要求的实验仪器中气液两相在规定条件下，油品在要求的实验仪器中气液两相达到平衡时，汽油与其蒸气的体积比为达到平衡时，汽油与其蒸气的体积比为1:41:4以及在以及在3838C C时所测得的汽油最时所

18、测得的汽油最大压力。大压力。 (1) (1)汽油的挥发性太低，则混合气的生成不良，启动困难，暖机性能汽油的挥发性太低，则混合气的生成不良，启动困难，暖机性能不好，影响燃烧和排放；不好，影响燃烧和排放； (2) (2)挥发性太高，则蒸发排放增加，碳罐容易过载，并且油路中气泡挥发性太高，则蒸发排放增加，碳罐容易过载，并且油路中气泡增加，影响喷油器的稳定性，进而影响排放。增加，影响喷油器的稳定性，进而影响排放。我国2002年的汽油标准技术指标单位限值马达法辛烷值85研究法辛烷值95雷德蒸汽压RVPkPa56-64初馏点24-40馏出10%的温度42-58馏出50%的温度90-110馏出90%的温度1

19、55-180终馏点190-215烯烃体积分数0.2芳烃体积分数0.45铅的含量g/L0.005磷的质量浓度g/L0.0013硫的质量分数% 0.043.3.烯烃和芳烃含量烯烃和芳烃含量 烷烃：热稳定性好、正构烷辛烷值烷烃：热稳定性好、正构烷辛烷值低，异构烷、环烷高（理想的汽油低，异构烷、环烷高（理想的汽油组分）组分） 烯烃：属不饱和碳氢混合物，较高烯烃：属不饱和碳氢混合物，较高辛烷值，热稳定性差，受热后会形成胶辛烷值，热稳定性差，受热后会形成胶质沉积在进气系统和燃油供给系统中，质沉积在进气系统和燃油供给系统中，形成阻塞，使排放恶化，功率下降，油形成阻塞，使排放恶化，功率下降，油耗增加。另外，烯烃蒸发后会促使近地耗增加。另外，烯烃蒸发后会促使近地大气中形成臭氧，危害健康。质量分数大气中形成臭氧，危害健康。质量分数从从20%20%降至降至5%5%，大城市中臭氧下降，大城市中臭氧下降20%- 20%- 30%30% 芳烃：辛烷值很高，燃烧速度慢，芳烃：辛烷值很高，燃烧速度慢，增加发动机中的沉积物及有害气体排放增加发动机中的沉积物及有害气体排放。 随着燃料中芳烃的增加，随着燃料中芳烃的增加，NOxNOx排放排放量也增加，这是由于芳烃燃料温度较高量