bx发动机原理排放ppt课件

1、汽车发动机原理排气污染与控制8.1 有害排放物的生成机理与影响要素8.1.1 有害排放物的种类与危害法规限制成份： CO、HC、NOx、PM其他有害成份： SOx、铅化合物、醛类、苯类、丁二烯、柴油机排气臭味光化学烟雾是一种淡蓝色的烟雾，汽车尾气和工厂废气里含大量氮氧化物和碳氢化合物，这些气体在阳光和紫外线作用下，会发生光热化学反响，光化学烟雾由此而生。它的主要成分是一系列氧化剂，如臭氧、醛类、酮等，它的毒性很大，对人体有剧烈的刺激作用，严重时会使人出现呼吸困难，视力衰退，手足抽搐等症。在上世纪世界环境污染八大公害事件中，光化学烟雾事件便占了5起。1955年，洛杉矶发生的高浓度光化学烟雾导致了

2、两天内400多名65岁以上老人的死亡。 8.1.2 评定目的和单位分类定义单位备注浓度排放量体积分数质量浓度106、109mg/m3仪表给值环境监测质量排放量单位时间质量排放量单位测试循环质量排放量g/hg/测试循环循环工况测试比排放量单位功率单位时间排放量单位运转里程质量排放量g/(kW.h)g/km发动机测试整车工况测试8.1.3 有害排放物的生成机理1Thermal NO2Prompt NO 3Fuel NONOx生成途径1、NOx生成1 Thermal NOExtended Zeldovich Reaction (19461973)( O2 2O )O N2 NO + N H75 Kc

3、almol1 (1)N O2 NO + O H31.4 Kcalmol1 (2)N OH NO + H H40.8 Kcalmol1 (3)生成条件：T1800K 1、3式均为剧烈的吸热反响a1.0已燃气体 火焰前锋面后2 Prompt NOFenimore. C P， 1971年CnH2n CH、CH2 CH N2 HCN + N H3.3 Kcalmol1 (4)CH2 N2 HCN + NH 由HCN CN NO由N经式2、3 NO由NH N NO生成条件：相对低温a1.0 复原气氛熄灭中的气体 火焰前锋面上* 并不需求很高的温度活化能，中间生成物HCN是关键3Fuel NO燃料中的氮化

4、合物HCN、CN、NH2、NHNO生成条件：可以小于1800Ka影响不明确影响NOx生成的三要素温度 T，那么NO平衡浓度 ，NO生成速率， 其中，生成速率影响最大氧浓度 温度一定时，氧浓度，那么NO 反响时间 相对CO、H2O等，NO 反响较慢，因此在实 际 发动机熄灭终了时髦达不到平衡浓度,故即使在高温下,假设反响停留时间短,NO生成的量受限冻结：导致在化学平衡浓度和实践浓度之间出现差别，坚持较高浓度排出2、CO不完全熄灭产物，主要受混合气浓度影响不完全熄灭 a1时：部分缺氧热离解 CO2 CO 排气中生成 HC在排气中进一步氧化时生成CO3、未燃HC THC1HC在汽油机中的生成机理不完

5、全熄灭 a1，混合不均、减速、失火、循环动摇壁面淬熄效应 低温、弱流动和弱湍流导致淬熄层Quenching layer，窄缝处面容比大，火焰无法 传入，也称缝隙效应 油膜和积碳吸附 混合气构成过程中，吸附HC熄灭过程中，Unburnt，排气过程中，脱附释放GapsDepositsOil filmQuenchingat Wall 熄灭室内缝隙的组成 活塞顶环岸缝隙中烃的排出过程 混合不均匀 过浓或过稀2HC在柴油机中的生成机理HC在柴油机中的生成机理 喷油器压力室容积燃油滞留于压力室 受热膨胀或汽化后低速进入熄灭室 难以混合熄灭 二次喷油或后滴4.微粒的生成 熄灭系统中炭烟粒子的构成过程 燃油中

6、烃分子在高温缺氧的条件下发生部分氧化和热裂解，生成各种不饱和烃类，如乙烯、乙炔及其较高的同系物和多环芳香烃。它们不断脱氢、聚合成以炭为主的直径2nm左右的炭烟中心 PM高度显微图例8.1.4 有害排放物生成的影响要素1汽油机1、 a的影响 CO： a ，CO单调； a1，逐渐达最低值 HC： a ，HC ； a 过大，HC上升过稀 NO： a1.1后，氧化气氛，但温度下降，NO 点火提早角对燃油耗费量和有害排放物的影响 气缸内熄灭压力与点火时辰的关系 2、 点火提早角的影响3、工况影响排气成分怠速加速定速减速HC8001065401064851065000106NOx2310615431061

7、2701066106CO4.9%1.8%1.7%3.4%CO210.2%12.1%12.4%6.0%汽油机在不同工况下排气成分的体积分数4 废气再循环 废气再循环系统任务原理 原理和作用：一部分排气经EGR阀还流回进气系统，稀释了新颖混合气中的氧浓度，导致熄灭速度降低，同时还使新颖混合气的比热容提高。两者都呵斥熄灭温度的降低，因此可以抑制NOx的生成。 EGR降低NOx的效果 影响柴油机有害排放物生成的主要要素及控制 柴油机有害排放物生成特点 未燃HC 1;3、4 CO 1、2界面；3、4Nox 2、3炭烟 3、4醛类 11稀燃火焰熄灭区2稀燃火焰区3油束心部4油束尾部和后喷部2柴油机NO：与

8、汽油机类似，但留意区间碳烟：与汽油机CO类似，但向稀区平移CO：与汽油机CO类似，过稀时上升HC： a2后，过稀和低温使HC 留意：CO、HC远低于汽油机，普通不超标留意a范围！与汽油机比较影响要素 1.混合气成分 2. 喷油时辰 3.熄灭室类型 混合气成分与柴油机排放的关系喷油定时对排放的影响3.熄灭室排放比较分隔式熄灭室生成的NOx、CO、HC和炭烟的排放浓度均低于直喷式，特别是NOx排放浓度普通比直喷式熄灭室的低50左右 缘由是，这种熄灭室的熄灭及排放物的生成分两个阶段进展。在喷油开场和熄灭初期，副熄灭室的空燃比较小，氧浓度较低，燃料不能够熄灭完全，从而构成较多的CO及未燃烃。副熄灭室在

9、着火后温度较高，但氧浓度低，对生成NOx仍有不利的影响。主熄灭室内有充足的新颖空气，使来自副熄灭室的CO及HC进一步氧化。高温燃气进入主熄灭室后，温度有所下降，抑制了NOx的生成 8.3 排放污染物的机内净化技术降低排气污染技术分类机内净化熄灭机外净化后处置清洁燃料燃料柴油机汽油机柴油机汽油机气体燃料：CNG、LNG LPG馏分轻，降低排烟液体含氧燃料：甲醇、乙醇、二甲醚、甲酯植物油酯化非排气污染控制技术燃油系统蒸发曲轴箱窜气1废气再循环 废气再循环系统任务原理 原理和作用：一部分排气经EGR阀还流回进气系统，稀释了新颖混合气中的氧浓度，导致熄灭速度降低，同时还使新颖混合气的比热容提高。两者都

10、呵斥熄灭温度的降低，因此可以抑制NOx的生成。 汽油机机内净化技术 图10.12 EGR降低NOx的效果 2.改良发动机设计 熄灭系统进气系统活塞组设计 分层稀薄熄灭 火花塞位置对油耗和HC排放物的影响 1火花塞在熄灭室侧面 2火花塞在熄灭室中心 3.电子控制燃油放射系统(EFI)4.提高燃油质量 5.推迟点火提早6.提高点火能量柴油机机内净化技术 1.增压中冷技术最现实的方法是添加空气量 2.改良进气系统 1)进气组织 2)多气门 图10.24缸内的各种有组织气流(a)切向进气道及其产生的旋流 (b)螺旋进气道及其产生的旋流 (c)纵向滚流(d)紧缩时的挤流 (e)膨胀时的逆流 3.改良喷油

11、系统 1)高压放射 2)推迟喷油提早角 3)减小喷孔直径，添加喷孔数目 4)减小喷嘴压力室容积 5)高压共轨电控燃油放射 三种燃油系统的喷油压力对烟度及性能的影响实验条件：转速1000r/min， 17， NOx1200106 4.改良熄灭系统 1)熄灭室容积比熄灭室容积对气缸余隙容积之比 2)熄灭室口径比 口径比dk/D小的深熄灭室可在室中产生较强的涡流 3)熄灭室外形 缩口熄灭室曾经取代运用最广直边不缩口的形熄灭室 4) 适当提高紧缩比 图10.27挤流口型与规范型熄灭室的排放特性 不缩口型缩口型三种熄灭室的烟度及燃油耗费率1-形熄灭室2-四角型熄灭室3-微涡流熄灭室 5.降低机油耗费 6

12、.废气再循环 7.提高燃油质量 排气污染的机外净化技术三效催化转化器的净化效果排放控制技术的一次革命三效催化剂催化转化器的冷起动HC排放7080的HC排放是在催化器起燃之前产生，因此降低冷起动HC排放是满足更加严厉排放法规的关键。措施：降低T50 、 50三效催化转化器构造载体氧化铝球、陶瓷蜂窝载体和金属载体3种。 孔密度=200-600孔/in2 壁厚=0.150.10mm陶瓷 氧化型催化剂、复原型催化剂、三效催化剂和稀燃催化剂。 氧化型催化剂OC，Oxidation Catalyst 2CO + O2 2CO2 1-1 4HC5O2 4CO2 + 2H2O 1-2 2H2 + O2 2H2

13、O 1-3汽油车催化剂任务原理三效催化剂TWC，Three Way Catalyst 2CO + 2NO2CO2 + N2 1-4 4HC + 10NO4CO22H2O5N2 1-5 2H2 + 2NO 2H2O + N2 1-6转化效率空燃比特性Sweep 起燃特性Light off起燃温度特性Light-off Temperature) T50T起燃时间特性Light-off Time) 50TWC性能催化转化器的冷起动HC排放7080的HC排放是在催化器起燃之前产生，因此降低冷起动HC排放是满足更加严厉排放法规的关键。措施：降低T50 、 50例ZLEV排放控制系统在传统汽油机上可以实现

14、“近零排放，满足未来十年的排放要求本田1998年 多级催化剂 吸附预热. 10万英里老化后，排放仅有加州超低排放法规ULEV限值得1/10，在市区行驶时的NMHC排放低于周围大气中的浓度。相当于思索发电厂排污在内的电动车排放程度。(暖机后1ppmHC,而环境34ppm,自动车技术，2003，9，村中)在传统汽油机上可以实现“近零排放，满足未来十年的排放要求4. 空速特性SVSV5. 耐久性6. 流阻特性TWC性能小时排气量m3/h催化剂容积m3h1SV越大，反响气体在Cat.中的停留时间越短。柴油机机外净化技术 1.氧化催化转化器 2 .微粒捕集器3 .柴油机Nox 复原催化剂 柴油机氧化催化

15、剂运用效果 微粒捕集器的过滤资料(a)陶瓷蜂窝载体(b)陶瓷纤维编织物(c)金属线纤维编织物2.曲轴箱强迫通风系统 曲轴箱强迫通风系统(PCV，positivecrankcaseventilationsystem) 3.燃油蒸发控制系统 图10.20燃油蒸发控制系统 1空气滤清器2控制器3储气罐4油箱 5炭罐6进气管 8.5 排放法规及其测试方法1、排放法规体系排放法规排放限值检测方法整 车排放限值发 动机排放限值怠速法自在加速烟度循环工况法2、检测方法 怠速法自在加速烟度：环保检测、汽车修缮 工况法轻型车总重3.5T发动机测试台架1、排气污染与排放法规的历史1943年：美国洛杉矶市出现光化学

16、烟雾photo-chemical smog1952年：加州工大A.H.Smit博士提出Smog生成机理HC NO2 O3 PAN过氧酰基硝酸盐1966年：加州实施世界上第一个“汽车排放法规 7工况1968年：日本实施“大气污染防止法 怠速测CO1970年：欧洲开场实施排放法规 怠速测CO、HC1984年：中国实施排放法规 汽油车怠速、柴油车自在加速烟度1999年：北京实施欧法规2000年：全国实施欧法规2006年：全国全面实施欧法规制止消费和销售国排放轻型车2007年：北京、上海、广州开场实行欧法规 怠速法分为单怠速法和双怠速法。怠速法对于发现化油器轿车中的高排放车非常有效，对于配备电子燃油放

17、射系统和三元催化转化器的轿车那么效率明显降低。 我国装用点燃式发动机的新消费汽车，在用汽车排放限值见下表1.怠速法 工况法测试举例相对稳定工况ECE15 EUDC适用于轻型车模拟城市区city cycle和郊区Extra Urban Driving Cycle行驶工况全过程采气1袋起动后40s后开场采气分析欧后要取消40s，并加-7起动类似有日本10、15工况欧洲循环工况被我国和世界上 大多数国家采用，有能够成为 国际一致规范。我国轻型汽车污染物排放限值及丈量方法(GB 18352.32005)中规定运转循环是由1部(包含4个市区运转循环)和2部(市郊运转循环)组成，共继续1180秒。市区运转

18、循环单元表示图如图12.3所示，包含15 个工况(怠速、加速、匀速、减速等)；市郊循环包含13 个工况(怠速、加速、匀速、减速等)。 2.排气取样系统(直接取样全量取样 变稀释浓度取样法) 3.测试仪器 1) 不分光红外线分析仪 NDIR的任务原理 NDIR(Nondisperisve Infrared Analyzer)红外线分析仪的丈量原理，是建立在气体具有吸收电磁辐射的特性的根底上。不同的气体在红外波段(0.8600m)内都有其特定的吸收带(如CO为4.55m，CO2为44.5m等)，而且气体浓度愈高，吸收才干愈强。辐射吸收强度是衡量气体浓度的尺度。不分光红外线吸收型分析仪NDIR)-丈量CO、HC不分光红外线吸收型分析仪NDIR)气体流动道路 氢火焰离子分析仪 FID