第八章排气污染与控制ppt课件

1、汽车发动机原理同窗们好汽车发动机原理第八章排气污染与控制 第八章 排气污染与控制 概述8.1 概述 1汽车发动机的排气污染 汽车发动机的排气是城市大气污染的主要缘由，因此，控制发动机排放污染物是当前的主要研讨开展方向之一。 汽车发动机排放的有害物质种类主要是CO、HC、NOX 和微粒(PM)，绝大多数污染物出如今废气中，少量 HC 来自于曲轴箱和燃料系统泄露的燃料及光滑油蒸发物，包括气缸窜入曲轴箱的燃气。 发动机排放污染物的危害有二个方面： 1危及人体安康； 2破坏环境。 除了发动机排放污染物质呵斥对大气的直接污染，汽车有害排放物还能够经过与环境物质或有害物质之间的化学反响，构成二次污染。第八

2、章 排气污染与控制8.1 概述 2、汽车排放污染的危害 曾经确定的典型的环境效应是： 1酸雨，汽车排放污染物中酸性物质溶解于水后构成； 2光化学烟雾，汽车有害排放物中 HC 与NOX 在强阳光作用下，相互反响生成的有毒烟雾，主要成分是臭氧和PAN过氧酰基硝酸盐； 3臭氧层空洞，卤族元素在强阳光照射时，耗费臭氧，导致臭氧层破坏； 4温室效应，汽车排放使大气中CO2浓度添加，气温上升。 汽车有害排放物对人体和生物的危害有： CO： 血液输氧才干降低、神经中枢受损，严重时危及生命。 HC： 刺激鼻、眼和呼吸道粘膜，引发呼吸道疾病。 NOX ： 刺激人眼粘膜，对神经中枢有抑制造用，使呼吸系统失调，引发

3、疾病。 微粒： 微粒是气固态的物质颗粒，因外表吸附多种有毒、致病、致癌或致命物质而具有危害。 光化学烟雾： 对人体呼吸系统以及粘膜有剧烈刺激，引发肺水肿疾病。此外，对植物生长有抑制造用。第八章 排气污染与控制8.1 概述 3、汽车排放控制技术规范 经过几十年的努力，汽车发动机排放的污染物质数量曾经大大减少。除CO2 以外，如今 100 辆汽车排放的污染物数量才相当于1950年一辆汽车的排放量。 控制汽车排放的努力，集中表达在由各国政府制定并强迫实施的汽车排放控制技术规范。这是由于环境污染影响到整个地球和人类社会，并涉及各方面的经济利益。为突出汽车排放控制技术规范的强迫性，它们也被称为排放法规。

4、 汽车排放法规的主要内容是： 1限值：有害排放物的限制数量或浓度； 2实验规范： 检测汽车或发动机有害排放物时的实验条件、要求和程序流程； 3采样方法：检测实验时，采集样品的原理、方法和要求； 4检测仪器：一致规定测试仪器的任务原理。 但是，由于汽车保有量的继续添加，汽车排放污染物的总量仍不断上升，环境维护的情势非常严峻，特别是CO2 的排放。第八章 排气污染与控制8.1 概述 4、发动机排放污染物的计量单位和目的 汽车发动机的有害排放物实践是微量的。由于有害排放物既有气态的，也有液、固态的，因此，有害排放物的计量单位为： 1微量浓度单位CV/V或M/V ： %，10-6 百万分之几， g/m

5、3， mg/m3等，适宜于气态有害物。 2微量质量单位GM/T等： g/h，g/次，g/km，mg/h，mg/次，mg/km等，适宜于液、固态有害物，有时也用于气态有害物。 发动机排放目的有： 1排放浓度，表示某种有害排放物在废气中所占容积或质量的比例。 2排放质量，表示汽车或发动机在单位时间、单次实验或单位里程里排放的某种有害排放物质量。 3比排放量，表示发动机单位功率小时的某种有害排放物 的质量，用于不同发动机之间的比较。第八章 排气污染与控制 有害排放物生成机理8.2 有害排放物生成机理 1NOX 生成机理 NOX 排放的生成机理目前尚无一致认识，比较认可的是用捷尔杜维奇链反响解释 NO

6、 生成，并用其代表 NOX的生成机理。 这个反响机理表示NOX 生成反响是不分支的链反响，而且是吸热反响。第八章 排气污染与控制8.2 有害排放物生成机理 生成要素 根据化学反响平衡原理、NOX 的生成机理、平衡浓度的模拟计算和发动机台架实验的结果，提示NOX生成的主要要素是： 1反响温度 2氧气浓度 3反响时间 汽油机熄灭温度比柴油机高，因此，反响温度是影响汽油机NOX 排放的主要要素；氧气浓度经过空燃比对汽油机 NOX 排放产生影响，在一定的空燃比范围中，汽油机有较高的NOX排放；汽油机的转速较高，反响时间对汽油机的NOX排放影响较小。 柴油机熄灭的特点时空气充足，熄灭温度比较低，因此，氧

7、气浓度是影响柴油机NOX 排放的主要要素；氧气浓度经过空燃比对柴油机NOX排放发生影响，在一定的空燃比范围中，柴油机有较高的NOX排放；柴油机的转速虽然比汽油机低，但熄灭时间依然较短，故反响时间对柴油机的NOX排放影响较小。第八章 排气污染与控制8.2 有害排放物生成机理 2、CO 生成机理 1缺氧与部分缺氧熄灭 根据化学计量学原理，当空气过量，氧气充足，稀混合气熄灭时，燃料应该能完全熄灭，不会产生 CO；空气缺乏，缺氧或部分缺氧，即浓混合气熄灭时，会产生较多的 CO 。 即空气充足空气缺乏第八章 排气污染与控制8.2 有害排放物生成机理 3水煤气反响 水煤气反响也是熄灭产物中有一定数量 CO

8、 的缘由之一。水蒸气也可高温离解 2CO2的高温离解 1 时，熄灭产物中有一定数量 CO 的缘由之一是存在 CO2 的高温离解离解后的 H2 和 O2 参与其它反响，主要是水煤气反响第八章 排气污染与控制8.2 有害排放物生成机理 4熄灭过程不完善 实践熄灭过程是一个非常复杂的链式反响。熄灭过程中产生大量中间产物，包括 CO 。链式反响中断、不正常熄灭如外表点火、爆震以及后燃过于严重，即熄灭过程不完善，都构成 CO 排放。 有很多缘由可以导致熄灭过程不完善。如部分断火、缺火、活性粒子碰撞壁面而失去活性、混合气过浓或过稀、废气稀释过度、各种点火缺点等等。这些缘由都会呵斥熄灭过程不完善。 汽油机熄

9、灭时，混合气浓度变化较大，既有缺氧的浓混合气，也有氧气充足的稀混合气。电控汽油放射式发动机根本是浓混合气。因此，汽油机CO 排放的主要要素是缺氧和熄灭不完善。 柴油机熄灭时空气充足，但混合气浓度不均匀。因此，部分缺氧和熄灭不完善是柴油机CO 排放的主要要素。 CO2的高温离解和水煤气反响虽然也是CO排放的缘由，但在发动机熄灭过程中发生的几率很小，可以忽略。第八章 排气污染与控制8.2 有害排放物生成机理 3、HC 生成机理 1缸壁激冷效应 熄灭室壁面附近区域的混合气不能熄灭景象称为缸壁激冷效应。 2熄灭室缝隙效应 发动机熄灭室缝隙中混合气不能熄灭的景象称为缝隙效应。 3熄灭过程不完善 发动机排

10、放的 HC 主要是熄灭过程中间产物。熄灭过程不完善，构成 HC 排放。 4扫气和漏气 少量混合气在气门重叠时，直接从进气门流向排气门扫气。气门封锁不严漏气，也可导致 HC 排放。 5光滑系统与燃料系统的蒸发 部分 HC 排放来自燃料系统和曲轴箱的气体泄露。燃料系统的泄露完全是燃油蒸汽，曲轴箱泄露的气体包括气缸窜气和光滑油蒸汽。第八章 排气污染与控制8.2 有害排放物生成机理 HC 是熄灭过程中间产物，是可熄灭气体。随着熄灭的进展会逐渐减少，并且在排气过程和排气管内会进一步氧化。 仅就熄灭来说，汽油机气缸内是混合气。因此，熄灭过程不完善、壁面激冷效应和缝隙效应是汽油机 HC 排放的主要缘由，扫气

11、漏气那么是次要缘由；柴油机气缸中，壁面区域和缝隙中几乎全部是空气，换气时出现扫气也完全是空气，熄灭时混合气浓度不均匀，存在混合气极其稀薄的区域，因此，柴油机的 HC 排放主要缘由是熄灭过程不完善。二冲程汽油机换气过程包括依托新颖混合气顶出缸内的废气扫气过程，实现换气，使得相当数量的新颖混合气进入排气口。因此，扫气是其 HC 排放的最主要缘由。第八章 排气污染与控制8.2 有害排放物生成机理 4、微粒 与汽油机相比，柴油机的微粒排放比较突出。 柴油机微粒排放的类型 1白烟 白烟在起动及暖机过程前期，发动机温度在 250 时出现，主要成分为燃油颗粒，微粒直径较小。 在起动及暖机过程前期，发动机温度

12、低，紧缩压力相对降低，喷油量小，喷油压力下降，油束雾化不好，同时，熄灭条件差，存在部分混合气过浓或油束心部、后部在分散熄灭时未能充分熄灭景象。未能熄灭燃料在排气过程受已燃气体的加热变成燃油蒸汽，构成白烟。 2蓝烟 蓝烟在暖机过程后期，温度为250 至着火温度出现，主要成分为光滑油颗粒，微粒直径略大。 在暖机过程后期，发动机温度逐渐升高，熄灭室壁面温度提高，使壁面光滑油蒸发，但气缸供油量少，熄灭热量小，熄灭温度低，不能使光滑油蒸汽熄灭，因此构成蓝烟排出。第八章 排气污染与控制8.2 有害排放物生成机理 3黑烟碳烟 黑烟在急加速过程或大负荷时出现，主要成分为碳颗粒，微粒直径较大，直径范围宽。 柴油

13、机的微粒排放主要是碳烟。 碳烟生成机理 碳烟是熄灭过程的中间产物。熄灭过程中包括分子裂解、分解以及聚合等反响，在部分缺氧熄灭时，就出现碳烟。碳烟生成有两条道路：高温下裂解、复聚和环构；较低温度下聚合、环构和脱氢。 1高温道路第八章 排气污染与控制8.2 有害排放物生成机理 2低温道路 柴油机碳烟生成主要按高温道路，即高温并缺氧熄灭是碳烟生成的主要缘由。 随着熄灭过程进展，碳烟也会氧化熄灭。发动机碳烟排放数量取决于碳烟生成和氧化矛盾作用的结果。在熄灭过程中，碳烟生成几乎不可防止。因此，重要的是加强氧化熄灭，才干减少碳烟排放数量。第八章 排气污染与控制 有害排放物生成的影响要素8.3 有害排放物生

14、成的影响要素 8.3.1 汽油机有害排放物生成的影响要素 内因 1燃料质量 燃料质量影响熄灭过程，从而直接影响有害排放物生成；燃料成分影响空燃比的计算和控制，间接影响有害排放物生成。 2混合气浓度空燃比或过量空气系数 CO 和 HC 排放浓度随空燃比提高而迅速减小，空燃比超越某一数值后， CO 和 HC 浓度反而添加。空燃比 A / F 16 即 1.08 时， CO 排放浓度最低； A / F 超越 20 时， CO 排放浓度因熄灭速度过慢且不稳定而添加。当 A / F = 17 即 1.15 时， HC 排放浓度最低。空燃比过大 A / F 17 时，HC 排放浓度因熄灭不稳定迅速添加。第

15、八章 排气污染与控制8.3 有害排放物生成的影响要素 NOX 生成浓度随空燃比添加呈现先升高后下降的趋势，在空燃比 A / F 为15 16 之间获得最大值。 当混合气浓度较大， A / F 较小时，NOX 生成浓度随空燃比加大而添加。这种混合气熄灭温度高，氧气浓度低，随着空燃比添加，氧气浓度提高， NOX生成浓度上升。 空燃比继续加大，NOX 生成浓度也上升。到 A / F 15 16 时，NOX 生成浓度到达极大值。此时，空燃比对氧气浓度和熄灭温度两方面影响的综合效果，最有利于NOX生成。 空燃比添加到混合气成为稀薄混合气，NOX生成浓度迅速下降。由于这种混合气熄灭温度急剧下降。 上述讨论

16、可知，稀薄熄灭有利于改善汽油机的排放。 8.3.1 汽油机有害排放物生成的影响要素 内因 3混合气浓度空燃比或过量空气系数第八章 排气污染与控制8.3 有害排放物生成的影响要素 3EGR 将少部分废气送入气缸，参与下一循环熄灭，有利于抑制NOX生成，但废气再循环的废气量不能过大。否那么，会使熄灭恶化。 外因 4点火提早角 对应每一个工况，存在一个 最正确点火提早角，此时，汽油机动力性和经济性最好。推迟点火，HC和NOX 排放减少，但CO排放添加。 5紧缩比 发动机紧缩比大， NOX 排放多，其他有害排放物少。 6工况 发动机怠速运转时， HC 和 CO 排放浓度较高，中等转速时HC 和 CO

17、排放最低。适当提高怠速有利于降低HC 和 CO 排放，但怠速过高会引起油耗添加。 8.3.1 汽油机有害排放物生成的影响要素 内因 第八章 排气污染与控制8.3 有害排放物生成的影响要素 8.3.2 柴油机有害排放物生成的影响要素 内因 1燃料质量 燃料质量影响熄灭过程，从而直接影响有害排放物生成；燃料成分影响空燃比的计算和控制，间接影响有害排放物生成。 2混合气浓度空燃比或过量空气系数 柴油机CO 和 HC 排放浓度比汽油机低得多。CO 和 HC 排放浓度随燃空比提高而添加。中小负荷时， CO 和 HC 排放浓度最低。大负荷时，燃空比较大， CO 排放浓度急剧添加，HC 排放添加不多。 柴油

18、机 NOX 生成浓度与汽油机相当。 NOX 生成浓度也随燃空比添加呈现先升高后下降的趋势， NOX 浓度最大值出如今接近全负荷工况。 柴油机碳烟生成比汽油机严重。燃空比添加到一定数值，碳烟排放迅速提高。 3EGR 将少部分废气送入气缸，参与下一循环熄灭，有利于抑制NOX 生成，但废气再循环的废气量不能过大。否那么，会使熄灭恶化。第八章 排气污染与控制8.3 有害排放物生成的影响要素 8.3.2 柴油机有害排放物生成的影响要素 外因 4喷油提早角 对应每一个工况，存在一个 最正确喷油提早角，此时，柴油机动力性和经济性最好。假设推迟喷油，NOX 排放减少，但碳烟排放添加。 5紧缩比 发动机紧缩比大

19、， NOX 排放多，其他有害排放物少。 6工况 发动机怠速运转时， HC 排放浓度较高；大负荷时NOX 排放较多；全负荷时碳烟排放高。 7熄灭室 直喷式熄灭室的有害排放物比分隔式熄灭室多。第八章 排气污染与控制8.3 有害排放物生成的影响要素 8.3.2 柴油机有害排放物生成的影响要素 柴油机熄灭与有害物生成 HC 中小负荷时在稀燃火焰熄灭区生成，由于过稀不能熄灭；大负荷时在油束心部生成，由于熄灭不完全。 CO 中小负荷时在稀燃火焰熄灭区生成，由于过稀不能熄灭；大负荷时在油束心部生成，由于部分缺氧。 NOX 大负荷时在稀燃火焰区生成，由于这里温度高，氧气多。 碳烟 全负荷时在油束心部生成，由于这里温度高并缺氧。第八章 排气污染与控制 有害排放物的控制8.4 有害排放物的控制 8.4.1 概述 针对内因采取的控制措施，前处置净化； 针对外因采取的控制措施，机内净化； 补救措施，后处置净化，包括 排气后处置； 非排气的污染物控制。 8.4.2 前处置净化 1、 提高燃油质量：环保汽油和环保柴油配方燃油；开发新型燃油添加剂。 2、 采用EGR第八章 排气污染与控制8.4 有害排