关于-内燃机污染物的生成与控制JIANGKEppt课件

1、第七章 内燃机污染物的生成与控制第一节 概述第二节 污染物的生成机理第三节 内燃机的排放特性第四节 内燃机的排放控制第五节 排气后处置第六节 低排放燃料第七节 排放丈量和排放法规第一节 概 述内燃机用碳氢化合物燃料在熄灭室内完全熄灭时，将只产生CO2和H2O，没有其他有害产物。不过，高速内燃机熄灭过程占有的时间极短，可燃混合气不是完全均匀，燃料的氧化反响不能够完全。排气中会出现不完全熄灭产物，例如CO和未完全熄灭甚至完全未熄灭的碳氢化合物HC。在点燃式内燃机中，在某些工况例如全负荷运转时，为了获得最大功率而不得不用浓混合气，导致CO排放大大添加；为了提高冷起动的可靠性，也得加浓混合气。内燃机最

2、高熄灭温度达2000以上，又使空气中的氮在高温下氧化生成各种氮的氧化物。 压燃式内燃机中，由于可燃混合气是在熄灭前和熄灭中的极短时间内构成的，混合不均匀程度比较严重，在高温高压环境下缺氧的燃油会发生裂解、脱氢，最后生成碳烟粒子。这些碳烟粒子又吸附了各种各样的未熄灭或不完全熄灭的重质碳氢化合物，称为排气微粒。燃油中含有的硫使内燃机排放构成酸雨要素之一的SO2和SO3，用含铅汽油的汽油时机排出对神经系统有严重毒性的铅化物。排气污染物的危害1一氧化碳CO2碳氢化合物HC3 氮氧化物4 微 粒1 一氧化碳COCO是种无色无味的气体，它和血液中保送氧的载体血红蛋白的亲和力是氧的240倍。CO与血红蛋白结

3、合生成碳基血红蛋白，就剥夺了血红蛋白对人体组织的供氧才干。空气中CO的体积分数超越01时就会导致人体中毒；超越03时，那么可在30min内使人致命。2碳氢化合物HC HC包括未燃和未完全熄灭的燃油、光滑油及其裂解和部分氧化产物。如烷烃、烯烃、芳香烃、醛、酮、酸等数百种成分。烷烃根本上无味，对人体安康不产生直接影响。烯烃略带甜味，有麻醉作用，对粘膜有刺激，经代谢转化会变成对基因有毒的氧化衍生物。烯烃是与氮氧化物一同在太阳光的紫外线作用下构成有毒的“光化烟雾的罪魁祸首之一。芳香烃对血液和神经系统有害，特别是多环芳香烃PAH及其衍生物有致癌作用。醛类是刺激性物质，对眼、呼吸道、血液有毒害。3 氮氧化

4、物 内燃机排放的氮氧化物绝大部分是一氧化氮NO，少量是二氧化氮NO2。般用NOx表示。NO是无色气体，本身毒性不大，但在大气中缓慢氧化成NO2。NO2呈褐色，具有剧烈的刺激味。对肺和心肌有很强的毒害作用。NOx是在地面附近构成光化烟雾的主要要素之一。4 微粒排气中的微粒是指经空气稀释、温度降到52后用涂有聚四氖乙烯的玻璃纤维滤纸搜集的除水以外的物质。柴油机排出的微粒大多小于0.3m，其主要成分是碳及其吸附的有机物质。吸附物中有多种PAH，具有不同程度的致癌作用。污染物的评定目的1排放物体积分数和质量浓度 单位排气体积中排放污染物的体积，称为排放物的体积分数，通常以和10-6百万分比表示，质量浓

5、度常用mgm3等计量。2质量排放量 在环境维护实际中，要求对污染物进展总量控制。因此，作为污染源的内燃机或装内燃机的车辆，要确定运转单位时间、按某规范进展一次测试或车辆按规定的工况组合行驶后折算到单位里程的污染物排放置。质量排放量用g/h、g测试或g/km等单位表示。3比排放量 内燃机每作单位功所排放的污染物质量，用gkWh作单位表示，当然可以更客观地评价内燃机的排放性能。这个目的与燃油耗费率类似，也可以称为污染物排放率。第二节 污染物的生成机理和主要影响要素 一、一氮化碳二、未燃碳氢化合物三、氮氧化物四、微粒一、一氮化碳CO是碳氢化合物燃料在熄灭过程中生成的重要的中间产物。控制CO排放量的主

6、要要素是可燃混合气的过量空气系数a(图71)。在浓混合气中，a1，CO体积分数co随a的减小不断添加；在稀混合气中(a1)，co很低，只是在a1.01.1之间，CO随a略微变化。 点燃式内燃机部分负荷运转时，混合气的a接近1，CO排放量不高。但多缸机如各缸a不同仍会有的气缸a1，添加CO排放量。全负荷运转特别是冷起动时，混合气是浓的，a可小到0.8甚至更低，CO排放量很大。发动机加速时假设加浓过多，或者减速时不断油，即在瞬态运转工况下供油量控制不准确，会导致CO排放量剧增。柴油机总是在稀混合气下运转(指平均过量空气系数大于1)，CO排放量要比点燃机低得多，只需在负荷很大接近冒烟界限时才急剧添加

7、(图72)。二、未燃碳氢化合物点燃式内燃机未燃HC的生成与排放有三个渠道： 1)在气缸内的熄灭过程中生成并随排气排出。在二冲程汽油机中，由于用汽油空气混合气对气缸扫气，部分混合气经过气缸直接进入排气，导致未燃HC排放量比四冲程汽油机大好几倍。增压四冲程汽油机的HC排放量中有一部分也来源于气门叠开时的扫气。 2)从熄灭室经过活塞与气缸之间的各间隙漏人曲轴箱的窜气，含有大量HC，假设排入大气也构成HC排放物(称为曲轴箱排放物)。 3)从发动机和汽车的燃油系统，即汽油箱、化油器等处蒸发的汽油蒸气，假设排入大气同样构成HC排放物(称为蒸发排放物)。 柴油机排故的未燃HC那么完全由熄灭过程产生。(一)点

8、燃式内燃机汽油与空气的均匀混合气在过量空气系数a=1时熄灭时，根据化学反响动力学，根本上不产生未燃HC，但实践发动机中不是这样(图73)。即使a=1，HC也有相当大的数值，并随a的减小而迅速添加。当混合气过稀，由于熄灭恶化，甚至有些循环缺火会使HC急剧添加，只需采取特殊措施(如组织快燃)才能够缓和这种趋势。HC生成机理1冷激效应 熄灭室壁面对火焰的迅速冷却(称为冷激或淬冷)使火焰中产生的活性自在基复合，熄灭链反响中断，使化学反响缓慢或停顿。 狭隙效应是冷激效应的主要表现。汽油机熄灭室中各种狭窄的缝隙2油膜和堆积物吸附3容积淬熄 在冷起动和暖机工况下，因发动机温度较低致使燃油雾化、蒸发和混合气构

9、成变差。从而导致熄灭变慢或不稳定，有能够使火焰在到达壁面前因膨胀使缸内气体温度和压力下降呵斥可燃混合气大容积淬熄，使HC排放激增。4碳氢化合物的后期氧化 错过发动机主要熄灭过程的碳氢化合物，会重新分散到高温的已燃气体主流中，很快被氧化，至少是部分被氧化。所以，排放的HC是未燃的燃油及其部分氧化产物的混合物。前者大约要占 40左右。(二) 柴油机由于柴油机的任务原理是喷油压燃，燃油停留在熄灭室中的时间比汽油机短很多因此受壁面冷激效应、狭隙效应、油膜吸附、堆积物吸附作用很小。这是柴油机HC排放较低的缘由。 柴油机熄灭室中由喷油器喷入的柴油与空气构成的混合气能够太稀或太浓，使柴油不能自燃，或火焰不能

10、传播。如在喷油初期的滞燃期内，能够由于油气混合太快使混合气过稀，呵斥未燃HC。在喷油后期的高温燃气气氛中，能够由于油气混合缺乏使混合气过浓，或者由于熄灭淬熄产生不完全熄灭产物随排气排出，但这时较重的HC多被碳烟微粒吸附，构成微粒的一部分。柴油机未燃HC的排放主要来自柴油喷注的外缘混合过度呵斥的过稀混合气地域，结果呵斥柴油机怠速或小负荷运转时的HC排放高于全负荷工况。 喷油器的残油腔容积对HC排放的影响：残油腔容积中的柴油大约有15左右以未燃HC的方式排出。与点燃式内燃机一样，火焰在壁面上淬熄也是柴油机HC排放的一个来源，它取决于柴油喷注与熄灭室壁面的碰撞情况。采用油膜蒸发混合的柴油机，虽然在特

11、定工况下有较好的性能，但在冷起动时，大且未燃HC以微粒状排出，排气冒“白烟，因此已根本被淘汰。 三、氮氧化物next内燃机排故的氯氧化物NOx主要是一氧化氮NO。NO的主要来源是参与熄灭的串气中的氮。汽油和轻柴油本身含氮很少，缺乏以产生显著的NOx排放。从大气氮生成NO的化学机理是泽耳多维奇(Zeldovitch)机理。在化学当量混合比(a1)附近，导致生成和消逝NO的主要反响为：O2 2O N2+O NO+NO2+N NO+OOH+ N NO+O (一)点燃式内燃机控制点燃式内燃机NO排放量的主要要素是空燃比、缸内未燃混合气中已燃气的分量以及点火定时。 1空燃比的影响2已燃气体量的影响 点燃

12、式内燃机熄灭前，熄灭室中的混合气由空气、已蒸发的燃油蒸气和已燃气组成。后者是前一循环留下的剩余废气，或加上采用排气再循环(Exhaust Gas Recalculation简称EGR)时回流的废气。 引人进气管的废气可大大添加新颖混合气中的已燃气比例。当已燃气比例增大时，一方面减少可燃气的发热量，另一方面增大了混合气的热容，均使最高熄灭温度下降，从而使NO2排放下降。图74表示三种空燃比下再循环废气量与气缸总充量的质量比率EGR率对排气中NO体积分数NO的影响。图75表示发动机负荷和EGR率对NOx排放的影响。可见，当EGR率到达发动机部分负荷下的最大允许值15一20时，NOx排放显著下降。不

13、过，过分稀释新颖可燃气使熄灭恶化，导致缓慢熄灭、不完全熄灭甚至缺火(图76)、循环变动添加和HC排放添加。为了保证油耗低，应在过量空气系数a1的条件下用熄灭质量允许的最大EGR率获得尽能够低的NOx排放。 前往前往3点火定时的影响 点火定时剧烈影响点燃式内燃机的NOx排放量。推迟点火、降低最高熄灭温度并缩短己燃气停留在高温下的时间，可减少NOx排放。图77表示不同空燃比下的NO随点火提早角的变化情况。实验阐明，在常用转速和负荷工况下，减小点火提早角(ig)1(CA)，可以在输出功率不变的条件下削减NOx排放量2一3。用欧洲测试排放的规范循环测试时，ig每变动1(CA)，NOx变化03g测试。推

14、迟点火、提高排气温度，也有利于HC的后氧化，但有损发动机的燃油耗费率和比功率。 (二) 柴油机与点燃式内燃机的情况样，柴油机气缸内到达的最高熄灭温度也控制NOx生成在熄灭过程中。最先熄灭的混合气比例(预混合熄灭比例)对NOx的生成有很大影响。 研讨阐明，柴油机几乎一切NOx都是在熄灭开场后20(CA)内生成的。喷油较迟时NO较低，由于最高熄灭温度较低。推迟喷油是降低柴油机NOx排放的简便有效的方法，但代价是燃油耗费率有所提高，排气烟度增大。 与点燃式内燃机一样，熄灭的稀释剂(例如再循环的废气)也能降低柴油机已燃气体的温度 。从而减小NO的排放量。 四、微粒 点燃式内燃机中，含铅汽油的铅和汽油中

15、硫呵斥的硫酸盐，是排气微粒的主要成分。用含铅015g/L的汽油时，排放微粒100150mgkm，其中一半左右是铅。假设用无铅汽油，加上汽油含硫量普通都很低，可以以为点燃式内燃机根本上不排放微粒。柴油机的微粒排放量要比汽油机大几十倍。这种微粒由在熄灭时生成的含碳粒子(碳烟)及其外表上吸附的多种有机物组成，后者称为有机可溶成分(SOF-Soluble Organic Fraction)碳烟生成的条件是高温暖缺氧。由于柴油机混合气极不均匀，虽然总体是富氧熄灭，但部分的缺氧还是导致碳烟的生成。普通以为碳烟构成的过程如下：燃油中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

16、烯及其较高的同系物和多环芳香烃。它们不断脱氢、聚合成以碳为主的直径2nm左右的碳烟中心。气相的烃和其他物质在这个碳烟中心外表的凝聚，以及碳烟中心相互碰撞发生凝聚，使碳烟中心增大，成为直径2030nm的碳烟基元。最后，碳烟基元经过聚集作用堆积成直径1m以下的球团状或链状的聚集物。图78表示一些碳氢化合物如乙烯、丙烷、甲苯等在实验室熄灭器条件下预混合火焰中生成碳烟的温度和过量空气系数条件。组成柴油的各种烃生成碳烟的条件根本上也都在这个范围内。由图可见，碳烟生成数量随a降低而添加。温度对碳烟生成数量的影响，那么在1600一1700K之间到达最大值。压力对碳烟生成条件影响很小，但碳烟生成数量随压力提高

17、而添加。图7-9表示了柴油机碳烟生成的温度和a条件，以及柴油机上止点附近各种a的混合气在熄灭前后的温度。可见，a05的混合气，熄灭以后必定产生碳烟。在图7-9a右上角上也标出了在各种温度和a下熄灭05ms后的NOx。要使熄灭后碳 烟和NOx很少，混合气的a应在0609之间。空气过多那么NOx添加，空气过少那么碳烟添加柴油机混合气在预混合熄灭中的形状变化见图79a上的箭头方向。在预混合熄灭中，由于燃油分布不均匀，既生成碳烟，也生成NOx，只需很少部分燃油a =0609，不产生碳烟和NOx。所以，为降低柴油机污染物排故，应缩短滞燃期和控制滞燃期内的喷油量，使尽能够多的混合气的a控制在06一09之间

18、。前往分散熄灭中混合气的形状变化见图7-9b上的箭头方向。曲线上的数字表示燃油进入气缸时所直接接触的缸内混合气的a。从图上可以看出，喷入a40的混合气区的燃油都会生成碳烟。在温度低于碳烟生成温度的过浓混合气中，将生成不完全熄灭的浓态HC。为减少分散熄灭中生成的碳烟，应防止燃油与高温缺氧的燃气混合。剧烈的气流运动及燃油的高压放射都有助于燃油与空气的混合。喷油终了后，燃气和空气进一步混合，其形状变化如图79b上的虚线箭头所示 在熄灭过程中，已生成的碳烟也同时被氧化。图79b的右上角表示了直径004m的碳烟粒子在各种温度和a条件下被完全氧化所需求的时间。可见，这种碳烟在04一10ms之间被氧化的条件

19、与图79a右上角表示的大量生成NOx的条件根本相向。可见，加速碳烟氧化的措施，往往同时带来NOx的添加。因此，为了同时降低NOx的排放。控制碳烟排放应着重控制碳烟的生成。 第三节 内燃机的排放特性一、点燃式内燃机二、柴油机三、汽油机与柴油机排放 及其耐久特性的比较一、点燃式内燃机1、稳定运转形状2、瞬态运转形状1、稳定运转形状在常用的部分负荷区，为了满足三效催化剂的要求(参见后面第五节)，将a控制在10左右，所以CO排放较低。在大负荷工况，为了到达较高的转矩，a1，因此在这个区域CO排放高，NOx排放较低。 2、瞬态运转形状车用内燃机在实践运用中常出现瞬态运转形状，例如起动、加速、减速等工况。

20、转速和负荷不断变化，零部件的温度以及任务循环参数不断变化。所以，这时内燃机排放量与稳定工况往往有很大不同。 1冷启动汽油机冷起动时，由于进气系统和气缸温度很低，汽油蒸发不好，较多的汽油堆积在进气管壁上，流速低呵斥油气混合不好，因此需求添加供油量，以使使汽油机能正常起动。汽油机冷起动时混合气的a1。混合气中的汽油以部分蒸气形状、部分液体形状进入气缸。很浓的混合气导致较高的CO排放。部分液态汽油在熄灭终了后从壁面上蒸发，没有完全熄灭就被排出气缸，呵斥HC的大量排放。由于温度低及混合气过浓冷起动时的NO x排放置很低。 2暖机过程 汽油机起动以后，冷却系和光滑系以及主要零部件仍未到达正常的温度程度需

21、求一个暖机过程。这时仍需求a1的浓混合气，以弥补燃油在气缸壁和进气管壁上的冷凝。这时CO和HC的排放依然很高，NO x的排放随着温度的提高逐渐增大。3加速加速工况下，用化油器的汽油机这时往往供应很浓的混合气，呵斥较高的CO和HC排放。汽油放射的汽油机不产生过浓的混合气，其排放值与相应的各稳定工况点类似。图711表示这两种汽油机在加速过程中排气中co的变化历程。 4减速车用汽油机减速工况就是节气门封锁处于怠速形状，发动机由汽车反拖，在较高转速下空转。化油器式发动机假设没有特殊措施，将由于进气管中忽然的高真空形状，使进气管壁上的液态燃油蒸发，构成过浓混合气而呵斥较高的HC和CO排放(图712)。

22、二、柴油机1、稳定运转形状2、瞬态运转形状1、稳定运转形状2、瞬态运转形状柴油机冷起动时，燃油喷注中有部分燃油以液态分布在熄灭室壁上。在燃油自燃之前，喷入缸内的燃油就会以未燃HC方式直接排出气缸。喷入燃油开场熄灭以后，吸附在壁面上的燃油也不能完全熄灭，有一部分在蒸发后被排出。柴油冷起动时排放的高浓度HC表现为白烟。加速过程对柴油机任务过程的影响小于汽油机，非增压柴油机的正常加速几乎是各稳定工况点的延续。涡轮增压柴油机突加负荷时，涡轮增压器需求一段时间，才干到达高负荷所对应的增压器转速和增压压力。假设未采取专门措施，增压柴油机常会加速冒黑烟。柴油机减速时不喷油或只喷怠速所需的油量，排放问题不大。

23、三、汽油机与柴油机排放 及其耐久特性的比较排放特性对比排放耐久性比较第四节 内燃机的排放控制一、点燃式内燃机二、柴油机一、点燃式内燃机一曲轴箱排放物控制系统二燃油蒸发物控制系统三排气再循环四发动机设计的低排放思索一曲轴箱排放物控制系统 汽油机运转时，熄灭室中的高压可燃混合气和已燃气体，或多或少会经过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱。为防止曲轴箱压力过高，早期内燃机普通都经过机油加油口让曲轴箱与大气相通而进展“呼吸。但由于曲轴箱的窜气中含有大量未燃碳氢化合物及其不完全熄灭产物，排入大气会引起污染。二燃油蒸发物控制系统车用汽油机化油器在发动机任务对受热严重，温度较高，如在这样的情况下停车，化油器浮

24、子室中的汽油大量蒸发，流入进气管并经过空气滤清器流入大气，这部分HC排放称为热浸损失。汽油箱中的汽油由于昼夜温度变化呵斥油箱呼吸(换气)景象，使油箱内汽油蒸气流出箱外，这部分HC排放称为昼夜损失。这种热浸损失与昼夜损失数量不小(图719)，占汽油机HC总排放量的20左右(图720)。三排气再循环采用排气再循环(EGR)能有效地降低点燃式内燃机NO2排放，但全负荷用EGR使最大功率降低；中等负荷用较大的EGR率使燃油耗费率增大，HC排放上升；小负荷特别是怠速用EGR使熄灭不稳定，甚至导致缺火。所以运用EGR控制NOx排放技术的关键是控制EGR率，使之在各种不同工况下，得到各种性能的最正确折中，实

25、现NOx的控制目的。 EGR系统的控制要求 1) 由于NOx排放量随负荷增大而增大，因此废气回流量应随负荷而增大。2) 暖机过程中，冷却水温度和进气温度均较低，NOx排放不高。为防止废气回流破坏熄灭的稳定性，般在发动机冷却水温度低于50时，不进展EGR。 3) 怠速和小负荷时，NOx排放也不高，也不进展EGR。4) 接近全负荷时，为使发动机坚持足够的动力性能，即使NOx排放很高，也不允许进展EGR。此外，要保证再循环的废气在各缸之间分配均匀。真空控制系统中，除低温切断EGR用温度控制阀5实现外，其他控制规律全靠进气管节气门后的真空度和真空驱动EGR阀的构造保证。假设EGR阀l是个简单的膜片阀，

26、而节气门后的真空度将随着负荷的减小而加大，因此EGR阀的开度将随负荷减小而加大，这显然不符合EGR控制要求。为此，在EGR阀的详细设计上想了很多方法，如图725表示的双膜片阀就是一例。主膜片保证最大负荷下驱动真空度小时EGR阀封锁。当发动机负荷和转速降低时，排气背压降低，副膜片在小弹簧作用下下移，翻开控制阀，使主膜片室内的真空度流失，EGR阀开度减小。 电控系统用预先标定的脉谱经过电控真空调理器6控制EGR阀1的开度，显然大大提高了控制的自在度。 闭环全电控系统运用了带阀位传感器8的线性位移电磁式EGR阀9，进一步提高了控制精度。图726表示这种EGR阀的一个构造实例。 四发动机设计的低排放思

27、索1、冷启动和暖机2、怠速3、混合气构成和空燃比4、点火系统5、熄灭系统4、点火系统5、熄灭系统熄灭室外形紧缩比火花塞位置活塞组设计二、柴油机柴油机的CO和HC排放量相对汽油机来说要少得多，但NOx与汽油机在同一数量级，而微粒和碳烟的排放要比汽油机大几十倍甚至更多。因此，柴油机的排放控制，重点是NOx与微粒，其次是HC。降低微粒和碳烟排放与改善柴油机熄灭过程是完全一致的，不过NOx排放往往与之矛盾，这就为柴油机的排放控制呵斥特殊的因难。思索到汽油机排放的NOx可以经过三效催化剂或稀燃来处理，而柴油机排气中富氧条件下的NOx催化剂尚在研讨开发中，目前尚无胜利的催化剂可用，如何在坚持柴油机良好性能

28、的同时减少NOx的生成，是目前面临的艰苦技术挑战。柴油机呵斥污染物排放的根本缘由在于油气混合不好。柴油机运转时，平均过量空气系数a普通都在13以上，假设到达理想的混合，碳烟是不能够生成的，NOx的生成也不会很多。但混合不好导致部分缺氧，使碳烟大量生成。同时存在很多a=10一11的高NOx生成区。所以，柴油机的排放控制要围绕改善油气混合这一中心义务，防止部分a超越0.9(这有利于NOx生成)和低于06(这有利于碳烟生成)。 主要思索一 熄灭方式与熄灭室二 喷油系统三 气流组织与多气门技术四 柴油机的排气再循环五 增压六 喷油定时一 熄灭方式与熄灭室重型车用柴油机和其他大型柴油机大多采取直接放射熄

29、灭方式，而轿车和轻型车要求转速高以及小型农业机械为运用方便多用非直喷式熄灭方式。由于直喷技术的提高(喷油系统的小型化、高压化和高速化)以及降低油耗和CO2排放的要求，高速的轿车柴油机也开场运用直喷式，并有逐渐增长的趋势。现代车用增压柴油机排放物的负荷特性见图728。非直喷机碳烟排放大于轻型高速直喷机，而轻型高速直喷机的碳烟排放又大于重型车用直喷机。这是由于副熄灭室混合气很浓，易生成碳烟，主熄灭室中温度较低，已生成的碳烟后期氧化较差。但是直喷式柴油机的HC排放量大于非直喷机。这样，就包括碳烟和SOF在内的微粒排放量来说，直喷式柴油机与非直喷式相差不大。柴油机的HC排放置远低于汽油机。由于燃油组成

30、和混合气构成方式的不同，柴油机的HC成分与汽油机不同，前者多为较高分子质量的HC，气味较大。直喷式柴油机的NOx排放量大于非直喷机，由于非直喷机初期熄灭发生在混合气极浓的副熄灭室里，由于缺氧，NOx不易生成，而主熄灭室中熄灭在较低温度下进展(已开场膨胀)，NOx也不易生成。1非直喷式柴油机碳烟主要在副熄灭室里生成，它们进入主熄灭室以后大部分被氧化。在小负荷时，由于主熄灭室温度较低，碳烟氧化慢，所以非直喷机在部分负荷时的碳烟排放大于直喷机。改善非直喷式柴油机排气污染的重点也在副熄灭室。副熄灭室容积增大，减少了碳烟构成，但NOx添加。研讨阐明，涡流室的相对容积在52左右得出最正确的碳烟与NOx折中

31、。预燃室如容积过大，会降低其中燃气的能量，影响预燃室中不完全熄灭的燃气与主熄灭室中空气的混合。所以，预燃室的相对容积在25一30之间。涡流室中应防止流动死区，电热塞对气流的干扰应尽量小。所以，消除喷油器安装孔部位的流动死区，例如从占涡流室容积的10降到5，可使冒烟界限的pme上升10；用顺气流安装电热塞替代垂直气流安装，可使冒烟界限的pme上升5。减小电热塞加热头的直径(从6mm减到3.5mm)，可使燃油耗费率be下降5一10g(kWh)，全负荷烟度下降051BSU。2直喷式柴油机对高速直喷式柴油机的混合气构成和熄灭有以下要求：在滞燃期和熄灭前期，喷入熄灭室的燃油量应尽能够少，以免预混合熄灭过

32、多，使压力上升太猛烈，引起剧烈的噪声，并控制NOx的生成量。在熄灭后期即分散熄灭期，喷入燃油很好与空气混合以减少碳烟的生成，这就需求有很高的喷油压力。在喷油终了后，剩余空气仍能与燃气剧烈混合，促进碳烟的氧化。直喷式柴油机喷油系统的开展趋势 1) 提高喷油压力，从普通的不到100MPa提高到150MPa甚至200MPa，特别是低转速时的喷油压力要保证。2) 添加喷油器的喷孔数，减小孔径。前者对改善宏观燃油分布均匀性很关键，而后者在小缸径柴油机中为防止过多燃油碰壁是非常必要的。目前，小型柴油机的喷孔直径已减小到02mm左右，重型车用柴油机的喷孔数已添加到89。3)可控的燃油放射率变化历程，如靴形放

33、射(详见后)、二次放射(预放射加主放射)。4)根据柴油机工况优化喷油定时。二喷油系统1、喷油泵2、喷油器三 气流组织与多气门技术柴油机技术的开展趋势是提高喷油压力，降低进气涡流强度，以减小进气压力损失，配合多孔数、小孔径喷油器来获得良好的混合气。每缸4气门的构造过去常用于缸径130一150mm以上的柴油机，如今连缸径80mm左右的4气门直喷柴油机也已研制胜利。它的主要优点是扩展进、排气门的总流通截面积，且喷油器可垂直布置在气缸轴线上，不仅改善了喷油器的冷却情况和活塞热应力(2气门机熄灭室在活塞头上偏置使热应力不均匀)，而且处理了由于2气门机喷油器斜置呵斥的各喷油孔流动条件不同的后果，有利于燃油

34、在熄灭室空间中均匀分布。四 柴油机的排气再循环与汽油机类似，柴油机也可以经过排气再循环(EGR)来降低NOx排放。由于柴油机排气中氧含量比汽油机高，所以柴油机允许并需求较大的EGR率来降低NOx的排放。直喷式柴油机的EGR率可以超越40，非直喷式可到达25。为了防止产生较多的微粒，普通在中、抵负荷时用较大的EGR率，在全负荷时不用，以保证性能。当转速提高时也降低EGR率，以保证较多的新颖空气充量。最正确EGR脉谱用实验标定法制取。柴油机所用EGR系统与汽油机类似。在增压柴油机中，再循环废气普通流到增压器后的进气管中，以免沾污增压器叶轮。这时，为防止增压压力大于排气压力时再循环废气的倒流，要在E

35、GR阀前加一个单向阀，以便利用排气脉冲进展EGR。实验证明，把再循环的废气加以冷却，采用所谓冷EGR，可以提高降低NOx排放效果。五 增压近年来，为了降低运转噪声和减小磨损，柴油机的转速有下降趋势，而经过增压来弥补功率损失。提高涡轮增压器的效率可增大空气供应量，用比较大的过量空气系数组织熄灭，使尽能够少的燃料缺氧裂解，降低碳烟排放，同时使最高熄灭温度不致过高，抑制NOx的添加。广泛运用空-空中冷器把增压空气温度降到50左右，可以有效地抑制NOx排放。 六 喷油定时控制喷油定时是控制柴油机排放的重要手段。普通来说，保证最正确动力性和经济件的喷油定时，除了呵斥较大熄灭噪声外，还导致较高的NOx排放

36、。所以，现代车用柴油机常采用推迟喷油的措施，以改善噪声和NOx排放，但这时往往导致碳烟和微粒排放添加。这里关键是要尽能够加快柴油的熄灭，尤其是分散熄灭阶段。一切加快油滴蒸发、油气相互分散混合的措施都是值得研讨的。 利用简单的方式(例如直列泵的离心调理器和分配泵的液压调理器)到达喷油定时的优化控制是不能够的，电控那么为灵敏控制喷油定时提供了能够。最正确喷油定时控制脉谱，要思索各方面的要求经过标定实验制取。第五节 排气后处置 经过改良内燃机本身的设计和优化任务过程来降低污染物的排放，有一定的限制。世界各国都先后开发排气后处置技术，在不影响或少影响其他性能的同时，来降低污染物的排放。如今最胜利的排气

37、后处置安装是汽油机用的三效催化转换器，它使车用汽油机的CO、HC和NOx排放量削减了80一90，已成为兴隆国家汽油车的必备安装。车用柴油机的微粒捕集器正在开发之中，已研制的样品可降低柴油机微粒排放50一80，仅由于技术上和经济上尚存在系列问题，目前尚未大量推行。一、汽油机三效催化转化器二、柴油机排气微粒捕集器一、汽油机三效催化转化器任务原理：HCCONOxH2OCO2N2起反响的条件1、空燃比条件2、温度条件1、空燃比条件 三效催化转换器同时净化三种 排放物的效果，只需在化学当量熄灭，也就是过量空气系数a1时才干实现，由于NOx在催化剂上复原需求H2、CO和HC等作为复原剂。当空气过量(a1)

38、时，这些复原剂首先与氧反响，NOx的复原反响就不能进展；当空气缺乏(a1) 时，CO和HC那么不能被完全氧化。2、温度条件 除了a外，温度对催化剂的转化效率也有很大影响。普通称转化效率为50所对应的温度为催化剂的起燃温度。普通三效催化剂对各种污染物的起燃温度在220一270之间。在发动机冷起动与暖机时，催化剂温度很低，净化效能很差。用美国FTP-75测试循环进展测试时，CO和HC的5080是在冷起动后1min内排放的。为缓解这个问题，正在研讨用电加热催化剂加速它在冷起动后的起燃。 对车用三效催化剂的要求起燃温度低；有较高的储氧才干，以补偿a的动摇；耐高温，不易热老化；对杂质不敏感，不易中毒；尽

39、量不产生H2S、NH3等物质；本钱合理。 催化转化器的构造 催化转化器的构造催化剂的活性资料三效催化剂的主要活性资料是贵金属铂Pt和铑Rh。Pt主要催化CO和HC的氧化反响，Rh催化NOx的复原反响。普通贵金属的用量为每升载体1g，Pt/Rh比为5：1左右。由于Pt很贵，也有研讨用钯Pd部分或全部替代Pt。Pd的氧化活性不错，但其晶体构造容易包容杂质，易受杂质中毒。为进一步降低本钱，正在大力研讨用钙钛矿型稀土催化剂(或加上过渡金属氧化物催化剂)替代贵金属的能够性，但尚未大量用于汽车发动机。催化器的寿命催化转换器普通要求寿命在10万km以上。贵金属催化剂报废后，贵金属可以回收再用 催化器新型载体

40、目前，也有用金属作为催化剂的载体资料。普通用厚度不超越01mm的极薄不锈钢带，一层带波纹一层不带波纹地交替叠合，卷成螺线形或S形，焊装在金属圆筒内。这种载体的优点是构造紧凑，热容量小，有利于提高内燃机冷起动时的净化效果，机械强度和热强度高，任务可靠；缺陷是质量大，本钱高，涂敷活性层困难。它普通做成小的，安装在陶瓷主催化转化器前，用来改善冷起动净化性能，或用于振动较大的场所，如摩托车。 催化转化器主要失效方式化学老化热老化积垢老化机械老化中毒：不可逆吸附或发生表面反应抑制：毒物的竞争可逆吸附毒物导致催化剂表面重构发生载体孔结构的阻塞 活性组分的烧结形成合金载体结构发生变 化贵金属-贱金属的 相互

41、作用贵金属表面重组贵金属挥发碳沉积（结碳）热冲击磨损机械破坏 催化器的老化催化转化器在运用中会逐渐老化，表如今催化剂起燃温度提高，转化效率下降。老化的缘由为过热和中毒。热老化是由于温度过高呵斥活性涂层和催化剂外表烧结、晶粒长大，导致活性外表损失。普通催化转化器的温度不宜超越900C，因此如汽油机任务不好排放过多CO和HC就能够使催化转换器迅速老化甚至烧坏。化学中毒是燃油和光滑油中的铅、磷、硫等元素与催化剂活性成分反响，或覆盖堵塞催化剂，使其活性下降。因此，配三效催化转换器的汽油机必需运用无铅汽油。催化转换器的运用也对光滑油添加剂成分提出了新的要求。 助催化剂为了改善三效催化剂的性能，除了氧化铝

42、和贵金属外，三效催化剂中还能够含有各种各样的添加剂或助催化剂，如镍Ni、铈Ce、镧La、钡Ba、锆Zr、铁Fe和硅Si等。它们起多种多样的作用，如加强催化活性、稳定载体以及防止贵金属烧结等。 二、柴油机排气微粒捕集器目前正在开发的微粒捕集器有体积型和外表型两大类，前者被捕集的微粒堆积在过滤资料体内，后者那么大部分堆积在外表上。体积型微粒捕集器的滤芯用泡沫陶瓷、钢丝棉或陶瓷纤维筒等较疏松的资料制成。它们受热均匀，在热再生过程中不易损坏，但捕集效率不高，普通在50一70之间，特别在气流速度较高时效率下降；另一个缺陷是阻力大，因此紧凑性不好。外表型微粒捕集器主要用与汽油机三效催化剂整体蜂窝陶瓷载体类

43、似的堇青石蜂窝陶瓷块作为滤芯。 陶瓷纤维缠绕微粒捕集及催化再生过程再生前再生开场再生中再生终了壁流式微粒捕集原理典型的微粒捕集安装OutletSectionFilterSectionCatalyst SectionInlet SectionV-Clamps微粒捕集系统车载安装图CRT behind heat shieldInlet to CRTTemperature and Back pressureport for data collectionDDEC Temperature PortOutlet of CRT实验后的微粒捕集器进口出口实验后微粒捕集器外壳进口部分出口部分HSOVurea(

44、NH2)2COExhaust GasHydrolysis Catalyst (H)(NH2)2CO + H2O 2NH3 + CO2SCR Catalyst (S)4NH3 + 4NO + O2 4N2 + 6H2O2NH3 + NO + NO2 2N2 + 3H2O8NH3 + 6NO2 7N2 + 12H2OOxidation Catalyst (O)4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2OOxidation Catalyst (V)2NO + O2 2NO24HC + 3O2 2CO2 + 2H2O2CO + O2 2CO2尿素urea用于选择复原SCR柴油机排气四效净化技术第六节 低

45、排放燃料一、燃料成分对内燃机排放的影响二、石油燃料的改善三、代用燃料与排放一、燃料成分对内燃机排放的影响1对CO、HC和NOx排放的影响 2对碳烟和微粒排放的影响 3对臭氧构成的影响 4燃料产生的二氧化碳 1对CO、HC和NOx排放的影响燃油中的氧有助于燃油的完全氧化，降低CO和HC的排放量，所以含氧燃料是低排放燃料。燃油中的氮那么容易生成NOx，但只需重油中含有相对较多的含氮衍生物。 2对碳烟和微粒排放的影响 作为微粒中心的碳烟，其生成条件是高温暖缺氧。在均匀可燃混合气中，缺氧不多那么生成CO而不生成碳烟。只需当过量空气系数a小于某一临界值时，才生成碳烟。燃料中C/H和C/O比越大，越容易生

46、成碳烟。石油燃料成分中，烷烃生成碳烟倾向最小。芳香烃、炔烃最大，烯烃居中。醇类、醚类燃料由于含氧量大，生成碳烟能够性小。柴油在均匀混合气中生成碳烟的临界a约为0.34。但柴油机是非均匀混合气熄灭，虽然总过量空气系数a13，但部分地域的a仍会低于上述临界值，不可防止会生成碳烟。分子构造严密的烃，如芳香烃，比较容易产生碳烟。3对臭氧构成的影响近地面臭氧是毒性很大的空气污染物，是光化学烟雾的主要成分之一。不同有机化合物有不同的生成臭氧活性MIR(单位质量有机物生成臭氧的质量)。丈量结果显示，烷烃和醇类的MIR较低。因此，以烷烃为主的天然气和醇类燃料都属于低排放的“清洁燃料。不饱和链烃和芳香烃的MIR

47、较高，它们在燃油中的含量应加以限制。作为排放物的醛类也有与烯烃类似的较高MIR值。 4燃料产生的二氧化碳燃料的C /H原子比越大，释放单位热量的CO2排放量越大。汽油与柴油C/H原子比0.5，完全熄灭产生的CO2为75g/MJ左右；甲烷C /H=0.25，产生CO2约为55g/MJ；氢熄灭那么不产生CO2。二、石油燃料的改善 1汽油的改善 2柴油的改善 1汽油的改善 汽油辛烷值缺乏就不得不降低汽油机的紧缩比，以防止爆燃，这就降低了汽油机的热效率，添加了CO2的排放；汽油的挥发性(雷德蒸气压)会影响蒸发排放；不完全熄灭的芳香烃对臭氧构成影响很大，因此，目前对汽油中各种成分的比例规定得越来越严厉。

48、四乙铅问题 2柴油的改善 柴油十六烷值缺乏即着火性差，使滞燃期加长，预混合熄灭量过多，导致运转粗暴，噪声加大，NOx排放添加。柴油机各种污染物的排放，普通均随燃料十六烷值的提高而下降。常规柴油的十六烷值在4050之间，今后低排放柴油要求十六烷值在55以上。柴油的芳香烃含量与十六烷值有逆变关系。芳香烃由于C /H比高、着火性差，使柴油机的CO、HC和微粒排放添加。低排放的改制柴油要求芳香烃体积分数在10以下。低排放柴油要求降低含硫量，降低柴油含硫量就相应地降低了微粒的排放量。曾在柴油中参与少量碱土金属或过渡金属(Ba、Ca、Fe等)的有机酸盐，可显著降低柴油机排气烟度，这类添加剂称为消烟剂。但进

49、一步的研讨阐明，虽然可见的烟度经过添加消烟剂而下降，但微粒的质量排放量往往反而添加，加上大多数这类金属对人体有害，所以如今不引荐运用消烟剂。三、代用燃料与排放根据已探明的世界石油蕴藏量和今天的石油耗费量，估计最多可满足人类对石油50100年的需求。到下个世纪中期，石油的代用能源将在能源构造中扮演重要角色。运用代用燃料的另一个重要缘由是减少环境污染，特别是降低呵斥大气温室效应的CO2排放。因此，在太阳能作用下获得的二次能源，如植物能源以及氢和电就很有开展前景。在大城市中，运用排放CO、HC和NOx较低、产生臭氧较少的代用燃科和电动汽车可改善部分环境。较有出路的内燃机代用燃料有植物油、天然气、醇类燃料、氢、电等。除了天然气直接取自一次能源外，其他都取自植物、煤炭、太阳能、水能、风能、核能等。第七节 排放丈量与排放法规一、内燃机排气污染物的丈量二、内燃机的排放法规一、内燃机排气污染物的丈量取样分析普通排气成分分析仪器都是丈量该成分在排气中的浓度，然后根据排气流量算出该成分的总排放量。这在内燃机稳定运转形状下比较容易实现。在非稳定形状下，实际上可以把所测得的浓度曲线和排气流量曲线对时间积分计算总量，但实践上由于排气管压力随工况而变，取样系统和丈量仪器动态呼应滞后的不同以及样气的混合使浓度曲线不能再现发动机排放的时间特性等缘由，呵斥误差很大。于