内燃机12-污染及控制

1、第十二章 内燃机的环境污染及其控制第一节内燃机的排放污染物及其危害一、内燃机的排放物无害排放物二氧化碳CO2，水蒸气H2O，过剩的氧O2，残存的氮N2等（完全燃烧）有害排放物不完全燃烧产物和燃烧反应的中间产物：一氧化碳CO，碳氢化合物HC，氮氧化合物NOx ，二氧化硫SO2及微粒等；曲轴箱排放物：主要是HC ，还有极少的CO和NOx燃油蒸发排放物： HC 二、污染物的危害一氧化碳CO不完全燃烧产物，无色无味的有毒气体。与人体血液中的血红蛋白结合，阻碍血液向心、脑等器官输送氧气，使人头痛、恶心、呕吐、窒息等。碳氢化合物HC未然烧或不完全燃烧燃料发生分解、氧化的产物，即烃类物质，有时简称未燃烃。其

2、中有的能致癌，有的能刺激眼睛和呼吸器官，对农作物也有害。烃和NOx在强太阳光的紫外线作用下还会发生化学反应，生成以臭氧和醛类为主的过氧化产物，形成一种有毒的白色烟雾，及光化学烟雾。氮氧化合物NOx氮氧化物的总称，以NO为最多，NO2次之，及其它。NO是无色具有轻度刺激性的气体，高浓度时能造成人与动物中枢神经系统障碍NO2是赤褐色的带强刺激性臭味的气体，对人体肺和心肌有很强的毒害作用。NOx易扩散，易溶于水，在与CO、SO2共存的场合下，易形成酸雾，对大气造成严重污染。二氧化硫SO2燃料中硫的燃烧生成。无色有强烈气味的气体，对呼吸系统有刺激作用，导致支气管炎、结膜炎、哮喘等病症。溶于水蒸气形成酸

3、雨，影响农作物和生态平衡等SO2对内燃机废气净化使用的催化剂有破坏作用微粒含义：P290柴油机微粒的主要成分是碳及其吸附的有机物质，停滞于人体肺部、支气管；吸附物中具有不同程度的致癌作用含铅汽油的铅和汽油中硫形成的硫酸盐是排气微粒的主要成分。铅，防碍红血球的生长和发育，；铅化物还会使催化剂“中毒”，可以认为，（无铅汽油）汽油机基本上不排放微粒。二氧化碳CO2无色无味无毒气体，但当大气中含量过高时，则会影响肺部吸氧呼碳，“温室效应”，破坏生态平衡三、污染物的排放指标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质量浓度：mg/m3质量排放量g/h、g/测试 或 g/km比排放量g/(kW

4、h)第二节内燃机排放污染物的生成机理一、一氧化碳燃烧时供氧不足而形成，汽油机CO排放量要多二、未燃碳氢化合物（未燃烃）未燃烧和部分燃烧的碳氢化合物汽油机中，燃油系统的蒸发排放物及曲轴箱排放物都含有少量的未燃烃汽油机冷激效应：壁面的冷却，狭窄缝隙内的未燃混合气(缝隙效应) 50%70%吸附效应：1）气缸壁和活塞顶面上润滑油膜吸附未燃混合气的燃油蒸气25%30%； 2）燃烧室壁和气门上生成的多孔性含碳沉积物吸附燃油及其蒸气 10%容积淬熄：因温度和压力下降造成可燃混合气大容积淬熄使HC增加(一些工况)碳氢化合物的后期氧化：可以降低HC排放柴油机喷射，燃油停留时间短，HC排放比汽油机低得多混合气太浓

5、或太稀，会造成未燃HC三、氮氧化物NO的生成空气中的氮在高温下氧化而成(扩充的捷尔杜维奇机理)氧气在高温分解成氧原子诱发NO生成的链锁反应； NO生成量还与反应时间有关NO2及N2O4的生成废气排出过程中，温度下降， NO缓慢氧化成NO2 ；温度更低时， NO2聚合成N2O4四、二氧化硫燃油中的硫份完全燃烧产物，生成量取决于燃油中的含硫量五、微粒含铅汽油：铅和汽油中硫形成硫酸盐是微粒的主要成分柴油机微粒排放比汽油机大几十倍：燃烧时生成的含碳粒子(碳烟)及其表面上吸附的多种有机物(SOF)碳烟的生成条件：高温和缺氧(局部)第三节汽油机的排放控制概述内燃机的排放控制（废气净化）：减少内燃机排放废气

6、中所含的有害成分前处理机外净化燃料或空气在进入气缸前进行预先处理改进内燃机工作过程机内净化改进内燃机的工作过程（特别是燃烧过程）和燃油系统、点火系统、进排气系统等后处理机外净化对内燃机排出的废气在进入大气前进行处理，如在排气系统中安装催化、水洗、微粒过滤器等装置一、机内净化测试怠速排放的控制化油器的改进和调整化油器的改进化油器的怠速调整点火系统的改进与调整进气系统的改进进气加热系统采用多气门可变配气定时采用稀薄分层燃烧技术采用电控燃油喷射系统改进燃烧系统采用先进的发动机管理系统，车载诊断系统(OBD)二、机外净化措施前处理技术废气再循环(EGR)燃油掺水排气后处理技术氧化催化转化器三效催化转化

7、器曲轴箱排放物控制装置燃油蒸发排放物控制装置前处理技术废气再循环(EGR)含义：；作用：有效降低NOx的生成量原理：1 ) 废气中大量的不活泼气体(N2 、,CO2)稀释了可燃混合气，减慢了燃烧速度，降低了最高燃烧温度；2) 高热容量气体(H2O蒸气 、,CO2)温度上升需吸收较多的热量，更为有效地降低了气缸内的燃烧温度。减少NOx生成量EGR在全负荷、中等负荷和小负荷都带来负面影响，关键是控制EGR率，使之在不同工况下得到各种性能的最佳折中采用电控系统控制EGR阀该方法比延迟点火法的节能效果要好。燃油掺水燃油掺水后，在压缩及燃烧过程中，水分蒸发吸收大量的热量，使火焰传播速度减慢，最高燃烧温度

8、降低及持续时间缩短，氧被由水反应而生成的H、H2、 OH 等（活性比N2大）抢先化学反应， NOx生成量减少；掺水燃烧存在水煤气反应，能使较难燃烧的碳先生成较易燃烧的H2和CO ，最后生成H2O和CO ，因而CO和碳粒的排放量降低；对于HC的排放，变化趋势或高、或低、或持平。燃油掺水的方法：乳化油法、进气管和气缸内喷水法、掺水蒸气法排气后处理技术氧化催化转化器借助氧化催化剂的作用，使CO、HC转化为CO2、H2O 。催化剂一种能够加速化学反应速度而自身又不被消耗的化学物质。内燃机上常用的氧化催化剂有贵金属(铂Pt、钯Pd等)催化剂、普通(铜、铬、镍、钴等)催化剂、含稀土催化剂等。多采用铂催化剂

9、。催化剂的载体一般用氧化铝Al2O3或陶瓷。催化转化器外形似排气消声器，承放催化剂，如图12-2所示。三效催化转化器可以同时净化汽油机排气中的3种主要污染物CO、HC及NOx，使其排放量减少80% 90%。转化效率与的关系，如右图。所以需用排气管中的传感器进行反馈控制。三效催化转化器结构如图12-4。曲轴箱排放物控制装置可燃混合气和已燃气体在高压下经活塞与气缸之间的间隙漏入曲轴箱，为防止曲轴箱压力过高，以前一般让曲轴箱与大气相通，而窜气中含有大量未燃HC等，排入大气会引起污染。解决：曲轴箱强制通风装置，如图新鲜气空气滤清器管曲轴箱(窜气)(a) 管计量阀3进气管4进入气缸再燃烧计量阀3又称PC

10、V阀，是一个流通断面随阀两端压差变化而变化的单向阀。燃油蒸发排放物控制装置排放物的产生发动机工作发热后停车，化油器浮子室中的汽油大量蒸发，流入进气管并通过空气滤清器流入大气，这部分HC排放称为热浸损失。燃油箱中的汽油由于昼夜温度变化造成油箱呼吸(换气)现象，使油箱内汽油蒸发流出箱外，这部分HC排放称为昼夜损失。解决：用活性炭罐作为汽油的蒸气的暂存空间发动机不运转时，来自化油器、燃油箱的汽油蒸气进入活性炭罐被吸附在活性炭上；当发动机运转时，利用进气管真空度将吸附在活性炭上的汽油蒸气与进入炭罐的新鲜空气(清除空气)一起吸入发动机燃烧室烧掉。第四节柴油机的排放控制机内净化措施选择低污染燃烧系统：燃烧

11、室形式改进供油系统：1)延迟喷油定时；2)提高喷油速率；3)；4)；5)改进进气系统：1)；2)；3)多气门技术采用增压及中冷技术降低润滑油消耗量机外净化措施第五节低排放燃料石油的改善汽油：提高辛烷值的添加物，原来是四乙铅已被禁用，现为一些含氧的有机化合物。柴油：提高十六烷值代用燃料液化石油气（LPGLiquefied Petroleum Gas）主要成分：丙烷和丁烷LPG发动机的技术特点压缩天然气（CNGCompressed Natural Gas）主要成分：甲烷CNG发动机的技术特点第六节内燃机排放标准国外排放标准我国排放标准各项标准第七节内燃机的噪声及其控制噪声的基础知识什么是噪声？度量：声压（Pa）声压级（dB）？人耳的适听范围（1000Hz的纯音）： 听域 痛域 2105 Pa 20 Pa 0 dB 120 dB噪声源及其控制燃烧噪声混合气燃烧，在极短时间内产生大量高温高压燃气，冲击燃烧室壁，产生振动，由发动机的外廓表面向外辐射，形成燃烧噪声其强度主要取决于燃烧过程的压力升高率，降低压力升高率的措施：改善燃烧过程采用间喷式燃烧室采用增压技术表面辐射噪声控制增加机体刚度，增加表面振动阻尼，减小机体辐射表面积，隔振，隔声机械噪声产生原因：1）动配合零件间的撞击；2）由于惯性力不平衡产生的振动。控制：1）力求减小间隙，及时维修与调整；2）注意保证发动