汽油机污染物的生成及影响

第三章汽油机污染物的生成及影响第三节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)、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。

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F/V越大、进入活塞的间隙的混合气越多，排气氧化不多时HC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NOx的排放量增大。1.气缸工作容积与行程缸径比的影响

(1)汽油机气缸工作容积越大，气缸面容比F/V变小，气缸相对散热面积较小，因此HC的排放和油耗越低。

(2)汽油机行程缸径比的影响更大，行程越长，HC排放和油耗越低。根据放热规律对比分析，长行程汽油机的燃烧速度快，点火定时可以相对后移。长行程汽油机的最高放热效率大、燃烧温度高，有利于降低HC和燃油消耗。长行程汽油机的这些优点在低负荷时更加明显。

(3)但长行程和大气缸的汽油机NOx排放量大。行程缸径比及工作容积对HC排放的影响2.压缩比ε的影响压缩比增大后，F/V增大，进入活塞顶环隙的混合气增多，HC排放增加。另一方面，ε增大，使膨胀比增大，膨胀后期的排气温度下降，HC氧化速率下降，更多的燃料以未燃HC的形式排出。

NOx受两方面影响：一是压缩比增大，燃烧温度上升，导致NOx增多；另一方面，热效率提高F/V增大，使得NOx减少。3．燃烧室形状的影响

(1)当工作容积和压缩比保持一定，变化燃烧室形状时，HC排放与F/V成正比，即F/V增大，HC排放增大。

(2)NOx排放与HC正好相反，有与F/V成反比的倾向。原因：随F/V的增大，热损失变大，燃烧气体的最高温度降低。但对于NOx排放，即使F/V相同，由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，故不能认为NOx排放是F/V的函数。

F/V越大、火焰的传播距离长，容易爆燃；而且燃烧室壁面的淬熄效应增加，因此HC的排出量增大；NOx的排放量与之相反。本图表示了不同的燃烧室形状时的NOx和HC排放SQ/C表示挤流间隙的大小汽油机燃烧室设计原则之一：形成适当的紊流运动(1)燃烧室内形成适当强度的气体流动可以加快火焰传播；(2)冷却末端混合气；(3)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；(4)减少HC排放量，但紊流过强，向缸壁传热损失增加，还可能吹熄火核而失火，反而使HC排放增多。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，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196-245(千帕/度）时，发动机热效率最高。挤流间隙紊流适宜和紊流过强时燃烧压力变化比较挤流间隙汽油机产生紊流的方法有进气涡流和挤流两种:(1)进气涡流；(2)挤流(1)进气涡流

进气涡流是利用进气口和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动，由于进气涡流加快了火焰传播速度，提高了燃烧速率，使热效率提高。组织进气涡流的同时会使进气阻力增加，充气效率下降，在低速低负荷时难以获得良好的进气涡流。故只依靠进气涡流的燃烧室非常少，通常配合组织进气挤流。(2)挤流

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间的狭小间隙(称挤气间隙）将混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发生位置以及在燃烧室内扰动的形成及其强度。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，而且不会引起充气效率降低。挤流间隙几种燃烧室的F/V与HC排放4．气门定时的影响(1)NOx受残留气体变化的影响，即受气门重叠的影响，随进气门早开、排气门迟闭，缸内残余废气增加，使燃烧温度下降，NOx排放减少。(2)排气门早开导致正在燃烧的HC排出，从而HC排放增加。图2-21气门定时对发动机HC和NOx排放的影响5.活塞顶环隙容积的影响进入活塞和缸壁构成的小间隙（活塞顶环隙）的混合气，由于壁面淬熄效应和狭缝效应的影响，很难燃烧掉，从而影响了HC的排放量。图中d表示活塞顶环隙的宽度；l表示活塞顶环的深度可见随活塞顶环隙容积增大，进入环隙的混合气增多HC排放增加。6.排气系统的影响排气系统对HC排放有影响。(1)HC在排气系统中可以进一步被氧化，温度越高，HC被氧化的越多；(2)排气在排气系统高温段停留的时间越长，HC被氧化的也就越多。活塞顶环隙容积对HC排放的影响1-火花塞在燃烧室侧面；2-火花塞在燃烧室中心7、火花塞位置的影响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，故火花塞的位置对排放有重要影响。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，则汽油机HC排放增加，反之亦然。火花塞对HC排放的影响还与燃烧室的结构形状有关：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HC排放产生35％差别。火花塞位置与燃烧室形状共同决定了质量燃烧率，在燃烧前期燃烧质量增加，会使NO排放增加，但对改善油耗有利。火花塞位置对油耗和HC排放物影响1-二气门发动机；2-四气门发动机

四气门和二气门发动机对油耗和HC排放物影响8.其他影响因素(1)气门数的影响(2)增压对排放的影响汽油机增压可使可燃混合物的压力升高，NOx增多，若使ε降低，燃烧的最高温度下降，NOx反有所下降。增压后使HC的排放减少。增压后CO排放有所减少。(3)涡流对排放的影响

燃烧室内涡流是影响HC和NOx排放的重要因素。配合使用稀混合气，降低有害排放。五、燃料性质

1.辛烷值

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，因此排放量也随之增大。

2.挥发性

汽油蒸发性的指标：馏程和蒸汽压。

馏出10%的温度(42-58℃)：标志起动性；

馏出50%的温度(90-110℃)：标志汽油的平均蒸发性,保证汽车加速性和平稳性的重要指标；

馏出90%的温度(155-180℃)：标志燃料中含有难以挥发的重质成分的数量。

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达到平衡时，汽油与其蒸气的体积比为1:4以及在38°C时所测得的汽油最大压力。

(1)汽油的挥发性太低，则混合气的生成不良，启动困难，暖机性能不好，影响燃烧和排放；

(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3.烯烃和芳烃含量烷烃：热稳定性好、正构烷辛烷值低，异构烷、环烷高（理想的汽油组分）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。质量分数从20%降至5%，大城市中臭氧下降20%-30%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。随着燃料中芳烃的增加，NOx排放量也增加，这是由于芳烃燃料温度较高所致。4.洁净添加剂汽油无铅化是车用汽油机发展的普遍趋势，但无铅汽油在减少铅污染的同时，降低了汽油的辛烷值，在不采取其他措施的情况下，会增加总的污染物排放。无铅汽油使用洁净添加剂，可以大大减少燃烧室积碳和燃料喷射系统的喷嘴堵塞现象，有利于减少污染物排放。5.大气湿度的影响第一，由于湿度的变化，使空燃比的变化超过了反馈