第二章汽车排放污染物的形成

汽车排放及噪声控制第2章汽车排放污染物的构成2023年12月27日课程内容第2章汽车排放污染物的构成第2章汽车排放污染物的构成2.1一氧化碳2.2碳氢化合物2.3氮氧化物2.4微粒概述：主要内容引见了汽车尾气中的主要污染物CO、HC、NOX和微粒的生成机理及其影响要素。第2章汽车排放污染物的构成2.1一氧化碳一氧化碳的生成机理第2章汽车排放污染物的构成汽车尾气中CO的产生是熄灭不充分所致，是氧气缺乏而生成的中间产物。燃气中的氧气量充足时，实际上燃料熄灭后不会存在CO。但当氧气量缺乏时，就会有部分燃料不能完全熄灭，而生成CO。汽油机一氧化碳的生成机理第2章汽车排放污染物的构成汽油机CO排放量XCO(CO的摩尔分数〕与空燃比α或过量空气系数Φa的关系αΦa汽油机一氧化碳的生成机理第2章汽车排放污染物的构成Φa<1时，因缺氧引起不完全熄灭，CO的排放量随Φa的减小而添加。Φa>1时，CO的排放量很小。Φa=1.0～1.1时，CO的排放量变化较复杂〔转机点〕。由上图可以看出柴油机一氧化碳的生成机理第2章汽车排放污染物的构成Φa=1.5～3，大部分工况，CO排放量要比汽油机低得多。Φa=1.2～1.3，接近冒烟界限，CO的排放量才大量添加。柴油机一氧化碳的生成机理第2章汽车排放污染物的构成小负荷时，燃料与空气混合不均匀，部分缺氧和低温，虽然Φa很大，CO排放量反而上升。Φa影响一氧化碳生成的要素〔针对化油器汽油机，P12-13〕第2章汽车排放污染物的构成影响一氧化碳生成的因素进气温度的影响空燃比α随吸入空气温度的上升而变浓，排出的CO将增加。大气压力的影响进气管压力降低时，空气密度下降，则空燃比下降，CO排放量将增大。发动机工况的影响高真空度下，混和气瞬时过浓，CO浓度将显著增加。怠速转速的影响提高怠速转速空气流量增加，CO浓度降低进气管真空度的影响发动机负荷一定，CO的排放量随转速增加（空气流量增加）而降低。化油器的构造及任务原理针阀浮子室浮子喉管喷管节气门进气歧管进气预热安装量孔2.2碳氢化合物碳氢化合物的生成机理第2章汽车排放污染物的构成未燃HC生成与排放的途径漏入曲轴箱的窜气中含有大量未燃燃料熄灭过程中未熄灭或熄灭不完全的碳氢燃料燃油蒸汽汽油机未燃HC的生成机理第2章汽车排放污染物的构成碳氢化合物的生成机理火焰在壁面淬冷冷起动、暖机和怠速等工况下，壁面温度较低，淬熄层较厚，壁面火焰淬熄是此类工况下未燃HC的重要来源。狭隙效应火焰不能进入各种狭窄的间隙，便会产生未燃HC。光滑油膜对燃油蒸汽的吸附与解吸进气过程中，光滑油膜溶解和吸收了进入气缸的碳氢化合物。熄灭过程中，HC向已燃气解吸。熄灭室内堆积物的影响堆积物使HC排放添加。体积淬熄熄灭室中压力和温度下降太快，能够使火焰熄灭。碳氢化合物的后期氧化未熄灭的碳氢化合物释放出来，重新被全部或部分氧化。HC产生的缘由〔含狭隙的位置〕1-光滑油膜的吸附及解吸；2-火花塞附近的狭隙和死区；3-冷激层；4-气门座死区；5-火焰熄灭〔如混合气太稀、湍流太强〕；6-堆积物的吸附及解吸；7-活塞环和环岸死区；8-气缸盖衬垫缸孔死区。柴油机未燃HC的生成机理第2章汽车排放污染物的构成燃料在气缸内停留的时间较短，且熄灭速度快，生成HC的相对时间也短；氧气含量较丰富；故其HC排放量比汽油机少2.2.2影响碳氢化合物生成的要素第2章汽车排放污染物的构成影响碳氢化合物生成的因素混合气质量的影响混合气的均匀性越差那么HC排放越多。运转条件的影响汽油机运转条件的影响影响碳氢化合物生成的要素第2章汽车排放污染物的构成运转条件的影响汽油机运转条件的影响负荷添加时，HC排放量绝对值将随废气流量变大而几乎呈线性添加。负荷的影响转速较高时，气缸内混合气的扰流混合、涡流分散及排气扰流、混合程度的增大改善了气缸内的熄灭过程，HC排放浓度明显下降。转速的影响点火提早角减小可使HC排放下降。点火时辰的影响壁面温度升高，HC排放浓度相应降低。提高冷却介质温度有利于减弱壁面激冷效应，降低HC排放。壁温的影响熄灭室面容比大，单位容积的激冷面积也随之增大，未燃烃总量必然也增大。降低熄灭室面容比是降低汽油机HC排放的一项重要措施。熄灭室面容比的影响负荷的影响转速的影响点火时辰的影响壁温的影响熄灭室面容比的影响影响碳氢化合物生成的要素第2章汽车排放污染物的构成影响碳氢化合物生成的因素混合气质量的影响汽油机运转条件的影响柴油机运转条件的影响运转条件的影响影响碳氢化合物生成的要素第2章汽车排放污染物的构成运转条件的影响柴油机运转条件的影响喷油时辰的影响喷油嘴喷孔面积的影响冷却水进水温度的影响进气密度的影响2.3氮氧化物NOX的生成机理第2章汽车排放污染物的构成O2→2OO＋N2→NO＋NN＋O2→NO＋ON＋OH→NO＋HNO的平衡摩尔分数xNOe与过量空气系数Φa的关系〔计算〕Φa>1的稀混合气区，xNOe随温度的升高而迅速增大。Φa<1，xNOe随Φa的减小而急剧下降。NO的生成机理第2章汽车排放污染物的构成结论：在稀混合气区NO的生成主要是温度起作用；在浓混合气区主要是氧浓度起作用。NO2的生成机理第2章汽车排放污染物的构成汽油机排气中的NO2浓度与NO的浓度相比可忽略不计，但在柴油机中NO2可占到排气中总NOX的10%～30%。〔冷空气激冷才干让NO2保管下来。柴油机在小负荷运转时，熄灭室中存在很多低温区。〕NO＋HO2→NO2＋OHNO2＋O→NO＋O2影响NOX生成的要素第2章汽车排放污染物的构成影响汽油机NOX生成的要素过量空气系数和熄灭室温度的影响Φa<1时，由于缺氧，即使熄灭室内温度很高，NOX的生成量仍会随着Φa的降低而降低，此时氧浓度起着决议性作用。Φa>1时，温度起着决议性作用，NOX生成量随温度升高而迅速增大。最高温度通常出如今Φa≈1.1，且有适量的氧浓度，故NOX排放浓度出现峰值。Φa进一步增大，温度下降的作用占优势，NO生成量减少。剩余废气分数的影响废气分数增大，减小了可燃气的发热量，增大了混合气的比热容，使最高熄灭温度下降，NO排放降低。点火时辰的影响点火提早角的减小，NO排放量不断下降。喷油提早角减小，熄灭推迟，熄灭温度较低，生成的NOX较少。影响NOX生成的要素第2章汽车排放污染物的构成影响柴油机NOX生成的要素喷油定时的影响放热规律的影响负荷与转速的影响传统方式低排放放热方式NOX排放随负荷增大而显著添加。转速对NOX排放的影响比负荷的影响小。传统的放热规律与低排放放热规律图2-12传统柴油机的典型放热规律〔虚线〕与低排放柴油机的优化放热规律〔实线〕嘴端油管压力实测DME和柴油燃料嘴端油管压力的比较〔机型：2柴油机；转速：1500r/min；供油提早角：31°BTDC〕ComparisonoflinepressureatnozzlesidefordieselenginefuelledwithDMEanddieselfuel针阀升程实测DME和柴油燃料针阀升程的比较〔机型：2柴油机；转速：1500r/min；供油提早角：31°BTDC〕2.4微粒微粒的生成机理第2章汽车排放污染物的构成汽油机微粒的来源含铅汽油中的铅有机微粒汽油中的硫所产生的硫酸盐柴油机微粒的组成与特征第2章汽车排放污染物的构成柴油机排气微粒由很多原生微球的聚集而成，总体构造为团絮状或链状。当排气温度超越500℃时，碳质微球的聚集体，称为碳烟，也称为烟粒；排气温度低于500℃时，烟粒会吸附和凝聚多种有机物，称为有机可溶成份。烟粒的生成机理第2章汽车排放污染物的构成〔1〕在高温〔2000K~3500K〕富油缺氧区，经过裂解和脱氢过程，经过核化构成先期产物；〔1〕外表生长，外表粘住气相物质，脱氢；1烟粒生成阶段：2烟粒长大阶段：〔2〕在低于1500K的低温区，经过聚合和冷凝生成碳烟微粒。〔2〕聚集，碰撞，烟粒数量减少。烟粒的氧化及有机可溶成份的吸附与凝结第2章汽车排放污染物的构成氧化作用需求有一定的温度，至少在700～800℃。组成SOF的重质有机化合物向烟粒聚集物的凝结与吸附。在排气最后阶段进展。3烟粒的氧化：4有机可溶成份的吸附与凝结：可溶有机成份SOF〔Solubleorganicfraction〕Two-dimensionalimagingofignitionandsootformationprocessesinadieselflame影响微粒生成的要素第2章汽车排放污染物的构成负荷的影响：〔1〕高速小负荷时，稀薄混合气区较大，微粒排放量较高，熄灭界限外，冷凝聚合；〔2〕低速大负荷时，容易产生裂解和脱氢，排放量有所升高。影响微粒生成的要素第2章汽车排放污染物的构成〔1〕小负荷时，温度低，以未燃油滴为主的微粒的氧化作用微弱，转速低便于氧化；转速的影响：〔2〕转速升高时，这种氧化作用又遭到时间要素的制约；〔3〕大负荷时，转速的升高有利于气流运动的加强，使熄灭速度加快。影响微粒生成的要素第2章汽车排放污染物的构成〔1〕燃油中芳香烃含量及馏程越高，微粒排放量越大；烷烃含量越高，微粒排放量越少；燃料的影响：〔2〕柴油机的排烟浓度随十六烷值的提高而增大。影响微粒生成的要素第2章汽车排放污染物的构成〔1〕喷油定时的影响〔见P28图2-17〕；喷油参数的影响：〔2〕喷油规律的影响：大部分燃油在前半时间内喷入气缸时，参与预混熄灭的油量增多，故排烟浓度低而NO浓度高；〔3〕喷油嘴不正常放射的影响：滴漏或二次放射对碳烟有不利影响；〔4〕喷油压力的影响：提高喷油压力，减少烟粒的生成。图2-17喷油定时对烟度的影响提早：滞燃期随喷油提早角的加大而