汽车发动机原理9章1(王建昕)ppt课件

1876年世界上第一台内燃机诞生 至今已130余年 1943年 美国洛杉矶市出现光化学烟雾 photo chemicalsmog 1952年 加州工大A H Smit博士提出Smog生成机理 HC NO2 O3 PAN 过氧酰基硝酸盐 1966年 加州实施世界上第一个 汽车排放法规 7工况 1968年 日本实施 大气污染防止法 怠速检测CO 1970年 欧洲开始实施排放法规 怠速检测CO HC 1984年 中国实施排放法规 汽油车怠速CO HC 柴油车自由加速烟度 1999年 北京实施国 法规2000年 全国实施欧 法规 与欧洲相差8年 2008年 北京实施国 法规 实现了国际接轨2010年 全国实施国 法规 汽油车 序言 排气污染及其防治的历程 第9章有害排放物的生成与控制 第9章有害排放物的生成与控制 9 1有害排放物的生成机理与影响因素9 2排放法规及测试方法9 3汽油机的机内净化技术9 4柴油机的机内净化技术9 5汽油机排气后处理技术9 6柴油机排气后处理技术 第9章有害排放物的生成与控制 9 1 1有害排放物的种类与危害法规限制成份 CO HC NOx 颗粒物 针对汽油车和柴油车 其他有害成份 硫化物SOx 铅化合物 醛类 苯类 丁二烯 柴油机排气臭味 等 也称为非常规排放物 9 1有害排放物的生成机理与影响因素 9 1 2评定指标和单位 9 1 3有害排放物的生成机理 1 ThermalNO2 PromptNO3 FuelNO NO生成途径 1 NOx NO NO2 N2O燃烧中主要生成NO 少量NO2 1 ThermalNO ExtendedZeldovichReaction 1946 1973 O2 2O O N2 NO N H 75Kcal mol 1 1 N O2 NO O H 31 4Kcal mol 1 2 N OH NO H H 40 8Kcal mol 1 3 生成条件 T 1800K 1 3式均为强烈的吸热反应 a 1 0 氧化氛围已燃气体区域 火焰前锋面后 控制反应 2 PromptNO Fenimore CP 1971年 CnH2n CH CH2 CH N2 HCN N H 3 3Kcal mol 1 4 CH2 N2 HCN NH 由HCN CN NO由N经式 2 3 NO由NH N NO 生成条件 相对低温 a 1 0 0 6 0 7时出现最大值 还原气氛燃烧中的气体 火焰前锋面上 3 FuelNO 燃料中的氮化合物 HCN CN NH2 NH NO 生成条件 低温 小于1800K 700 900K时有很高生成速率 a影响不明显 a 1 0时 NO生成速率几乎不变 随燃料含氮量的增加 NO几乎直线上升 影响NOx生成的三要素 温度 T 则NO平衡浓度 NO生成速率 则NO 其中 生成速率影响最大 氧浓度 温度一定时 氧浓度 则NO 反应时间 如图所示 甲烷CH4火焰 相对CO H2O等 NO反应较慢 因此在实际发动机燃烧结束时尚达不到平衡浓度 反应时间 S 热NO是内燃机燃烧中的NOx主要来源 汽油机中NO生成过程例 A点 较早燃烧达高温 图b Xb 0 受绝热压缩 温度进一步提高 高温及长时间 NO B点 相反 图b Xb 1 冻结 导致在化学平衡浓度和实际浓度之间出现差别 图c 保持较高浓度排出 A B 火花塞 曲柄转角 CA 平衡浓度 实际浓度 2 CO 不完全燃烧产物 主要受混合气浓度影响 不完全燃烧 a1时 局部缺氧热离解 CO2 CO排气中生成 HC在排气中进一步氧化时生成CO 3 未燃HC THC 1 HC在汽油机中的生成机理 不完全燃烧 a1 混合不均 减速 失火 循环波动壁面淬熄效应 低温 弱流动和弱湍流导致淬熄层 Quenchinglayer 窄缝处面容比大 火焰无法传入 也称缝隙效应油膜和积碳吸附 混合气形成过程中 吸附HC 燃烧过程中 躲过 火焰 排气过程中 脱附释放 形成排放 汽油机排气过程中HC排放变化 第一HC峰值 来源于排气门周围淬熄层第二HC峰值 来源于壁面及环岸部淬熄层 混合不均匀 过浓或过稀 2 HC在柴油机中的生成机理 油束核心区 着火区 混合过稀区 稀限 浓限 HC在柴油机中的生成机理 喷油器压力室容积 燃油滞留于压力室 受热膨胀或汽化后低速进入燃烧室 难以混合燃烧 二次喷油或后滴 4 微粒及碳烟PM ParticulateMatter Soot Smoke 微粒的成分 近年来提出 PM10 PM2 5 汽油机PMPM粒度越来越小 目前可认为绝大部分在0 1 1 m范围 右图 某欧2柴油机PM粒度分布 PM高度显微图例 思考题 1 NOx生成的三个途径 2 热NO生成的三个影响因素 3 PM的三种组分为 4 汽油机THC生成的原因有 5 不同类型汽车的排放测试方法不同 轿车采用 10吨以上载重车采用 城市公交车采用 方法 Thermal Prompt Fuel 温度 空然比 时间 DS SOF Sulfate 过稀和过浓 淬息效应 油膜和积碳吸附效应 转鼓 台架 PM Soot 的生成过程 Soot源于烃类燃料在高温缺氧下的裂解 详细机理尚不明确 碳粒氧化 燃烧后期 PM生成 膨胀和排气 碳粒生成 燃烧前期 大的燃油颗粒汽化剩下的重质烃 高温脱氢碳化 焦炭状大颗粒碳粒 PM10 气相烃裂解 脱氢 乙烯 CH2 CH2 乙炔 CH CH 聚乙炔 原子级碳粒 聚合生成碳核 约2nm 遇充分的氧化氛围 碳粒部分氧化 小碳粒碰撞 聚合 较大碳粒 不规则形状 多孔聚合物 吸附HC和硫酸盐 PM 柴油机PM排放的粒径分布 按粒径大小可分为四个区域 纳米微粒 Nanoparticles 超细微粒 UltrafineParticles 细微粒 FineParticles PM2 5其余 PM10微粒 按形态不同可分为三类 核态 NucleiMode 凝聚态 AccumulationMode 粗糙态 CoarseMode 从分布特征上来看 呈现双峰形态 分别对应核态及凝聚态 说明 质量排放的主体在凝聚态微粒而数量排放的主体在核态微粒 8 1 4有害排放物生成的影响因素 1 汽油机 1 a的影响 CO a CO 单调 a 1 逐渐达最低值HC a HC a过大 HC回升 过稀 NO a1 1后 氧化气氛 但温度下降 NO a 1 1左右 高温富氧同时具备 NO达峰值 2 柴油机 NO 与汽油机相似 但注意区间碳烟 与汽油机CO相似 但向稀区平移CO 与汽油机CO相似 过稀时回升HC a 2后 过稀和低温使HC 随混合趋于均匀 柴油机NOx趋于汽油机的规律 均质预混程度 a的影响 2 发动机类型的影响 汽油机Vs柴油机 CO 汽 柴 10 1 HC 汽 柴