绿盾尾气治理 柴油机排气污染物的主要影响因素一

1、第二节柴油机排气污染物的主要影响因素一、负荷（混合比）的影响内燃机混合气的浓度通常用燃空比（F/M)、空燃比(4/F)、当量比（实际燃空比/理论 燃空比）、过量空气系数（实际供给空气量/所需理论空气量）等表示，此处用燃空比表示 柴油机通常采用质调节，供油量随着负荷增加而增加，而进气量几乎保持不变。因此混合 气燃空比的变化即负荷的变化。1. 对CO的影响燃油在燃烧时，其中的碳一般先生成中间产物C0，在有足够的氧、温度及充足反应K 间的条件下，C0可被氧化生成co2。无论是直接喷射还是间接喷射柴油机,在小负荷时. 由于喷油量少，缸内气体温度低，氧化作用弱，因此C0排放浓度高。随着燃空比增加（负 荷

2、增加)，气体温度增加，氧化作用增强，可使CO排放减少。当燃空比增大到超过某一定 值以后，由手氧浓度低和喷油后期的供油量增加，反应时间短,使C0排放又增加。在间接喷射柴油机中,副燃烧室混合气的燃空比大,co生成量增加，但是，在主燃烂 室中足够的氧和较高的温度,使C0氧化生成co2的反应速率增大，CO排放减少。与直 喷柴油机一样，当燃空比继续增加时，CO又会由于混合气过浓,燃烧不完全而增加。直 喷式柴油机的C0的排放与涡流式及预燃式柴油机的对比如图6-6所示，可见,直喷51: 柴油机CO排放高于间接喷射式柴油机。2. 对NOt的影响NO,的生成主要受到氧气浓度、燃烧温度以及燃烧产物在高温中的停留时

3、间的影响 对柴油机而言，燃空比较小时,混合气中有较充足的氧,但燃烧室内温度较低,故NO,抟 放浓度也较低;当燃空比进一步增加时，燃烧室内气体温度升高，但混合气的氧浓度降低. 这又抑制了 NC的生成。由于直喷式柴油机着火滞燃期内形成的可燃混合气多，即预混 燃烧混合气量大，因而与分隔式燃烧室柴油机相比其NO,排放量多。图6-7中表示了 三种不同燃烧室的柴油机的no,排放。可见,混合气燃空比对直接和间接喷射式柴油r. NO,生成的影响是相似的，即在燃空比较小时NO,排放也较低，N0，的排放达到最大值 后，再增加燃空比时N(的排放将减少。 3.对未燃烃HC的影响柴油机怠速或小负荷时，喷油量少、燃空比很

4、小，燃油很难喷射到燃烧室壁面，泊束中心部分的燃油浓度也低于高负荷时的。燃油喷雾火焰区燃烧温度较低，HC氧化 反应弱，故未燃烃浓度很大。随着负荷增大.燃空比增大，燃油喷雾中心部分油气浓度 较高，并有较多的燃油沉积在壁面上，未燃烃随之增加，但燃烧温度增加，未燃烃的氧 化加强。如果喷油定时和喷油速率保持不变，负荷增大则喷油持续期增长，使后喷入燃油的反 应时间较短；同时，燃空比加大，氧浓度降低，使HC氧化反应速率降低。但大负荷工况下 的燃烧及排气温度高,未燃烃的氧化加快，而且后者的影响更大。因此,未燃烃排放量随 燃空比增加而减少。涡轮增压柴油机缸内温度比非增压的更高些，故随着燃空比的增加， HC排放量

5、更低些。HC排放浓度随燃空比的变化如图6-8所示。4.对排气烟度的影响燃空比对排气烟度的影响如图6-9所示，烟度测量采用的是哈特里奇式烟度计, “0”表示无烟，“100”表示全黑。随着燃空比的增加，混合气变浓，难以完全燃烧，故排气 烟度增加，特别是大负荷和加速工况时，排气烟度增加非常明显。1I0.02 0.030.04 0.050.06燃空比二、柴油机转速的影响图6-10 柴油机转速对排放物的影响柴油机转速的变化,会使与燃烧有关的气体流动、燃油雾化与混合气制备质量变化， 而这些变化对NO及HC的排放都会产生影响。不过，转速变化对直接喷射柴油机NO及 HC排放的影响不很明显。图6-10为6135

6、增压 柴油机转速对排放物影响的试验结果。试验是在 平均有效压力为0. 75MPa,喷油提前角比正常的 推迟IOTA下进行的。转速变化对NO及HC影 响不大，但对CO排放的影响较大。CO排放量在 某一转速时最低，在低于及高于该转速时CO排放 都较高。这是因为在高速时，充气系数较低，混合 气形成及燃烧过程时间变短，燃烧不易完全，故 C0排放多。在低速特别是怠速空转时，缸内温度 低，喷油速度低,雾化不良,燃烧不完全，故CO排 放也较多。三、燃料与空气混合质量的影响燃料与空气的混合质量影响缸内空气利用率、柴油机动力性、燃油经济性及排放等。 混合质量取决于缸内空气运动与油束喷雾的配合。燃料与空气的均匀混

7、合可提高空气利 用率,使燃烧完全。一般而言，缸内空气运动的获得是以牺牲流动阻力和降低充气效率为 前提的，因此不是气流运动越大越好。在同样的射程下，喷雾粒径越小需要的喷射压力越 高,细化喷雾粒径同样需要代价。因此对给定的柴油机而言，喷雾与缸内空气运动有一个 最佳配合。如果柴油机只有微弱的进气涡流或无涡流，则要提高燃油喷射压力和细化喷 雾粒径，保证与空气良好混合;如果柴油机采用了螺旋进气道，缸内有较高的进气涡流,则 可降低对喷雾质量要求。提高燃料与空气的混合质量的措施主要有提高燃油喷雾质量和空气流动两个方面。 采用高压共轨喷油系统,以及高喷油压力和喷射速度,既可增加油束贯穿距离、细化油粒、 增大油

8、和气之间的扩散，又可提高油束动能，增强缸内空气微涡流，加速燃油蒸发及混合 气形成,使着火面积、燃烧过程的各个阶段的火焰面积扩大,空气利用率增大，燃烧更迅速 完全。另外，降低了进气涡流的要求，可以提高充气效率。提高空气涡流强度,能使着火前的喷雾与更多的空气形成混合气，着火后喷人缸内的 燃油与更多的新鲜空气混合,促进烃的氧化，提高燃油经济性，减少烟度，降低C0排放， 但增加NO排放。但若空气涡流过强，则会发生油束重叠，使燃烧恶化，未燃烃排放量 增加。图6-11为柴油机缸内涡流和喷射压力对PM排放影响的试验结果。利用缸内气体 涡流和高的燃油喷射压力均有利于减少PM。图6 - 12为四气门柴油机进气涡流的控制与生成系统，采用双进气道，通过负压膜 片改变涡流控制阀开度,进而实现涡流强度随转速和负荷的变化而改变。明显提高了 燃油和空气的混合质量，确保了在燃烧室内获得适合于每一喷油速率