第二章 燃油汽车主要污染物生成机理

汽车与环境邱兆文编著邓顺熙主审普通高等教育汽车服务工程专业教材Contents第一章绪论第二章燃油汽车主要污染物生成机理第三章汽车排放标准及测试技术第四章汽车排放污染物净化技术第五章电动汽车的环境影响第六章报废汽车的环境污染与控制第七章汽车和交通噪声污染与控制第八章道路交通排放评估方法第九章道路空气污染预测与暴露评估Contents第一节汽车内燃机工作原理第二节车用汽油机污染物生成机理第三节车用柴油机污染物生成机理第二章燃油汽车主要污染物生成机理第一节汽车内燃机工作原理

车用汽油机工作原理车用柴油机工作原理

一、车用汽油机工作原理

汽油机燃烧室中的火焰传播燃烧是一系列的等压燃烧，在封闭的燃烧室中火焰传播的情况相当复杂。图２-１为汽油机的火焰传播简图。火焰面是燃烧产物和新鲜混合气分界面。由于传热和活性核心的扩散，火焰面从火花塞向四周传播，火焰面的法向移动速度称为火焰传播速度。火焰在汽油和空气的混合气中的传播速度随混合气的浓度即空燃比(Ａ/Ｆ)而变化。原理图2-1

汽油机的火焰传播简图一、车用汽油机工作原理

按汽油的化学当量要求Ａ/Ｆ约等于14.7时的混合气为理论混合气，此时的空燃比为理论空燃比。当Ａ/Ｆ约为13时，火焰传播速度最快，这时汽油机功率也最大。当Ａ/Ｆ＝13.5~14时，火焰温度最高。当Ａ/Ｆ＝19左右时，汽油机的热效率最高。但在实际成批生产的汽油机中，由于各缸混合比不完全一致，当Ａ/Ｆ＝19时将出现火焰传播不充分或断火现象。图２-２所示为一个高度简化的长方形燃烧室中的分段燃烧模型，活塞的运动略去不计。假设火花塞位于燃烧室左侧，火焰前锋以垂直于燃烧室的纵横平面波推进，燃烧室中的气体被虚构的边界分为４个等质量部分，分别用标号１~４标注，每个黑点代表气体的一个小单元。一、车用汽油机工作原理一、车用汽油机工作原理

汽油机燃烧过程有以下特点:各层混合气是在不同压力和温度下点燃的。每一个已燃单元的燃烧气要受到正在燃烧的燃烧气层的压缩，因此在燃烧室中发生温度分层现象。由于火焰传播燃烧是一系列的等压燃烧，汽缸内压力越来越大，未燃气体受已燃气体膨胀作用的压力，其密度也越来越大。

一、车用汽油机工作原理图2-3所示为燃烧室中已燃气体的质量与体积的关系。最初燃烧的30％体积的混合气按质量计只有10％，而最后燃烧的30％气体的混合气按质量计高达60％，即使最后燃烧的10％体积的混合气按质量计也高达25％。图2-1

汽油机的火焰传播简图1.与汽油机差异二、车用柴油机工作原理

车用柴油机排放污染物主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、颗粒物、硫化物等。柴油机的CO和HC排放相对汽油机要少得多，不到汽油机的十分之一。柴油机的NOx排放在大负荷时接近汽油机的水平，而中小负荷则明显低于汽油机，因而总体水平略低于汽油机。柴油机排放的颗粒物却是汽油机的几十倍甚至更多。Contents第一节汽车内燃机工作原理第二节车用汽油机污染物生成机理第三节车用柴油机污染物生成机理第二章燃油汽车主要污染物生成机理第二节车用汽油机污染物生成机理CO的生成机理

HC的生成机理

NOx的生成机理一、CO的生成机理

一、CO的生成机理

二、HC的生成机理

二、HC的生成机理

1.不完全燃烧（氧化）二、HC的生成机理

2.壁面淬熄效应二、HC的生成机理

3.狭缝效应二、HC的生成机理

在进气和压缩过程中，汽缸壁面上的润滑油膜以及沉积在活塞顶部、燃烧室壁面和进气门、排气门上的多孔性积炭会吸附未燃混合气和燃料蒸气，而在膨胀和排气过程中这些吸附的燃料蒸气逐步脱附释放出来进入气态的燃烧产物中。4.壁面油膜和积碳吸附二、NOx的生成机理

Contents第一节汽车内燃机工作原理第二节车用汽油机污染物生成机理第三节车用柴油机污染物生成机理第二章燃油汽车主要污染物生成机理第三节车用柴油机污染物生成机理

颗粒物的生成机理

NOx生成机理

CO生成机理

HC生成机理一、颗粒物的生成机理

1.颗粒物的组成一、颗粒物的生成机理

ＰＭ可分为不可溶有机物和可溶性有机物两部分，两者所占的比例大约分别为61％和39％，其中不可溶有机物的主要部分是炭烟(约占不可溶有机物的70.5％，约占总颗粒物的41％)、硫酸盐、润滑油产生的颗粒，可溶性有机物来自不完全燃烧的燃料和润滑油(约占总颗粒物的32％)。颗粒物是复杂的聚集体，其组成形式如图2-4所示。1.颗粒物的组成一、颗粒物的生成机理1.颗粒物的组成一、颗粒物的生成机理

一般认为炭烟是不完全燃烧的产物，是碳氢化合物在高温缺氧的情况下燃烧或裂解释放聚合而成的。首先，燃油在高温缺氧环境下发生裂解形成多环芳香烃，起始环的生成是炭烟生成的控制步骤。多环芳香烃不断脱氢聚合成以碳为主的炭烟晶核；随后，炭粒子以碰撞凝结和表面反应(生长和氧化)两种机理长大，生成链状或团絮状的聚集物，这些聚集物最终生成炭烟。2.炭烟的生成机理

柴油进入汽缸以后裂解成碳氢化合物随后这些微小的碳氢化合物的碎片组成高分子重碳氢化合物，其中最重要的一类是多环芳香烃(PolycylicAromaticHydrocarbons，简称PAH)，通常认为它是炭烟生成的气态先导物。多环芳香烃的形成图2-5炭烟生成过程示意图2.炭烟的生成机理一、颗粒物的生成机理

炭烟晶核的形成2.炭烟的生成机理一、颗粒物的生成机理

炭粒子的凝聚和表面反应2.炭烟的生成机理一、颗粒物的生成机理三、CO生成机理

四、HC生成机理