汽车发动机原理课件：影响柴油机有害排放物生成的主要因素

一、柴油机燃烧及排放物生成的特点柴油机燃烧是一种多相非均匀混合物的不稳定的燃烧过程，从喷雾过程、油束形成、混合气的浓度与分布以及燃烧室形式等，对排放物生成均有复杂的影响。由于油束在燃烧室空间的浓度分布、着火部位及局部温度各处都不一样，可以对油束人为地分区并将其与排放物生成的关系作一说明。如图9-8所示，当油束喷入有进气涡流的燃烧室中时，由于油雾及油蒸气在空间浓度分布不同，可大致分为稀燃火焰熄灭区、稀燃火焰区、油束心部，油束尾部和后喷部以及壁面油膜，从油束边缘到油束核心部分，局部空燃比可从无穷大变到零。根据负荷不同，各区排放物生成的性质也不一样。末燃HC:在低负荷时，由干喷油量少，混合气稀，缸内温度低，HC主要产生在稀燃火焰熄灭区，在高负荷时，混合气浓，HC主要产生在油束心部、油束尾部和后喷部及壁面油膜处。CO:低负荷时，缸内温度低，部分燃油难以氧化形成CO2，主要在稀燃火焰熄灭区及稀燃火焰区的交界面上生成CO，高负荷时，在油束心部、油束尾部及后喷部，因局部缺氧而产生CO。NOx:在燃烧完全、供氧充分及温度较高的稀燃火焰区及油束心部产生较多。炭烟:高负荷时，在油束心部、油束尾部和后喷部的氧浓度低，气体温度高，燃油分子容易发生高温裂解而形成炭烟。醛类:主要在稀燃火焰熄灭区，由于低温氧化而产生醛类中间产物。二、混合气成分从宏观上讲，柴油机在运转总有一定数量的过量空气，加上柴油蒸发性比汽油小，因此柴油机的HC及CO排放浓度一般比汽油机低得多(图9-9)。但在接近满负荷时(A/F减小)，CO浓度骤增。如图9-9所示，NO生成率最高处仍出现在油量较大的高负荷工况。与汽油机不同的是，柴油机NO的生成浓度较高。NO浓度随A/F增加而减少。柴油机排气中有炭烟排出，随着混合气变浓，排烟浓度增多。三、喷油时刻延迟喷油是降低NOx的主要措施之一。如图9-10所示，延迟喷油可减少NO的生成，但减小喷油提前角将导致燃烧变差，最高爆发压力降低，因而使油耗及排气烟度增加。为了在延迟喷油以后燃烧不致恶化，加强缸内气流运动、促进混合气形成、提高喷油速率以及改善喷雾质量是很有必要的。实践证明，延迟喷油的同时提高喷油速率，要比单纯延迟喷油定时的效果好。在各种工况下，NO排放浓度都随喷油速率的增加而降低，CO浓度亦随喷油速率的增加而降低，HC的生成量则变化不大。四、燃烧室类型图9-11~图9-13为直喷式及分隔室式两类燃烧室的排放特性。表9-3为两类燃烧室有害排放量的比较。由排放特性及表9-3可知:分隔式燃烧室生成的NOx、CO、HC和炭烟的排放浓度均低于直喷式的，特别是NOx排放浓度一般比直喷式燃烧室的低50％左右。分隔式燃烧室排放低的原因是，这种燃烧室的燃烧及排放物的生成分两个阶段进行。在喷油开始和燃烧初期，副燃烧室的空燃比较小，氧浓度较低，燃料不可能燃烧完全，从而形成较多的CO及未燃烃。副燃烧室在着火后温度较高，但氧浓度低，对生成NOx仍有不利的影响。主燃烧室内有充足的新鲜空气，使来自副燃烧室的CO及HC进一步氧化。高温燃气进入主燃烧室后，温度有所下降，抑制了NOx的生成。