汽车发动机原理课件：有害排放物的生成

一、氮氧化物发动机排出的氮氧化物(NOx)主要是NO，NO2排出量较少。NO的产生:可以认为，氮的氧化反应发生在燃料燃烧反应所形成的环境中，其主导反应过程是:促使上述反应正向进行而生成NO的因素有三个:(１)温度。高温时，NO的平衡浓度高，生成速率也大。在氧充足时，温度是生成NO的重要因素。(２)氧的浓度。在高温条件下，氧的浓度是生成NO的重要因素。在氧浓度低时，即使温度高，NO的生成也受到抑制。(３)反应滞留时间。由于NO的生成反应比燃烧反应慢，所以即使在高温下，如果反应停留的时间短，则NO的生成量也受到限制。不过，在实际发动机中，因为燃烧过程经历的时间极短(ms级)，温度上升和下降都很迅速，尽管NO的生成(正向反应)没有达到平衡浓度，可是NO分解(逆向反应)所需的时间也不足，从而使缸内NO的实际浓度由于逆向反应速率太低而几乎没有下降。这种反应“冻结”使实际排出NO的浓度大大高于排气温度相对应的平衡浓度。在柴油机中发生冻结，比在汽油机中更快。二、一氧化碳一氧化碳(CO)是碳氢燃料在燃烧过程中生成的重要的中间产物。CO生成的机理比较复杂，但一般认为，燃料分子(Rh)经高温氧化生成CO要经历如下步骤:这里R代表碳氢根。CO在火焰中及火焰后，以缓慢的速率氧化成CO2。从化学当量的角度看，CO的生成率主要受混合气浓度的影响。对于浓混合气而言(a<1)没有足够的氧使燃油中的碳完全燃烧成CO2。不过，即使在稀混合气中(a>1)，由于燃烧产物CO，及H2O的高温离解反应，也可能生成一部分CO。在膨胀过程后期，随着燃烧气体温度的降低，CO的氧化过程也有冻结现象，不过CO的冻结温度比NO低。三、未燃碳氢化合物未燃碳氢化合物(HC)的生成与排出有三个渠道:其中HC总量的60％以上由废气(尾气)排出，另外的25％由曲轴箱窜气，从油箱、化油器等处油蒸气漏泄占15％~20％。在燃烧过程中HC的生成，主要有以下途径:(１)在压缩与燃烧过程中，汽缸内压力升高，把一部分未燃混合气压入与燃烧室相通的狭缝(例如:活塞顶环上面和汽缸壁形成的狭缝)。由于燃烧时火焰不能进入狭缝，因此不能完全燃烧，在膨胀和排气行程中，在汽缸压力降低后，以未燃HC的形式进入排气。这是生成HC的主要来源，被称为缝隙效应。(２)相对冷态的汽缸壁对火焰产生的热与活化基物质起着吸收的作用，火焰在汽缸壁表面产生激冷与淬熄现象，于是在离汽缸壁小于0.1mm的薄层内留下未燃HC。(３)存在于汽缸璧、活塞顶以及汽缸盖底面上的一层润滑油膜，有可能在燃烧前、后吸收或放出燃料中的HC成分。(４)在发动机作加、减速等瞬态工况运行时，点火定时、空燃比以及排气再循环值均不处于最佳状态，有可能使燃烧品质恶化，使HC排放增加。特别是在减速及怠速工况，HC排放量很高。四、微粒柴油机排气中微粒的主要成分是炭烟粒子，见表9-1。炭烟粒子形成过程如图9-1所示。它是燃料在燃烧过程中经历了一系列物理化学变化后形成的。首先燃料分子在高温中裂解或氧化裂解，所生成的裂解产物主要是乙炔，乙炔是生成炭烟的重要中间物，接着形成炭烟核心，以上为成核阶段，成核后同时经历表面增长和凝聚两个过程。当炭烟粒子长大到某一尺寸