汽车排放与噪声控制（第二版）课件：车用汽油机排放污染物的生成机理及影响因素

车用汽油机排放污染物的生成机理及影响因素汽车排放与噪音控制汽油机燃烧过程概况汽油机污染物的生成机理影响汽油机排气污染物生成的因素第一节第二节第三节第一节汽油机燃烧过程概况汽油机是利用火花塞放电产生的电火花来点燃混合气的。火花塞放电前，汽缸内燃料和空气的混合物已经形成，电火花提供的活化能，经过链反应，活性核心大大增加，于是在火花塞附近产生急剧的氧化反应并形成火焰核心。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3-1为汽油机的火焰传播示意图。根据上述火焰传播和分段燃烧的模型分析，汽油机燃烧过程有以下特点:(１)各层混合气是在不同压力和温度下点燃的，在未燃区，离火花塞最远的单元前受压最大，燃烧前温度也最高。因此爆燃总是产生在最后燃烧部分。

(２)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，燃烧结束时，气缸内压力均匀，但温度分布不均匀。(３)由于火焰传播燃烧是一系列的等压燃烧，汽缸内压力越来越高，未燃气体受已燃气体膨胀作用的压力，其密度也越来越大。汽油机污染物的生成机理第二节1概述汽油机排放污染物的排放途径可分为曲轴箱窜气、燃料蒸发泄漏和燃烧排气3部分。曲轴箱窜气主要是指在压缩或燃烧过程中汽缸中的混合气或燃气从活塞环间隙泄露到曲轴箱，并由曲轴箱通风口排入大气的气体，其主要成分是未燃碳氢化合物HC，泄漏量随着发动机的磨损而增加。有害排放物的生成机理2

(１)进气温度的影响一般情况下，冬天气温可达零下20℃以下，夏天在30℃以上，爬坡时发动机罩内进气温度超80℃，随着环境温度的上升，空气密度变小，而汽油的密度几乎不变，化油器供给的混合气的空燃比A/F随吸入空气温度的上升而变浓，排出的CO将增加。因此，冬天和夏天发动机排放情况有很大的不同。(２)大气压力的影响大气压力Ｐ随海拔高度而变化，由经验公式:(3)进气管真空度的影响当汽车急剧减速时，发动机真空度在68KPa以上时，停留在进气系统中的燃料，在高真空度下急剧蒸发而进入燃烧室，造成混合气瞬时过浓，致使燃烧状况恶化，CO浓度将显著增加到怠速时的浓度。(4)发动机工况的影响发动机负荷一定时，CO的排放量随转速增加而降低，到一定的车速后，变化不大。２.HC的生成机理汽车排放的HC，其成分极为复杂，估计有100

~200种成分，包括芳香烃、烯烃、烷烃和醛类。除排气中的未燃烃外，还包括燃油供给系统的蒸发排放以及燃烧室等泄漏排放出的ＨＣ。(1)不完全燃烧(氧化)在以预均匀混合气进行燃烧的汽油机中，HC与CO一样，也是一种不完全燃烧(氧化)的产物。大量试验表明，碳氢燃料的氧化根据其温度、压力、混合比、燃料种类及分子结构的不同而有着不同的特点。(2)壁面淬熄效应燃烧过程中，燃气温度高达2000℃以上，而汽缸壁面在300℃以下，因而靠近壁面的气体，受低温壁面的影响，温度远低于燃气温度，并且气体的流动也较弱。(3)体积淬熄发动机在某些工况下，火焰前锋面到达燃烧室壁面之前，由于燃烧室中压力和温度下降太快，可能使火焰熄灭，称为体积淬熄，这也是产生未燃HC的一个原因。(4)狭缝效应狭缝主要指活塞头部、活塞环和汽缸壁之间的狭小缝隙，火花塞中心电极的空隙，火花塞的螺纹、喷油器周围的间隙等处。(5)壁面油膜和积炭吸附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。(6)冷起动美国联邦测试循环总排放的大部分来自第一个循环的冷起动过程，冷起动过程中产生的HC排放高的原因在于催化剂还未达到有效氧化HC的工作温度。(７)碳氢化合物的后期氧化在发动机燃烧过程中未燃烧的碳氢化合物，在以后的膨胀和排气过程中不断从间隙容积、润滑油膜、沉积物和淬熄层中释放出来，重新扩散到高温的燃烧产物中被全部或部分氧化，称为碳氢化合物的后期氧化。影响汽油机排气污染物生成的因素第三节1空燃比

点火提前角2

汽油机运转状态3１.稳定运转状态稳定运转状态是指发动机的零部件、冷却水及润滑油的温度趋于平衡，发动机在恒定的转速和负荷下运转。发动机在稳定运转状态下时，除了循环变动外，每个相连的工作循环基本相同。２.非稳定运转状态发动机在实际运行中，零部件、冷却水以及润滑油的温度不可能恒定不变，发动机的转速和负荷也需要随时调整以适应不同的外界条件。因此，有必要研究发动机在非稳定运转状态下(例如冷起动、加速、减速等)的排放状况。汽油机结构参数4对汽油机排放影响较大的结构参数有汽缸工作容积、行程缸径比(S/D)、燃烧室形状、压缩比、活塞顶结构尺寸、配气定时以及排气系统等。燃料性质5１.辛烷值汽油辛烷值的大小影响汽油机的油耗，较低的辛烷值导致油耗增加，因此排放量也随之增大。２.挥发性汽油的挥发性太低，则混合气的生成不良，起动困难，暖机性能不好，影响燃烧和排放，挥发性太高，则蒸发排放增加，炭罐容易过载，并且油路中气泡增加，影响喷油器的稳定性，进而影响排放。３.烯烃和芳烃含量烯烃是不饱和碳氢混合物，能提高辛烷值，但受热