第7章-发动机有害排放

1、第七章发动机有害排放和噪声、主要内容、第一节汽车发动机有害排放的产生机制和影响因素第二节汽油机排放控制第三节柴油机排放控制第四节发动机排放标准和试验(自学)第五节发动机噪声源和控制(了解)、内燃机排放特性(有害排放、噪声)的形成原理和性能分析，对电力经济的影响，第一节汽车发动机有害排放物的生成机制和影响因素，内燃机排气污染物ENGINEEMISSIONS，1，内燃机排气污染物POLLUTANTS，燃烧过程生成，排气管排放，CO，HC，NOX(NO，N2O，)二氧化碳内燃机完全燃烧的产品，温室气体。该指标不受汽车排放标准的限制，现有内燃机车无法解决，不仅从能源短缺的角度，而且从环境治理的角度，提

2、出了新能源汽车的迫切发展要求。NOx(NO，NO2，N2O)是NO，NO2是少量的，N2O是非常少的。直接毒性不大，大气中慢慢氧化，NO2创建。NO2对人体有害，比CO干扰血氧供应。N2O温室气体。NOx是光化学烟雾的主要成分。大气中产生硝酸是酸雨的主要来源之一。HC未燃烧或未完全燃烧的燃料、润滑油及其分解物和部分氧化物对人体有害，也是能量浪费，HC是光化学烟雾的重要物质。微粒和木炭烟(PM，particulatematter)成分是碳、有机物质和硫酸盐。汽油发动机铅汽油(有限使用)，柴油机严重。粒子大小为0.110m，PM2.5对人体和大气环境的危害最大。SOx来自石油中重质成分的燃烧，是对

3、人体有毒性影响，形成酸雨的主要成分，也影响可见性。粒子的有害粒子与对人体健康的危险和粒子的大小和构成有关。粒子越小，在空气中漂浮的时间越长，进入人的肺后在肺和支气管停滞的比率越大，危险性越大，低于0.1米(微米，106米)的粒子在空气中随机移动，进入肺并附着在肺细胞的组织中被血液吸收的情况也越多。(0.10.5)m粒子深入肺，附着在肺叶表面的粘液上，被绒毛去除。大于5米的粒子经常被鼻子阻塞，不能深入呼吸系统，大于10米的粒子可以从体外排出。粒子对人体健康有更大的危害，因为它们可以粘在SO2、未燃烧的HC、NO2等有毒物质上，也可以粘在phenylpyrene等致癌物质上。柴油机的粒子直径大部分

4、小于0.3米，比汽油发动机多3060倍以上，成分更复杂，因此柴油机排放的粒子的危险性更大。第二，内燃机排放的二次污染SecondaryPollution(辅助污染)、光化学烟雾potomial smog空气可见性visibility酸雨acidrain地表水酸化水acidification(辅助酸化)、光化学烟雾(photo-chemicalsmog)这里的3存在范围距地面约012米，位于对流层大气层，不是大气平流层臭氧层的概念。在我国大中型城市，汽车尾气已成为主要大气污染源。其中氮氧化物排放量约占总排放量的50%，一氧化碳约占85%，尾气中含有大量碳氢化合物。据预测，2015年城市汽车污染物

5、排放量将比2000年增加一倍。内燃机的排放是对大气的污染AIRPOLLUTION，汽车的共享率Motorvehiclecontribution，汽车的污染分担率是决定汽车排放的哪些污染物对城市空气污染的贡献程度。燃烧是内燃机发展的永恒课题，直到20世纪60年代，对内燃机燃烧过程的研究一直以动力和经济性为目标。近几十年来，汽车排放污染引起的大气环境恶化被指出是主要的社会问题之一，延续了一百多年的内燃机能否生存已成为生死攸关的关键。为此，还做出了很多努力，减少内燃机排放污染，牺牲动力和经济指标。近年来，由于全球汽车拥有的持续增长和对石油资源枯竭和温室效应的担忧，内燃机再次面临严重的能源和环境问题。

6、排放指标EmissionIndex，排放物的浓度质量排放量与排放物的浓度质量排放量相比，内燃机排放物的浓度，从广义上说，在排放物的总排放量中所占的比重。对于气体排放，通常体量分数(例如CO、HC和(NO，)表示可以将常规内燃机的气体排放视为理想气体。为了数据的普遍性，气体的体积将转换为标准大气状态(内燃机工程标准的大气状态为总压力101.3kPa，水蒸气分压为1kPa，温度273k)。内燃机的固体排放物，例如柴油机的颗粒，用质量浓度表示，通常单位是排放物中特殊微量物质的单位。根据排放物的浓度、单位时间或特定排放标准，测试、实验期间测量的污染物的质量称为质量排放，通常表示为g/h或g/测试(g/

7、test)。安装内燃机的车辆以指定作业条件(称为测试周期)的组合行驶后转换为单位里程的排放量，称为(单位)里程质量排放量，通常指定为g/km。通常用g/(kwh)表示，以评估质量排放量、比率、内燃机单个排放测量、每个单位运行排放的污染物质量、各种排放内燃机的排放性能。比率排放类似于内燃机的燃料消耗率，也称为污染排放率，比率排放可以根据测量的发动机功率、排气流量、污染物浓度、污染物密度等进行计算。排放速度(或排放指数)，排放比率定义为燃烧单位质量的燃料排出的污染物的质量，理论上是测量单位1的量，实际上为了方便，通常以g/kg表示。目前，排放指标中更多地使用了单位里程质量排放量(g/km，轻型汽车

8、排放法规)和比重g/(kwh)，中型汽车排放法规。目前汽车尾气法规主要限制CO、HC、NOx、粒子。光化学烟雾是HC、NOx、硫、铅化合物控制方式减少燃料本身的含量(燃料内的限制)，不能避免CO2的逻辑。其他有机有害物质目前不受限制。第二，有害排放物的生成机制，1，3种生成途径高温无扩展敏捷性反应机制，1600(看图1800，我们书2000)是NO的主要来源。在高温下，氧分子分解成氧原子，与氮分子结合生成NO，其反应机制为：最慢的反应，决定因素，后代研究，不需要这里/瞬间NO高温，活性能量不高的系列反应生成。燃料路径常开触点，常规计算仅考虑高温常开触点(主要部分)。燃烧温度、氧气浓度和整个燃烧

9、反应时间三个因素。混合物太浓，NO反应中涉及的氧气不足，NO量不大。氧气浓度足够时，温度越高，反应速度越快，NO平衡浓度越高，NO生成量越大；NO产生的速度比产生其他成分慢得多，因此高温反应时间越长，产生的NO就越多。高浓度时有“冻结”现象(可逆反应的逆反应速度慢)。根据扩展降压机制控制常开触点的基本原则：降低混合物中O2(或N2)的含量；尽可能降低燃烧温度。缩短高温燃烧带的停留时间。内燃机高速燃烧，燃烧过程510毫秒，一般燃烧结束时，NO还没有达到平衡浓度。在特殊情况下，NO计算应使用化学动力学，其他成分应使用化学平衡。2，CO生成机制和排放特性，第一，CO生成机制COMechanism，理

10、论上，HC燃料完全燃烧后，将生成CO2和H2O。HC的氧化过程：R-HR-R-O2 R chor CO R-CO ohco 2H，因此CO是碳氢燃料燃烧的中间产物。、实际燃烧过程是1)燃料浓度分布不均匀。2)温度分布不均匀。3)燃烧过程时间短，达不到化学平衡状态。反应的气体突然缺乏氧化剂，温度过低或反应时间太短，CO以中间产物的形式生成。因此，CO排放是不可避免的。CO是不完全燃烧产品，其生成主要受混合浓度的影响。A1，由于氧气不足，c不能完全燃烧二氧化碳氧化，CO作为中间产物生成；A1，理论上不生成CO，但由于局部混合不均匀，因此生成了局部a1，CO；或产生的二氧化碳在高温下引起热分解反应，

11、产生co。在排气过程中，未燃烧的HC未完全氧化，产生CO，少量。燃烧结束时CO浓度通常取决于气体温度。在发动机充气操作期间，如果气缸内的温度下降得非常快，温度下降得比气体的每个组成部分设置新平衡过程的速度快得多，则CO无法设置平衡状态，实际CO浓度必须高于与排气温度对应的化学平衡浓度，才能成为“冻结”现象(化学动力学)。一般情况下，汽油发动机排气的CO浓度为1700K时的平衡浓度。汽油发动机在化学计量附近控制空燃比，因此CO排放浓度高。全部负载混合物浓缩，共同排放增加。空转驾驶，废气，浓缩混合，共同排放。启动加热器时，CO排放更多。多台缸机各缸间演出费的变化，共同排放量增加了。柴油机CO排放特

12、性，柴油机CO排放总体较低。燃烧接近或超过烟雾限制后，燃烧过程中局部混合气体太浓，氧气不足，CO排放迅速增加。柴油机小负荷时，稀释混合区的体积增加，气体温度降低，CO排放略有增加。3，HC由于汽油发动机和柴油发动机的混合形成和燃烧方式不同，HC生成机制不同，需要另行讨论。HC是汽油机的生成机制，HC是不完全燃烧的产物，与过剩空气系数密切相关，与燃烧的微观过程和现象有关。(1)不完全燃烧：a .怠速和高负荷条件，a1，过浓状态和空转过程中剩余废气系数较大；b .火灾状况；c .加速或减速，临时混合物太厚或太稀；D.a1 .但是石油和天然气混合不均匀。(2)壁淬火效果和间隙效果：燃烧过程中气体温度

13、2000，气缸壁温度300，由于传热，壁附近混合气体温度低，流动性低，燃烧强度降低，产生许多非燃烧HC。这是墙淬火效果。即，温度低的燃烧室壁面对火焰的快速冷却(冷却)，吸收了活化分子的能量，燃烧连锁反应中断，壁面形成了约0 . 10 . 2毫米未燃烧或完全未燃烧的火焰淬火层。淬火层厚度与发动机条件、混合湍流程度和壁温有关，在小负荷下，特别是冷起动和怠速情况下，是较大的值。在火焰传播过程中，燃烧室壁对火焰起着火作用。也就是说，不能在靠近墙的地方形成火焰。这样，火焰中没有大量燃烧的碳氢化合物是排放的主要原因。左右，最小火焰厚度；负载减少时，火焰厚度会大大增加。燃烧室温度，压力增加，气缸湍流强化，火

14、焰厚度减小。火焰厚度和燃烧室脸比F/V减少，可以减少汽油发动机的HC排放量。，间隙效果：燃烧室内的各种窄间隙(活塞头和气缸壁之间、火花塞中心电极周围、进排气门头周围等)由于脸更大，淬火效果更强，火焰无法继续燃烧在其中，而膨胀和排气过程中，气缸内的压力减少，间隙的不连续性混合物返回气缸内，与排气一起排出。虽然间隙容量小，但其中气体压力高，温度低，因此密度高，HC的浓度很高。由于壁淬火效果和间隙效果而产生的HC在排气中可能占HC的30P%。(3)壁油膜和积碳：在进气和压缩过程中，在气缸壁上安装润滑膜，在活塞顶、燃烧室壁和进气排气门上沉积的多孔积碳吸附未燃烧的混合物和燃料蒸汽，在扩展和排放过程中逐渐

15、分离。HC大部分被氧化，与气体主体一起排放。此HC部分在废气中占HC的35P%。消除碳沉积可使HC减少200%。第一，曲轴箱窜气及燃油系统油气挥发等有害排放类型。由于未参与燃烧或未完全经历燃烧过程，有害成分主要为HC，占整个汽车HC的40%，曲轴箱通道和燃油系统蒸发分别占50%。b .非排气污染物，非排气HC生成机制：(1)曲轴箱串扰压缩，在燃烧过程中活塞和气缸间隙之间的曲轴箱油气混合物和气体主体相结合，与曲轴箱的润滑油蒸汽混合，然后从通风口排放到大气中的污染气体。柴油引擎序列化的HC较少，汽油引擎串行的HC更多。-为什么？-燃料燃烧方式)，(2)燃料蒸发从化油器浮子、空气滤清器、油箱和燃油系

16、统管接头向大气平行流动的燃料蒸汽蒸发。主要是汽油发动机(为什么？)。也是燃料蒸发的损失。运行损失热浸损失昼夜损失加油损失，燃油蒸发损失，曲轴箱窜气是压缩和燃烧过程中从活塞和气缸之间的间隙窜出曲轴箱的油混合和气体体，与曲轴箱的润滑油蒸汽混合后从通风口排出大气的污染气体。燃料蒸发是从坦克和燃料系统拟合中蒸发并排进入大气的燃料蒸汽。汽油发动机HC排放源HCSources，1)排气5565%(机器内排放)2)曲轴箱2025%3)油箱、汽化器、燃油耦合蒸发1520%，柴油机燃烧和排放物生成功能：油束带进气涡流的燃烧室根据负荷的不同，各区域排放物的生成特性也不同。根据负荷，各地区排放物生成特性：未燃烧HC:低负荷，主要在稀薄燃烧火焰消亡地区生成；在高负荷下，主要发生在油束芯、油束尾和后喷雾和壁油膜上。co:低负荷主要发生在稀火焰消失区和稀火焰区的边界面。高负荷时主要发生在油束芯、油束尾和后喷雾部。Nox:完全燃烧，完全支持，温度高的稀薄燃烧火焰区域和油束心脏产生更多。煤烟：高负荷时，油束心脏、油束尾、后喷射部氧气浓度低，气体温度高，燃料分子高温分解，容易形成碳烟。醛：主要在稀火焰熄灭的地区，低温氧化产生醛等中间产物。HC是柴油引擎的生成机制，扩散燃烧方式，燃料在燃烧室中的停留时间短，大多数情况下，过剩空气系数a比汽油引擎大得多，混合浓度高，喷