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1、第二章 燃烧过程中污染物的生成机理,2.1 氮氧化物的生成2.2 CO的生成机理2.3 HC的生成机理2.4 颗粒物的生成机理2.5 硫化物的生成机理2.6 光化学烟雾的生成机理,概述：主要内容,了解汽车尾气中的主要污 染物CO、HC、NOx和 微粒的生成机理；掌握其生成的影响因素。,2.1 氮氧化物的生成,一氧化氮,二氧化氮,车用发动机排气中的氮氧化物NOx包含NO和NO2，其中大部分是NO，它们在N2在燃烧高温下的产物。,NO的生成机理,O2 2OO N2 NO NN O2 NO ON OH NO H,NO的平衡摩尔分数xNOe与过量空气系数a的关系,NO的生成主要与温度和过量空气系数有关
2、。a 1的稀混合区，xNOe随温度的升高而迅速增大。a 1的浓混合区，xNOe随a 的减小而急剧下降。,结论：在稀混合气区NO的生成主要是温度起作用；在浓混合气区主要是氧浓度起作用。,NO2的生成机理,汽油机排气中的NO2浓度与NO的浓度相比可忽略不计，由于柴油机在低负荷及低转速时使生成NO2的被冷流体淬冷的区域很大，故在柴油机中NO2可占到排气中总NOX的10%30%。,NO HO2 NO2 OHNO2O NOO2,NO在火焰区可以迅速转变成NO2。,NO2,只有在NO2生成后，火焰被冷的空气所激冷，NO2才能保存下来，因此，汽油机长期怠速会产生大量NO2。柴油机在小负荷运转时，燃烧室存在许
3、多低温区域，使NO2浓度增大。,当量比为0.85时，为何是稀混合气？,影响NOX生成的因素,a 1时，温度起着决定性作用，NOX生成量随温度升高而迅速增大。最高温度通常出现在a 1.1，且有适量的氧浓度，故NOX排放浓度出现峰值。a进一步增大，温度下降的作用占优势，NO生成量减少。,废气分数增大，减小了可燃气的发热量，增大了混合气的比热容，使最高燃烧温度下降，NO排放降低。,点火提前角的减小，NO排放量不断下降。,喷油提前角减小，燃烧推迟，燃烧温度较低，生成的NOX较少。,影响NOX生成的因素,NOX排放随负荷增大而显著增加。转速对NOX排放的影响比负荷的影响小。,当发动机在负荷下运转时，EG
4、R阀开启，使少量的废气进入进气歧管，与可燃混合气一起进入燃烧室。怠速时EGR阀关闭，几乎没有废气再循环至发动机。汽车废气是一种不可燃气体(不含燃料和氧化剂)，在燃烧室内不参与燃烧。它通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力，以减少氧化氮的生成量。进入燃烧室的废气量随着发动机转速和负荷的增加而增加。,2.2 CO的生成机理,CO是燃烧过程中的中间产物，是最早被发现有害污染物之一。,一氧化碳的生成机理,汽车尾气中CO的产生是燃烧不充分所致，是氧气不足而生成的中间产物。,燃气中的氧气量充足时，理论上燃料燃烧后不会存在CO。但当氧气量不足时，就会有部分燃料不能完全燃烧，而生成CO。,图2-7 甲
5、烷与氧气混合气火焰中CO的摩尔分数分布,汽油机一氧化碳的生成机理,汽油机CO排放量xCO与 及过量空气系数a的关系,汽油机一氧化碳的生成机理,a 1时，CO的排放量都很小。a=1.01.1时，CO的排放量变化较复杂。,由上图可以看出,柴油机一氧化碳的生成机理,a=1.53，CO排放量要比汽油机低得多。大负荷（a=1.21.3）CO的排放量才大量增加。,柴油机一氧化碳的生成机理,燃料与空气混合不均匀，局部缺氧和低温，燃烧区停留时间较短，小负荷时尽管a很大，CO排放量反而上升。,影响一氧化碳生成的因素,理论上当AF=14.7以上时，排气中不存在CO，只有CO2,2.3 HC的生成机理,汽车的未然碳
6、氢指由汽车排放的没有燃烧或部分的碳氢化合物的总称，通常用HC表示。,2.3.1 点燃式内燃机(汽油机)汽车HC来源,点燃式内燃机（柴油机）汽车HC来源,压燃式内燃机(柴油机)的未然HC都是在缸内燃烧过程中产生的，即排气系统和曲轴箱泄漏。,区别,2.3.2 汽油机未燃HC的生成机理,2.3.3 柴油机未燃HC的生成机理,燃料在气缸内停留的时间较短，生成HC的相对时间也短，故其HC排放量比汽油机少。,2.3.4 汽油车燃油蒸发和泄漏的HC排放,由汽车发动机曲轴箱排出的气体混合物其组成大约为85的未燃燃料空气混合气和15的废气（由燃烧室泄漏的燃烧产物），泄漏量随着发动机的磨损而增加。在没有控制的汽车
7、上从曲轴箱通风管排人大气的泄漏气体大约为汽车HC化合物排放量的25。,燃油蒸发污染物控制装置：把由燃油系统的各个通风口泄漏的燃油蒸汽先用碳罐吸收起来，等到发动机工作时在释放出来使其进入气缸内燃烧。,发动机工作,电磁阀打开,2.3.5 影响碳氢化合物生成的因素,2.3.5 影响碳氢化合物生成的因素,2.3.5 影响碳氢化合物生成的因素,2.3.5 影响碳氢化合物生成的因素,燃烧室面容比FV,面容比（F/V）值小,则结构紧凑。,F/V燃烧室表面积与其容积之比。,优点：,1）火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比。2）相对散热损失小，热效率高。3)熄火面积小，HC排量小。,2、燃烧室面容比FV,一般
8、来说，FV大，火焰传播距离长，容易爆燃，HC排放高(图521)，相对散热面积大，热损失大。,2.4 颗粒物的生成机理,颗粒物（PM）也称为微粒物，形成于内燃机燃烧过程，主要成分为碳元素，燃烧过程中的PM是排气中碳烟形成的原因。,2.4.1 汽油机微粒的生成机理,GB 17930-1999车用无铅汽油,硫与排气系统中氧化催化剂SO2SO3+HO2H2SO4,2.4.2 柴油机微粒的组成与特征,柴油机排气微粒由很多原生微球的聚集体而成，总体结构为团絮状或链状。,当排气温度超过500时，碳质微球的聚集体，称为碳烟，也称为烟粒；排气温度低于500 时，烟粒会吸附和凝聚多种有机物，称为有机可溶成份。,排
9、气温度的影响,2.4.3 烟粒的生成机理,（1）在高温富油缺氧区，通过裂解和脱氢过程，经过核化形成先期产物；,（1）表面生长；,烟粒生成阶段：,烟粒长大阶段：,（2）在低于1500K的低温区，通过聚合和冷凝生成碳烟微粒。,（2）聚集。,烟粒的氧化及有机可溶成份的吸附与凝结,氧化作用需要有一定的温度，至少在700800。,组成SOF的重质有机化合物向烟粒聚集物的凝结与吸附。,烟粒的氧化：,有机可溶成份的吸附与凝结：,（1）燃油中芳香烃含量及馏程越高，微粒排放量越大；烷烃含量越高，微粒排放量越少；,燃料的影响：,（2）柴油机的排烟浓度随十六烷值的提高而增大。,2.4.4 影响微粒生成的因素,（1）
10、喷油定时的影响；提前喷油或非常迟的喷油，可以降低排气烟度。,喷油参数的影响：,（2）喷油规律的影响：大部分燃油在前半时间内喷入气缸时，参与预混燃烧的油量增多，故排烟浓度低而NO浓度高；,（3）喷油嘴不正常喷射的影响：滴漏或二次喷射对碳烟有不利影响；,（4）喷油压力的影响：提高喷油压力，减少烟粒的生成。,适当增加空气涡流，有利于改善混合气品质，减少碳烟排放量,高温缺氧是造成碳烟生成量增加的重要原因,空气涡流的影响：,其它因素的影响：,2.5 硫化物的生成机理,2.6 光化学烟雾的生成机理,光化学烟雾指的是一系列对环境和健康有害的化学品。它们称之为光化学烟雾是因为它们由最初的污染物质光解而产生的。光化学烟雾是一种淡蓝色烟雾，属于大气中二次污染物。,光化学烟雾,排入大气的NOx和HC受太阳紫外线作用产生的一种具有刺激性的浅蓝色烟雾。,危害：（1）对眼睛的刺激作用。（2）对植物和有机物等的损害。（3）对呼吸系统的影响。（4）头痛、咳嗽等症状。,课后作业2,（1）简述酸雨形成过程。（2）简答汽油机汽车HC主要来源及生成途径。（3）简答不同空燃比下CO的生成情况。,
