1、汽車排放及噪聲控制第2章 汽車排放污染物的形成2022年8月29日課程內(nèi)容第2章 汽車排放污染物的形成第2章 汽車排放污染物的形成 2.1 一氧化碳2.2 碳氫化合物2.3 氮氧化物2.4 微粒概述：主要內(nèi)容介紹了汽車尾氣中的主要污染物CO、HC、NOX和微粒的生成機理及其影響因素。第2章 汽車排放污染物的形成2.1 一氧化碳一氧化碳的生成機理第2章 汽車排放污染物的形成汽車尾氣中CO的產(chǎn)生是燃燒不充分所致，是氧氣不足而生成的中間產(chǎn)物。燃氣中的氧氣量充足時，理論上燃料燃燒后不會存在CO。但當氧氣量不足時，就會有部分燃料不能完全燃燒，而生成CO。汽油機一氧化碳的生成機理第2章 汽車排放污染物的形

2、成汽油機CO排放量XCO (CO的摩爾分數(shù)）與空燃比或過量空氣系數(shù)a的關(guān)系 a汽油機一氧化碳的生成機理第2章 汽車排放污染物的形成a 1時 ，CO的排放量很小。a =1.01.1時，CO的排放量變化較復(fù)雜（轉(zhuǎn)折點）。由上圖可以看出柴油機一氧化碳的生成機理第2章 汽車排放污染物的形成a =1.53，大部分工況，CO排放量要比汽油機低得多。a =1.21.3，接近冒煙界限，CO的排放量才大量增加。柴油機一氧化碳的生成機理第2章 汽車排放污染物的形成小負荷時，燃料與空氣混合不均勻，局部缺氧和低溫，盡管a很大，CO排放量反而上升。a影響一氧化碳生成的因素 （針對化油器汽油機，P12-13）第2章 汽車

3、排放污染物的形成化油器的結(jié)構(gòu)及工作原理針閥浮子室浮子喉管噴管節(jié)氣門進氣歧管進氣預(yù)熱裝置量孔2.2 碳氫化合物碳氫化合物的生成機理第2章 汽車排放污染物的形成漏入曲軸箱的竄氣中含有大量未燃燃料燃燒過程中未燃燒或燃燒不完全的碳氫燃料燃油蒸汽汽油機未燃HC的生成機理第2章 汽車排放污染物的形成火焰在壁面淬冷冷起動、暖機和怠速等工況下，壁面溫度較低，淬熄層較厚，壁面火焰淬熄是此類工況下未燃HC的重要來源。狹隙效應(yīng)火焰不能進入各種狹窄的間隙，便會產(chǎn)生未燃HC。潤滑油膜對燃油蒸汽的吸附與解吸進氣過程中，潤滑油膜溶解和吸收了進入氣缸的碳氫化合物。燃燒過程中， HC向已燃氣解吸。燃燒室內(nèi)沉積物的影響沉積物使H

4、C排放增加。體積淬熄燃燒室中壓力和溫度下降太快，可能使火焰熄滅。碳氫化合物的后期氧化未燃燒的碳氫化合物釋放出來，重新被全部或部分氧化。HC產(chǎn)生的原因（含狹隙的位置）1-潤滑油膜的吸附及解吸；2-火花塞附近的狹隙和死區(qū)；3-冷激層；4-氣門座死區(qū)；5-火焰熄滅（如混合氣太稀、湍流太強）；6-沉積物的吸附及解吸；7-活塞環(huán)和環(huán)岸死區(qū)；8-氣缸蓋襯墊缸孔死區(qū)。柴油機未燃HC的生成機理第2章 汽車排放污染物的形成燃料在氣缸內(nèi)停留的時間較短，且燃燒速度快，生成HC的相對時間也短；氧氣含量較豐富；故其HC排放量比汽油機少2.2.2 影響碳氫化合物生成的因素第2章 汽車排放污染物的形成混合氣質(zhì)量的影響混合氣

5、的均勻性越差則HC排放越多。運行條件的影響汽油機運行條件的影響影響碳氫化合物生成的因素第2章 汽車排放污染物的形成運行條件的影響汽油機運行條件的影響負荷增加時，HC排放量絕對值將隨廢氣流量變大而幾乎呈線性增加。負荷的影響轉(zhuǎn)速較高時，氣缸內(nèi)混合氣的擾流混合、渦流擴散及排氣擾流、混合程度的增大改善了氣缸內(nèi)的燃燒過程，HC排放濃度明顯下降。轉(zhuǎn)速的影響點火提前角減小可使HC排放下降。點火時刻的影響壁面溫度升高，HC排放濃度相應(yīng)降低。提高冷卻介質(zhì)溫度有利于減弱壁面激冷效應(yīng)，降低HC排放。壁溫的影響燃燒室面容比大，單位容積的激冷面積也隨之增大，未燃烴總量必然也增大。降低燃燒室面容比是降低汽油機HC排放的一

6、項重要措施。燃燒室面容比的影響負荷的影響轉(zhuǎn)速的影響點火時刻的影響壁溫的影響燃燒室面容比的影響影響碳氫化合物生成的因素第2章 汽車排放污染物的形成混合氣質(zhì)量的影響汽油機運行條件的影響柴油機運行條件的影響運行條件的影響影響碳氫化合物生成的因素第2章 汽車排放污染物的形成運行條件的影響柴油機運行條件的影響噴油時刻的影響噴油嘴噴孔面積的影響冷卻水進水溫度的影響進氣密度的影響2.3 氮氧化物NOX的生成機理第2章 汽車排放污染物的形成O2 2OO N2 NO NN O2 NO ON OH NO HNO的平衡摩爾分數(shù)xNOe與過量空氣系數(shù)a的關(guān)系（計算）a 1的稀混合氣區(qū)，xNOe隨溫度的升高而迅速增大。

7、a 1，xNOe隨a 的減小而急劇下降。NO的生成機理第2章 汽車排放污染物的形成結(jié)論：在稀混合氣區(qū)NO的生成主要是溫度起作用；在濃混合氣區(qū)主要是氧濃度起作用。NO2的生成機理第2章 汽車排放污染物的形成汽油機排氣中的NO2濃度與NO的濃度相比可忽略不計，但在柴油機中NO2可占到排氣中總NOX的10%30%。（冷空氣激冷才能讓NO2保留下來。柴油機在小負荷運轉(zhuǎn)時，燃燒室中存在很多低溫區(qū)。）NO HO2 NO2 OHNO2O NOO2影響NOX生成的因素第2章 汽車排放污染物的形成影響汽油機NOX生成的因素過量空氣系數(shù)和燃燒室溫度的影響a 1時，溫度起著決定性作用，NOX生成量隨溫度升高而迅速增

8、大。最高溫度通常出現(xiàn)在a 1.1，且有適量的氧濃度，故NOX排放濃度出現(xiàn)峰值。a進一步增大，溫度下降的作用占優(yōu)勢，NO生成量減少。殘余廢氣分數(shù)的影響廢氣分數(shù)增大，減小了可燃氣的發(fā)熱量，增大了混合氣的比熱容，使最高燃燒溫度下降，NO排放降低。點火時刻的影響點火提前角的減小，NO排放量不斷下降。噴油提前角減小，燃燒推遲，燃燒溫度較低，生成的NOX較少。影響NOX生成的因素第2章 汽車排放污染物的形成影響柴油機NOX生成的因素噴油定時的影響放熱規(guī)律的影響負荷與轉(zhuǎn)速的影響傳統(tǒng)模式低排放放熱模式NOX排放隨負荷增大而顯著增加。轉(zhuǎn)速對NOX排放的影響比負荷的影響小。傳統(tǒng)的放熱規(guī)律與低排放放熱規(guī)律圖2-12

9、 傳統(tǒng)柴油機的典型放熱規(guī)律（虛線）與低排放柴油機的優(yōu)化放熱規(guī)律（實線）嘴端油管壓力實測DME和柴油燃料嘴端油管壓力的比較（機型：2135柴油機；轉(zhuǎn)速：1500r/min；供油提前角：31BTDC） Comparison of line pressure at nozzle side for dieselengine fuelled with DME and diesel fuel針閥升程實測DME和柴油燃料針閥升程的比較（機型：2135柴油機；轉(zhuǎn)速：1500r/min；供油提前角：31BTDC）2.4 微粒微粒的生成機理第2章 汽車排放污染物的形成柴油機微粒的組成與特征第2章 汽車排放污染物的

10、形成柴油機排氣微粒由很多原生微球的聚集而成，總體結(jié)構(gòu)為團絮狀或鏈狀。當排氣溫度超過500時，碳質(zhì)微球的聚集體，稱為碳煙，也稱為煙粒；排氣溫度低于500 時，煙粒會吸附和凝聚多種有機物，稱為有機可溶成份。煙粒的生成機理第2章 汽車排放污染物的形成（1）在高溫（2000K3500K）富油缺氧區(qū)，通過裂解和脫氫過程，經(jīng)過核化形成先期產(chǎn)物；（1）表面生長，表面粘住氣相物質(zhì)，脫氫；1 煙粒生成階段：2 煙粒長大階段：（2）在低于1500K的低溫區(qū)，通過聚合和冷凝生成碳煙微粒。（2）聚集，碰撞，煙粒數(shù)量減少。煙粒的氧化及有機可溶成份的吸附與凝結(jié)第2章 汽車排放污染物的形成氧化作用需要有一定的溫度，至少在7

11、00800。組成SOF的重質(zhì)有機化合物向煙粒聚集物的凝結(jié)與吸附。在排氣最后階段進行。3 煙粒的氧化：4 有機可溶成份的吸附與凝結(jié)：可溶有機成份 SOF （Soluble organic fraction）Two-dimensional imaging of ignition and soot formation processes in a diesel flame影響微粒生成的因素第2章 汽車排放污染物的形成負荷的影響：（1）高速小負荷時，稀薄混合氣區(qū)較大，微粒排放量較高，燃燒界限外，冷凝聚合；（2）低速大負荷時，容易產(chǎn)生裂解和脫氫，排放量有所升高。影響微粒生成的因素第2章 汽車排放污染物的

12、形成（1）小負荷時，溫度低，以未燃油滴為主的微粒的氧化作用微弱，轉(zhuǎn)速低便于氧化；轉(zhuǎn)速的影響：（2）轉(zhuǎn)速升高時，這種氧化作用又受到時間因素的制約；（3）大負荷時，轉(zhuǎn)速的升高有利于氣流運動的加強，使燃燒速度加快。影響微粒生成的因素第2章 汽車排放污染物的形成（1）燃油中芳香烴含量及餾程越高，微粒排放量越大；烷烴含量越高，微粒排放量越少；燃料的影響：（2）柴油機的排煙濃度隨十六烷值的提高而增大。影響微粒生成的因素第2章 汽車排放污染物的形成（1）噴油定時的影響（見P28圖2-17）；噴油參數(shù)的影響：（2）噴油規(guī)律的影響：大部分燃油在前半時間內(nèi)噴入氣缸時，參與預(yù)混燃燒的油量增多，故排煙濃度低而NO濃度高；（3）噴油嘴不正常噴射的影響：滴漏或二次噴射對碳煙有不利影響；（4）噴油壓力的影響：提高噴油壓力，減少煙粒的生成。圖2-17 噴油定時對煙度的影響 提前：滯燃期隨噴油提前角的加大而延長，因此使著火前的噴油量較多，燃燒溫度較高，燃燒過程結(jié)