內(nèi)燃機12-污染及控制

1、第十二章 內(nèi)燃機的環(huán)境污染及其控制第一節(jié)內(nèi)燃機的排放污染物及其危害一、內(nèi)燃機的排放物無害排放物二氧化碳CO2，水蒸氣H2O，過剩的氧O2，殘存的氮N2等（完全燃燒）有害排放物不完全燃燒產(chǎn)物和燃燒反應(yīng)的中間產(chǎn)物：一氧化碳CO，碳氫化合物HC，氮氧化合物NOx ，二氧化硫SO2及微粒等；曲軸箱排放物：主要是HC ，還有極少的CO和NOx燃油蒸發(fā)排放物： HC 二、污染物的危害一氧化碳CO不完全燃燒產(chǎn)物，無色無味的有毒氣體。與人體血液中的血紅蛋白結(jié)合，阻礙血液向心、腦等器官輸送氧氣，使人頭痛、惡心、嘔吐、窒息等。碳氫化合物HC未然燒或不完全燃燒燃料發(fā)生分解、氧化的產(chǎn)物，即烴類物質(zhì)，有時簡稱未燃烴。其

2、中有的能致癌，有的能刺激眼睛和呼吸器官，對農(nóng)作物也有害。烴和NOx在強太陽光的紫外線作用下還會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成以臭氧和醛類為主的過氧化產(chǎn)物，形成一種有毒的白色煙霧，及光化學(xué)煙霧。氮氧化合物NOx氮氧化物的總稱，以NO為最多，NO2次之，及其它。NO是無色具有輕度刺激性的氣體，高濃度時能造成人與動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)障礙NO2是赤褐色的帶強刺激性臭味的氣體，對人體肺和心肌有很強的毒害作用。NOx易擴散，易溶于水，在與CO、SO2共存的場合下，易形成酸霧，對大氣造成嚴重污染。二氧化硫SO2燃料中硫的燃燒生成。無色有強烈氣味的氣體，對呼吸系統(tǒng)有刺激作用，導(dǎo)致支氣管炎、結(jié)膜炎、哮喘等病癥。溶于水蒸氣形成酸

3、雨，影響農(nóng)作物和生態(tài)平衡等SO2對內(nèi)燃機廢氣凈化使用的催化劑有破壞作用微粒含義：P290柴油機微粒的主要成分是碳及其吸附的有機物質(zhì)，停滯于人體肺部、支氣管；吸附物中具有不同程度的致癌作用含鉛汽油的鉛和汽油中硫形成的硫酸鹽是排氣微粒的主要成分。鉛，防礙紅血球的生長和發(fā)育，；鉛化物還會使催化劑“中毒”，可以認為，（無鉛汽油）汽油機基本上不排放微粒。二氧化碳CO2無色無味無毒氣體，但當(dāng)大氣中含量過高時，則會影響肺部吸氧呼碳，“溫室效應(yīng)”，破壞生態(tài)平衡三、污染物的排放指標排放物體積分數(shù)和質(zhì)量濃度單位排氣體積中排放污染物的體積質(zhì)量濃度：mg/m3質(zhì)量排放量g/h、g/測試 或 g/km比排放量g/(kW

4、h)第二節(jié)內(nèi)燃機排放污染物的生成機理一、一氧化碳燃燒時供氧不足而形成，汽油機CO排放量要多二、未燃碳氫化合物（未燃烴）未燃燒和部分燃燒的碳氫化合物汽油機中，燃油系統(tǒng)的蒸發(fā)排放物及曲軸箱排放物都含有少量的未燃烴汽油機冷激效應(yīng)：壁面的冷卻，狹窄縫隙內(nèi)的未燃混合氣(縫隙效應(yīng)) 50%70%吸附效應(yīng)：1）氣缸壁和活塞頂面上潤滑油膜吸附未燃混合氣的燃油蒸氣25%30%； 2）燃燒室壁和氣門上生成的多孔性含碳沉積物吸附燃油及其蒸氣 10%容積淬熄：因溫度和壓力下降造成可燃混合氣大容積淬熄使HC增加(一些工況)碳氫化合物的后期氧化：可以降低HC排放柴油機噴射，燃油停留時間短，HC排放比汽油機低得多混合氣太濃

5、或太稀，會造成未燃HC三、氮氧化物NO的生成空氣中的氮在高溫下氧化而成(擴充的捷爾杜維奇機理)氧氣在高溫分解成氧原子誘發(fā)NO生成的鏈鎖反應(yīng)； NO生成量還與反應(yīng)時間有關(guān)NO2及N2O4的生成廢氣排出過程中，溫度下降， NO緩慢氧化成NO2 ；溫度更低時， NO2聚合成N2O4四、二氧化硫燃油中的硫份完全燃燒產(chǎn)物，生成量取決于燃油中的含硫量五、微粒含鉛汽油：鉛和汽油中硫形成硫酸鹽是微粒的主要成分柴油機微粒排放比汽油機大幾十倍：燃燒時生成的含碳粒子(碳煙)及其表面上吸附的多種有機物(SOF)碳煙的生成條件：高溫和缺氧(局部)第三節(jié)汽油機的排放控制概述內(nèi)燃機的排放控制（廢氣凈化）：減少內(nèi)燃機排放廢氣

6、中所含的有害成分前處理機外凈化燃料或空氣在進入氣缸前進行預(yù)先處理改進內(nèi)燃機工作過程機內(nèi)凈化改進內(nèi)燃機的工作過程（特別是燃燒過程）和燃油系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)等后處理機外凈化對內(nèi)燃機排出的廢氣在進入大氣前進行處理，如在排氣系統(tǒng)中安裝催化、水洗、微粒過濾器等裝置一、機內(nèi)凈化測試怠速排放的控制化油器的改進和調(diào)整化油器的改進化油器的怠速調(diào)整點火系統(tǒng)的改進與調(diào)整進氣系統(tǒng)的改進進氣加熱系統(tǒng)采用多氣門可變配氣定時采用稀薄分層燃燒技術(shù)采用電控燃油噴射系統(tǒng)改進燃燒系統(tǒng)采用先進的發(fā)動機管理系統(tǒng)，車載診斷系統(tǒng)(OBD)二、機外凈化措施前處理技術(shù)廢氣再循環(huán)(EGR)燃油摻水排氣后處理技術(shù)氧化催化轉(zhuǎn)化器三效催化轉(zhuǎn)化

7、器曲軸箱排放物控制裝置燃油蒸發(fā)排放物控制裝置前處理技術(shù)廢氣再循環(huán)(EGR)含義：；作用：有效降低NOx的生成量原理：1 ) 廢氣中大量的不活潑氣體(N2 、,CO2)稀釋了可燃混合氣，減慢了燃燒速度，降低了最高燃燒溫度；2) 高熱容量氣體(H2O蒸氣 、,CO2)溫度上升需吸收較多的熱量，更為有效地降低了氣缸內(nèi)的燃燒溫度。減少NOx生成量EGR在全負荷、中等負荷和小負荷都帶來負面影響，關(guān)鍵是控制EGR率，使之在不同工況下得到各種性能的最佳折中采用電控系統(tǒng)控制EGR閥該方法比延遲點火法的節(jié)能效果要好。燃油摻水燃油摻水后，在壓縮及燃燒過程中，水分蒸發(fā)吸收大量的熱量，使火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢，最高燃燒溫度

8、降低及持續(xù)時間縮短，氧被由水反應(yīng)而生成的H、H2、 OH 等（活性比N2大）搶先化學(xué)反應(yīng)， NOx生成量減少；摻水燃燒存在水煤氣反應(yīng)，能使較難燃燒的碳先生成較易燃燒的H2和CO ，最后生成H2O和CO ，因而CO和碳粒的排放量降低；對于HC的排放，變化趨勢或高、或低、或持平。燃油摻水的方法：乳化油法、進氣管和氣缸內(nèi)噴水法、摻水蒸氣法排氣后處理技術(shù)氧化催化轉(zhuǎn)化器借助氧化催化劑的作用，使CO、HC轉(zhuǎn)化為CO2、H2O 。催化劑一種能夠加速化學(xué)反應(yīng)速度而自身又不被消耗的化學(xué)物質(zhì)。內(nèi)燃機上常用的氧化催化劑有貴金屬(鉑Pt、鈀Pd等)催化劑、普通(銅、鉻、鎳、鈷等)催化劑、含稀土催化劑等。多采用鉑催化劑

9、。催化劑的載體一般用氧化鋁Al2O3或陶瓷。催化轉(zhuǎn)化器外形似排氣消聲器，承放催化劑，如圖12-2所示。三效催化轉(zhuǎn)化器可以同時凈化汽油機排氣中的3種主要污染物CO、HC及NOx，使其排放量減少80% 90%。轉(zhuǎn)化效率與的關(guān)系，如右圖。所以需用排氣管中的傳感器進行反饋控制。三效催化轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)如圖12-4。曲軸箱排放物控制裝置可燃混合氣和已燃氣體在高壓下經(jīng)活塞與氣缸之間的間隙漏入曲軸箱，為防止曲軸箱壓力過高，以前一般讓曲軸箱與大氣相通，而竄氣中含有大量未燃HC等，排入大氣會引起污染。解決：曲軸箱強制通風(fēng)裝置，如圖新鮮氣空氣濾清器管曲軸箱(竄氣)(a) 管計量閥3進氣管4進入氣缸再燃燒計量閥3又稱PC

10、V閥，是一個流通斷面隨閥兩端壓差變化而變化的單向閥。燃油蒸發(fā)排放物控制裝置排放物的產(chǎn)生發(fā)動機工作發(fā)熱后停車，化油器浮子室中的汽油大量蒸發(fā)，流入進氣管并通過空氣濾清器流入大氣，這部分HC排放稱為熱浸損失。燃油箱中的汽油由于晝夜溫度變化造成油箱呼吸(換氣)現(xiàn)象，使油箱內(nèi)汽油蒸發(fā)流出箱外，這部分HC排放稱為晝夜損失。解決：用活性炭罐作為汽油的蒸氣的暫存空間發(fā)動機不運轉(zhuǎn)時，來自化油器、燃油箱的汽油蒸氣進入活性炭罐被吸附在活性炭上；當(dāng)發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，利用進氣管真空度將吸附在活性炭上的汽油蒸氣與進入炭罐的新鮮空氣(清除空氣)一起吸入發(fā)動機燃燒室燒掉。第四節(jié)柴油機的排放控制機內(nèi)凈化措施選擇低污染燃燒系統(tǒng)：燃燒

11、室形式改進供油系統(tǒng)：1)延遲噴油定時；2)提高噴油速率；3)；4)；5)改進進氣系統(tǒng)：1)；2)；3)多氣門技術(shù)采用增壓及中冷技術(shù)降低潤滑油消耗量機外凈化措施第五節(jié)低排放燃料石油的改善汽油：提高辛烷值的添加物，原來是四乙鉛已被禁用，現(xiàn)為一些含氧的有機化合物。柴油：提高十六烷值代用燃料液化石油氣（LPGLiquefied Petroleum Gas）主要成分：丙烷和丁烷LPG發(fā)動機的技術(shù)特點壓縮天然氣（CNGCompressed Natural Gas）主要成分：甲烷CNG發(fā)動機的技術(shù)特點第六節(jié)內(nèi)燃機排放標準國外排放標準我國排放標準各項標準第七節(jié)內(nèi)燃機的噪聲及其控制噪聲的基礎(chǔ)知識什么是噪聲？度量：聲壓（Pa）聲壓級（dB）？人耳的適聽范圍（1000Hz的純音）： 聽域 痛域 2105 Pa 20 Pa 0 dB 120 dB噪聲源及其控制燃燒噪聲混合氣燃燒，在極短時間內(nèi)產(chǎn)生大量高溫高壓燃氣，沖擊燃燒室壁，產(chǎn)生振動，由發(fā)動機的外廓表面向外輻射，形成燃燒噪聲其強度主要取決于燃燒過程的壓力升高率，降低壓力升高率的措施：改善燃燒過程采用間噴式燃燒室采用增壓技術(shù)表面輻射噪聲控制增加機體剛度，增加表面振動阻尼，減小機體輻射表面積，隔振，隔聲機械噪聲產(chǎn)生原因：1）動配合零件間的撞擊；2）由于慣性力不平衡產(chǎn)生的振動?？刂疲?）力求減小間隙，及時維修與調(diào)整；2）注意保證發(fā)動