汽油機(jī)污染物的生成及影響

第三章汽油機(jī)污染物的生成及影響第三節(jié)影響汽油機(jī)排氣污染物生成的因素四、汽油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響對(duì)汽油機(jī)排放影響較大的結(jié)構(gòu)參數(shù)有氣缸工作容積、行程缸徑比(S/D)、燃燒室形狀、壓縮比、活塞頂環(huán)隙容積、配氣定時(shí)以及排氣系統(tǒng)等。

這些參數(shù)的影響遵循下列兩點(diǎn)：第一點(diǎn)是在上止點(diǎn)時(shí)燃燒室的面容比F/V越大、進(jìn)入活塞的間隙的混合氣越多，排氣氧化不多時(shí)HC的排出量增大；第二點(diǎn)是若使由燃燒室壁面散失的熱量減少、殘留氣體減少，則NOx的排放量增大。1.氣缸工作容積與行程缸徑比的影響

(1)汽油機(jī)氣缸工作容積越大，氣缸面容比F/V變小，氣缸相對(duì)散熱面積較小，因此HC的排放和油耗越低。

(2)汽油機(jī)行程缸徑比的影響更大，行程越長(zhǎng)，HC排放和油耗越低。根據(jù)放熱規(guī)律對(duì)比分析，長(zhǎng)行程汽油機(jī)的燃燒速度快，點(diǎn)火定時(shí)可以相對(duì)后移。長(zhǎng)行程汽油機(jī)的最高放熱效率大、燃燒溫度高，有利于降低HC和燃油消耗。長(zhǎng)行程汽油機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)在低負(fù)荷時(shí)更加明顯。

(3)但長(zhǎng)行程和大氣缸的汽油機(jī)NOx排放量大。行程缸徑比及工作容積對(duì)HC排放的影響2.壓縮比ε的影響壓縮比增大后，F(xiàn)/V增大，進(jìn)入活塞頂環(huán)隙的混合氣增多，HC排放增加。另一方面，ε增大，使膨脹比增大，膨脹后期的排氣溫度下降，HC氧化速率下降，更多的燃料以未燃HC的形式排出。

NOx受兩方面影響：一是壓縮比增大，燃燒溫度上升，導(dǎo)致NOx增多；另一方面，熱效率提高F/V增大，使得NOx減少。3．燃燒室形狀的影響

(1)當(dāng)工作容積和壓縮比保持一定，變化燃燒室形狀時(shí)，HC排放與F/V成正比，即F/V增大，HC排放增大。

(2)NOx排放與HC正好相反，有與F/V成反比的傾向。原因：隨F/V的增大，熱損失變大，燃燒氣體的最高溫度降低。但對(duì)于NOx排放，即使F/V相同，由于點(diǎn)火位置等的差異，燃燒速度及燃燒溫度也受到很大影響，故不能認(rèn)為NOx排放是F/V的函數(shù)。

F/V越大、火焰的傳播距離長(zhǎng)，容易爆燃；而且燃燒室壁面的淬熄效應(yīng)增加，因此HC的排出量增大；NOx的排放量與之相反。本圖表示了不同的燃燒室形狀時(shí)的NOx和HC排放SQ/C表示擠流間隙的大小汽油機(jī)燃燒室設(shè)計(jì)原則之一：形成適當(dāng)?shù)奈闪鬟\(yùn)動(dòng)(1)燃燒室內(nèi)形成適當(dāng)強(qiáng)度的氣體流動(dòng)可以加快火焰?zhèn)鞑ィ?2)冷卻末端混合氣；(3)減少循環(huán)間燃燒變動(dòng)，擴(kuò)大混合氣體著火界限，利于燃燒更稀混合氣；(4)減少HC排放量，但紊流過(guò)強(qiáng)，向缸壁傳熱損失增加，還可能吹熄火核而失火，反而使HC排放增多。根據(jù)右圖可見(jiàn)，紊流過(guò)強(qiáng)時(shí)，即使點(diǎn)火提前角減小，壓力升高率仍較高，使工作粗暴，熱效率降低。實(shí)踐證明，紊流強(qiáng)度使壓力升高率為196-245(千帕/度）時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率最高。擠流間隙紊流適宜和紊流過(guò)強(qiáng)時(shí)燃燒壓力變化比較擠流間隙汽油機(jī)產(chǎn)生紊流的方法有進(jìn)氣渦流和擠流兩種:(1)進(jìn)氣渦流；(2)擠流(1)進(jìn)氣渦流

進(jìn)氣渦流是利用進(jìn)氣口和進(jìn)氣道的形狀在進(jìn)氣過(guò)程中造成氣流繞氣缸中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于進(jìn)氣渦流加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣?，提高了燃燒速率，使熱效率提高。組織進(jìn)氣渦流的同時(shí)會(huì)使進(jìn)氣阻力增加，充氣效率下降，在低速低負(fù)荷時(shí)難以獲得良好的進(jìn)氣渦流。故只依靠進(jìn)氣渦流的燃燒室非常少，通常配合組織進(jìn)氣擠流。(2)擠流

擠流是當(dāng)活塞接近壓縮行程終點(diǎn)時(shí)，利用其頂部和缸蓋底面之間的狹小間隙(稱擠氣間隙）將混合氣擠入主燃燒室內(nèi)而產(chǎn)生，可利用燃燒室形狀來(lái)控制渦流的大小和發(fā)生位置以及在燃燒室內(nèi)擾動(dòng)的形成及其強(qiáng)度。增大擠流強(qiáng)度可以提高明顯燃燒期火焰?zhèn)鞑ニ俣?，縮短燃燒時(shí)間，而且不會(huì)引起充氣效率降低。擠流間隙幾種燃燒室的F/V與HC排放4．氣門定時(shí)的影響(1)NOx受殘留氣體變化的影響，即受氣門重疊的影響，隨進(jìn)氣門早開(kāi)、排氣門遲閉，缸內(nèi)殘余廢氣增加，使燃燒溫度下降，NOx排放減少。(2)排氣門早開(kāi)導(dǎo)致正在燃燒的HC排出，從而HC排放增加。圖2-21氣門定時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)HC和NOx排放的影響5.活塞頂環(huán)隙容積的影響進(jìn)入活塞和缸壁構(gòu)成的小間隙（活塞頂環(huán)隙）的混合氣，由于壁面淬熄效應(yīng)和狹縫效應(yīng)的影響，很難燃燒掉，從而影響了HC的排放量。圖中d表示活塞頂環(huán)隙的寬度；l表示活塞頂環(huán)的深度可見(jiàn)隨活塞頂環(huán)隙容積增大，進(jìn)入環(huán)隙的混合氣增多HC排放增加。6.排氣系統(tǒng)的影響排氣系統(tǒng)對(duì)HC排放有影響。(1)HC在排氣系統(tǒng)中可以進(jìn)一步被氧化，溫度越高，HC被氧化的越多；(2)排氣在排氣系統(tǒng)高溫段停留的時(shí)間越長(zhǎng)，HC被氧化的也就越多?；钊敪h(huán)隙容積對(duì)HC排放的影響1-火花塞在燃燒室側(cè)面；2-火花塞在燃燒室中心7、火花塞位置的影響火花塞在燃燒室的位置不同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒放熱速率不同，故火花塞的位置對(duì)排放有重要影響?；鸹ㄈ牟贾脩?yīng)使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，若火花塞距燃燒室的縫隙較遠(yuǎn)，則汽油機(jī)HC排放增加，反之亦然?；鸹ㄈ麑?duì)HC排放的影響還與燃燒室的結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)：一般說(shuō)，對(duì)非緊湊型燃燒室的影響比對(duì)緊湊型燃燒室的影響大。如在圓盤型燃燒室上，由于火花塞位置的不同可使發(fā)動(dòng)機(jī)HC排放產(chǎn)生35％差別?；鸹ㄈ恢门c燃燒室形狀共同決定了質(zhì)量燃燒率，在燃燒前期燃燒質(zhì)量增加，會(huì)使NO排放增加，但對(duì)改善油耗有利?；鸹ㄈ恢脤?duì)油耗和HC排放物影響1-二氣門發(fā)動(dòng)機(jī)；2-四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)

四氣門和二氣門發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)油耗和HC排放物影響8.其他影響因素(1)氣門數(shù)的影響(2)增壓對(duì)排放的影響汽油機(jī)增壓可使可燃混合物的壓力升高，NOx增多，若使ε降低，燃燒的最高溫度下降，NOx反有所下降。增壓后使HC的排放減少。增壓后CO排放有所減少。(3)渦流對(duì)排放的影響

燃燒室內(nèi)渦流是影響HC和NOx排放的重要因素。配合使用稀混合氣，降低有害排放。五、燃料性質(zhì)

1.辛烷值

辛烷值是表示汽油抗爆性的指標(biāo)。

汽油辛烷值的大小影響汽油機(jī)的油耗，辛烷值低，油耗增加，因此排放量也隨之增大。

2.揮發(fā)性

汽油蒸發(fā)性的指標(biāo)：餾程和蒸汽壓。

餾出10%的溫度(42-58℃)：標(biāo)志起動(dòng)性；

餾出50%的溫度(90-110℃)：標(biāo)志汽油的平均蒸發(fā)性,保證汽車加速性和平穩(wěn)性的重要指標(biāo)；

餾出90%的溫度(155-180℃)：標(biāo)志燃料中含有難以揮發(fā)的重質(zhì)成分的數(shù)量。

雷德飽和蒸汽壓:在規(guī)定條件下，油品在要求的實(shí)驗(yàn)儀器中氣液兩相達(dá)到平衡時(shí)，汽油與其蒸氣的體積比為1:4以及在38°C時(shí)所測(cè)得的汽油最大壓力。

(1)汽油的揮發(fā)性太低，則混合氣的生成不良，啟動(dòng)困難，暖機(jī)性能不好，影響燃燒和排放；

(2)揮發(fā)性太高，則蒸發(fā)排放增加，碳罐容易過(guò)載，并且油路中氣泡增加，影響噴油器的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響排放。我國(guó)2002年的汽油標(biāo)準(zhǔn)3.烯烴和芳烴含量烷烴：熱穩(wěn)定性好、正構(gòu)烷辛烷值低，異構(gòu)烷、環(huán)烷高（理想的汽油組分）烯烴：屬不飽和碳?xì)浠旌衔铮^高辛烷值，熱穩(wěn)定性差，受熱后會(huì)形成膠質(zhì)沉積在進(jìn)氣系統(tǒng)和燃油供給系統(tǒng)中，形成阻塞，使排放惡化，功率下降，油耗增加。另外，烯烴蒸發(fā)后會(huì)促使近地大氣中形成臭氧，危害健康。質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20%降至5%，大城市中臭氧下降20%-30%芳烴：辛烷值很高，燃燒速度慢，增加發(fā)動(dòng)機(jī)中的沉積物及有害氣體排放。隨著燃料中芳烴的增加，NOx排放量也增加，這是由于芳烴燃料溫度較高所致。4.潔凈添加劑汽油無(wú)鉛化是車用汽油機(jī)發(fā)展的普遍趨勢(shì)，但無(wú)鉛汽油在減少鉛污染的同時(shí)，降低了汽油的辛烷值，在不采取其他措施的情況下，會(huì)增加總的污染物排放。無(wú)鉛汽油使用潔凈添加劑，可以大大減少燃燒室積碳和燃料噴射系統(tǒng)的噴嘴堵塞現(xiàn)象，有利于減少污染物排放。5.大氣濕度的影響第一，由于濕度的變化，使空燃比的變化超過(guò)了反饋