第八章-內(nèi)燃機(jī)污染物的生成與控制課件

第八章排氣污染與控制

2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理第八章排氣污染與控制2023/8/1內(nèi)燃§8-1概述

2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理§8-1概述2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理環(huán)保與節(jié)能環(huán)境問題能源危機(jī)2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理環(huán)保與節(jié)能環(huán)境問題2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理汽車排放占大氣污染物比例2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理汽車排放占大氣污染物比例2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理

1、CO：無色無臭無味的氣體，破壞造血功能，呈中毒癥狀。

2、NOx：指NO和NO2，NO2是褐色有刺激性的氣體。

3、HC：包括未燃和未完全燃燒的燃油、潤滑油及其裂解產(chǎn)物和部分氧化產(chǎn)物。某些醛類和多環(huán)芳香烴對(duì)人體有嚴(yán)重危害。

光化學(xué)煙霧：其中最主要的生成物是臭氧O3，它具有很強(qiáng)的氧化力和特殊的臭味，使橡膠裂開，植物受損，可見度降低，并刺激眼睛及咽喉。汽車的主要排放污染物2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理1、CO：無色無臭無味的氣體，破壞造血功能，呈中毒癥排氣中的微粒是指經(jīng)空氣稀釋后的排氣，它是在低于52℃溫度下，在涂有聚四氟乙烯的玻璃纖維濾紙上沉積的除水以外的物質(zhì)，如柴油機(jī)的碳煙粒子，汽油機(jī)的鉛及硫酸鹽等。

微粒排放2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理排氣中的微粒是指經(jīng)空氣稀釋后的排氣，它是在低于52℃

1．排放物的濃度C

在一定排氣容積中，有害排放物所占的容積（或質(zhì)量）比例，稱為排放物的濃度。

ppm、％、或mg／m3，濃度較大時(shí)用％，而濃度較小時(shí)用ppm（1ppm=0.0001％）。

2．排放物的質(zhì)量排放量G

用單位時(shí)間內(nèi)（或一次試驗(yàn)）有害排放物的質(zhì)量排放量G來衡量，單位是g／h（或g／試驗(yàn)）。

3．排放物的比排放量g

每單位功率小時(shí)排出污染物的質(zhì)量稱為比排放量[g／（kW·h）]。排放指標(biāo)2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理1．排放物的濃度C排放指標(biāo)2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理第二節(jié)

有害排放物的生成

2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理第二節(jié)有害排放物的生成2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理主要是NO，NO2排出量較少。

NO的產(chǎn)生：可以認(rèn)為，氮的氧化反應(yīng)發(fā)生在燃料燃燒反應(yīng)所形成的環(huán)境中，其主導(dǎo)反應(yīng)過程是一、氮氧化物O＋N2＝＝NO＋NN＋O2＝＝NO＋O2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理主要是NO，NO2排出量較少。一、氮氧化物O＋N2＝＝（1）高溫（2）富氧

（3）充足的反應(yīng)時(shí)間促使NO生成的因素2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理（1）高溫促使NO生成的因素2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原燃燒過程中生成的重要的中間產(chǎn)物。生成的機(jī)理比較復(fù)雜，一般經(jīng)歷如下步驟：

RH→R→RO2→RCHO→RCO→COCO在火焰中及火焰后，以緩慢的速率氧化成CO2。

主要影響因素：混合氣濃度。二、一氧化碳CO2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理燃燒過程中生成的重要的中間產(chǎn)物。二、一氧化碳CO2023/8生成與排出有三個(gè)渠道：廢氣（尾氣）：占6O％以上曲軸箱竄氣由排出：占25％燃油蒸氣漏泄：占15％～20％左右三、未燃碳?xì)浠衔铮℉C）2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理生成與排出有三個(gè)渠道：三、未燃碳?xì)浠衔铮℉C）2023/8

HC的生成與排出有三個(gè)渠道，其中HC總量的60%以上由廢氣排出，25%由曲軸箱竄氣，15%~20%左右從油箱、化油器等處漏泄。燃燒過程中HC生成的主要途徑2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理HC的生成與排出有三個(gè)渠道，其中HC總量的60%以上由廢氣

1)活塞頂端氣環(huán)與氣缸壁之間形成的夾縫內(nèi)的可燃混合氣因火焰不能及時(shí)到達(dá)，而不能完全燃燒。2)相對(duì)冷態(tài)的氣缸壁對(duì)火焰產(chǎn)生的熱與活化基物質(zhì)起著吸收的作用，促使火焰?zhèn)鞑ブ袛啵椿鹧嬖跉飧妆诒砻娈a(chǎn)生激冷與淬熄現(xiàn)象。3)燒機(jī)油(潤滑油）。4)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變工況時(shí)，點(diǎn)火定時(shí)、空燃比以及排氣再循環(huán)值均不處于最佳狀態(tài)，燃燒惡化，HC排放量增加，尤其是減速及怠速工況。5)燃燒室中沉積物的影響。2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理1)活塞頂端氣環(huán)與氣缸壁之間形成的夾縫內(nèi)的可燃混合氣2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理

柴油機(jī)微粒的主要成分：碳煙粒子。它是燃料在燃燒過程中經(jīng)歷了一系列物理化學(xué)變化后形成的。四、微粒2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理柴油機(jī)微粒的主要成分：碳煙粒子。它是燃料在燃燒過程中第三節(jié)

影響汽油機(jī)有害排放物生成的主要因素

2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理第三節(jié)影響汽油機(jī)有害排放物生成的主要因素2023/8/汽油機(jī)：預(yù)混燃燒，其可燃混合氣濃度范圍比較窄，在一些工況下（如怠速、滿負(fù)荷等）經(jīng)常處于濃混合氣工作，因而混合氣成分是影響排放的最主要的因素。一、混合氣成分2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理汽油機(jī)：預(yù)混燃燒，其可燃混合氣濃度范圍比較窄，在一些

CO：空燃比A／F增加，CO濃度逐漸下降；

NOx：濃度兩頭低，中間高，NO生成必須兼具高溫、富氧兩個(gè)條件。

HC：兩頭高，中間低，與燃油消耗率的變化趨勢(shì)基本一致。2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理CO：空燃比A／F增加，CO濃度逐漸下降；2

減少點(diǎn)火提前角：降低NO及HC均有利，但以犧牲動(dòng)力性為代價(jià)。二、點(diǎn)火正時(shí)2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理減少點(diǎn)火提前角：降低NO及HC均有利，但以犧牲動(dòng)力性2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理廢氣再循環(huán)：NO濃度逐漸下降，但燃燒的有效性降低，動(dòng)力性變差。三、吸入廢氣量的影響2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理廢氣再循環(huán)：NO濃度逐漸下降，但燃燒的有效性降低，動(dòng)力對(duì)于不同的運(yùn)行工況，各種有害排放物的差異很大。怠速與減速工況，是HC生成的主要工況。四、工況2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理對(duì)于不同的運(yùn)行工況，各種有害排放物的差異很大。四、工況2五、負(fù)荷負(fù)荷是通過混合氣成分對(duì)燃燒產(chǎn)物中有害物質(zhì)產(chǎn)生影響的。怠速與小負(fù)荷，混合氣偏濃，是HC、CO生成的主要工況。中等負(fù)荷，供給經(jīng)濟(jì)混合氣，HC、CO含量低，但NOx生成量增多。大負(fù)荷，供給濃混合氣，HC在排氣中燃燒了，CO、NOx排放增多。2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理五、負(fù)荷負(fù)荷是通過混合氣成分對(duì)燃燒產(chǎn)物中有害物質(zhì)產(chǎn)生影響六、轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)速的升高，混合氣經(jīng)過進(jìn)氣系統(tǒng)的流速及活塞運(yùn)動(dòng)速度升高，CO、HC排放減少。

NOx與混合氣的成分有關(guān)，濃混合氣時(shí)缸內(nèi)溫度較高，NOx含量增加，稀混合氣時(shí)，缸內(nèi)溫度較低，NOx生成量減少。提高怠速轉(zhuǎn)速使混合氣變稀，CO、HC排放減少。2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理六、轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)速的升高，混合氣經(jīng)過進(jìn)氣系統(tǒng)的流速及活塞運(yùn)第四節(jié)

影響柴油機(jī)有害排放物生成的主要因素

2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理第四節(jié)影響柴油機(jī)有害排放物生成的主要因素2023/8/

柴油機(jī)燃燒：一種多相非均勻混合物的不穩(wěn)定的燃燒過程。

噴霧過程、油束形成、混合氣的濃度與分布以及燃燒室形式等，對(duì)排放物生成均有復(fù)雜的影響。一、柴油機(jī)燃燒及排放物生成的特點(diǎn)2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理柴油機(jī)燃燒：一種多相非均勻混合物的不穩(wěn)定的燃燒過程。由于油霧及油蒸氣在空間濃度分布不同，可大致分為稀燃火焰熄滅區(qū)、稀燃火焰區(qū)、油束心部，油束尾部和后噴部以及壁面油膜，從油束邊緣到油束核心部分，局部空燃比可從無窮大變到零。根據(jù)負(fù)荷不同，各區(qū)排放物生成的性質(zhì)也不一樣。

2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理由于油霧及油蒸氣在空間濃度分布不同，可大致分為稀燃火未燃HC：在低負(fù)荷時(shí)，主要產(chǎn)生在稀燃火焰熄滅區(qū)；在高負(fù)荷時(shí)，主要產(chǎn)生在油束心部、油束尾部和后噴部及壁面油膜處。

CO：低負(fù)荷時(shí)，主要在稀燃火焰熄滅區(qū)及稀燃火焰區(qū)的交界面上生成CO；高負(fù)荷時(shí)，在油束心部、油束尾部及后噴部，因局部缺氧而產(chǎn)生CO。

NOx：在燃燒完全、供氧充分及溫度較高的稀燃火焰區(qū)及油束心部產(chǎn)生較多。

碳煙：高負(fù)荷時(shí)，在油束心部、油束尾部和后噴部的氧濃度低，氣體溫度高，燃油分子容易發(fā)生高溫裂解而形成碳煙。

醛類：主要在稀燃火焰熄滅區(qū)，由于低溫氧化而產(chǎn)生醛類中間產(chǎn)物。

2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理未燃HC：在低負(fù)荷時(shí)，主要產(chǎn)生在稀燃火焰熄滅區(qū)；在高負(fù)二、影響因素1、混合氣成分2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理二、影響因素1、混合氣成分2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理

CO：柴油機(jī)過量空氣系數(shù)>1，加上柴油蒸發(fā)性比汽油小，因此柴油機(jī)的HC及CO排放濃度一般比汽油機(jī)低得多，但在接近滿負(fù)荷時(shí)（A／F減?。?，CO濃度驟增。

NO：生成率最高處仍出現(xiàn)在油量較大的高負(fù)荷工況。與汽油機(jī)不同的是，柴油機(jī)NO2的生成濃度較高。NO2濃度隨A／F增加而減少。碳煙：混合氣變濃，排煙濃度增多。

2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理CO：柴油機(jī)過量空氣系數(shù)>1，加上柴油蒸發(fā)性比汽油小

2、噴油時(shí)刻2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理2、噴油時(shí)刻2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理延遲噴油是降低NOx的主要措施之一。為了在延遲噴油以后燃燒不致惡化，加強(qiáng)缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)、促進(jìn)混合氣形成、提高噴油速率以及改善噴霧質(zhì)量是很有必要的。延遲噴油的同時(shí)提高噴油速率，要比單純延遲噴油定時(shí)的效果好。2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理延遲噴油是降低NOx的主要措施之一。2023/8/1內(nèi)燃3、燃燒室類型2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理3、燃燒室類型2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理分隔式燃燒室生成的NOx、CO、HC和碳煙的排放濃度均低于直噴式的，特別是NOx排放濃度一般比直噴式燃燒室的低50％左右。原因：這種燃燒室的燃燒及排放物的生成分兩個(gè)階段進(jìn)行。2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理分隔式燃燒室生成的NOx、CO、HC和碳煙的排放濃度第五節(jié)

有害排放物的控制

2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理第五節(jié)有害排放物的控制2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理

1）以降低排放為目標(biāo)，通過改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程為主的機(jī)內(nèi)處理方法。

2）對(duì)燃燒排出的有害物，在排氣系統(tǒng)等處進(jìn)行后處理。

3）對(duì)曲軸箱竄氣或油蒸氣部分進(jìn)行處理。2）、3）又稱為機(jī)外處理方法?？刂拼胧┓诸?023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理1）以降低排放為目標(biāo)，通過改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程為主的機(jī)內(nèi)一、汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)1、廢氣再循環(huán)2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理一、汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)1、廢氣再循環(huán)2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原使少量廢氣（5％～20％）再次循環(huán)進(jìn)入氣缸，降低燃燒溫度，可抑制NOx生成。應(yīng)根據(jù)不同工況決定是否采用廢氣再循環(huán)，或確定廢氣再循環(huán)量的多少。2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理使少量廢氣（5％～20％）再次循環(huán)進(jìn)入氣缸，降低燃燒溫度，2、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)1）冷起動(dòng)、暖機(jī)和怠速盡量縮短冷起動(dòng)時(shí)間，使暖機(jī)時(shí)混合氣、冷卻液和機(jī)油盡快熱起來，提高怠速轉(zhuǎn)速。2）壓縮比壓縮比增加，使燃燒室內(nèi)溫度增加，使NOx排放增加。2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理2、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)1）冷起動(dòng)、暖機(jī)和怠速盡量縮短冷起動(dòng)時(shí)間，3）燃燒系統(tǒng)燃燒室的形狀主要影響未燃混合氣的HC排放物濃度。4）進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性外也影響污染物的生成，特別是HC。理想的燃燒室形狀應(yīng)緊湊、表面積小，并帶有一定的進(jìn)氣旋流。2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理3）燃燒系統(tǒng)燃燒室的形狀主要影響未燃混合氣的HC排放物濃度。2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理5）活塞組件活塞、活塞環(huán)與氣缸壁之間的間隙，對(duì)汽油機(jī)的HC排放有很大的影響，主要是HC。6）分層稀薄燃燒NOx排放增加2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理5）活塞組件活塞、活塞環(huán)與氣缸壁之間的間隙，對(duì)汽油機(jī)的HC排3、電子控制燃油噴射系統(tǒng)4、提高燃油的品質(zhì)2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理3、電子控制燃油噴射系統(tǒng)4、提高燃油的品質(zhì)2023/8/1內(nèi)二、汽油機(jī)機(jī)外凈化技術(shù)1、曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理二、汽油機(jī)機(jī)外凈化技術(shù)1、曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)2023/8/1內(nèi)燃2、燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)2023/8/21內(nèi)燃機(jī)原理2、燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)2023/8/1內(nèi)燃機(jī)原理3、三元催化轉(zhuǎn)化器2023/8/2