摩托车发动机原理第九章排气污染与控制课件.ppt

发动机原理 第一节 概述 环保与节能 环境保护与节能是当今车用动力技术发展的两个主要着眼点。 以发动机为动力的汽车是城市大气污染的主要来源。据世界一些主要大城市的统计表明，在未治理前，汽车排放中的主要有害成分占城市大气该污染物总量中的比例是很高的。 此外，还有微粒、硫化物、铅、磷及醛等污染，这些污染物对人体的危害很大。 CO排放 CO主要是在缺氧环境下的不完全燃烧产物，是一种无色无臭无味的气体，它和血液中输送氧的载体血红蛋白的亲和力是氧的240倍，人体吸入微量，将破坏造血功能，呈中毒症状；吸入含体积浓度0.3％的CO气体，则可在30min内使人致命。 HC排放 HC包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化产物。HC中的大部分对人体健康不产生直接影响，但其中的某些醛类和多环芳香烃对人体有严重危害。 HC可在阳光作用下与NOX进行光化学反应，形成一种毒性较大的光化学烟雾。其中最主要的生成物是臭氧O3，它具有很强的氧化力和特殊的臭味，使橡胶裂开，植物受损，可见度降低，并刺激眼睛及咽喉。 NOX排放 NOX主要是指NO和NO2，一般用NOX表示。发生在与燃料燃烧反应相伴的高温与富氧的环境中。 NO的毒性比NO2小，但NO在大气中缓慢氧化形成NO2。NO2是褐色有刺激性的气体，对肺和心肌有很强的毒害作用。 NOX是在地面附近形成光化烟雾的主要因素之一。 排放指标 1．排放物的浓度C 在一定排气容积中，有害排放物所占的容积（或质量）比例，称为排放物的浓度。体积分数通常以％和10-6（百万分比）表示，质量浓度常用mg/m3计量。 2．排放物的质量排放量G 用单位时间内（或一次试验）有害排放物的质量排放量G来衡量，单位是g/h（或g/试验）。 3．排放物的比排放量g 每单位功率小时排出污染物的质量称为比排放量[g/（kW·h）]。 第二节 汽油机有害排放物的生成机理和影响因素 一、CO的生成机理 一氧化碳（CO）是碳氢燃料在燃烧过程中生成的重要的中间产物。CO生成的机理比较复杂，但一般认为，燃料分子（RH）经高温氧化生成CO要经历如下步骤： RH→R→RO2→RCHO→RCO→CO 这里R代表碳氢根。CO在火焰中及火焰后，以缓慢的速率氧化成CO2。 二、HC的生成机理 未燃碳氢化合物（HC）的生成与排出有三个渠道： 排气：占6O％以上 曲轴箱窜气：占25％ 蒸发：占15％～20％左右 燃烧过程中HC生成的主要途径 1）缝隙效应 2）壁面激冷与淬熄 3）润滑油膜吸附 4）减速及怠速工况 三、NOX的生成机理 发动机排出的氮氧化物（NOX）主要是NO，NO2排出量较少。 NO的产生：可以认为，氮的氧化反应发生在燃料燃烧反应所形成的环境中，其主导反应过程是： O＋N2 NO＋N N＋O2 NO＋O 促使NOX生成的因素 （1）高温 （2）富氧 （3）充足的反应时间 影响因素--工况 从汽油机排放特性图看出，对于不同的运行工况，各种有害排放物的差异很大。 怠速与减速工况，是HC生成的主要工况。在怠速工况下，燃烧环境温度比较低，缸内残余废气量比较大，混合气比较浓，致使燃烧恶化，HC排放浓度增加；在减速工况下，很高的进气管真空度使进气管内沉积的燃料油膜大量蒸发，这是HC增加的重要原因。 第三节 汽油机有害排放物控制技术 控制措施分类 1）以降低排放为目标，通过改进发动机燃烧过程为主的机内处理方法。 2）对燃烧排出的有害物，在排气系统等处进行后处理。 3）对曲轴箱窜气或油蒸气部分进行处理。 2）、3）又称为机外处理方法。 在发动机部分负荷正常工况时，曲轴箱内的所有窜缸气体通过PCV阀，进入进气歧管； 在怠速或低速时（a），进气歧管中相对真空度较高，真空吸力大，允许少量曲轴箱蒸气混合气通过； 当发动机转速或负荷加大时（b），进气管真空度下降，吸力减小，允许较多的气体通过；发动机全负荷工作时，PCV阀的弹簧使阀门开后到最大流量状态（b）； 发动机回火时PCV阀起保护作用，（c）。 当发动机处于怠速时，无真空压力作用在EGR阀的隔膜上，弹簧保持阀门关闭，不进行EGR 。 随着负荷增大，真空口处真空增大，一般当真空度超过10kPa时，阀门开启，开始进行EGR。 真空度升到25kPa时，隔膜上升到最高位置。 当节气门全开时，真空口处的真空很小，EGR阀关闭，空气燃油混合气不被稀释，以保证汽车发动机动力性能。 在暖车过程中，冷却液和发动机进气温度都较低，NO的排放量也很低，应关闭EGR阀。此时关闭EGR阀工作由温度控制开关实现。一般而言，发动机冷却液温度低于40℃时，应使EGR阀保持关闭。 EGR系统的主要工作参数为EGR率R，其定义为：R＝Gr／（Gr＋Ga）；式中Ga表示进入