内燃机原理第7章剖析.ppt

内 燃 机 原 理 沈阳航空工业学院 动力与能源工程学院 徐让书 第7章? 内燃机污染物的生成与控制 7.1 概述 7.2 污染物的生成机理和主要影响因素 7.3 内燃机的排放特性 7.4 内燃机的排放控制 7.5 排放后处理 7.6 低排放燃料 7.7 排放测量和排放法规 7.1?概 述 对大气环境和人类健康影响最大的内燃机排放物是一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物和微粒 为了评定内燃机对环境的污染程度或排放特性，常用下列指标： (1)排放物体积分数和质量浓度 单位排气体积中排放污染物的体积，称为排放物的体积分数，通常以%和10-6（百万分比）表示 质量浓度常用mg/m3等计量 (2)质量排放量 运转单位时间、按某标准进行一次测试或车辆按规定的工况组合行驶后折算到单位里程的污染物排放量。质量排放量用g/h、g/测试或g/km等单位表示 (3)比排放量 内燃机每作单位功所排放的污染物质量，用g/(kW·h)作单位表示，当然可以更客观地评价内燃机的排放性能。这个指标与燃油消耗率类似，也可以称为污染物排放率 第7章? 内燃机污染物的生成与控制 7.1 概述 7.2 污染物的生成机理和主要影响因素 7.3 内燃机的排放特性 7.4 内燃机的排放控制 7.5 排放后处理 7.6 低排放燃料 7.7 排放测量和排放法规 7.2?污染物的生成机理和主要影响因素 一、一氧化碳 控制CO排放量的主要因素是可燃混合气的过量空气系数φa 汽油机全负荷运转特别是冷起动时，混合气是浓的，φa可小到0.8甚至更低，CO排放量很大。发动机加速时如果加浓过多，或者减速时不断油，即在瞬态运转工况下供油量控制不精确，会导致CO排放量剧增 柴油机总是在稀混合气下运转，CO排放量要比点燃机低得多，只有在负荷很大接近冒烟界限时才急剧增加 二、未燃碳氢化合物 点燃式内燃机未燃HC的生成与排放有三个渠道： 1)燃烧过程中生成和扫气 2)曲轴箱的窜气 3)从汽油箱、化油器蒸发的汽油蒸气 柴油机排放的未燃HC完全由燃烧过程产生 内燃机燃烧排放HC的机理 (一) 点燃式内燃机 1.冷激效应 2.油膜和沉积物吸附 3.容积淬熄 4.碳氢化合物的后期氧化 (二) 柴油机 柴油机未燃HC的排放主要来自 柴油喷注的外缘混合过度造成的过稀混合气地区，结果造成柴油机怠速或小负荷运转时的HC排放高于全负荷工况 喷油器的残油腔容积 火焰在壁面上淬熄也是柴油机HC排放的来源，特别是在冷起动时，未燃HC以微粒状排出，排气冒“白烟” 三、氮氧化物 内燃机排放的氮氧化物NOx主要是一氧化氮NO。从大气氮生成NO的化学机理是泽耳多维奇机理。在化学当量混合比（φa = 1）附近，导致生成和消失NO的主要反应为： Ο2 ←→ 2Ο N2 + O ←→ NO + N O2 + N ←→ NO + O OH + N ←→ NO + H NO的生成强烈地依赖温度，当反应物温度从2500K提高到2600K时，NO的生成速率几乎翻一番。氧浓度提高也使NO生成量增加 (一) 点燃式内燃机 控制点燃式内燃机NO排放量的主要因素 1.空燃比的影响 2.已燃气体量的影响 3.点火定时的影响 (二) 柴油机 柴油机气缸内达到的最高燃烧温度也控制NOx的生成。预混合燃烧比例对NOx的生成有很大影响 喷油较迟时φNO较低，因为最高燃烧温度较低，但代价是燃油消耗率有所提高，排气烟度增大 再循环的废气也能降低柴油机已燃气体的温度，从而减小NO的排放量 四、微粒 柴油机微粒排放量比汽油机大几十倍。这种微粒由燃烧时生成的含碳粒子（碳烟）及其表面上吸附的多种有机物组成，后者称为有机可溶成分（SOF） 碳烟生成的条件是高温和缺氧。柴油机混合气极不均匀，局部缺氧导致碳烟的生成 一般认为碳烟形成的过程如下： 燃油中烃分子在高温缺氧的条件下发生部分氧化和热裂解，生成各种不饱和烃类，如乙烯、乙炔及其较高的同系物和多环芳香烃。它们不断脱氢、聚合成以碳为主的直径2nm左右的碳烟核心 气相的烃和其他物质在这个碳烟核心表面的凝聚，以及碳烟核心互相碰撞发生凝聚，使碳烟核心增大，成为直径20~30nm的碳烟基元 最后，碳烟基元经过聚集作用堆积成直径1μm以下的球团状或链状聚集物 第7章? 内燃机污染物的生成与控制 7.1 概述 7.2 污染物的生成机理和主要影响因素 7.3 内燃机的排放特性 7.4 内燃机的排放控制 7.5 排放后处理 7.6 低排放燃料 7.7 排放测量和排放法规 第3节??内燃机的排放特性 一、点燃式内燃机 1. 稳定运转状态 在稳定运转状态下，各种污染物排放量随发动机主要运转参数即转速n和平均有效压力pme的变化称为发动机的排放特性 2. 瞬态运转状态 (1)冷起动 HC大量排放，NOx排放量很低 (2)暖机过程 CO和HC