第三章汽油机废气净化与后处理.ppt

3.4 汽油机废气净化及后处理技术 3.4.1 废气排放污染物的危害 3.4.2 汽油机废气有害排放物的生成机理与影响因素 3.4.3 汽油机废气机内净化措施 3.4.4 汽油机废气后处理技术 3.4.1 废气排放污染物的危害 一氧化碳CO的危害； 氮氧化物NOx的危害； 碳氢化合物HC的危害； 微粒PM对人类的危害。 内燃机废气排放物的组成 内燃机排气中基本成分是二氧化碳、水蒸气、过剩的氧气、及存下的氮气，它们是燃料与空气完全燃烧的产物，从毒物学的观点看，它们是无毒的。 排气中还含有不完全燃烧及燃烧反应的中间产物，包括一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化合物NOx、二氧化硫SO2、微粒（铅化物、黑烟、油雾等）、臭气（甲醛、丙烯醛等）等。这些污染物总和，在柴油机中不到废气总量的1%，在汽油机中随不同工况变化较大，有时可达5%左右，大部分有毒，或有强烈的刺激性、臭味和致癌作用，因此列为有害成分。 一氧化碳CO的危害 CO是一种无色无味的气体，它和血液中输送氧的载体血红蛋白的亲和力是氧的240倍。CO与血红蛋白结合成羟基血红蛋白，就剥夺了血红蛋白对人体组织的供氧能力。 氮氧化物NOx的危害 内燃机废气中氮氧化物绝大部分是NO，少量是NO2。NO是无色气体，高浓度NO能引起中枢神经的瘫痪及痉挛，在大气中缓慢氧化成为NO2，成褐色，具有强烈的刺激气味，对肺和心肌有很强的毒害作用。 NOx是形成光化学烟雾的主要成分。 碳氢化合物HC的危害 内燃机排气中HC浓度随着工况与试验条件的不同差别很大，可由几十ppm到1万多ppm，但和CO相比还低得多。 碳氢化合物对人类危害最大的是环芳烃，尤其是3.4苯并芘，是一种很强的致癌物质。 排气中甲醛和丙烯醛能强烈刺激眼睛及呼吸器官。 HC也是造成光化学烟雾的主要成分。 微粒PM对人类的危害 排气中微粒是指经过空气稀释、温度降到52℃后用涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维滤纸收集的除水以外的物质。柴油机排出的微粒大多小于0.3?m，其主要成分是碳及其吸附的有机物质。吸附物中有多种PAH，具有不同程度的致癌作用。 2 ?m以下的碳烟吸入肺部会沉积起来，而0.1～0.5 ?m的碳烟对人体的危害更大，除了致癌作用外，这种炭烟吸入肺部，会导致慢性病、肺气肿、皮肤病及变态性疾病。 颗粒越小，悬浮于空气中的时间越长，被人体吸入的可能性越大。 3.4.2 汽油废气有害排放物的生成机理与影响因素 一氧化碳CO的生成机理与影响因素 碳氢化合物HC的生成机理与影响因素 氮氧化物NOx的生成机理与影响因素 一氧化碳CO的生成机理 CO是碳氢化合物在燃烧过程中生成的中间产物。 控制CO排放的主要因素是可燃混合气的过量空气系数?a。在浓混合气中?a小于1，随减小而?CO不断增加；在稀混合气中， ?CO很低，在?a ＝1.0～1.1之间，CO随略微变化。 凡是影响过量空气系数的因素都是影响CO生成的因素。 一氧化碳CO生成的影响因素 进气空气温度T0的影响： 进气温度上升，大气密度下降，而汽油密度变化很小，对化油器发动机，随进气温度升高，混合气加浓。 大气压力p的影响： 大气压力下降，空气密度下降，同样大气压力的变化会影响混合气过量空气系数。 进气管真空度的影响： 当汽车急剧减速时，发动机真空度大于负63kPa，停留在进气系统中的燃油迅速蒸发进入燃烧室，组成混合气过浓。CO显著增加到怠速时的浓度。 怠速转速对汽油机CO生成的影响 怠速转速的影响： 提高怠速转速，可有效降低CO排放，但怠转速过高，机械噪声会增加。 一般从净化的观点，希望怠速转速规定的高一点好。 汽油机工况对CO生成的影响 汽油机在部分负荷运转时，混合气的?a接近1，CO排放量不高。但多缸机如果?a不同，仍会有的气缸?a 1，增加CO排放量。全负荷特别是冷起动时，混合气很浓， ?a可小到0.8甚至更低，CO排放量很大。 汽油机加速时的突然加浓使CO排放迅速增加。 碳氢化合物HC的生成与过量空气系数的关系 汽油与空气的均匀混合气在过量空气系数等于1时，理论上不产生HC，但实际不是这样的（如右图），在?a ＝1，?HC也相当高，并随?a减小而迅速增加。当混合气过稀，由于燃烧恶化，甚至有些循环失火会使HC急剧增加，只有采取特殊措施（如组织快燃）才可能缓和这种趋势。 汽油机HC生成机理 冷激效应：燃烧室壁面对火焰的迅速冷却使火焰产生的活性自由基复合，燃烧反应链中断，使化学反应缓慢或停止。狭隙效应是冷激效应的主要表现。汽油机燃烧室中各种狭窄缝隙如活塞、活塞环与气缸壁之间，火花塞周围等地方，生成的HC占总量的50～70%。 油膜和沉积物吸附：在进气和压缩行程，气缸套壁面和活塞顶上的润滑油膜会吸附未燃混合气，在燃烧末期油膜会蒸发，但燃烧不完全，造成HC排放增加。 容积淬熄：在起动和暖机工况，