2-2 碳氢化合物（HC）.PPT

* * * * * * * * 碳氢化合物（HC） 第2章 内燃机排放污染物的生成机理和影响因素 在内燃机排放中将未燃烧和部分燃烧的碳氢化合物统称为未燃HC。 2.2.1 碳氢化合物（HC）的生成机理 三种渠道 在缸内工作过程中生成并随废气排出，此部分HC主要是燃烧过程中未燃烧或燃烧不完全的碳氢燃料。 排气 1 从燃烧室通过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱的窜气中含有大量未燃HC，如果排入大气中也构成HC排放物。 曲轴箱 2 从汽油机的燃油系统蒸发的燃油蒸汽，如果排入大气中也构成HC排放物，称为蒸发排放物。 蒸发 3 2.2.1 碳氢化合物（HC）的生成机理 当混合气过稀（Φa＞1.2）时，由于燃烧恶化，HC排放不断增加。 汽油与空气形成的均匀混合气在Φa ≥1条件下燃烧时，在混合气略稀（Φa=1.1～1.2）时，未燃HC体积分数φHC最小。 随着Φa的减少，φHC迅速增加。 当达到某一限值，气缸内出现概率越来越大的缺火循环。 由于燃料未经燃烧就排出排气管，HC排放急剧增加，这时的对应燃烧稀限。 1、冷激效应 壁面淬熄 在燃烧过程中，燃气温度高达2000oC以上，燃烧室壁面温度受冷却介质的冷却，温度在300oC以下； 因而壁面对火焰的迅速冷却，使活化分子的能量被吸收，燃烧反应链中断，使化学反应变缓或停止。 狭隙效应 车用内燃机的燃烧室内有各种很狭窄的缝隙，如活塞组与气缸壁之间的间隙、火花塞中心电极与绝缘子根部周围狭窄空间和火花塞螺纹之间的间隙、进排气门与气门座面形成的密封带狭缝、气缸盖垫片处的间隙等，当间隙小到一定程度，火焰不能进入便会产生未燃HC。 2、润滑油膜对燃油蒸汽的吸附与解吸 由润滑油膜吸附和解吸机理产生的未燃HC排放占其总量的25%左右。 吸附 在进气过程中，气缸壁面和活塞顶面上的润滑油膜溶解和吸收了进入气缸的可燃混合气中的碳氢化合物蒸汽。 解吸 在燃烧过程中，油膜中的HC开始向已燃气解吸。 一部分解吸的燃油蒸汽与高温的燃烧产物混合并被氧化，其余部分与较低温度的燃气混合未被氧化。 3、燃烧室内沉积物的影响 发动机运转一段时间后，会在燃烧室壁面、活塞顶、进排气门上形成沉积物，从而使HC排放增加。 HC占总排放量的10%左右 4、火焰淬熄 火焰淬熄 发动机在冷起动和暖机工 况下，由于发动机温度较低，混 合气不够均匀，导致燃烧变慢 或不稳定，火焰易熄灭。 发动机在某些工况下， 火焰前锋面到达燃烧室壁面 之前，由于燃烧室中压力和温 度下降太快，可能使火焰熄灭。 A B 4、火焰淬熄 由于柴油机的燃烧过程主要是短促喷油后的扩散燃烧，燃料在气缸内停留的时间比汽油机短得多，生成HC的相对时间也短，故其HC排放量比汽油机少。 柴油机绝大部分工况的过量空气系数远大于汽油机，混合气浓度梯度极大。 在燃烧室周边几乎没有燃油，因而受淬熄效应和油膜及积碳吸附的影响很小，HC生成少。 A B 优点 2.2.2 影响汽油机碳氢化合物生成的因素 1、过量 空气系数的 影响 当过量空气系数大于1.2之后，由于混合气逐渐过稀，燃烧中断或者火花塞点不着火，使HC的生成量大幅上升。 当过量空气系数小于1.1时，随着混合气变浓，燃烧越来越不完全，HC排放就越多。 若废气相对过多也会使火焰中心的形成与火焰的传播受阻甚至出现断火，致使HC排放量增加。 2、压缩比的影响 A 压缩比高 膨胀比也大，膨胀后期的燃气温度下降，HC的氧化速率下降，使更多的燃料以未燃烧的HC形式排出。 排气温度低，使壁面温度降低，激冷效应增加，HC排放增多。 B 压缩比增加 压缩压力增大，使狭隙效应、润滑油膜和沉积物的吸附作用增加，生成的未燃HC增加。 燃烧室的面容比增加，相对增加了激冷面积，未燃HC增加。 3、点火定时的影响 同时，也减少了激冷壁面面积，HC排放下降。 减少点火提前角，燃烧推迟，排气温度升高，促进了未燃烧HC的后期氧化。 4、负荷的影响 在发动机冷起动时，由于温度低，汽油挥发率低，必须加浓混合气使起动迅速可靠，此时，HC排放量必然较多。 在怠速和小负荷运行时，节气门几乎关闭和小开度位置，残余废气相对较多，同时，由于燃烧室温度低，壁面激冷效应增加，HC排放增多。 随着发动机负荷的增加，燃烧温度升高，燃烧室的淬熄效应减少，HC排放减少。 5、壁温的影响 燃烧室的壁温直接影响了激冷层厚度和HC的排气后反应。 据研究，壁面温度每升高1℃，HC排放浓度相应降低0.63×10-6～1.04×10-6。 因此提高冷却介质温度有利于减弱壁面激冷效应，降低HC排放。 6、燃烧室面容比的影响 因此，小面容比燃烧室有利于降低汽油机HC的排放。 燃烧室面容比大，单位容积的激冷面积也随之增大，激冷层中的未燃烃总量必然也增大。 喷油提前角越大，混合气混