燃烧学 第3版 PPT课件 第6章 液体燃料燃烧.ppt

(2). 反应活性控制压缩着火 传统柴油机燃烧中NOx与颗粒排放间存在着反向变化关系，低温预混合燃烧能够同时降低NOx和颗粒排放。但是要将低温预混合燃烧应用在产品上还必须解决燃烧相位控制、负荷适应性、HC与CO排放偏高等问题。燃烧相位的控制问题尤为重要，如果控制不当会引起工作粗暴或是燃烧效率下降等问题。 应活性控制压缩着火(RCCI)是为解决现有低温预混合燃烧不可控而提出的一种新的先进低温预混合燃烧。RCCI 燃烧可在除氧化催化器外，不需要任何后处理设施的条件下，实现美国 EPA2010排放标准，且热效率高达53%。 (1). 烟气净化装置 仅通过对发动机燃烧的改进和优化很难达到日益严格的排放要求，需额外安装尾气净化装置。因此，汽油机采用三效催化装置(TWC)，柴油机采用颗粒捕捉装置(DPF)、氧化性催化装置(DOC)和选择性催化还原装置(SCR)。 6.4.6 发动机燃烧后处理 1). TWC装置在空气过量系数λl的稀薄混合气运行条件下无法净化NOx，应外加NOx还原催化器。 为使TWC能有效净化HC、CO 和NOx，须把燃料量控制在理论空燃比附近。在λ= l 附近对CO、HC、NOx这三种有害气体的净化率均能达到 90%以上，其控制范围较窄。 TWC的理想的工作温度介于400~800°C。若低于300 °C，净化率很低，若介于800~1000 °C，会减少活性物质表面积，影响催化转化器的耐久性。CO和HC的氧化反应式；NOx的还原反应式 CO和HC的氧化反应式： CO和HC的氧化反应式： 图6-28为配备氧传感器的托盘型和蜂窝型TWC示意图。 (a)托盘型催化器 (b)蜂窝型催化器 图6-28三元催化器示意图 2). 氧化催化器(DOC) DOC主要使用铂(Pt)和钯(Pd)为氧化剂，其作用是降低柴油机在稀薄燃烧条件下生成的HC、CO和颗粒物(PM)中易氧化的可溶性有机物质(SOF)排放量。DOC通过氧化PM中的HC，将PM的排放量降低10%~20%。但配备氧化催化器时须使用低硫燃料。对柴油机，DOC一般配置在DPF前面。 3). 颗粒捕集器(DPF) DPF是柴油机中可净化颗粒物(PM)的一种碳烟过滤器, 是针对纳米微粒排放最有效的后处理措施，过滤效率可达95%~99.5%。图6-29所示为同时配备DPF和DOC的排气系统。 图6-29配备柴油DOF和DOC的排气系统 4). 选择性催化还原(SCR)装置 SCR是通过与NOx生成过程相关的逆反应，将NOx缓慢还原分解为氮气和水，NOx净化率达80%~90%。其构成图如图6-30所示。 图6-30 选择催化还原系统构成图 SCR系统的工作原理分为两部分，反应方程式如下所示。首先将尿素溶液((NH3)2CO)喷入柴油机废气中，尿素溶液蒸发、分解为NH3；NH3作为SCR催化转换器中的还原剂将NOx还原。 柴油机为了解决废气排放问题，其排气装置可采用复合排气系统。目前在商用柴油车复合系统有DOC+DPF、DOC+DPF+SCR等。 谢谢！ (1). 基本概念与分类 内燃机是一种燃料在机器内部燃烧，工质被加热并膨胀做工，直接将所含的热能转变为机械能的热机。 按照运动机构的不同，分为往复活塞式内燃机和旋转活塞式内燃机两类，其中往复式内燃机得到普遍应用。 6.4.1 内燃机基本结构 (1). 基本概念与分类 往复式内燃机根据所用燃料，分为汽油机和柴油机等；根据缸内着火方式，分为压燃式和点燃式；根据冲程数，分为四冲程和二冲程；根据汽缸冷却方式，分为液体冷却式和空气冷却式；根据汽缸数目，分为单缸和多缸；根据转速，分为低速(300 rpm)、中速(300~1000 rpm) 和高速(1000 rpm); 根据进气方式，分为自然吸气式和增压式；根据混合气准备方式，分为化油器式、进气管式、进气道喷射式、缸内直接喷射式和分层充量式；根据燃烧室设计，分为开式和分隔式燃烧室。 (2). 内燃机的基本结构 以单缸往复式内燃机为例，如图6-19所示，其基本结构主要包括：排气门1、进气门2、汽缸盖3、气缸4、活塞5、活塞销6、连杆7和曲轴8。 活塞在气缸中上下移动一个行程，曲轴旋转一周。图中的上止点是指活塞顶端离曲轴旋转中心最远处，而下止点是指活塞顶端离曲轴中心最近处。上下止点间的距离S称为活塞行程。连杆轴颈中心到曲轴轴颈中心的距离R为曲轴半径。对气缸中心线通过曲轴中心的内燃机，其活塞行程等于曲轴半径的两倍，即S=2R。 图6-19 单缸往复活塞式内燃机 在内燃机进气过程，优化设计进气道，使燃料与空气充分混合或进气后与缸内喷射油滴充分混合，加上合理设计内燃机缸内机械结构，最终形成最佳的缸内空气混合运动，这对混合气形成和燃烧过程有决定性影响。 6.4.2 内燃机缸内气体流动 常见的强化缸内空气混