第七章發(fā)動機(jī)有害排放

1、 第七章第七章 發(fā)動機(jī)有害發(fā)動機(jī)有害排放與噪聲排放與噪聲主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 汽車發(fā)動機(jī)汽車發(fā)動機(jī)有害排放物的生成有害排放物的生成機(jī)理機(jī)理與影響因素與影響因素第二節(jié)第二節(jié) 汽油機(jī)的排放控制汽油機(jī)的排放控制第三節(jié)第三節(jié) 柴油機(jī)的排放控制柴油機(jī)的排放控制第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)動機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)與測試發(fā)動機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)與測試（自學(xué)）（自學(xué)）第五節(jié)第五節(jié) 發(fā)動機(jī)噪聲來源與控制發(fā)動機(jī)噪聲來源與控制 （了解）（了解）內(nèi)燃機(jī)的排放特性（有害排放、噪聲）內(nèi)燃機(jī)的排放特性（有害排放、噪聲）形成原理與性能分析，對動力經(jīng)濟(jì)性形成原理與性能分析，對動力經(jīng)濟(jì)性的影響的影響-優(yōu)化（燃燒系統(tǒng)和調(diào)節(jié)參數(shù)）優(yōu)化（燃燒系統(tǒng)和調(diào)節(jié)參數(shù)）

2、注意注意 發(fā)動機(jī)內(nèi)的化學(xué)過程通常是不平衡發(fā)動機(jī)內(nèi)的化學(xué)過程通常是不平衡的，它受化學(xué)反應(yīng)速度、反應(yīng)物濃的，它受化學(xué)反應(yīng)速度、反應(yīng)物濃度、溫度以及催化劑存在與否的影度、溫度以及催化劑存在與否的影響，所以屬于化學(xué)動力學(xué)范疇。響，所以屬于化學(xué)動力學(xué)范疇。 第一節(jié)第一節(jié) 汽車發(fā)動機(jī)汽車發(fā)動機(jī)有有害排放物的生成害排放物的生成機(jī)理與機(jī)理與影響因素影響因素一、內(nèi)燃機(jī)排氣中的污染物一、內(nèi)燃機(jī)排氣中的污染物 POLLUTANTSPOLLUTANTS燃燒過程產(chǎn)生，排氣管排出燃燒過程產(chǎn)生，排氣管排出CO、HC、NOX（NO、N2O、NO2等）等）CO2、CH4PM SOX、醇類、醛類、醇類、醛類(RCHO)3,4苯并

3、芘苯并芘 其他未知污染物，其他未知污染物，e.g. odor, et al. SI engine SI engine NOx 5002000 ppm 20g/kg fuel CO 1%2% 200g/kg fuel HC 3000 ppm 25g/kg fuel CI engineCI engine NOx 5002000 ppm 20g/kg fuel CO+ HC ( 1/5 ) 80g/kg fuel PM (0.20.5)% 25g/kg fuel CO CO 內(nèi)燃機(jī)不完全燃燒產(chǎn)物，對人體有內(nèi)燃機(jī)不完全燃燒產(chǎn)物，對人體有害，大大降低血液的輸氧能力。害，大大降低血液的輸氧能力。 COCO

4、2 2 內(nèi)燃機(jī)完全燃燒產(chǎn)物，內(nèi)燃機(jī)完全燃燒產(chǎn)物，溫室氣體。溫室氣體。 該項(xiàng)指標(biāo)在汽車排放標(biāo)準(zhǔn)中不予限制，傳該項(xiàng)指標(biāo)在汽車排放標(biāo)準(zhǔn)中不予限制，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車是無法解決的，因而不僅從能統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車是無法解決的，因而不僅從能源短缺的角度，也從環(huán)境治理的角度，提出源短缺的角度，也從環(huán)境治理的角度，提出了新能源汽車的急迫發(fā)展要求。了新能源汽車的急迫發(fā)展要求。 NONOx x（NONO、NONO2 2、N N2 2O O）大量的是）大量的是NONO，NONO2 2少量，少量，N N2 2O O極少。極少。NONO直接毒性不大，在大氣直接毒性不大，在大氣中緩慢氧化生成中緩慢氧化生成NONO2 2；NONO2

5、 2 對人體有害，比對人體有害，比COCO更阻礙血液輸氧；更阻礙血液輸氧；N N2 2O O溫室氣體。溫室氣體。NONOx x是是光化學(xué)煙霧的主要成分；在大氣中生成硝光化學(xué)煙霧的主要成分；在大氣中生成硝酸，是酸雨的主要來源之一。酸，是酸雨的主要來源之一。 HC HC 未燃或未完全燃燒的燃油、潤滑未燃或未完全燃燒的燃油、潤滑油及其裂解產(chǎn)物和部分氧化物，成分眾多，油及其裂解產(chǎn)物和部分氧化物，成分眾多，其中部分對人體有害，也是能源浪費(fèi)，其中部分對人體有害，也是能源浪費(fèi)，HCHC是光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)。是光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)。 微粒及炭煙（微粒及炭煙（PMPM，particulate particul

6、ate mattermatter）成分為碳、有機(jī)物質(zhì)、硫酸）成分為碳、有機(jī)物質(zhì)、硫酸鹽。汽油機(jī)鹽。汽油機(jī)含鉛汽油（已限制使含鉛汽油（已限制使用），柴油機(jī)嚴(yán)重。用），柴油機(jī)嚴(yán)重。 粒徑粒徑0.10.110m10m，PMPM2.52.5對人體和大氣對人體和大氣環(huán)境危害最大。環(huán)境危害最大。 SO SOx x 來源于石油中的重質(zhì)組分燃燒，來源于石油中的重質(zhì)組分燃燒，對人體具有毒害作用，是形成酸雨的對人體具有毒害作用，是形成酸雨的主要成分，也影響能見度。主要成分，也影響能見度。微粒的危害微粒的危害 微粒對人體健康的危害和微粒的大小及其組成有關(guān)。微粒微粒對人體健康的危害和微粒的大小及其組成有關(guān)。微粒愈小，

7、懸浮在空氣中的時間愈長，進(jìn)入人體肺部后停滯在肺愈小，懸浮在空氣中的時間愈長，進(jìn)入人體肺部后停滯在肺部及支氣管中的比例愈大，危害也就愈大，小于部及支氣管中的比例愈大，危害也就愈大，小于0.1m(微米，微米，10-6m)的微粒能在空氣中作隨機(jī)運(yùn)動，進(jìn)入肺部并附在肺細(xì)的微粒能在空氣中作隨機(jī)運(yùn)動，進(jìn)入肺部并附在肺細(xì)胞的組織中，有些還會被血液吸收。胞的組織中，有些還會被血液吸收。(0.10.5)m微粒能深微粒能深入肺部并粘附在肺葉表面的粘液中，隨后會被絨毛所清除。入肺部并粘附在肺葉表面的粘液中，隨后會被絨毛所清除。大于大于5m的微粒常在鼻處受阻，不能深入呼吸道，大于的微粒常在鼻處受阻，不能深入呼吸道，大

8、于10m的微?？膳懦鲶w外。的微?？膳懦鲶w外。 微粒能粘附微粒能粘附SO2、未燃、未燃HC、NO2等有毒物質(zhì)或苯丙芘等等有毒物質(zhì)或苯丙芘等致癌物，因而對人體健康造成更大危害。由于柴油機(jī)的微粒致癌物，因而對人體健康造成更大危害。由于柴油機(jī)的微粒直徑大多小于直徑大多小于0.3m，而且數(shù)量比汽油機(jī)高出，而且數(shù)量比汽油機(jī)高出3060倍，成倍，成分更為復(fù)雜，因而柴油機(jī)排出的微粒危害更大。分更為復(fù)雜，因而柴油機(jī)排出的微粒危害更大。 二、內(nèi)燃機(jī)排放的二次污染二、內(nèi)燃機(jī)排放的二次污染Secondary PollutionSecondary Pollution光化學(xué)煙霧光化學(xué)煙霧 photochemical sm

9、ogphotochemical smog空氣能見度空氣能見度 visibilityvisibility酸雨酸雨 acid rain acid rain 地表水酸化地表水酸化 water acidificationwater acidification 光化學(xué)煙霧（光化學(xué)煙霧（photo-chemical smogphoto-chemical smog） NONOx x、HCHC在強(qiáng)烈陽光（高溫、日照強(qiáng)烈、在強(qiáng)烈陽光（高溫、日照強(qiáng)烈、濕度低、風(fēng)速低）照射下經(jīng)過一系列鏈濕度低、風(fēng)速低）照射下經(jīng)過一系列鏈?zhǔn)焦饣瘜W(xué)反應(yīng)，生成式光化學(xué)反應(yīng)，生成3 3和過氧酰基硝酸和過氧?；跛猁}（鹽（PANPAN），屬

10、于二次污染物，對生態(tài)危），屬于二次污染物，對生態(tài)危害極大，強(qiáng)氧化劑，特殊臭味，刺激眼害極大，強(qiáng)氧化劑，特殊臭味，刺激眼睛和咽喉，橡膠開裂，植物枯死等。睛和咽喉，橡膠開裂，植物枯死等。 這里的這里的3 3存在的范圍離地面約存在的范圍離地面約0 012m12m，處于對流層大氣中，與大氣平流層的臭處于對流層大氣中，與大氣平流層的臭氧層不是同一概念。氧層不是同一概念。p 在我國大中型城市，機(jī)動車尾氣排放已經(jīng)在我國大中型城市，機(jī)動車尾氣排放已經(jīng) 成為主要的大氣污染源。成為主要的大氣污染源。p 其中氮氧化物排放量約占總量的其中氮氧化物排放量約占總量的50%50%，一，一 氧化碳約占氧化碳約占85%85%，

11、同時尾氣中還含有大量的，同時尾氣中還含有大量的 碳?xì)浠衔?。碳?xì)浠衔?。p 據(jù)預(yù)測，據(jù)預(yù)測，20152015年城市機(jī)動車污染物排放量年城市機(jī)動車污染物排放量 將比將比20002000年上升一倍。年上升一倍。 汽車的分擔(dān)率汽車的分擔(dān)率 Motor vehicle contributionMotor vehicle contributionPollutantsPollutantsXianXianBeijingBeijingShanghaiShanghaiCOCO84%84%80.380.361.861.8NOxNOx75%75%54.854.820.920.9HCHC80%80%79.179.15

12、6.756.7汽車污染分擔(dān)率汽車污染分擔(dān)率就是確定汽車排放的某種污染物就是確定汽車排放的某種污染物在城市大氣污染中的貢獻(xiàn)大小。在城市大氣污染中的貢獻(xiàn)大小。 燃燒是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展中的永恒課題，直燃燒是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展中的永恒課題，直到到2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代為止，內(nèi)燃機(jī)燃燒過程的年代為止，內(nèi)燃機(jī)燃燒過程的研究一直是以動力性和經(jīng)濟(jì)性為追求目標(biāo)。研究一直是以動力性和經(jīng)濟(jì)性為追求目標(biāo)。近幾十年來，汽車排放污染所造成的大氣近幾十年來，汽車排放污染所造成的大氣環(huán)境惡化成了重大社會問題之一，同時也環(huán)境惡化成了重大社會問題之一，同時也成了已有成了已有100100多年歷史的內(nèi)燃機(jī)能否繼續(xù)多年歷史的內(nèi)燃機(jī)能否繼續(xù)生存

13、下去的生死攸關(guān)問題。為此，人類作生存下去的生死攸關(guān)問題。為此，人類作出了極大努力以降低內(nèi)燃機(jī)排放污染，甚出了極大努力以降低內(nèi)燃機(jī)排放污染，甚至不惜犧牲動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。近年來，至不惜犧牲動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。近年來，隨著全球汽車保有量的持續(xù)增長和石油資隨著全球汽車保有量的持續(xù)增長和石油資源的日益枯竭以及對溫室效應(yīng)的關(guān)注，內(nèi)源的日益枯竭以及對溫室效應(yīng)的關(guān)注，內(nèi)燃機(jī)再次面臨嚴(yán)重的能源和環(huán)境問題。燃機(jī)再次面臨嚴(yán)重的能源和環(huán)境問題。排放指標(biāo)排放指標(biāo) Emission IndexEmission Index排放物的濃度排放物的濃度質(zhì)量排放量質(zhì)量排放量比排放量比排放量排放率排放率 內(nèi)燃機(jī)排放物的濃度內(nèi)燃機(jī)

14、排放物的濃度, ,從廣義上講從廣義上講, ,是指排放物在總排是指排放物在總排氣量中所占的比例氣量中所占的比例. .對于氣態(tài)排放物如對于氣態(tài)排放物如CO,HCCO,HC和和 (NO, )來說來說, ,常用體積分?jǐn)?shù)常用體積分?jǐn)?shù) 來表示來表示, ,一般內(nèi)燃機(jī)的一般內(nèi)燃機(jī)的氣態(tài)排放物都可作為理想氣體處理。為了數(shù)據(jù)的普遍性氣態(tài)排放物都可作為理想氣體處理。為了數(shù)據(jù)的普遍性, ,氣體的體積要換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)氣體的體積要換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)( (內(nèi)燃機(jī)工程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)燃機(jī)工程標(biāo)準(zhǔn)的大氣狀態(tài)為總壓力大氣狀態(tài)為總壓力101.3kPa,101.3kPa,水蒸氣分壓為水蒸氣分壓為1kPa,1kPa,溫度溫度273k)27

15、3k)。 內(nèi)燃機(jī)固體排放物如柴油機(jī)的微粒等用質(zhì)量濃度表示內(nèi)燃機(jī)固體排放物如柴油機(jī)的微粒等用質(zhì)量濃度表示, ,常用單位常用單位為為 ,對于排放物中的特殊微量物質(zhì)對于排放物中的特殊微量物質(zhì), ,單位單位為為 。3/mg mxNO2NO3/g m 單位時間或按某排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定單位時間或按某排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, ,進(jìn)行一次測試進(jìn)行一次測試, ,在實(shí)在實(shí)驗(yàn)期內(nèi)測出的污染物質(zhì)量驗(yàn)期內(nèi)測出的污染物質(zhì)量, ,稱為質(zhì)量排放量稱為質(zhì)量排放量, ,通常以通常以g/hg/h或或g/g/測試測試(g/test)(g/test)表示。表示。 安裝內(nèi)燃機(jī)的車輛按規(guī)定的工況組合安裝內(nèi)燃機(jī)的車輛按規(guī)定的工況組合( (稱為測試循環(huán)稱為測

16、試循環(huán)) )行駛后折算到單位里程的排放量行駛后折算到單位里程的排放量, ,稱為稱為( (單位單位) )里程質(zhì)量里程質(zhì)量排放量排放量, ,常用單位為常用單位為g/kmg/km。 內(nèi)燃機(jī)針對單機(jī)進(jìn)行排放測量時內(nèi)燃機(jī)針對單機(jī)進(jìn)行排放測量時, ,每單位功排出每單位功排出的污染物質(zhì)量的污染物質(zhì)量, ,常用常用g/(kwg/(kwh)h)表示表示, ,用以評價(jià)不同種用以評價(jià)不同種類類, ,排量的內(nèi)燃機(jī)的排放性能。排量的內(nèi)燃機(jī)的排放性能。 比排放量與內(nèi)燃機(jī)的燃料消耗率類似比排放量與內(nèi)燃機(jī)的燃料消耗率類似, ,也可稱為也可稱為污染排放率污染排放率, ,比排放量可以根據(jù)測得的發(fā)動機(jī)功率比排放量可以根據(jù)測得的發(fā)動

17、機(jī)功率, ,排氣流量排氣流量, ,污染物濃度污染物濃度, ,污染物密度等數(shù)據(jù)計(jì)算。污染物密度等數(shù)據(jù)計(jì)算。 排放率定義為燃燒單位質(zhì)量的燃料所排放的污排放率定義為燃燒單位質(zhì)量的燃料所排放的污染物質(zhì)量染物質(zhì)量, , 理論上是個量綱一的量理論上是個量綱一的量, ,實(shí)踐中為方便實(shí)踐中為方便起見常用起見常用g/kgg/kg表示。表示。 目前排放指標(biāo)中用得較多的是單位里程質(zhì)量排目前排放指標(biāo)中用得較多的是單位里程質(zhì)量排放量放量(g/km,(g/km,輕型車排放法規(guī)輕型車排放法規(guī)) )和比排放量和比排放量g/(kwg/(kwh),h),重型車排放法規(guī)重型車排放法規(guī) 。 現(xiàn)行汽車尾氣排放法規(guī)主要限制現(xiàn)行汽車尾氣排

18、放法規(guī)主要限制COCO、HCHC、NONOx x、微粒。、微粒。邏輯概念是光化學(xué)煙邏輯概念是光化學(xué)煙霧來自于霧來自于HCHC、NONOx x，硫、鉛化合物控制，硫、鉛化合物控制辦法是減少燃料自身的含量（燃料中辦法是減少燃料自身的含量（燃料中限制），限制），COCO2 2是無法避免的。是無法避免的。其它有機(jī)其它有機(jī)有害物質(zhì)目前未予限制。有害物質(zhì)目前未予限制。 二、有害排放物的生成機(jī)理二、有害排放物的生成機(jī)理 1 1、NO NO 三種生成途徑三種生成途徑高溫高溫NONO（thermal NOthermal NO）擴(kuò)展捷式反應(yīng)機(jī)）擴(kuò)展捷式反應(yīng)機(jī)理，理，16001600（也有觀點(diǎn)（也有觀點(diǎn)180018

19、00，我，我們書上們書上20002000），是），是NONO主要來源。主要來源。 高高溫度時，氧分子會分解成氧原子，它和氮分溫度時，氧分子會分解成氧原子，它和氮分子化合生成子化合生成NO，其反應(yīng)機(jī)理如下，其反應(yīng)機(jī)理如下: HNONOHONONONNOONOO2222反應(yīng)最慢，決定因素反應(yīng)最慢，決定因素后人研究后人研究激發(fā)激發(fā)/ /瞬發(fā)瞬發(fā)NO NO 不需要高溫，活化不需要高溫，活化能不高的系列反應(yīng)產(chǎn)生。能不高的系列反應(yīng)產(chǎn)生。燃料途徑燃料途徑NONO 一般計(jì)算只考慮高溫一般計(jì)算只考慮高溫NONO（占主要部分）。（占主要部分）。其三要素：燃燒溫度、氧濃度和整個燃其三要素：燃燒溫度、氧濃度和整個燃燒

20、反應(yīng)時間。燒反應(yīng)時間。 混合氣過濃，參與混合氣過濃，參與NONO反應(yīng)的氧氣不夠，反應(yīng)的氧氣不夠，NONO量不大；量不大； 氧濃度足夠時，溫度越高，則反應(yīng)速氧濃度足夠時，溫度越高，則反應(yīng)速度越快，度越快，NONO平衡濃度越高，平衡濃度越高，NONO生成量越生成量越大；大； NO NO生成的速度比生成其他成分的速度慢生成的速度比生成其他成分的速度慢得多，故高溫反應(yīng)時間越長，得多，故高溫反應(yīng)時間越長，NONO生成量越生成量越多。存在多。存在“凍結(jié)凍結(jié)”在高濃度水平的現(xiàn)象在高濃度水平的現(xiàn)象（可逆反應(yīng)的逆反應(yīng)速度緩慢）。（可逆反應(yīng)的逆反應(yīng)速度緩慢）。 根據(jù)擴(kuò)展捷氏機(jī)理控制根據(jù)擴(kuò)展捷氏機(jī)理控制NONO的基

21、本原則：的基本原則：減少混合氣中的減少混合氣中的O O2 2（或（或N N2 2）的含量；盡可能）的含量；盡可能降低燃燒溫度；縮短在高溫燃燒帶內(nèi)滯留降低燃燒溫度；縮短在高溫燃燒帶內(nèi)滯留的時間。的時間。 內(nèi)燃機(jī)高速燃燒，燃燒過程內(nèi)燃機(jī)高速燃燒，燃燒過程5 510ms10ms，一，一般燃燒終了時般燃燒終了時NONO還不能達(dá)到平衡濃度。作還不能達(dá)到平衡濃度。作為特例，為特例，NONO計(jì)算時應(yīng)采用化學(xué)動力學(xué)計(jì)算，計(jì)算時應(yīng)采用化學(xué)動力學(xué)計(jì)算，其他成分則采用化學(xué)平衡計(jì)算。其他成分則采用化學(xué)平衡計(jì)算。一、一、COCO生成機(jī)理生成機(jī)理 CO MechanismCO Mechanism222H O COHCO理

22、論上，理論上，HCHC燃料完全燃燒時生成燃料完全燃燒時生成COCO2 2和和H H2 2OO。HCHC的氧化過程：的氧化過程： R-H R- R-O2RCHORCOCO+R- CO+OHCO2+H因此，因此，COCO是烴燃料燃燒的中間產(chǎn)物。是烴燃料燃燒的中間產(chǎn)物。aaa實(shí)際的燃燒過程在于：實(shí)際的燃燒過程在于： 1 1）燃料濃度分布不均勻。）燃料濃度分布不均勻。 2 2）溫度分布不均勻。）溫度分布不均勻。 3 3）燃燒過程時間短，達(dá)不到化學(xué)平衡狀態(tài)。）燃燒過程時間短，達(dá)不到化學(xué)平衡狀態(tài)。當(dāng)反應(yīng)著的氣體突然缺乏氧化劑、溫度過低或反應(yīng)當(dāng)反應(yīng)著的氣體突然缺乏氧化劑、溫度過低或反應(yīng)時間過短時，時間過短時

23、，COCO就以中間產(chǎn)物的形式生成了。就以中間產(chǎn)物的形式生成了。 因此因此COCO的排放是不可避免的。的排放是不可避免的。 CO CO是不完全燃燒產(chǎn)物，其生成主要受混是不完全燃燒產(chǎn)物，其生成主要受混合氣濃度影響。合氣濃度影響。 a a1 1，由于缺氧，由于缺氧，C C不能完全燃燒氧化不能完全燃燒氧化成成COCO2 2，COCO作為中間產(chǎn)物產(chǎn)生；作為中間產(chǎn)物產(chǎn)生； a a1 1，理論上不產(chǎn)生，理論上不產(chǎn)生COCO，但由于局部混，但由于局部混合不均勻，局部合不均勻，局部a a1 1，產(chǎn)生，產(chǎn)生COCO；或生成；或生成的的COCO2 2在高溫時發(fā)生熱裂解反應(yīng)，生成在高溫時發(fā)生熱裂解反應(yīng)，生成COCO；

24、 在排氣過程中，未燃在排氣過程中，未燃HCHC不完全氧化，生不完全氧化，生成成COCO，少量。，少量。燃燒終了時的燃燒終了時的COCO濃度一般取決于燃濃度一般取決于燃?xì)鉁囟?，發(fā)動機(jī)膨脹作功過程缸內(nèi)溫氣溫度，發(fā)動機(jī)膨脹作功過程缸內(nèi)溫度下降很快，溫度下降速度遠(yuǎn)快于氣度下降很快，溫度下降速度遠(yuǎn)快于氣體中各成分建立新的平衡過程的速度，體中各成分建立新的平衡過程的速度，COCO來不及建立平衡狀態(tài)，實(shí)際的來不及建立平衡狀態(tài)，實(shí)際的COCO濃濃度要高于排氣溫度相對應(yīng)的化學(xué)平衡度要高于排氣溫度相對應(yīng)的化學(xué)平衡濃度，濃度，這就是這就是“凍結(jié)凍結(jié)”現(xiàn)象（化學(xué)動現(xiàn)象（化學(xué)動力學(xué)）。一般經(jīng)驗(yàn)，汽油機(jī)排氣中的力學(xué)）。一

25、般經(jīng)驗(yàn)，汽油機(jī)排氣中的COCO濃度取值為濃度取值為1700K1700K時的平衡濃度。時的平衡濃度。汽油機(jī)由于要控制空燃比在化學(xué)計(jì)量比附近，汽油機(jī)由于要控制空燃比在化學(xué)計(jì)量比附近，COCO排放濃度高。排放濃度高。 全負(fù)荷混合氣加濃，全負(fù)荷混合氣加濃，COCO排放增加。排放增加。 怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，廢氣多，加濃混合氣，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，廢氣多，加濃混合氣，COCO排放量大。排放量大。 起動暖機(jī)時起動暖機(jī)時COCO排放較多。排放較多。 多缸機(jī)中各缸間空燃比的變動使多缸機(jī)中各缸間空燃比的變動使COCO排放量增加。排放量增加。 柴油機(jī)柴油機(jī)COCO排放特點(diǎn)排放特點(diǎn) 1. 1. 柴油機(jī)的柴油機(jī)的COCO排放總體比較低排放

26、總體比較低。2.2.燃燒接近或超過冒煙極限后，由于燃燒過程局部燃燒接近或超過冒煙極限后，由于燃燒過程局部混合氣過濃，缺氧造成混合氣過濃，缺氧造成COCO排放迅速增加。排放迅速增加。3.3.柴油機(jī)小負(fù)荷柴油機(jī)小負(fù)荷時，稀混合氣區(qū)體積增加，燃?xì)鉁貢r，稀混合氣區(qū)體積增加，燃?xì)鉁囟冉档?，度降低，COCO排放略微增加。排放略微增加。 3 3、HCHC 由于汽油機(jī)和柴油機(jī)的混合氣形由于汽油機(jī)和柴油機(jī)的混合氣形成和燃燒方式不同，導(dǎo)致成和燃燒方式不同，導(dǎo)致HCHC生成機(jī)生成機(jī)理不同，必須分開討論。理不同，必須分開討論。 HCHC在汽油機(jī)中的生成機(jī)理在汽油機(jī)中的生成機(jī)理 HCHC是不完全燃燒的產(chǎn)物，與過量空氣系

27、數(shù)有是不完全燃燒的產(chǎn)物，與過量空氣系數(shù)有密切關(guān)系，與燃燒微觀過程和現(xiàn)象有關(guān)系：密切關(guān)系，與燃燒微觀過程和現(xiàn)象有關(guān)系：（1 1）不完全燃燒：）不完全燃燒：A.A.怠速及高負(fù)荷工況，怠速及高負(fù)荷工況，a a1 1，過濃狀態(tài)，過濃狀態(tài)，且怠速時殘余廢氣系數(shù)較大；且怠速時殘余廢氣系數(shù)較大；B.B.失火狀態(tài)；失火狀態(tài)；C.C.加速或減速，暫時混合氣過濃或過稀；加速或減速，暫時混合氣過濃或過??；D.D.a a1 1，但油氣混合不均勻。，但油氣混合不均勻。（2 2）壁面淬熄效應(yīng)）壁面淬熄效應(yīng)及縫隙效應(yīng)及縫隙效應(yīng)： 燃燒過程中，燃?xì)鉁囟热紵^程中，燃?xì)鉁囟?0002000，而汽缸壁，而汽缸壁面溫度面溫度300

28、300，由于傳熱的緣故，靠近壁面，由于傳熱的緣故，靠近壁面的混合氣體溫度較低，加之流動性較差，故的混合氣體溫度較低，加之流動性較差，故而燃燒強(qiáng)度下降，產(chǎn)生大量未燃而燃燒強(qiáng)度下降，產(chǎn)生大量未燃HCHC。這就是。這就是壁面淬熄效應(yīng)，即溫度較低的燃燒室壁面對壁面淬熄效應(yīng)，即溫度較低的燃燒室壁面對火焰的迅速冷卻（冷激），使活化分子的能火焰的迅速冷卻（冷激），使活化分子的能量被吸收，燃燒鏈反應(yīng)中斷，在壁面形成約量被吸收，燃燒鏈反應(yīng)中斷，在壁面形成約0.10.10.2mm0.2mm的不燃燒或不完全燃燒的火焰淬的不燃燒或不完全燃燒的火焰淬熄層。熄層。 淬熄層厚度隨發(fā)動機(jī)工況、混合氣湍淬熄層厚度隨發(fā)動機(jī)工況、

29、混合氣湍流程度和壁溫有關(guān)，小負(fù)荷特別是冷起動和流程度和壁溫有關(guān)，小負(fù)荷特別是冷起動和怠速時，其值較大。怠速時，其值較大。在火焰?zhèn)鞑ミ^程中，燃燒室壁對火焰具有熄火作用，即緊靠壁面附近不可能形成火焰。這樣，在熄火區(qū)內(nèi)存在大量未燃燒的烴，它是排氣中的主要來源。當(dāng)左右時，熄火厚度最?。回?fù)荷減小時，熄火厚度顯著增加；燃燒室溫度、壓力提高，氣缸紊流加強(qiáng)，熄火厚度均減小。減少熄火厚度及燃燒室的面容比F/V，可以使汽油機(jī)HC排放量減少。 縫隙效應(yīng)：燃燒室中各種狹窄的縫縫隙效應(yīng)：燃燒室中各種狹窄的縫隙（活塞頭部與氣缸壁面之間、火花塞中隙（活塞頭部與氣缸壁面之間、火花塞中心電極周圍、進(jìn)排氣門頭部周圍等），由心電極

30、周圍、進(jìn)排氣門頭部周圍等），由于面容比較大，淬熄效應(yīng)強(qiáng)，火焰無法傳于面容比較大，淬熄效應(yīng)強(qiáng)，火焰無法傳入其中繼續(xù)燃燒，而在膨脹和排氣過程中，入其中繼續(xù)燃燒，而在膨脹和排氣過程中，缸內(nèi)壓力下降，縫隙中的未燃混合氣返回缸內(nèi)壓力下降，縫隙中的未燃混合氣返回汽缸，并隨排氣一起排出，雖然縫隙容積汽缸，并隨排氣一起排出，雖然縫隙容積小，但其中氣體壓力高、溫度低，所以密小，但其中氣體壓力高、溫度低，所以密度大，度大，HC的濃度極高。的濃度極高。 壁面淬熄效應(yīng)及縫隙效應(yīng)產(chǎn)生的壁面淬熄效應(yīng)及縫隙效應(yīng)產(chǎn)生的HC可占可占排氣中的排氣中的HC的的30%30%50%50%。 （3 3）壁面油膜和積碳的吸附：在進(jìn)氣和）壁

31、面油膜和積碳的吸附：在進(jìn)氣和壓縮過程中，氣缸壁面上的潤滑油膜，壓縮過程中，氣缸壁面上的潤滑油膜，以及沉積在活塞頂部、燃燒室壁面和進(jìn)以及沉積在活塞頂部、燃燒室壁面和進(jìn)排氣門上的多孔性積碳，會吸附未燃混排氣門上的多孔性積碳，會吸附未燃混合氣及燃料蒸氣，而在膨脹和排氣過程合氣及燃料蒸氣，而在膨脹和排氣過程中逐步脫附釋放出來，這些中逐步脫附釋放出來，這些HCHC少部分被少部分被氧化，大部分隨已燃?xì)怏w排除汽缸。氧化，大部分隨已燃?xì)怏w排除汽缸。這這部分部分HCHC占排氣中占排氣中HCHC的的35%35%50%50%。若清除。若清除積碳，積碳，HCHC可降低可降低20%20%30%30%。一、有害排放物種類

32、一、有害排放物種類 原因：曲軸箱竄氣和燃油系統(tǒng)油氣原因：曲軸箱竄氣和燃油系統(tǒng)油氣揮發(fā)等。揮發(fā)等。 由于未參予燃燒或未完全經(jīng)過燃燒由于未參予燃燒或未完全經(jīng)過燃燒過程，過程，其有害成分主要是其有害成分主要是HCHC，占汽車總，占汽車總HCHC的的40%40%，其中曲軸箱竄氣和燃油系統(tǒng)，其中曲軸箱竄氣和燃油系統(tǒng)蒸發(fā)各占蒸發(fā)各占50%50%。B.B.非排氣污染物非排氣污染物 非排氣非排氣HCHC的生成機(jī)理：的生成機(jī)理： （1 1）曲軸箱串氣）曲軸箱串氣 壓縮、燃燒過程中，由活壓縮、燃燒過程中，由活塞與汽缸間隙之間串入曲軸箱的油氣混合塞與汽缸間隙之間串入曲軸箱的油氣混合氣和已燃?xì)怏w，并與曲軸箱內(nèi)的潤滑油

33、蒸氣和已燃?xì)怏w，并與曲軸箱內(nèi)的潤滑油蒸氣混合后，由通風(fēng)口排入大氣的污染氣體。氣混合后，由通風(fēng)口排入大氣的污染氣體。柴油機(jī)串氣中柴油機(jī)串氣中HCHC較少，汽油機(jī)串氣中較少，汽油機(jī)串氣中HCHC多。多。（為什么？（為什么？- -燃料燃燒方式）燃料燃燒方式） （2 2）燃油蒸發(fā)）燃油蒸發(fā) 由化油器浮子室、空氣濾由化油器浮子室、空氣濾清器、油箱和燃油系統(tǒng)管接頭處蒸發(fā)并排清器、油箱和燃油系統(tǒng)管接頭處蒸發(fā)并排向大氣的燃油蒸氣。主要指汽油機(jī)（為什向大氣的燃油蒸氣。主要指汽油機(jī)（為什么？）。同時它也是一種燃料蒸發(fā)損失。么？）。同時它也是一種燃料蒸發(fā)損失。運(yùn)轉(zhuǎn)損失運(yùn)轉(zhuǎn)損失熱浸損失熱浸損失晝夜損失晝夜損失加油損失

34、加油損失燃油蒸發(fā)損失燃油蒸發(fā)損失曲軸箱竄氣曲軸箱竄氣是指在壓縮是指在壓縮和燃燒過程中由活塞和和燃燒過程中由活塞和氣缸之間的間隙竄入曲氣缸之間的間隙竄入曲軸箱的油氣混合氣和已軸箱的油氣混合氣和已燃?xì)怏w，并與曲軸箱內(nèi)燃?xì)怏w，并與曲軸箱內(nèi)的潤滑油蒸汽混合后，的潤滑油蒸汽混合后，由通風(fēng)口排入大氣的污由通風(fēng)口排入大氣的污染氣體。染氣體。燃油蒸發(fā)燃油蒸發(fā)是指有油箱是指有油箱和燃油系統(tǒng)管接頭處和燃油系統(tǒng)管接頭處蒸發(fā)并排向大氣的燃蒸發(fā)并排向大氣的燃油蒸氣。油蒸氣。汽油機(jī)汽油機(jī)HCHC排放的來源排放的來源 HC SourcesHC Sources1) 1) 排氣排氣 55 5565%65%（機(jī)內(nèi)排放）（機(jī)內(nèi)排放

35、）2) 2) 曲軸箱曲軸箱 20 2025%25%3) 3) 燃油箱、化油器、燃油管接頭蒸發(fā)燃油箱、化油器、燃油管接頭蒸發(fā) 151520%20%柴油機(jī)燃燒及排放物生成的特點(diǎn)：柴油機(jī)燃燒及排放物生成的特點(diǎn)：v當(dāng)油束噴入有進(jìn)氣渦流的當(dāng)油束噴入有進(jìn)氣渦流的燃燒室中時，可大致分為燃燒室中時，可大致分為稀燃火焰熄滅區(qū)、稀燃火稀燃火焰熄滅區(qū)、稀燃火焰區(qū)、油束心部，油束尾焰區(qū)、油束心部，油束尾部和后噴部以及壁面油膜，部和后噴部以及壁面油膜，從油束邊緣到油束核心部從油束邊緣到油束核心部分，局部空燃比可從無窮分，局部空燃比可從無窮大變到零。根據(jù)負(fù)荷不同，大變到零。根據(jù)負(fù)荷不同，各區(qū)排放物生成的性質(zhì)也各區(qū)排放物生

36、成的性質(zhì)也不一樣。不一樣。v根據(jù)負(fù)荷，各區(qū)排放物生成的性質(zhì)：根據(jù)負(fù)荷，各區(qū)排放物生成的性質(zhì)：未燃未燃HC： 低負(fù)荷時低負(fù)荷時，主要產(chǎn)生在稀燃火焰熄滅區(qū)；，主要產(chǎn)生在稀燃火焰熄滅區(qū)； 高負(fù)荷時高負(fù)荷時，主要產(chǎn)生在油束心部、油束尾部和后，主要產(chǎn)生在油束心部、油束尾部和后噴噴 部及壁面油膜處。部及壁面油膜處。CO： 低負(fù)荷時低負(fù)荷時，主要產(chǎn)生在稀燃火焰熄滅區(qū)及稀燃火，主要產(chǎn)生在稀燃火焰熄滅區(qū)及稀燃火焰焰 區(qū)的交界面上；區(qū)的交界面上； 高負(fù)荷時高負(fù)荷時，主要產(chǎn)生在油束心部、油束尾部和后，主要產(chǎn)生在油束心部、油束尾部和后噴噴 部。部。Nox ： 在燃燒完全、供養(yǎng)充分及溫度較高的稀燃火焰在燃燒完全、供養(yǎng)充

37、分及溫度較高的稀燃火焰區(qū)及油束心部產(chǎn)生較多。區(qū)及油束心部產(chǎn)生較多。碳煙：碳煙： 高負(fù)荷時，在油束心部、油束尾部和后噴部的高負(fù)荷時，在油束心部、油束尾部和后噴部的氧濃度低，氣體溫度高，燃油分子容易發(fā)生高溫裂氧濃度低，氣體溫度高，燃油分子容易發(fā)生高溫裂解而形成碳煙。解而形成碳煙。醛類：醛類： 主要在稀燃火焰熄滅區(qū)，由于低溫氧化而產(chǎn)生主要在稀燃火焰熄滅區(qū)，由于低溫氧化而產(chǎn)生醛類中間產(chǎn)物。醛類中間產(chǎn)物。 HCHC在柴油機(jī)中的生成機(jī)理在柴油機(jī)中的生成機(jī)理 擴(kuò)散燃燒方式，燃油在燃燒室的停留時間短，擴(kuò)散燃燒方式，燃油在燃燒室的停留時間短，絕大部分工況的過量空氣系數(shù)絕大部分工況的過量空氣系數(shù)a a遠(yuǎn)大于汽油機(jī)

38、，遠(yuǎn)大于汽油機(jī)，混合氣濃度梯度大，噴霧核心的混合氣濃度梯度大，噴霧核心的a a00，燃燒室，燃燒室周邊區(qū)域的周邊區(qū)域的a a，因而壁面淬熄效應(yīng)和油膜，因而壁面淬熄效應(yīng)和油膜及積碳吸附作用小，所以，正常燃燒情況下，柴及積碳吸附作用小，所以，正常燃燒情況下，柴油機(jī)油機(jī)HCHC排放低于汽油機(jī)（除非燃油被噴射到壁面排放低于汽油機(jī)（除非燃油被噴射到壁面上）。上）。 柴油機(jī)產(chǎn)生柴油機(jī)產(chǎn)生HCHC的主要原因：混合不均勻、燃燒的主要原因：混合不均勻、燃燒過程后期低速離開噴油器的燃油混合及燃燒不良。過程后期低速離開噴油器的燃油混合及燃燒不良。（1 1）混合不均勻）混合不均勻 由于混合氣濃度分布不均勻，由于混合氣

39、濃度分布不均勻，在過濃和過稀的區(qū)域會產(chǎn)生局部失火。在過濃和過稀的區(qū)域會產(chǎn)生局部失火。（2 2）噴油器壓力室容積的影響）噴油器壓力室容積的影響 噴油器針閥密封座面下的壓力室在噴油噴油器針閥密封座面下的壓力室在噴油結(jié)束后充滿燃油，在燃燒和膨脹過程時，結(jié)束后充滿燃油，在燃燒和膨脹過程時，這部分燃油被加熱和氣化，并以液態(tài)或氣這部分燃油被加熱和氣化，并以液態(tài)或氣態(tài)低速進(jìn)入燃燒室，混合及燃燒速度都極態(tài)低速進(jìn)入燃燒室，混合及燃燒速度都極為緩慢，故這部分燃油很難充分燃燒和氧為緩慢，故這部分燃油很難充分燃燒和氧化，進(jìn)而產(chǎn)生化，進(jìn)而產(chǎn)生HCHC。壓力室容積。壓力室容積，HCHC排放排放量量。這部分。這部分HCHC

40、占總占總HCHC的的3/43/4。 不正常燃燒（二次噴射、后滴等）會不正常燃燒（二次噴射、后滴等）會增加增加HCHC。（為什么？）。（為什么？） 柴油機(jī)未燃柴油機(jī)未燃HCHC排放的來源排放的來源 1 1）完全由缸內(nèi)燃燒過程產(chǎn)生。）完全由缸內(nèi)燃燒過程產(chǎn)生。 2 2）沒有曲軸箱排放物和蒸發(fā)排放物。）沒有曲軸箱排放物和蒸發(fā)排放物。 柴油機(jī)未燃柴油機(jī)未燃HCHC來源來源 1 1）混合氣不均勻。）混合氣不均勻。 2 2）噴油器嘴部的壓力室容積）噴油器嘴部的壓力室容積 。 3 3）冷起動）冷起動 。 4 4）氣缸壁溫度影響）氣缸壁溫度影響HCHC排放，因?yàn)楸诿媾欧?，因?yàn)楸诿婕ぜ?冷使冷使HCHC排放增加。

41、排放增加。 4 4、 微粒的生成機(jī)理微粒的生成機(jī)理汽油機(jī)一般不產(chǎn)生微粒，除含鉛汽汽油機(jī)一般不產(chǎn)生微粒，除含鉛汽油（鉛微粒）、二沖程發(fā)動機(jī)（潤滑油（鉛微粒）、二沖程發(fā)動機(jī)（潤滑油混入汽油）外。油混入汽油）外。 柴油機(jī)的微粒排放量要比汽油機(jī)高幾十柴油機(jī)的微粒排放量要比汽油機(jī)高幾十倍。倍。 因此，研究微粒主要集中于柴油機(jī)。因此，研究微粒主要集中于柴油機(jī)。 可溶性有機(jī)物（可溶性有機(jī)物（SOFSOF，solubble solubble organic fractionorganic fraction）占）占35% 35% 45% 45%，其，其中來自未燃燃料和未燃潤滑油約各占中來自未燃燃料和未燃潤滑油約

42、各占50%;50%; 硫酸鹽硫酸鹽 （來源于燃料中的含硫量）（來源于燃料中的含硫量）占占5% 5% 10% 10%。 （1 1）微粒成分）微粒成分 （干）碳煙（干）碳煙（DSDS，dry sootdry soot）占）占40%40%50%50%，碳煙是微粒的組成之一，發(fā)，碳煙是微粒的組成之一，發(fā)動機(jī)高負(fù)荷工作時，碳煙在微粒中的比動機(jī)高負(fù)荷工作時，碳煙在微粒中的比例升高，部分負(fù)荷時下降。例升高，部分負(fù)荷時下降。 （2 2）碳煙和微粒的生成與氧化）碳煙和微粒的生成與氧化 A.A.碳煙和微粒的生成碳煙和微粒的生成 簡單理解為：烴類燃料在高溫缺氧條件下簡單理解為：烴類燃料在高溫缺氧條件下裂解生成（類似

43、炭黑生產(chǎn)工藝）其化學(xué)動力裂解生成（類似炭黑生產(chǎn)工藝）其化學(xué)動力學(xué)反應(yīng)及物理變化過程十分復(fù)雜。當(dāng)燃油噴學(xué)反應(yīng)及物理變化過程十分復(fù)雜。當(dāng)燃油噴射到高溫空氣中時，輕質(zhì)烴蒸發(fā)氣化，重質(zhì)射到高溫空氣中時，輕質(zhì)烴蒸發(fā)氣化，重質(zhì)烴以液態(tài)暫時存在，前者產(chǎn)生氣相析出型碳烴以液態(tài)暫時存在，前者產(chǎn)生氣相析出型碳粒，粒度較小；后者直接脫氧碳化，成為焦粒，粒度較小；后者直接脫氧碳化，成為焦炭狀液相析出型碳粒，粒度較大。（炭狀液相析出型碳粒，粒度較大。（成核成核） 重餾分的未燃烴、硫酸鹽以及水分等在重餾分的未燃烴、硫酸鹽以及水分等在碳粒上吸附凝集，形成排氣微粒。（碳粒上吸附凝集，形成排氣微粒。（聚集聚集） 碳煙的生成碳煙

44、的生成 高溫高溫 缺氧缺氧碳煙的微觀結(jié)構(gòu)碳煙的微觀結(jié)構(gòu) PM nanostructurePM nanostructure 500500，3030分鐘后分鐘后 碳煙顆粒的分布特性碳煙顆粒的分布特性 PM DistributionPM Distribution B.B.碳煙和微粒的氧化碳煙和微粒的氧化 已生成的碳煙，如果在高溫環(huán)境下已生成的碳煙，如果在高溫環(huán)境下又能遇到足夠的氧氣，就會通過氧化又能遇到足夠的氧氣，就會通過氧化反應(yīng)，使其體積縮小甚至完全氧化掉。反應(yīng)，使其體積縮小甚至完全氧化掉。 圖圖8-4燃燒系統(tǒng)中碳煙粒子的形成過程燃燒系統(tǒng)中碳煙粒子的形成過程 碳煙和微粒的生成與氧化機(jī)理揭示碳煙和微

45、粒的生成與氧化機(jī)理揭示了降低其排放量的思路：燃燒前期應(yīng)避了降低其排放量的思路：燃燒前期應(yīng)避免高溫缺氧，以減少碳煙的生成；燃燒免高溫缺氧，以減少碳煙的生成；燃燒后期應(yīng)保證高溫富氧和加強(qiáng)混合氣體擾后期應(yīng)保證高溫富氧和加強(qiáng)混合氣體擾流強(qiáng)度，以加速碳煙的氧化。流強(qiáng)度，以加速碳煙的氧化。 改善油氣混合過程，采用柴油高壓噴改善油氣混合過程，采用柴油高壓噴射技術(shù)，微粒和射技術(shù)，微粒和碳碳煙的總排放量下降，煙的總排放量下降，但但PM2.5的微粒比重增大，也即粒徑的微粒比重增大，也即粒徑較大的部分減少較多。較大的部分減少較多。 （3 3）碳煙（微粒）與）碳煙（微粒）與NONOX X的關(guān)系的關(guān)系定常燃燒定常燃燒裝

46、置在預(yù)混合火焰條件下的實(shí)裝置在預(yù)混合火焰條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（具有參考意義）：驗(yàn)結(jié)果表明（具有參考意義）：a 0.60.6，a a碳煙碳煙；a a0.60.6，不產(chǎn)生，不產(chǎn)生碳煙。碳煙。 但是，但是，NONO隨隨a a而增加，在而增加，在a a=1.1=1.1時達(dá)到最大值，時達(dá)到最大值，因此同時降低碳煙和因此同時降低碳煙和NONO出現(xiàn)了悖論。最佳的技術(shù)突破方案就是出現(xiàn)了悖論。最佳的技術(shù)突破方案就是在保證熱效率的狀況下，將在保證熱效率的狀況下，將a a控制在控制在0.6 0.6 0.9 0.9范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 三、有害排放物生成的影響因素三、有害排放物生成的影響因素 有害排放物是燃燒化學(xué)反應(yīng)的有

47、害排放物是燃燒化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，燃燒與溫度和過量空氣系產(chǎn)物，燃燒與溫度和過量空氣系數(shù)密切相關(guān)，進(jìn)而各種參數(shù)和降數(shù)密切相關(guān)，進(jìn)而各種參數(shù)和降低排放的技術(shù)大都通過溫度和過低排放的技術(shù)大都通過溫度和過量空氣系數(shù)來影響燃燒和有害物量空氣系數(shù)來影響燃燒和有害物生成過程，所以生成過程，所以溫度和過量空氣溫度和過量空氣系數(shù)是終端影響因素（各種影響系數(shù)是終端影響因素（各種影響因素分析的落腳點(diǎn)）。因素分析的落腳點(diǎn)）。 1 1、a a的影響的影響 COCO、HCHC隨隨a a增加而急劇下降，增加而急劇下降，a a11后，后，逐漸達(dá)到最低值；逐漸達(dá)到最低值；a a過大時，過大時，HCHC又有所回升又有所回升（為什么？

48、）；（為什么？）；NONOx x在在a a=1.1=1.1附近出現(xiàn)最大附近出現(xiàn)最大值域（不在最高溫度時），值域（不在最高溫度時），a a過大和過小都過大和過小都迅速下降（為什么？）；從發(fā)動機(jī)的動力經(jīng)迅速下降（為什么？）；從發(fā)動機(jī)的動力經(jīng)濟(jì)性能來看，最大功率時濟(jì)性能來看，最大功率時a a=0.8=0.80.9(0.9(處于處于最佳燃燒的范圍內(nèi)，最佳燃燒的范圍內(nèi)，HCHC及油耗均為最低及油耗均為最低) )，這幾個因素要結(jié)合起來選擇這幾個因素要結(jié)合起來選擇a a優(yōu)化范圍。優(yōu)化范圍。A A 對汽油機(jī)的影響對汽油機(jī)的影響 另標(biāo)出了稀燃發(fā)動機(jī)的曲線另標(biāo)出了稀燃發(fā)動機(jī)的曲線車用汽油機(jī)在部分負(fù)荷下，過量空氣系

49、數(shù)車用汽油機(jī)在部分負(fù)荷下，過量空氣系數(shù) 對燃油消耗率對燃油消耗率bebe和和NOxNOx、HCHC排放的影響排放的影響 B B 對柴油機(jī)的影響對柴油機(jī)的影響其燃燒方式為擴(kuò)散燃燒其燃燒方式為擴(kuò)散燃燒, ,a a1 1 1 1、COCO不到汽油機(jī)的不到汽油機(jī)的1/10, 1/10, a a1.5,1.5,急劇急劇增加增加, , a a2 2后，緩慢增加（為什么？）；后，緩慢增加（為什么？）； 2 2、a a2 2，HCHC略微增加（原因？），但比略微增加（原因？），但比汽油機(jī)小得多；汽油機(jī)小得多； 3 3、a a2, 2, a a，碳煙，碳煙（在柴油機(jī)實(shí)（在柴油機(jī)實(shí)際燃燒過程中際燃燒過程中a a

50、0.6 0.6的區(qū)域，由于混合氣的區(qū)域，由于混合氣濃度分布極不均勻，局部缺氧嚴(yán)重）；濃度分布極不均勻，局部缺氧嚴(yán)重）； 4 4、NONOx x生成機(jī)理與汽油機(jī)相同，但量小于生成機(jī)理與汽油機(jī)相同，但量小于汽油機(jī)，峰值略向汽油機(jī)，峰值略向a a大值方向移動。大值方向移動。a a極大地影響發(fā)動機(jī)有害排放物極大地影響發(fā)動機(jī)有害排放物的產(chǎn)生，是最大的影響因素。的產(chǎn)生，是最大的影響因素。汽汽油機(jī)關(guān)鍵是控制油機(jī)關(guān)鍵是控制a a范圍；柴油機(jī)范圍；柴油機(jī)關(guān)鍵是既要控制平均關(guān)鍵是既要控制平均a a, ,還要注還要注意改善局部過濃。意改善局部過濃。2 2、點(diǎn)火、點(diǎn)火/ /噴油提前角的影響噴油提前角的影響 汽油機(jī)汽油

51、機(jī)點(diǎn)火提前角減小，點(diǎn)火提前角減小，NONOx x降低降低（燃燒溫度降低），（燃燒溫度降低），HCHC降低（后燃加降低（后燃加重，排氣溫度上升，排氣行程以及在重，排氣溫度上升，排氣行程以及在排氣管道中排氣管道中HCHC氧化反應(yīng)加速），但油氧化反應(yīng)加速），但油耗增加。耗增加。 柴油機(jī)噴油提前角減小，柴油機(jī)噴油提前角減小，NONOx x顯著顯著下降，但碳煙和微粒會明顯增大（悖下降，但碳煙和微粒會明顯增大（悖論）；同時動力、經(jīng)濟(jì)性能惡化。論）；同時動力、經(jīng)濟(jì)性能惡化。 減小點(diǎn)火提前角對降低HC及NOx均有利，但以犧牲動力性為代價(jià)。 點(diǎn)火正時點(diǎn)火正時 Ignition TimingIgnition Ti

52、ming0.5c汽油機(jī)排放的影響因素汽油機(jī)排放的影響因素 燃燒溫度柴油機(jī)噴油柴油機(jī)噴油時刻時刻噴油定時噴油定時 Injection Injection TimingTiming 柴油機(jī)排放的影響因素柴油機(jī)排放的影響因素 3 3、運(yùn)轉(zhuǎn)工況的影響（、運(yùn)轉(zhuǎn)工況的影響（a a、燃燒溫度）、燃燒溫度） 變工況：變工況：在加速和高速行駛時，由于燃在加速和高速行駛時，由于燃燒溫度高，所以燒溫度高，所以NONOx x濃度高；在怠速和加濃度高；在怠速和加速時，由于速時，由于a a?。ㄆ珴猓?，且怠速溫度小（偏濃），且怠速溫度低，殘余廢氣系數(shù)高，所以低，殘余廢氣系數(shù)高，所以HCHC和和COCO高；高；化油器式汽油機(jī)

53、減速時化油器式汽油機(jī)減速時HCHC急劇增加，急劇增加，COCO也較高（節(jié)氣門關(guān)閉，進(jìn)氣管高真空狀也較高（節(jié)氣門關(guān)閉，進(jìn)氣管高真空狀態(tài)，管壁上的液態(tài)燃油急劇蒸發(fā)，加之態(tài)，管壁上的液態(tài)燃油急劇蒸發(fā)，加之慣性作用使進(jìn)氣量比油減得快，導(dǎo)致混慣性作用使進(jìn)氣量比油減得快，導(dǎo)致混合氣濃度瞬時增大），與噴射式和改進(jìn)合氣濃度瞬時增大），與噴射式和改進(jìn)型減速斷油化油器不同。型減速斷油化油器不同。負(fù)荷：負(fù)荷：汽油機(jī)穩(wěn)定工況下：低、怠速汽油機(jī)穩(wěn)定工況下：低、怠速HCHC、COCO大，而大，而NONOx x小，高負(fù)荷時反之。小，高負(fù)荷時反之。 柴油機(jī)負(fù)荷變化的排放規(guī)律與圖柴油機(jī)負(fù)荷變化的排放規(guī)律與圖8-118-11一致

54、。一致。 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速：對汽、柴油機(jī)排放影響不大，對汽、柴油機(jī)排放影響不大，規(guī)律性也不強(qiáng)，但規(guī)律性也不強(qiáng)，但提高怠速轉(zhuǎn)速（缸內(nèi)擾提高怠速轉(zhuǎn)速（缸內(nèi)擾動加強(qiáng)），動加強(qiáng)），COCO及及HCHC的排放減少的排放減少 ，目前汽，目前汽油機(jī)大約在油機(jī)大約在800-1000r/min800-1000r/min；柴油機(jī)轉(zhuǎn)速柴油機(jī)轉(zhuǎn)速上升，碳煙和微粒增加。上升，碳煙和微粒增加。 柴油機(jī)柴油機(jī)NONOX X排放的影響因素排放的影響因素 （自然吸氣直噴柴油機(jī)，（自然吸氣直噴柴油機(jī)，6 6102mm102mm118mm118mm， ）16.5c負(fù)荷與轉(zhuǎn)速負(fù)荷與轉(zhuǎn)速 Engine Load and SpeedEngin

55、e Load and Speed 碳煙的排放特性碳煙的排放特性 PM Emission Characteristics PM Emission Characteristics 柴油機(jī)排放的影響因素柴油機(jī)排放的影響因素 4 4、發(fā)動機(jī)類型的影響、發(fā)動機(jī)類型的影響 汽油機(jī)與柴油機(jī)排放特性對比汽油機(jī)與柴油機(jī)排放特性對比 柴油機(jī)柴油機(jī)HCHC和和COCO排放僅為汽油機(jī)的排放僅為汽油機(jī)的1/51/51/101/10，NONOx x在中小負(fù)荷時遠(yuǎn)低于在中小負(fù)荷時遠(yuǎn)低于汽油機(jī)，大負(fù)荷時與汽油機(jī)接近，汽汽油機(jī)，大負(fù)荷時與汽油機(jī)接近，汽油機(jī)基本無微粒排放。油機(jī)基本無微粒排放。結(jié)論：汽油機(jī)主要控制結(jié)論：汽油機(jī)主要

56、控制HCHC、COCO、NONOx x；柴油機(jī)主要控制柴油機(jī)主要控制NONOx x、微粒和碳煙。微粒和碳煙。 不同柴油機(jī)燃燒室的排放特性對比不同柴油機(jī)燃燒室的排放特性對比 非直噴式柴油機(jī)（非直噴式柴油機(jī)（IDIIDI）的氣）的氣體排放及噪聲均比直噴式柴油機(jī)（體排放及噪聲均比直噴式柴油機(jī)（DIDI）低，但低，但DIDI柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)越，柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)越，是目前的發(fā)展主流，為降低其是目前的發(fā)展主流，為降低其NONOx x，現(xiàn)，現(xiàn)在試圖把在試圖把IDIIDI的濃稀兩段式燃燒方式引的濃稀兩段式燃燒方式引入。入。 第二節(jié)第二節(jié) 汽油機(jī)的排放控制汽油機(jī)的排放控制有害排放物的控制方法總體分為燃燒

57、有害排放物的控制方法總體分為燃燒前、燃燒中、燃燒后處理。前、燃燒中、燃燒后處理。 總論總論 一、汽油機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)一、汽油機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù) 推遲點(diǎn)火提前角推遲點(diǎn)火提前角 廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán) 改進(jìn)發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)改進(jìn)發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì) 提高點(diǎn)火能量提高點(diǎn)火能量 電控汽油噴射技術(shù)電控汽油噴射技術(shù) 提高燃油品質(zhì)提高燃油品質(zhì) 以機(jī)外技術(shù)為主，機(jī)內(nèi)相對簡單，要求以機(jī)外技術(shù)為主，機(jī)內(nèi)相對簡單，要求降低，機(jī)內(nèi)仍以動力經(jīng)濟(jì)性能最佳為主要降低，機(jī)內(nèi)仍以動力經(jīng)濟(jì)性能最佳為主要優(yōu)化目標(biāo)。優(yōu)化目標(biāo)。 推遲點(diǎn)火提前角推遲點(diǎn)火提前角 就是推遲點(diǎn)火時間，簡單易行，就是推遲點(diǎn)火時間，簡單易行，普遍應(yīng)用。普遍應(yīng)用。 在一定范圍內(nèi)，推遲點(diǎn)

58、火提前在一定范圍內(nèi)，推遲點(diǎn)火提前角，使燃燒溫度下降，存在后燃，角，使燃燒溫度下降，存在后燃，NONOx x（減少（減少10%10%30%30%）、）、HCHC下降。下降。 因?yàn)橛锌赡苁箘恿π院腿加秃囊驗(yàn)橛锌赡苁箘恿π院腿加秃穆蕫夯室C合考慮，以確定最率惡化，故要綜合考慮，以確定最佳點(diǎn)火提前角。佳點(diǎn)火提前角。 減小點(diǎn)火提前角對降低HC及NOx均有利，但以犧牲動力性為代價(jià)。 廢氣再循環(huán)（廢氣再循環(huán)（EGREGR，exhaust gas exhaust gas recirculation)recirculation)，主要用于，主要用于降低降低NONOx x（50%50%70%70%），實(shí)質(zhì)），

59、實(shí)質(zhì)是燃燒前處理（另一種常用是燃燒前處理（另一種常用的前處理技術(shù)是燃料中加入的前處理技術(shù)是燃料中加入添加劑，如乙醇）。添加劑，如乙醇）。 一部分排氣流回進(jìn)氣系一部分排氣流回進(jìn)氣系統(tǒng)，使進(jìn)氣的氧濃度下降，統(tǒng)，使進(jìn)氣的氧濃度下降，同時混合氣的比熱容提高，同時混合氣的比熱容提高，均使得燃燒溫度降低，抑制均使得燃燒溫度降低，抑制NONOx x。 廢氣再循環(huán)圖-廢氣再循環(huán)系統(tǒng)工作原理 在本循環(huán)吸入的新鮮充量在本循環(huán)吸入的新鮮充量mm1 1中，若其中一部分是中，若其中一部分是來自發(fā)動機(jī)的排氣，以稀釋可燃混合氣的濃度，控來自發(fā)動機(jī)的排氣，以稀釋可燃混合氣的濃度，控制制NOxNOx的生成與排放，稱為廢氣再循環(huán)

60、。的生成與排放，稱為廢氣再循環(huán)。廢氣再循環(huán)率的定義為參與再循環(huán)的廢氣量廢氣再循環(huán)率的定義為參與再循環(huán)的廢氣量mmEGREGR占占新鮮充量新鮮充量mm1 1的百分比，即的百分比，即1mmEGREGR廢氣再循（廢氣再循（EGREGR）率）率 (EGR Ratio)(EGR Ratio) 但在全負(fù)荷時最大功率下降；中負(fù)荷時燃但在全負(fù)荷時最大功率下降；中負(fù)荷時燃油耗率增大、油耗率增大、HC上升；小負(fù)荷特別是怠速上升；小負(fù)荷特別是怠速時燃燒不穩(wěn)定。時燃燒不穩(wěn)定。故大負(fù)荷、起動、暖機(jī)、怠速、小負(fù)荷故大負(fù)荷、起動、暖機(jī)、怠速、小負(fù)荷時不使用時不使用EGREGR，其他工況，其他工況EGREGR率率20%20%