發(fā)動機瞬態(tài)排放特性

1、.1 發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)排放特性 汽油機的穩(wěn)態(tài)排放特性圖3-1、圖3-2和圖3-3分別為一臺比較有代表性的排量為2L的4氣門現(xiàn)代車用進(jìn)氣道電子噴射汽油機的CO、HC和NOX穩(wěn)態(tài)排放特性圖。各種排放均用比排放量（比排放量指每千瓦小時所排放出的污染物的質(zhì)量）表示。實際上，發(fā)動機有害排放物對大氣污染的程度，不僅取決于其排放濃度xi(ppm)，而且還取決于其質(zhì)量排放量Gi（g/h），二者之間的關(guān)系為： （3-1）式中： Vg-排氣容積流量(m3/h)；i-污染物的密度(kg/m3)。 圖 3-1 汽油機CO比排放特性 圖 3-2 汽油機HC比排放特性 圖 3-3 汽油機NOx比排放特性 對于量調(diào)節(jié)的汽油機來

2、說，其排氣容積流量既與轉(zhuǎn)速有關(guān)，也與負(fù)荷有關(guān)。因此，其污染物排放量的變化規(guī)律是不同于污染物濃度的。由圖3-1可見，為了滿足三效催化轉(zhuǎn)化器高效率工作的要求，現(xiàn)代車用汽油機在常用的部分負(fù)荷區(qū)將過量空氣系數(shù)控制在1.0左右，所以CO的排放較低，而在負(fù)荷很小時，為了保證燃燒的穩(wěn)定，混合氣被適當(dāng)?shù)募訚?，從而?dǎo)致了CO的排放略有上升。當(dāng)工作負(fù)荷接近全負(fù)荷時，為了使發(fā)動機能發(fā)出較大的功率和轉(zhuǎn)矩，混合氣被顯著加濃，從圖中可以看到，CO的比排放量開始急劇升高，而絕對排放濃度和質(zhì)量則上升更快。圖3-2表示了車用汽油機未燃HC排放量的變化趨勢。從圖中可見HC的變化趨勢和CO比較相似，中等負(fù)荷時比排放量較小，大負(fù)荷和

3、小負(fù)荷時相對增加。但有兩個不同之處：一是HC在全負(fù)荷時其排放沒有像CO那樣顯著增加，只是稍有增加，基本和中等負(fù)荷時保持 同一水平；二是小負(fù)荷時HC比排放量隨負(fù)荷的減小增加的程度更加明顯。CO和HC生成機理不同可以解釋造成這種兩種情況的原因。在大負(fù)荷時采用過濃的混合氣來提供更大的功率和轉(zhuǎn)矩，這時氧氣相對較少，燃料不可能完全氧化，從而生成大量的CO，而HC的排放主要來自淬熄等多相因素，每循環(huán)絕對排放量的變化是不大的，當(dāng)汽油機轉(zhuǎn)速一定時，隨著負(fù)荷增加，空燃 比增大，混合氣變稀，排氣中HC比排放量下降。若進(jìn)一步加大負(fù)荷，混合氣變濃，特別是全負(fù)荷時排氣中嚴(yán)重缺氧，未燃的HC無法完全氧化，其比排放量又會增

4、加。在低速小負(fù)荷時，缸內(nèi)溫度低，對未燃HC的氧化不利，缸壁的激冷作用變強，因此HC比排放量同樣會增加。汽油機NOX排放如圖3-3所示，其排放規(guī)律與CO、HC的排放規(guī)律有很大區(qū)別。當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，NOX的比排放量隨負(fù)荷增大而不斷減小，而實際上在中等負(fù)荷區(qū)，隨著負(fù)荷的增大，由于燃燒溫度提高了，NOX絕對排放量增加，但NOX的增加與負(fù)荷是不成正比的，因而NOX比排放量卻是逐漸下降的。在大負(fù)荷時，由于混合氣過濃，氧氣不足，不利于NOX的生成，NOX絕對排放量下降，比排放量下降更快。從圖中還可以看出，當(dāng)負(fù)荷一定時，隨著轉(zhuǎn)速的增加，NOX的比排放量增大，其絕對排放量顯著增加。由于影響汽油機排放的因素甚多，因

5、此各種汽油機排放特性有很大差異。盡管如此，其有害排放物的排放量隨負(fù)荷及轉(zhuǎn)速的變化而變化的趨勢則是一致的，為了使車用汽油機排放的有害污染物較少，應(yīng)盡量使其在中等負(fù)荷下運行。 柴油機的穩(wěn)態(tài)排放特性圖3-4、圖3-5和圖3-6分別是一臺具有代表性的2.8L排量的現(xiàn)代渦輪增壓中冷直接噴射式車用柴油機的CO、HC、NOX的穩(wěn)態(tài)排放特性圖。從圖3-4可見，渦輪增壓直噴柴油機在整個工況范圍CO的排放都很少，在大多數(shù)工況下，CO比排放量都比較小，這是由于渦輪增壓直噴柴油機的空燃比非常大，不易生成CO，在中速、中負(fù)荷工況下，柴油機的CO排放量最少。柴油機CO的高排放量也出現(xiàn)在小負(fù)荷工況區(qū)，原因是由于柴油機循環(huán)供

6、油量較少，燃燒室內(nèi)存在較多過稀混合氣區(qū)，使火焰?zhèn)鞑ダщy，燃燒室內(nèi)氣流運動弱，混合氣形成不均勻，CO難以有效燃燒形成CO2。另外，在大負(fù)荷工況下柴油機CO的排放也不容忽視。在大負(fù)荷工況下，柴油機每循環(huán)供油量較多，燃燒室內(nèi)存在過多的過濃混合氣區(qū)，氧氣的缺乏使CO不能得到及時氧化。 圖 3-4 柴油機CO比排放特性 圖 3-5 柴油機HC比排放特性 圖 3- 6 柴油機NOX比排放特性 從圖3-5可見，柴油機未燃HC排放比汽油機少得多，這是因為柴油機噴油壓燃的工作特性使燃油停留在燃燒室中的時間比汽油機要短得多，從而受一些多相因素影響較小。還可以看出，柴油機的HC比排放量基本上是隨負(fù)荷的上升而下降，但

7、絕對排放量基本不變。其未燃HC排放主要來自柴油噴注外緣混合過度造成的過稀混合氣區(qū)域，當(dāng)負(fù)荷較小或低速時，柴油機循環(huán)供油量較少，一方面，燃燒室內(nèi)存在較多的稀混合氣區(qū)，使部分燃料不能得以及時燃燒；另一方面，燃燒室溫度相對較低，加大了火焰激冷淬熄的可能性，結(jié)果使柴油機低速或者小負(fù)荷運轉(zhuǎn)時HC排放較高。從圖3-6中可以看出，柴油機NOX的高排放區(qū)主要出現(xiàn)在小負(fù)荷和高速工況。當(dāng)柴油機負(fù)荷較小時，燃燒始點時的燃燒室內(nèi)溫度較低，滯燃期增長，混合時間加長，增大了氧氣與高溫燃?xì)饨佑|的機會，使NOX排放較高。高轉(zhuǎn)速工況下NOX的高排放量可能與氣缸內(nèi)渦流強度有直接關(guān)系。在高轉(zhuǎn)速下，氣缸內(nèi)存在較強的渦流水平，使高溫燃?xì)馀c氧分子接觸的機會加大，燃燒速度加快，溫度比較高，使NOX大量生成，在高速小負(fù)荷工況時尤為突出。圖3-7、圖3-8和圖3-9分別為該柴油機排氣不透光度線性分度N、PT質(zhì)量濃度和比排放特性。從圖可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時，不透光度線性分度N基本上是隨著負(fù)荷增大而增大的，這主要和過量空氣系數(shù)的下降有關(guān)，當(dāng)負(fù)荷不變時，柴油機的不