第八章排氣污染與控制ppt課件

1、汽車發(fā)動機(jī)原理同窗們好汽車發(fā)動機(jī)原理第八章排氣污染與控制 第八章 排氣污染與控制 概述8.1 概述 1汽車發(fā)動機(jī)的排氣污染 汽車發(fā)動機(jī)的排氣是城市大氣污染的主要緣由，因此，控制發(fā)動機(jī)排放污染物是當(dāng)前的主要研討開展方向之一。 汽車發(fā)動機(jī)排放的有害物質(zhì)種類主要是CO、HC、NOX 和微粒(PM)，絕大多數(shù)污染物出如今廢氣中，少量 HC 來自于曲軸箱和燃料系統(tǒng)泄露的燃料及光滑油蒸發(fā)物，包括氣缸竄入曲軸箱的燃?xì)狻?發(fā)動機(jī)排放污染物的危害有二個(gè)方面： 1危及人體安康； 2破壞環(huán)境。 除了發(fā)動機(jī)排放污染物質(zhì)呵斥對大氣的直接污染，汽車有害排放物還能夠經(jīng)過與環(huán)境物質(zhì)或有害物質(zhì)之間的化學(xué)反響，構(gòu)成二次污染。第八

2、章 排氣污染與控制8.1 概述 2、汽車排放污染的危害 曾經(jīng)確定的典型的環(huán)境效應(yīng)是： 1酸雨，汽車排放污染物中酸性物質(zhì)溶解于水后構(gòu)成； 2光化學(xué)煙霧，汽車有害排放物中 HC 與NOX 在強(qiáng)陽光作用下，相互反響生成的有毒煙霧，主要成分是臭氧和PAN過氧?；跛猁}； 3臭氧層空洞，鹵族元素在強(qiáng)陽光照射時(shí)，耗費(fèi)臭氧，導(dǎo)致臭氧層破壞； 4溫室效應(yīng)，汽車排放使大氣中CO2濃度添加，氣溫上升。 汽車有害排放物對人體和生物的危害有： CO： 血液輸氧才干降低、神經(jīng)中樞受損，嚴(yán)重時(shí)危及生命。 HC： 刺激鼻、眼和呼吸道粘膜，引發(fā)呼吸道疾病。 NOX ： 刺激人眼粘膜，對神經(jīng)中樞有抑制造用，使呼吸系統(tǒng)失調(diào)，引發(fā)

3、疾病。 微粒： 微粒是氣固態(tài)的物質(zhì)顆粒，因外表吸附多種有毒、致病、致癌或致命物質(zhì)而具有危害。 光化學(xué)煙霧： 對人體呼吸系統(tǒng)以及粘膜有劇烈刺激，引發(fā)肺水腫疾病。此外，對植物生長有抑制造用。第八章 排氣污染與控制8.1 概述 3、汽車排放控制技術(shù)規(guī)范 經(jīng)過幾十年的努力，汽車發(fā)動機(jī)排放的污染物質(zhì)數(shù)量曾經(jīng)大大減少。除CO2 以外，如今 100 輛汽車排放的污染物數(shù)量才相當(dāng)于1950年一輛汽車的排放量。 控制汽車排放的努力，集中表達(dá)在由各國政府制定并強(qiáng)迫實(shí)施的汽車排放控制技術(shù)規(guī)范。這是由于環(huán)境污染影響到整個(gè)地球和人類社會，并涉及各方面的經(jīng)濟(jì)利益。為突出汽車排放控制技術(shù)規(guī)范的強(qiáng)迫性，它們也被稱為排放法規(guī)。

4、 汽車排放法規(guī)的主要內(nèi)容是： 1限值：有害排放物的限制數(shù)量或濃度； 2實(shí)驗(yàn)規(guī)范： 檢測汽車或發(fā)動機(jī)有害排放物時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件、要求和程序流程； 3采樣方法：檢測實(shí)驗(yàn)時(shí)，采集樣品的原理、方法和要求； 4檢測儀器：一致規(guī)定測試儀器的任務(wù)原理。 但是，由于汽車保有量的繼續(xù)添加，汽車排放污染物的總量仍不斷上升，環(huán)境維護(hù)的情勢非常嚴(yán)峻，特別是CO2 的排放。第八章 排氣污染與控制8.1 概述 4、發(fā)動機(jī)排放污染物的計(jì)量單位和目的 汽車發(fā)動機(jī)的有害排放物實(shí)踐是微量的。由于有害排放物既有氣態(tài)的，也有液、固態(tài)的，因此，有害排放物的計(jì)量單位為： 1微量濃度單位CV/V或M/V ： %，10-6 百萬分之幾， g/m

5、3， mg/m3等，適宜于氣態(tài)有害物。 2微量質(zhì)量單位GM/T等： g/h，g/次，g/km，mg/h，mg/次，mg/km等，適宜于液、固態(tài)有害物，有時(shí)也用于氣態(tài)有害物。 發(fā)動機(jī)排放目的有： 1排放濃度，表示某種有害排放物在廢氣中所占容積或質(zhì)量的比例。 2排放質(zhì)量，表示汽車或發(fā)動機(jī)在單位時(shí)間、單次實(shí)驗(yàn)或單位里程里排放的某種有害排放物質(zhì)量。 3比排放量，表示發(fā)動機(jī)單位功率小時(shí)的某種有害排放物 的質(zhì)量，用于不同發(fā)動機(jī)之間的比較。第八章 排氣污染與控制 有害排放物生成機(jī)理8.2 有害排放物生成機(jī)理 1NOX 生成機(jī)理 NOX 排放的生成機(jī)理目前尚無一致認(rèn)識，比較認(rèn)可的是用捷爾杜維奇鏈反響解釋 NO

6、 生成，并用其代表 NOX的生成機(jī)理。 這個(gè)反響機(jī)理表示NOX 生成反響是不分支的鏈反響，而且是吸熱反響。第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機(jī)理 生成要素 根據(jù)化學(xué)反響平衡原理、NOX 的生成機(jī)理、平衡濃度的模擬計(jì)算和發(fā)動機(jī)臺架實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，提示NOX生成的主要要素是： 1反響溫度 2氧氣濃度 3反響時(shí)間 汽油機(jī)熄滅溫度比柴油機(jī)高，因此，反響溫度是影響汽油機(jī)NOX 排放的主要要素；氧氣濃度經(jīng)過空燃比對汽油機(jī) NOX 排放產(chǎn)生影響，在一定的空燃比范圍中，汽油機(jī)有較高的NOX排放；汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，反響時(shí)間對汽油機(jī)的NOX排放影響較小。 柴油機(jī)熄滅的特點(diǎn)時(shí)空氣充足，熄滅溫度比較低，因此，氧

7、氣濃度是影響柴油機(jī)NOX 排放的主要要素；氧氣濃度經(jīng)過空燃比對柴油機(jī)NOX排放發(fā)生影響，在一定的空燃比范圍中，柴油機(jī)有較高的NOX排放；柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速雖然比汽油機(jī)低，但熄滅時(shí)間依然較短，故反響時(shí)間對柴油機(jī)的NOX排放影響較小。第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機(jī)理 2、CO 生成機(jī)理 1缺氧與部分缺氧熄滅 根據(jù)化學(xué)計(jì)量學(xué)原理，當(dāng)空氣過量，氧氣充足，稀混合氣熄滅時(shí)，燃料應(yīng)該能完全熄滅，不會產(chǎn)生 CO；空氣缺乏，缺氧或部分缺氧，即濃混合氣熄滅時(shí)，會產(chǎn)生較多的 CO 。 即空氣充足空氣缺乏第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機(jī)理 3水煤氣反響 水煤氣反響也是熄滅產(chǎn)物中有一定數(shù)量 CO

8、 的緣由之一。水蒸氣也可高溫離解 2CO2的高溫離解 1 時(shí)，熄滅產(chǎn)物中有一定數(shù)量 CO 的緣由之一是存在 CO2 的高溫離解離解后的 H2 和 O2 參與其它反響，主要是水煤氣反響第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機(jī)理 4熄滅過程不完善 實(shí)踐熄滅過程是一個(gè)非常復(fù)雜的鏈?zhǔn)椒错?。熄滅過程中產(chǎn)生大量中間產(chǎn)物，包括 CO 。鏈?zhǔn)椒错懼袛唷⒉徽Ｏ缛缤獗睃c(diǎn)火、爆震以及后燃過于嚴(yán)重，即熄滅過程不完善，都構(gòu)成 CO 排放。 有很多緣由可以導(dǎo)致熄滅過程不完善。如部分?jǐn)嗷?、缺火、活性粒子碰撞壁面而失去活性、混合氣過濃或過稀、廢氣稀釋過度、各種點(diǎn)火缺點(diǎn)等等。這些緣由都會呵斥熄滅過程不完善。 汽油機(jī)熄

9、滅時(shí)，混合氣濃度變化較大，既有缺氧的濃混合氣，也有氧氣充足的稀混合氣。電控汽油放射式發(fā)動機(jī)根本是濃混合氣。因此，汽油機(jī)CO 排放的主要要素是缺氧和熄滅不完善。 柴油機(jī)熄滅時(shí)空氣充足，但混合氣濃度不均勻。因此，部分缺氧和熄滅不完善是柴油機(jī)CO 排放的主要要素。 CO2的高溫離解和水煤氣反響雖然也是CO排放的緣由，但在發(fā)動機(jī)熄滅過程中發(fā)生的幾率很小，可以忽略。第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機(jī)理 3、HC 生成機(jī)理 1缸壁激冷效應(yīng) 熄滅室壁面附近區(qū)域的混合氣不能熄滅景象稱為缸壁激冷效應(yīng)。 2熄滅室縫隙效應(yīng) 發(fā)動機(jī)熄滅室縫隙中混合氣不能熄滅的景象稱為縫隙效應(yīng)。 3熄滅過程不完善 發(fā)動機(jī)排

10、放的 HC 主要是熄滅過程中間產(chǎn)物。熄滅過程不完善，構(gòu)成 HC 排放。 4掃氣和漏氣 少量混合氣在氣門重疊時(shí)，直接從進(jìn)氣門流向排氣門掃氣。氣門封鎖不嚴(yán)漏氣，也可導(dǎo)致 HC 排放。 5光滑系統(tǒng)與燃料系統(tǒng)的蒸發(fā) 部分 HC 排放來自燃料系統(tǒng)和曲軸箱的氣體泄露。燃料系統(tǒng)的泄露完全是燃油蒸汽，曲軸箱泄露的氣體包括氣缸竄氣和光滑油蒸汽。第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機(jī)理 HC 是熄滅過程中間產(chǎn)物，是可熄滅氣體。隨著熄滅的進(jìn)展會逐漸減少，并且在排氣過程和排氣管內(nèi)會進(jìn)一步氧化。 僅就熄滅來說，汽油機(jī)氣缸內(nèi)是混合氣。因此，熄滅過程不完善、壁面激冷效應(yīng)和縫隙效應(yīng)是汽油機(jī) HC 排放的主要緣由，掃氣

11、漏氣那么是次要緣由；柴油機(jī)氣缸中，壁面區(qū)域和縫隙中幾乎全部是空氣，換氣時(shí)出現(xiàn)掃氣也完全是空氣，熄滅時(shí)混合氣濃度不均勻，存在混合氣極其稀薄的區(qū)域，因此，柴油機(jī)的 HC 排放主要緣由是熄滅過程不完善。二沖程汽油機(jī)換氣過程包括依托新穎混合氣頂出缸內(nèi)的廢氣掃氣過程，實(shí)現(xiàn)換氣，使得相當(dāng)數(shù)量的新穎混合氣進(jìn)入排氣口。因此，掃氣是其 HC 排放的最主要緣由。第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機(jī)理 4、微粒 與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)的微粒排放比較突出。 柴油機(jī)微粒排放的類型 1白煙 白煙在起動及暖機(jī)過程前期，發(fā)動機(jī)溫度在 250 時(shí)出現(xiàn)，主要成分為燃油顆粒，微粒直徑較小。 在起動及暖機(jī)過程前期，發(fā)動機(jī)溫度

12、低，緊縮壓力相對降低，噴油量小，噴油壓力下降，油束霧化不好，同時(shí)，熄滅條件差，存在部分混合氣過濃或油束心部、后部在分散熄滅時(shí)未能充分熄滅景象。未能熄滅燃料在排氣過程受已燃?xì)怏w的加熱變成燃油蒸汽，構(gòu)成白煙。 2藍(lán)煙 藍(lán)煙在暖機(jī)過程后期，溫度為250 至著火溫度出現(xiàn)，主要成分為光滑油顆粒，微粒直徑略大。 在暖機(jī)過程后期，發(fā)動機(jī)溫度逐漸升高，熄滅室壁面溫度提高，使壁面光滑油蒸發(fā)，但氣缸供油量少，熄滅熱量小，熄滅溫度低，不能使光滑油蒸汽熄滅，因此構(gòu)成藍(lán)煙排出。第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機(jī)理 3黑煙碳煙 黑煙在急加速過程或大負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)，主要成分為碳顆粒，微粒直徑較大，直徑范圍寬。 柴油

13、機(jī)的微粒排放主要是碳煙。 碳煙生成機(jī)理 碳煙是熄滅過程的中間產(chǎn)物。熄滅過程中包括分子裂解、分解以及聚合等反響，在部分缺氧熄滅時(shí)，就出現(xiàn)碳煙。碳煙生成有兩條道路：高溫下裂解、復(fù)聚和環(huán)構(gòu)；較低溫度下聚合、環(huán)構(gòu)和脫氫。 1高溫道路第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機(jī)理 2低溫道路 柴油機(jī)碳煙生成主要按高溫道路，即高溫并缺氧熄滅是碳煙生成的主要緣由。 隨著熄滅過程進(jìn)展，碳煙也會氧化熄滅。發(fā)動機(jī)碳煙排放數(shù)量取決于碳煙生成和氧化矛盾作用的結(jié)果。在熄滅過程中，碳煙生成幾乎不可防止。因此，重要的是加強(qiáng)氧化熄滅，才干減少碳煙排放數(shù)量。第八章 排氣污染與控制 有害排放物生成的影響要素8.3 有害排放物生

14、成的影響要素 8.3.1 汽油機(jī)有害排放物生成的影響要素 內(nèi)因 1燃料質(zhì)量 燃料質(zhì)量影響熄滅過程，從而直接影響有害排放物生成；燃料成分影響空燃比的計(jì)算和控制，間接影響有害排放物生成。 2混合氣濃度空燃比或過量空氣系數(shù) CO 和 HC 排放濃度隨空燃比提高而迅速減小，空燃比超越某一數(shù)值后， CO 和 HC 濃度反而添加?？杖急?A / F 16 即 1.08 時(shí)， CO 排放濃度最低； A / F 超越 20 時(shí)， CO 排放濃度因熄滅速度過慢且不穩(wěn)定而添加。當(dāng) A / F = 17 即 1.15 時(shí)， HC 排放濃度最低。空燃比過大 A / F 17 時(shí)，HC 排放濃度因熄滅不穩(wěn)定迅速添加。第

15、八章 排氣污染與控制8.3 有害排放物生成的影響要素 NOX 生成濃度隨空燃比添加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，在空燃比 A / F 為15 16 之間獲得最大值。 當(dāng)混合氣濃度較大， A / F 較小時(shí)，NOX 生成濃度隨空燃比加大而添加。這種混合氣熄滅溫度高，氧氣濃度低，隨著空燃比添加，氧氣濃度提高， NOX生成濃度上升。 空燃比繼續(xù)加大，NOX 生成濃度也上升。到 A / F 15 16 時(shí)，NOX 生成濃度到達(dá)極大值。此時(shí)，空燃比對氧氣濃度和熄滅溫度兩方面影響的綜合效果，最有利于NOX生成。 空燃比添加到混合氣成為稀薄混合氣，NOX生成濃度迅速下降。由于這種混合氣熄滅溫度急劇下降。 上述討論

16、可知，稀薄熄滅有利于改善汽油機(jī)的排放。 8.3.1 汽油機(jī)有害排放物生成的影響要素 內(nèi)因 3混合氣濃度空燃比或過量空氣系數(shù)第八章 排氣污染與控制8.3 有害排放物生成的影響要素 3EGR 將少部分廢氣送入氣缸，參與下一循環(huán)熄滅，有利于抑制NOX生成，但廢氣再循環(huán)的廢氣量不能過大。否那么，會使熄滅惡化。 外因 4點(diǎn)火提早角 對應(yīng)每一個(gè)工況，存在一個(gè) 最正確點(diǎn)火提早角，此時(shí)，汽油機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性最好。推遲點(diǎn)火，HC和NOX 排放減少，但CO排放添加。 5緊縮比 發(fā)動機(jī)緊縮比大， NOX 排放多，其他有害排放物少。 6工況 發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， HC 和 CO 排放濃度較高，中等轉(zhuǎn)速時(shí)HC 和 CO

17、排放最低。適當(dāng)提高怠速有利于降低HC 和 CO 排放，但怠速過高會引起油耗添加。 8.3.1 汽油機(jī)有害排放物生成的影響要素 內(nèi)因 第八章 排氣污染與控制8.3 有害排放物生成的影響要素 8.3.2 柴油機(jī)有害排放物生成的影響要素 內(nèi)因 1燃料質(zhì)量 燃料質(zhì)量影響熄滅過程，從而直接影響有害排放物生成；燃料成分影響空燃比的計(jì)算和控制，間接影響有害排放物生成。 2混合氣濃度空燃比或過量空氣系數(shù) 柴油機(jī)CO 和 HC 排放濃度比汽油機(jī)低得多。CO 和 HC 排放濃度隨燃空比提高而添加。中小負(fù)荷時(shí)， CO 和 HC 排放濃度最低。大負(fù)荷時(shí)，燃空比較大， CO 排放濃度急劇添加，HC 排放添加不多。 柴油

18、機(jī) NOX 生成濃度與汽油機(jī)相當(dāng)。 NOX 生成濃度也隨燃空比添加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢， NOX 濃度最大值出如今接近全負(fù)荷工況。 柴油機(jī)碳煙生成比汽油機(jī)嚴(yán)重。燃空比添加到一定數(shù)值，碳煙排放迅速提高。 3EGR 將少部分廢氣送入氣缸，參與下一循環(huán)熄滅，有利于抑制NOX 生成，但廢氣再循環(huán)的廢氣量不能過大。否那么，會使熄滅惡化。第八章 排氣污染與控制8.3 有害排放物生成的影響要素 8.3.2 柴油機(jī)有害排放物生成的影響要素 外因 4噴油提早角 對應(yīng)每一個(gè)工況，存在一個(gè) 最正確噴油提早角，此時(shí)，柴油機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性最好。假設(shè)推遲噴油，NOX 排放減少，但碳煙排放添加。 5緊縮比 發(fā)動機(jī)緊縮比大

19、， NOX 排放多，其他有害排放物少。 6工況 發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， HC 排放濃度較高；大負(fù)荷時(shí)NOX 排放較多；全負(fù)荷時(shí)碳煙排放高。 7熄滅室 直噴式熄滅室的有害排放物比分隔式熄滅室多。第八章 排氣污染與控制8.3 有害排放物生成的影響要素 8.3.2 柴油機(jī)有害排放物生成的影響要素 柴油機(jī)熄滅與有害物生成 HC 中小負(fù)荷時(shí)在稀燃火焰熄滅區(qū)生成，由于過稀不能熄滅；大負(fù)荷時(shí)在油束心部生成，由于熄滅不完全。 CO 中小負(fù)荷時(shí)在稀燃火焰熄滅區(qū)生成，由于過稀不能熄滅；大負(fù)荷時(shí)在油束心部生成，由于部分缺氧。 NOX 大負(fù)荷時(shí)在稀燃火焰區(qū)生成，由于這里溫度高，氧氣多。 碳煙 全負(fù)荷時(shí)在油束心部生成，由于這里溫度高并缺氧。第八章 排氣污染與控制 有害排放物的控制8.4 有害排放物的控制 8.4.1 概述 針對內(nèi)因采取的控制措施，前處置凈化； 針對外因采取的控制措施，機(jī)內(nèi)凈化； 補(bǔ)救措施，后處置凈化，包括 排氣后處置； 非排氣的污染物控制。 8.4.2 前處置凈化 1、 提高燃油質(zhì)量：環(huán)保汽油和環(huán)保柴油配方燃油；開發(fā)新型燃油添加劑。 2、 采用EGR第八章 排氣污染與控制8.4 有害排