《內(nèi)燃機(jī)學(xué) 第5版》 課件 6.2 內(nèi)燃機(jī)的排放機(jī)理

1第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)的排放機(jī)理MECHANISMOFENGINEEMISSIONCO生成機(jī)理和排放特點(diǎn)HC生成機(jī)理和排放特點(diǎn)NOx生成機(jī)理和排放特點(diǎn)PM生成機(jī)理和排放特點(diǎn)主要學(xué)習(xí)內(nèi)容2CO生成機(jī)理和排放特點(diǎn)一、CO生成機(jī)理

COMechanismHC的氧化過程：

R-H

R-

R-O2

RCHO

RCO

CO+R-

CO+OHCO2+H因此，CO是烴燃料燃燒的中間產(chǎn)物。3實(shí)際的燃燒過程在于：

1）燃料濃度分布不均勻。

2）溫度分布不均勻。

3）燃燒過程時(shí)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)時(shí)間過短時(shí)，CO就以中間產(chǎn)物的形式生成了。因此CO的排放是不可避免的。一、CO生成機(jī)理

COMechanism4二、點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)CO排放

ObservationofCOEmission5

汽油機(jī)CO排放特點(diǎn)由于要控制空燃比在化學(xué)計(jì)量比附近，CO排放濃度較高。6全負(fù)荷混合氣加濃，CO排放增加。怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，廢氣多，加濃混合氣，CO排放量大。起動(dòng)暖機(jī)時(shí)CO排放較多。多缸機(jī)中各缸間空燃比的變動(dòng)使CO排放量增加。（各缸單獨(dú)匹配）汽油機(jī)CO排放特點(diǎn)汽油機(jī)混合氣（局部）過濃，導(dǎo)致CO高排放?；旌蠚膺^稀，燃燒不穩(wěn)定，不在使用范圍。7三、柴油機(jī)的CO排放

8柴油機(jī)CO排放分析9

柴油機(jī)CO排放特點(diǎn)

柴油機(jī)的CO排放總體比較低。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CO排放迅速增加。柴油機(jī)小負(fù)荷時(shí)，稀混合氣區(qū)體積增加，燃?xì)鉁囟冉档?，CO排放略微增加。

10HC生成機(jī)理和排放特點(diǎn)HCMechanism

一、汽油機(jī)HC排放的來源HCSources1)排氣—55～65%（機(jī)內(nèi)排放）2)曲軸箱—20～25%3)燃油箱、燃油管接頭蒸發(fā)—15～20%

∟加油排放1.HC排放的來源112.汽油機(jī)排氣UHC排放的生成機(jī)理

1）壁面淬熄WallQuenching2）狹隙效應(yīng)CreviceMechanism3）潤(rùn)滑油膜的吸附和解吸

OilFilmAbsorptionandDesorption4）燃燒室表面沉積物

DepositAbsorptionandDesorption5）大容積熄火B(yǎng)ulkGasIncompleteCombustion(如高EGR/殘余廢氣比，分層燃燒)123.UHC排放的特點(diǎn)1）發(fā)動(dòng)機(jī)缺火也會(huì)造成高HC-可靠點(diǎn)火2）有氧，且在600℃滯留50ms以上，可使氣相HC氧化-高的排溫和長(zhǎng)的滯留時(shí)間有利于HC后氧化。13

1.未燃HC排放的來源

1）完全由缸內(nèi)燃燒過程產(chǎn)生。

2）沒有曲軸箱排放物和蒸發(fā)排放物。

二、壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)HC的排放

CIEngineHCEmission142.生成機(jī)理和影響因素

1）混合氣不均勻。

2）噴油器嘴部的壓力室容積。

3）冷起動(dòng)。

4）氣缸壁溫度影響HC排放，因?yàn)楸诿婕だ涫笻C

排放增加。15一、NO生成途徑MechanismNOX生成機(jī)理和影響因素NOxMechanism1）高溫途徑：空氣中的氮分子在高溫下氧化生成NO，通常發(fā)生在已燃高溫區(qū)，稱熱力型NO（ThermalNO）。2）瞬發(fā)途徑：在火焰面或火焰面附件生成NO，稱瞬發(fā)型NO（PromptNO）。3）燃料途徑：燃料中的氮元素燃燒直接轉(zhuǎn)化為NO排放,（FuelNO）。4)N2Omechanism低溫N2O機(jī)理。16O2=2OO+N2=NO+NN+O2=NO+ON+OH=NO+H(Lavoie)

ExtendedZeldovitchMechanismZeldovitch熱力型NO生成機(jī)理ThermalNO17與NO生成密切相關(guān)的因素：

1）燃燒溫度

2）氧氣濃度

3)高溫時(shí)間

18二、汽油機(jī)NOX排放的影響因素

1.過量空氣系數(shù)AirExcessiveRatio影響因素分析：燃燒溫度和氧含量19

2.點(diǎn)火正時(shí)IgnitionTiming影響因素分析：燃燒溫度203.EGRRatio

影響因素分析：氧含量和燃燒溫度21

三、柴油機(jī)NOX排放的影響因素

（自然吸氣直噴柴油機(jī)，6×102mm×118mm，）1.負(fù)荷與轉(zhuǎn)速EngineLoadandSpeed222.噴油定時(shí)InjectionTiming

23

3.EGRRatio

EGR率NOxppm24

微粒生成機(jī)理和影響因素PMMechanism乘用車的微粒排放水平4.5[mg/km]6×1011[#/km]251.汽油機(jī)的微粒排放

一、內(nèi)燃機(jī)的微粒排放ParticulateMatter262.柴油機(jī)的微粒排放不同工況，成分變化很大。均勻混合氣試驗(yàn)結(jié)果二、碳煙生成機(jī)理Mechanism

1.碳煙的生成

高溫缺氧282.碳煙的微觀結(jié)構(gòu)PMnanostructure

500℃，30分鐘后293.碳煙的生長(zhǎng)過程ParticleGr