內(nèi)燃機(jī)第四章資料

1、第四章第四章 汽油機(jī)的燃燒過程及排放汽油機(jī)的燃燒過程及排放控制控制18:23 / 2第四章第四章 汽油機(jī)的燃燒過程及排放控制汽油機(jī)的燃燒過程及排放控制l 正常燃燒過程正常燃燒過程l 不正常燃燒不正常燃燒l 汽油機(jī)的排氣凈化汽油機(jī)的排氣凈化l 汽油機(jī)的燃燒室汽油機(jī)的燃燒室一、汽油機(jī)的燃燒過程一、汽油機(jī)的燃燒過程l研究方法：測取燃燒過程的示功圖。研究方法：測取燃燒過程的示功圖。l根據(jù)壓力變化的特點，分為三個階段：根據(jù)壓力變化的特點，分為三個階段：著火延遲期（滯燃期）、著火延遲期（滯燃期）、急燃期、后燃期急燃期、后燃期。1. 著火延遲期著火延遲期(滯燃期滯燃期)i ：1-2l從電火花跳火從電火花跳火

2、 形成火焰中心。形成火焰中心。l1點以前為壓縮過程點以前為壓縮過程, 缸內(nèi)壓力升缸內(nèi)壓力升高不大。高不大。l1 火花塞跳火?；鸹ㄈ稹2 缸內(nèi)壓力脫離壓縮線開始急缸內(nèi)壓力脫離壓縮線開始急驟增高。驟增高。l點火提前角點火提前角 1點點 上止點的上止點的曲軸轉(zhuǎn)角曲軸轉(zhuǎn)角。一、汽油機(jī)的燃燒過程一、汽油機(jī)的燃燒過程影響滯燃期的因素：影響滯燃期的因素： l燃料本身的分子結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性燃料本身的分子結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能。能。l開始點火時氣缸內(nèi)氣體的壓力、溫開始點火時氣缸內(nèi)氣體的壓力、溫度。它與壓縮比有關(guān)，壓縮比高，度。它與壓縮比有關(guān)，壓縮比高，滯燃期短。滯燃期短。l過量空氣系數(shù)。試驗表明，過量空過量空

3、氣系數(shù)。試驗表明，過量空氣系數(shù)在氣系數(shù)在0.80.9 時滯燃期最短。時滯燃期最短。l殘余廢氣量增加，滯燃期增加。殘余廢氣量增加，滯燃期增加。l氣缸內(nèi)混合氣運(yùn)動強(qiáng)，則滯燃期稍氣缸內(nèi)混合氣運(yùn)動強(qiáng)，則滯燃期稍有增加。有增加。l點火能量大，滯燃期縮短。點火能量大，滯燃期縮短。一、汽油機(jī)的燃燒過程一、汽油機(jī)的燃燒過程2. 急燃期急燃期 (明顯燃燒期，火焰?zhèn)鞑テ诿黠@燃燒期，火焰?zhèn)鞑テ?：2-3l火焰由火焰中心燒遍整個燃燒室的火焰由火焰中心燒遍整個燃燒室的階段階段l壓力升高很快，壓力升高率壓力升高很快，壓力升高率dp/d，代表發(fā)動機(jī)工作粗暴的程度、振動代表發(fā)動機(jī)工作粗暴的程度、振動和噪聲水平和噪聲水平l火焰

4、傳播速率高的可燃混合氣能促火焰?zhèn)鞑ニ俾矢叩目扇蓟旌蠚饽艽偈故筪p/d增加，火花塞位置、燃燒室增加，火花塞位置、燃燒室型式對壓力升高率也有影響型式對壓力升高率也有影響l急燃期終點一般為最高壓力點急燃期終點一般為最高壓力點3，一，一般使般使3點出現(xiàn)在上止點后點出現(xiàn)在上止點后1215oCA一、汽油機(jī)的燃燒過程一、汽油機(jī)的燃燒過程3. 后燃期（補(bǔ)燃期）后燃期（補(bǔ)燃期）l急燃期終點急燃期終點3至燃料基本上完全燃至燃料基本上完全燃燒點燒點4為止為止l急燃期中沒有完全燃燒掉的燃料以急燃期中沒有完全燃燒掉的燃料以及附在氣缸壁面上的混合氣層繼續(xù)及附在氣缸壁面上的混合氣層繼續(xù)燃燒。燃燒。l汽油機(jī)燃燒產(chǎn)物中汽油機(jī)燃

5、燒產(chǎn)物中CO2和和H2O的離的離解現(xiàn)象比柴油機(jī)嚴(yán)重，在膨脹過程解現(xiàn)象比柴油機(jī)嚴(yán)重，在膨脹過程中溫度下降后又部分復(fù)合而放出熱中溫度下降后又部分復(fù)合而放出熱量，一般也作后燃看待量，一般也作后燃看待一、汽油機(jī)的燃燒過程一、汽油機(jī)的燃燒過程二、燃燒速度二、燃燒速度l定義：定義：單位時間燃燒的混合氣量單位時間燃燒的混合氣量，表示為：，表示為：l意義：影響急燃期長短及其相對曲軸轉(zhuǎn)角的位置。意義：影響急燃期長短及其相對曲軸轉(zhuǎn)角的位置。 /60/(/) / (/)2TTTdmdtv Admdmddmdtddtdtn 未燃混合氣密度；未燃混合氣密度； 火焰?zhèn)鞑ニ俣?，火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?火焰前鋒面積?；鹧媲颁h面積。t

6、tvtAl燃燒速度的影響因素燃燒速度的影響因素1）火焰?zhèn)鞑ニ俣然鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣葀T：火焰前鋒相對于未燃混合氣推進(jìn)的速度?；鹧媲颁h相對于未燃混合氣推進(jìn)的速度。A、燃燒室中氣體紊流運(yùn)動燃燒室中氣體紊流運(yùn)動; 紊流運(yùn)動強(qiáng)，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾游闪鬟\(yùn)動強(qiáng)，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾佣⑷紵俣榷?、燃燒速度B、混合氣成分混合氣成分：較濃時（過量空氣系數(shù)較濃時（過量空氣系數(shù)0.80.9），火焰?zhèn)鞑ニ俾首畲螅坏陀诤透哂诖酥?，火焰），火焰?zhèn)鞑ニ俾首畲螅坏陀诤透哂诖酥?，火焰?zhèn)鞑ニ俣认陆担瑹嵝屎凸β示档?。傳播速度下降，熱效率和功率均降低。過稀時，過稀時， 1.31.4時，火焰難以傳播（火焰?zhèn)鞑ハ孪蓿?；過濃時，時，火焰難以傳播（

7、火焰?zhèn)鞑ハ孪蓿?；過濃時，0.40.5，火焰也不能傳播（火焰?zhèn)鞑ド舷蓿?，火焰也不能傳播（火焰?zhèn)鞑ド舷蓿?。一般：可靠工作：一般：可靠工作?.51.3。C、混合氣初始溫度混合氣初始溫度 高，火焰速度增加。高，火焰速度增加。 2）火焰前鋒面積火焰前鋒面積AT 利用燃燒室?guī)缀涡螤罴捌渑c火花塞位利用燃燒室?guī)缀涡螤罴捌渑c火花塞位置的配合，可以改變不同時期火焰前鋒置的配合，可以改變不同時期火焰前鋒掃過的面積，以調(diào)整燃燒速度。掃過的面積，以調(diào)整燃燒速度。二、燃燒速度二、燃燒速度3 3）可燃混合氣密度可燃混合氣密度增大未燃混合氣密度，可以提高燃燒速度，因此增大壓縮比和進(jìn)氣壓增大未燃混合氣密度，可以提高燃燒速度

8、，因此增大壓縮比和進(jìn)氣壓力等，均可加大燃燒速度。力等，均可加大燃燒速度。三、使用因素對燃燒的影響三、使用因素對燃燒的影響1. 混合氣濃度混合氣濃度=0.8-0.9時時,由于燃燒溫度最高，火焰由于燃燒溫度最高，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?，壓力升高率大，動力性傳播速度最快，壓力升高率大，動力性好，但爆燃傾向增大（功率混合氣）好，但爆燃傾向增大（功率混合氣）=1.03-1.1時，由于燃燒完全，經(jīng)濟(jì)性時，由于燃燒完全，經(jīng)濟(jì)性最好，但溫度高和富氧，最好，但溫度高和富氧，NOx上升（經(jīng)濟(jì)上升（經(jīng)濟(jì)混合氣）混合氣）1時時 ,燃燒不完全，燃燒不完全，CO排放量增大排放量增大1.2時火焰速度慢，部分燃料時火焰速度慢，部分

9、燃料可能來不及燃燒，經(jīng)濟(jì)性差，可能來不及燃燒，經(jīng)濟(jì)性差，HC排量增排量增大大 點火提前角過小，燃燒延長到膨脹過程，最高壓力和溫度下降，傳點火提前角過小，燃燒延長到膨脹過程，最高壓力和溫度下降，傳熱損失增大，熱效率下降，但爆燃傾向降低，熱損失增大，熱效率下降，但爆燃傾向降低，NOx降低。降低。2. 點火提前角點火提前角 點火提前角過大，點火提前角過大，大部分可燃混合氣在大部分可燃混合氣在壓縮過程燃燒，消耗壓縮過程燃燒，消耗的壓縮功增大，且最的壓縮功增大，且最高壓力升高。高壓力升高。三、使用因素對燃燒的影響三、使用因素對燃燒的影響三、使用因素對燃燒的影響三、使用因素對燃燒的影響3. 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速l轉(zhuǎn)速

10、增加，氣缸中紊流增強(qiáng)轉(zhuǎn)速增加，氣缸中紊流增強(qiáng),火焰?zhèn)骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣仍黾樱悦胗嬋紵^程縮短播速度增加，以秒計燃燒過程縮短，但由于循環(huán)時間亦縮短，燃燒過，但由于循環(huán)時間亦縮短，燃燒過程相當(dāng)?shù)那S轉(zhuǎn)角增加，應(yīng)增大點程相當(dāng)?shù)那S轉(zhuǎn)角增加，應(yīng)增大點火提前角火提前角4. 負(fù)荷負(fù)荷 負(fù)荷負(fù)荷 節(jié)氣門開度節(jié)氣門開度 進(jìn)入氣缸的混合氣進(jìn)入氣缸的混合氣 殘余廢氣量基本不變殘余廢氣量基本不變廢氣的比例相對廢氣的比例相對混合氣稀釋程度混合氣稀釋程度 火焰速度火焰速度 ，著火延遲，著火延遲 增大點火提前角增大點火提前角四、汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒四、汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒l汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒是指在穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，各循環(huán)之間的

11、汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒是指在穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，各循環(huán)之間的循環(huán)變動循環(huán)變動和各缸之間的和各缸之間的燃燒差異燃燒差異。a）b）1. 燃燒的循環(huán)變動燃燒的循環(huán)變動1. 燃燒的循環(huán)變動燃燒的循環(huán)變動l產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：氣流狀態(tài)、速度變動，空燃比變動等造成著火時間變動。：氣流狀態(tài)、速度變動，空燃比變動等造成著火時間變動。l后果后果：油耗上升，功率下降，不正常燃燒傾向增加。：油耗上升，功率下降，不正常燃燒傾向增加。l采取措施采取措施：1）加大點火能量，采用多點點火；）加大點火能量，采用多點點火；2）組織進(jìn)氣渦流，加強(qiáng)進(jìn)氣運(yùn)動；）組織進(jìn)氣渦流，加強(qiáng)進(jìn)氣運(yùn)動；3）采用理論空燃比或較濃混合氣。）采用理論空燃比或

12、較濃混合氣。l循環(huán)變動系數(shù)循環(huán)變動系數(shù)： 四、汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒四、汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒NpppCoVzzjNjpzppzzz/)(21，其中NpppCoVmijmiNjpmippmimimi/)(2)(1，其中2. 各缸間的燃燒差異各缸間的燃燒差異四、汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒四、汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒l產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：進(jìn)入各缸的混合氣的濃度和數(shù)量不同。：進(jìn)入各缸的混合氣的濃度和數(shù)量不同。l影響因素影響因素：進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計及安裝位置，造成不一樣的阻力情況；：進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計及安裝位置，造成不一樣的阻力情況；l后果后果：1 1）動力性、經(jīng)濟(jì)性下降；）動力性、經(jīng)濟(jì)性下降；2 2）個別氣缸壽命縮短；）個別氣缸壽命縮

13、短；3 3）低速、低負(fù)荷時，）低速、低負(fù)荷時，工作不穩(wěn)定，增加排放。工作不穩(wěn)定，增加排放。四、汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒四、汽油機(jī)的不規(guī)則燃燒五、燃燒室壁面的熄火作用五、燃燒室壁面的熄火作用l燃燒室壁面的熄火作用：燃燒室壁面的熄火作用：壁面的冷卻作用壁面的冷卻作用使火焰溫度降低而使火焰溫度降低而造成造成熄火熄火，中斷火焰?zhèn)鞑?；，中斷火焰?zhèn)鞑ィ籰是未燃是未燃HC排放的主要來源之一；排放的主要來源之一；l影響因素影響因素理論混合氣附近理論混合氣附近，熄火厚度最小；，熄火厚度最?。回?fù)荷負(fù)荷減小，熄火厚度增加；減小，熄火厚度增加；溫度溫度、壓力壓力提高，提高，紊流紊流加強(qiáng)，熄火厚度減小。加強(qiáng)，熄火厚度減小。1

14、8:23 / 19第四章第四章 汽油機(jī)的燃燒過程及排放控制汽油機(jī)的燃燒過程及排放控制l 正常燃燒過程正常燃燒過程l 不正常燃燒不正常燃燒l 汽油機(jī)的排氣凈化汽油機(jī)的排氣凈化l 汽油機(jī)的燃燒室汽油機(jī)的燃燒室一、爆震燃燒一、爆震燃燒l正常燃燒：有明顯的火焰前鋒，且逐層向外傳播，直至燃燒完畢正常燃燒：有明顯的火焰前鋒，且逐層向外傳播，直至燃燒完畢l爆燃產(chǎn)生機(jī)理：火焰前鋒未到，未燃混合氣的溫度達(dá)到其自燃溫度爆燃產(chǎn)生機(jī)理：火焰前鋒未到，未燃混合氣的溫度達(dá)到其自燃溫度而著火燃燒，形成新的火焰中心，產(chǎn)生新的火焰?zhèn)鞑?。而著火燃燒，形成新的火焰中心，產(chǎn)生新的火焰?zhèn)鞑?。l輕微爆燃輕微爆燃 100 300 m/s

15、；強(qiáng)烈爆燃；強(qiáng)烈爆燃 800 1000 m/s 一、爆震燃燒一、爆震燃燒發(fā)生條件發(fā)生條件：l燃料性質(zhì)：辛烷值高，抗爆能力強(qiáng)。燃料性質(zhì)：辛烷值高，抗爆能力強(qiáng)。l末端混合氣的壓力和溫度：高，爆燃傾向增大。末端混合氣的壓力和溫度：高，爆燃傾向增大。l火焰前鋒傳播到末端混合氣的時間：短，有利于避免爆燃?；鹧媲颁h傳播到末端混合氣的時間：短，有利于避免爆燃。 l焰前反應(yīng)的程度，程度大，放熱多，爆燃傾向大焰前反應(yīng)的程度，程度大，放熱多，爆燃傾向大特征：特征：l發(fā)出金屬振音（敲缸）發(fā)出金屬振音（敲缸）l輕微爆震時，功率略有增加；強(qiáng)烈爆震時，功率下降，工作不穩(wěn)輕微爆震時，功率略有增加；強(qiáng)烈爆震時，功率下降，工作

16、不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速下降，機(jī)體有較大的震動定，轉(zhuǎn)速下降，機(jī)體有較大的震動l冷卻系統(tǒng)過熱，冷卻水，潤滑油溫度均上升冷卻系統(tǒng)過熱，冷卻水，潤滑油溫度均上升一、爆震燃燒一、爆震燃燒爆燃造成的危害爆燃造成的危害（1） 輸出功率降低、比油耗升高輸出功率降低、比油耗升高l壓力脈沖使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生高頻振動，破壞壁面層流邊界層壓力脈沖使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生高頻振動，破壞壁面層流邊界層l傳熱量增加，冷卻損失增加傳熱量增加，冷卻損失增加（2） 氣缸過熱氣缸過熱l高溫導(dǎo)致氣缸蓋、活塞發(fā)生局部金屬變軟、熔化或燒損高溫導(dǎo)致氣缸蓋、活塞發(fā)生局部金屬變軟、熔化或燒損l局部溫度局部溫度, 出現(xiàn)高溫分解出現(xiàn)高溫分解, 生成生成CO,H2,O2, N

17、O等，等， 嚴(yán)重時析出嚴(yán)重時析出游離炭粒游離炭粒 。（3）零件的機(jī)械負(fù)荷增加零件的機(jī)械負(fù)荷增加l壓力升高率和最大爆發(fā)壓力壓力升高率和最大爆發(fā)壓力（4）磨損加劇磨損加劇 一、爆震燃燒一、爆震燃燒二、爆震的影響因素二、爆震的影響因素lt1：火焰中心形成到正?；鹧?zhèn)鞑サ侥┒嘶旌蠚馑钑r間：火焰中心形成到正常火焰?zhèn)鞑サ侥┒嘶旌蠚馑钑r間lt2：火焰中心形成到末端混合氣自燃所需時間：火焰中心形成到末端混合氣自燃所需時間l若若 t1 t2 ，爆震發(fā)生，爆震發(fā)生l使使t1減小，減小， t2增加的因素，減輕爆震傾向增加的因素，減輕爆震傾向1. 運(yùn)轉(zhuǎn)因素的影響運(yùn)轉(zhuǎn)因素的影響l點火提前角點火提前角點火提前角點火提

18、前角 ， t2，爆震，爆震傾向傾向 16：點火提前角：點火提前角1060 oCA二、爆震的影響因素二、爆震的影響因素l轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 火焰?zhèn)鞑ニ俣然鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣?t1轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 末端混合氣溫度末端混合氣溫度 t2 l負(fù)荷負(fù)荷轉(zhuǎn)速一定，負(fù)荷轉(zhuǎn)速一定，負(fù)荷充量系數(shù)充量系數(shù)殘余廢氣系數(shù)殘余廢氣系數(shù) t2 爆震爆震傾向傾向l混合氣濃度混合氣濃度=0.8-0.9時，由于燃燒溫度最高，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁欤瑝毫r，由于燃燒溫度最高，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?，壓力升高率大，動力性好，但爆燃傾向增大升高率大，動力性好，但爆燃傾向增大l燃燒室沉積物燃燒室沉積物燃燒室內(nèi)壁的高溫積碳作為熱源加熱末端混合氣燃燒室內(nèi)壁的高溫積碳作

19、為熱源加熱末端混合氣爆震傾向爆震傾向 爆震傾向爆震傾向二、爆震的影響因素二、爆震的影響因素2. 結(jié)構(gòu)因素的影響結(jié)構(gòu)因素的影響l氣缸直徑氣缸直徑 氣缸直徑氣缸直徑 火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x t1 氣缸直徑氣缸直徑 燃燒室冷卻面積與容積比燃燒室冷卻面積與容積比 t2l火花塞位置火花塞位置火花塞位置影響火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，從而影響末端混合氣的溫度火花塞位置影響火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，從而影響末端混合氣的溫度l燃燒室結(jié)構(gòu)燃燒室結(jié)構(gòu)燃燒室形狀燃燒室形狀氣流運(yùn)動氣流運(yùn)動紊流強(qiáng)度紊流強(qiáng)度火焰?zhèn)鞑ニ俣然鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣热紵倚螤钊紵倚螤罨鹧鎮(zhèn)鞑ゾ嚯x火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x燃燒室形狀燃燒室形狀散熱量散熱量末端混合氣量和溫度末端混合氣量和溫度l

20、氣缸蓋和活塞的材料氣缸蓋和活塞的材料輕合金因?qū)嵝院脙?yōu)于鑄鐵輕合金因?qū)嵝院脙?yōu)于鑄鐵爆震傾向爆震傾向 二、爆震的影響因素二、爆震的影響因素3. 預(yù)防爆燃發(fā)生常用措施：預(yù)防爆燃發(fā)生常用措施：l推遲點火推遲點火 l縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯xl末端混合氣體冷卻末端混合氣體冷卻l增加氣流運(yùn)動，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣龋鋮s排氣門增加氣流運(yùn)動，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣龋鋮s排氣門三、三、 表面點火表面點火l在火花點火式發(fā)動機(jī)中在火花點火式發(fā)動機(jī)中, , 凡是不依靠電火花點火凡是不依靠電火花點火, , 而是由于熾熱表面而是由于熾熱表面 （ 如如過熱的絕緣體電極、排氣過熱的絕緣體電極、排氣門門, , 尤其是燃燒室表面

21、熾尤其是燃燒室表面熾熱的沉積物熱的沉積物 ） 點燃混合點燃混合氣的不正常燃燒現(xiàn)象。氣的不正常燃燒現(xiàn)象。（1 1） 后火（后燃）后火（后燃）l在火花塞點燃混合氣以后在火花塞點燃混合氣以后, , 熾熱表面熾熱表面才點燃混合氣的現(xiàn)象；才點燃混合氣的現(xiàn)象；l對發(fā)動機(jī)影響不大對發(fā)動機(jī)影響不大（2 2） 早火（早燃）早火（早燃）l發(fā)生在火花塞點火以前；發(fā)生在火花塞點火以前；l壓力升高率比正常值高壓力升高率比正常值高5 5倍，最高燃倍，最高燃燒壓力比正常值高燒壓力比正常值高l50%l50% 1- 1-早火；早火；2-2-正常點火；正常點火；3-3-后火；后火；4-4-倒拖倒拖三、三、 表面點火表面點火爆燃和

22、表面點火的比較：爆燃和表面點火的比較：l爆燃時火焰以沖擊的速度傳播爆燃時火焰以沖擊的速度傳播，有尖銳的敲缸聲，表面點火，有尖銳的敲缸聲，表面點火時火焰?zhèn)鞑ニ俣日?，敲缸聲時火焰?zhèn)鞑ニ俣日＃酶茁暠容^沉悶。比較沉悶。 l 爆燃促使以后循環(huán)的熾熱表面爆燃促使以后循環(huán)的熾熱表面易點火，而表面點火亦促使循易點火，而表面點火亦促使循環(huán)的爆燃傾向增加。環(huán)的爆燃傾向增加。18:23 / 31第四章第四章 汽油機(jī)的燃燒過程及排放控制汽油機(jī)的燃燒過程及排放控制l 正常燃燒過程正常燃燒過程l 不正常燃燒不正常燃燒l 汽油機(jī)的排氣凈化汽油機(jī)的排氣凈化l 汽油機(jī)的燃燒室汽油機(jī)的燃燒室污染物的評定指標(biāo)污染物的評定指標(biāo)

23、l排放物體積分?jǐn)?shù)和質(zhì)量濃度排放物體積分?jǐn)?shù)和質(zhì)量濃度 單位排氣體積中排放污染物的體積，單位排氣體積中排放污染物的體積，稱為排放物的體積分?jǐn)?shù)，通常以稱為排放物的體積分?jǐn)?shù)，通常以表示，質(zhì)量表示，質(zhì)量濃度常用濃度常用mgm3等計量。等計量。l質(zhì)量排放量質(zhì)量排放量 在環(huán)境保護(hù)實踐中，要求對污染物進(jìn)行總量控制。因在環(huán)境保護(hù)實踐中，要求對污染物進(jìn)行總量控制。因此，作為污染源的內(nèi)燃機(jī)或裝內(nèi)燃機(jī)的車輛，要確定運(yùn)轉(zhuǎn)單位時間此，作為污染源的內(nèi)燃機(jī)或裝內(nèi)燃機(jī)的車輛，要確定運(yùn)轉(zhuǎn)單位時間、按某標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一次測試或車輛按規(guī)定的工況組合行駛后折算到單、按某標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一次測試或車輛按規(guī)定的工況組合行駛后折算到單位里程的污染物排放置

24、。質(zhì)量排放量用位里程的污染物排放置。質(zhì)量排放量用g/h、等單位等單位表示。表示。 內(nèi)燃機(jī)每作單位功所排放的污染物質(zhì)量，用內(nèi)燃機(jī)每作單位功所排放的污染物質(zhì)量，用作單位表示，當(dāng)然可以更客觀地評價內(nèi)燃機(jī)的排放性能。這個指作單位表示，當(dāng)然可以更客觀地評價內(nèi)燃機(jī)的排放性能。這個指標(biāo)與燃油消耗率類似，也可以稱為污染物排放率。標(biāo)與燃油消耗率類似，也可以稱為污染物排放率。汽油機(jī)排放污染物及其危害汽油機(jī)排放污染物及其危害（1） 一氧化碳一氧化碳COl種無色無味的氣體，與血液中輸送氧的載體血紅蛋白的親和力種無色無味的氣體，與血液中輸送氧的載體血紅蛋白的親和力是氧的是氧的300倍。倍。lCO與血紅蛋白結(jié)合生成碳基血

25、紅蛋白，就剝奪了血紅蛋白對人與血紅蛋白結(jié)合生成碳基血紅蛋白，就剝奪了血紅蛋白對人體組織的供氧能力。體組織的供氧能力。l空氣中空氣中CO的體積分?jǐn)?shù)超過的體積分?jǐn)?shù)超過0.1時就會導(dǎo)致人體中毒；超過時就會導(dǎo)致人體中毒；超過0.3時，則可在時，則可在30min內(nèi)使人致命。內(nèi)使人致命。（2）碳?xì)浠衔铮┨細(xì)浠衔颒C: 包括未燃和未完全燃燒的燃料、潤滑油及其裂解包括未燃和未完全燃燒的燃料、潤滑油及其裂解和部分氧化產(chǎn)物。如烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酮、酸等數(shù)百種成和部分氧化產(chǎn)物。如烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酮、酸等數(shù)百種成分。分。l烷烴基本上無味，對人體健康不產(chǎn)生直接影響。烷烴基本上無味，對人體健康不產(chǎn)生直接

26、影響。l烯烴略帶甜味，有麻醉作用，對粘膜有刺激，經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化會變成對烯烴略帶甜味，有麻醉作用，對粘膜有刺激，經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化會變成對基因有毒的氧化衍生物。烯烴是與氮氧化物一起在太陽光的紫外線基因有毒的氧化衍生物。烯烴是與氮氧化物一起在太陽光的紫外線作用下形成有毒的作用下形成有毒的“光化煙霧光化煙霧”的罪魁禍?zhǔn)字?。的罪魁禍?zhǔn)字?。l芳香烴對血液和神經(jīng)系統(tǒng)有害，特別是多環(huán)芳香烴（芳香烴對血液和神經(jīng)系統(tǒng)有害，特別是多環(huán)芳香烴（PAH）及其衍）及其衍生物有致癌作用。生物有致癌作用。l醛類是刺激性物質(zhì)，對眼、呼吸道、血液有毒害。醛類是刺激性物質(zhì)，對眼、呼吸道、血液有毒害。汽油機(jī)排放污染物及其危害汽油機(jī)排放污染

27、物及其危害（3）氮氧化物）氮氧化物NOxlNOx中絕大部分是中絕大部分是NO，少量是，少量是NO2 ；lNO是無色氣體，本身毒性不大，是無色氣體，本身毒性不大，在大氣中緩慢氧化成在大氣中緩慢氧化成NO2，NO2呈呈褐色，有強(qiáng)烈的刺激味；褐色，有強(qiáng)烈的刺激味；l和一氧化碳相似，氮的氧化物也趨和一氧化碳相似，氮的氧化物也趨向于存在血液中，與肺中的水氣結(jié)向于存在血液中，與肺中的水氣結(jié)合而形成稀硝酸，長時間后果將日合而形成稀硝酸，長時間后果將日趨嚴(yán)重（咳嗽、氣喘、肺氣腫）；趨嚴(yán)重（咳嗽、氣喘、肺氣腫）；lNOx是形成光化煙霧的主要因素之是形成光化煙霧的主要因素之一；一； 汽油機(jī)排放污染物及其危害汽油機(jī)

28、排放污染物及其危害1. NO的生成機(jī)理：的生成機(jī)理：l內(nèi)燃機(jī)排出的內(nèi)燃機(jī)排出的NOx主要是主要是NO，約占，約占90%，NO2占占510%l靠大氣中氮生成靠大氣中氮生成NO的化學(xué)機(jī)理是擴(kuò)展的的化學(xué)機(jī)理是擴(kuò)展的Zeldovitch機(jī)理。在汽油機(jī)機(jī)理。在汽油機(jī)均均質(zhì)混合氣燃燒質(zhì)混合氣燃燒有關(guān)有關(guān)NO主要反應(yīng)為主要反應(yīng)為l最后一個反應(yīng)主要發(fā)生在非常濃的混合氣中。最后一個反應(yīng)主要發(fā)生在非常濃的混合氣中。HNOOHNONOONNNONOOO2222一、有害排放物生成機(jī)理一、有害排放物生成機(jī)理lNO生成條件：高溫、富氧、高溫持續(xù)時間生成條件：高溫、富氧、高溫持續(xù)時間l控制控制NO排放的原則：排放的原則：減

29、小混合氣中的減小混合氣中的O2（或（或N2）的含量）的含量降低燃燒溫度降低燃燒溫度縮短高溫燃燒滯留的時間縮短高溫燃燒滯留的時間2. CO的生成機(jī)理的生成機(jī)理l 1時，時，CO排放量很少排放量很少一、有害排放物生成機(jī)理一、有害排放物生成機(jī)理3. HC的生成機(jī)理的生成機(jī)理l缸內(nèi)壁面淬冷效應(yīng)缸內(nèi)壁面淬冷效應(yīng)燃燒室壁面對火焰的迅速冷卻使火焰前鋒面的溫度降到自燃溫燃燒室壁面對火焰的迅速冷卻使火焰前鋒面的溫度降到自燃溫度以下，燃燒反應(yīng)鏈中斷，使化學(xué)反應(yīng)緩慢或停止。度以下，燃燒反應(yīng)鏈中斷，使化學(xué)反應(yīng)緩慢或停止。l縫隙效應(yīng)縫隙效應(yīng)汽油機(jī)燃燒室中各種狹窄縫隙如活塞、活塞環(huán)與氣缸壁之間，汽油機(jī)燃燒室中各種狹窄縫隙

30、如活塞、活塞環(huán)與氣缸壁之間，火花塞周圍等地方，生成的火花塞周圍等地方，生成的HC占總量的占總量的5070%。l積碳和壁面油膜的吸附效應(yīng)積碳和壁面油膜的吸附效應(yīng)在進(jìn)氣和壓縮行程，氣缸套壁面和活塞頂上的潤滑油膜會吸附在進(jìn)氣和壓縮行程，氣缸套壁面和活塞頂上的潤滑油膜會吸附未燃混合氣，在燃燒末期油膜會蒸發(fā)，但燃燒不完全，造成未燃混合氣，在燃燒末期油膜會蒸發(fā)，但燃燒不完全，造成HC排放增加。排放增加。一、有害排放物生成機(jī)理一、有害排放物生成機(jī)理3. HC的生成機(jī)理的生成機(jī)理l不完全燃燒不完全燃燒局部混合氣過濃，局部缺氧局部混合氣過濃，局部缺氧局部混合氣過稀，溫度過低局部混合氣過稀，溫度過低l失火失火失火

31、條件：局部混合氣過濃或過稀，超過著火界限；點火時刻失火條件：局部混合氣過濃或過稀，超過著火界限；點火時刻不當(dāng)；點火系故障不當(dāng)；點火系故障一、有害排放物生成機(jī)理一、有害排放物生成機(jī)理二、影響汽油機(jī)有害排放物生成的因素二、影響汽油機(jī)有害排放物生成的因素1. 混合氣濃度混合氣濃度l對對NOx的影響的影響l過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù) ，NOx先增后減先增后減lNOx排放峰值出現(xiàn)在排放峰值出現(xiàn)在 1.031.1范圍內(nèi)的經(jīng)范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)混合氣中濟(jì)混合氣中l(wèi)小于此范圍時，氧濃度低，小于此范圍時，氧濃度低，抑止了抑止了NOx的生成的生成l大于此范圍時，燃燒溫度降大于此范圍時，燃燒溫度降低起主導(dǎo)作用低起主導(dǎo)作用二、

32、影響汽油機(jī)有害排放物生成的因素二、影響汽油機(jī)有害排放物生成的因素l對對HC和和CO的影響的影響l 1時，時， 提高提高HC和和CO排放迅速降低排放迅速降低l達(dá)到理論混合氣后，達(dá)到理論混合氣后， HC和和CO隨隨變化不變化不大大二、影響汽油機(jī)有害排放物生成的因素二、影響汽油機(jī)有害排放物生成的因素2. 點火提前角點火提前角l推遲點火、降低最高燃燒溫度并推遲點火、降低最高燃燒溫度并縮短已燃?xì)怏w停留在高溫中的時縮短已燃?xì)怏w停留在高溫中的時間，可減少間，可減少NOx排放排放l推遲點火、提高排溫，也有利于推遲點火、提高排溫，也有利于HC的后期氧化，但有損于發(fā)動的后期氧化，但有損于發(fā)動機(jī)燃油耗率和比功率機(jī)燃

33、油耗率和比功率l點火提前角對點火提前角對CO排放沒有明顯排放沒有明顯影響影響二、影響汽油機(jī)有害排放物生成的因素二、影響汽油機(jī)有害排放物生成的因素3. 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速l轉(zhuǎn)速增加，紊流增強(qiáng)，燃燒速度加快，所用時間縮短，轉(zhuǎn)速增加，紊流增強(qiáng)，燃燒速度加快，所用時間縮短，NOx降低降低l低速區(qū)，轉(zhuǎn)速增加，低速區(qū)，轉(zhuǎn)速增加，CO和和HC降低；轉(zhuǎn)速過高，降低；轉(zhuǎn)速過高，HC和和CO排放反排放反而升高而升高4. 負(fù)荷負(fù)荷l在中小負(fù)荷區(qū)，負(fù)荷增加，燃燒溫度提高，在中小負(fù)荷區(qū)，負(fù)荷增加，燃燒溫度提高，HC和和CO排放降低，排放降低，NOx排放升高排放升高l接近全負(fù)荷時，混合氣加濃，含氧量減小，接近全負(fù)荷時，混合氣加濃，

34、含氧量減小， HC和和CO排放升高，排放升高，NOx排放降低排放降低三、汽油機(jī)排放控制技術(shù)三、汽油機(jī)排放控制技術(shù)l對燃燒排出的有害物，在排氣系統(tǒng)進(jìn)行后處理對燃燒排出的有害物，在排氣系統(tǒng)進(jìn)行后處理l通過改進(jìn)燃燒過程來降低排放的機(jī)內(nèi)處理通過改進(jìn)燃燒過程來降低排放的機(jī)內(nèi)處理l對曲軸箱竄氣和燃油蒸發(fā)氣體等的前處理對曲軸箱竄氣和燃油蒸發(fā)氣體等的前處理三、汽油機(jī)排放控制技術(shù)三、汽油機(jī)排放控制技術(shù)1. 排氣后處理排氣后處理三元催化轉(zhuǎn)換器三元催化轉(zhuǎn)換器l能同時凈化能同時凈化NOx、CO、HC 3種有種有害氣體排放，是汽油機(jī)排氣廢氣后害氣體排放，是汽油機(jī)排氣廢氣后處理種最有效的方法處理種最有效的方法l為了同時處

35、理這為了同時處理這3種氣體，必須保種氣體，必須保證證NOx還原所需的還原所需的CO、HC等還原等還原性氣體和為保證性氣體和為保證CO、HC氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)所需的所需的O2。允許的空燃比范圍非常。允許的空燃比范圍非常窄，接近理論空燃比。窄，接近理論空燃比。氧化反應(yīng)：氧化反應(yīng)：還原反應(yīng)：還原反應(yīng)：222104524NOHCNH OCO22222NOCO NCO2222COOCO2224524HCOH OCO三、汽油機(jī)排放控制技術(shù)三、汽油機(jī)排放控制技術(shù)三、汽油機(jī)排放控制技術(shù)三、汽油機(jī)排放控制技術(shù)l載體材料：蜂窩狀陶瓷（載體材料：蜂窩狀陶瓷（MgO2 / AL2O3 / SiO2）l催化劑：催化劑：P

36、t：Rh = 217；Pt促進(jìn)促進(jìn)HC和和CO氧氧化；化；Rh促進(jìn)促進(jìn)NOx冷機(jī)狀態(tài)下采取的措施：冷機(jī)狀態(tài)下采取的措施：l提高催化劑的低溫活化性，改善低溫凈化效果提高催化劑的低溫活化性，改善低溫凈化效果l采取兩級催化轉(zhuǎn)化器采取兩級催化轉(zhuǎn)化器l采用低熱容量或電加熱的催化轉(zhuǎn)化器采用低熱容量或電加熱的催化轉(zhuǎn)化器熱機(jī)狀態(tài)下提高凈化能力措施熱機(jī)狀態(tài)下提高凈化能力措施l合理選用催化劑合理選用催化劑l采用高密度的蜂窩催化劑載體采用高密度的蜂窩催化劑載體l實現(xiàn)最佳空燃比控制實現(xiàn)最佳空燃比控制18:23 / 48第四章第四章 汽油機(jī)的燃燒過程及排放控制汽油機(jī)的燃燒過程及排放控制l 正常燃燒過程正常燃燒過程l 不

37、正常燃燒不正常燃燒l 汽油機(jī)的排氣凈化汽油機(jī)的排氣凈化l 汽油機(jī)的燃燒室汽油機(jī)的燃燒室一、燃燒室的設(shè)計要點及要求一、燃燒室的設(shè)計要點及要求1. 壓縮比壓縮比l縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯xl利用適當(dāng)強(qiáng)度的紊流，加快火焰?zhèn)鞑ニ俣壤眠m當(dāng)強(qiáng)度的紊流，加快火焰?zhèn)鞑ニ俣萳離火花塞較遠(yuǎn)的區(qū)域設(shè)置冷卻面積，降低可燃混合氣溫度離火花塞較遠(yuǎn)的區(qū)域設(shè)置冷卻面積，降低可燃混合氣溫度l燃燒室內(nèi)應(yīng)減少易受高溫影響而產(chǎn)生熱點和表面沉積物的因素燃燒室內(nèi)應(yīng)減少易受高溫影響而產(chǎn)生熱點和表面沉積物的因素2. 燃燒室的面容比（燃燒室的面容比（F/V）lF/V大，燃燒室結(jié)構(gòu)不緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長，容易爆震大，燃燒室結(jié)構(gòu)不緊湊，火

38、焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長，容易爆震3. 燃燒室形狀燃燒室形狀l影響氣流運(yùn)動，影響混合氣濃度分布影響氣流運(yùn)動，影響混合氣濃度分布l滿足快速燃燒的要求滿足快速燃燒的要求l適用于布置較大直徑氣門及多氣門適用于布置較大直徑氣門及多氣門一、燃燒室的設(shè)計要點及要求一、燃燒室的設(shè)計要點及要求4. 火花塞位置火花塞位置l應(yīng)靠近排氣門，使受灼熱表面加熱的混合氣及早燃燒應(yīng)靠近排氣門，使受灼熱表面加熱的混合氣及早燃燒l間隙處的殘余廢氣能充分排出，使混合氣容易著火間隙處的殘余廢氣能充分排出，使混合氣容易著火5. 燃燒室內(nèi)的氣體流動燃燒室內(nèi)的氣體流動l適當(dāng)強(qiáng)度紊流的好處適當(dāng)強(qiáng)度紊流的好處加快火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌旎鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣葦U(kuò)大混合氣體

39、的著火界限，可以燃燒更稀的混合氣擴(kuò)大混合氣體的著火界限，可以燃燒更稀的混合氣減少燃燒的循環(huán)變動率減少燃燒的循環(huán)變動率降低降低HC排放排放一、燃燒室的設(shè)計要點及要求一、燃燒室的設(shè)計要點及要求l進(jìn)氣渦流進(jìn)氣渦流利用進(jìn)氣口和進(jìn)氣道的形狀在進(jìn)利用進(jìn)氣口和進(jìn)氣道的形狀在進(jìn)氣過程中造成氣流繞氣缸中心線氣過程中造成氣流繞氣缸中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，加快火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊男D(zhuǎn)運(yùn)動，加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?，提高燃燒速率；，提高燃燒速率；進(jìn)氣阻力增加，充氣效率下降，進(jìn)氣阻力增加，充氣效率下降，在低速低負(fù)荷時難以獲得良好的在低速低負(fù)荷時難以獲得良好的進(jìn)氣渦流。故只依靠進(jìn)氣渦流的進(jìn)氣渦流。故只依靠進(jìn)氣渦流的燃燒室非常少，通常配合組織

40、進(jìn)燃燒室非常少，通常配合組織進(jìn)氣擠流。氣擠流。一、燃燒室的設(shè)計要點及要求一、燃燒室的設(shè)計要點及要求l壓縮擠流壓縮擠流當(dāng)活塞接近壓縮行程終點時，利用其頂部當(dāng)活塞接近壓縮行程終點時，利用其頂部和缸蓋底面之間的狹小間隙和缸蓋底面之間的狹小間隙(稱擠氣間隙）稱擠氣間隙）將混合氣擠入燃燒室中央而產(chǎn)生；將混合氣擠入燃燒室中央而產(chǎn)生；最大速度出現(xiàn)在壓縮行程上止點前，加快最大速度出現(xiàn)在壓縮行程上止點前，加快了明顯期內(nèi)的火焰?zhèn)鞑?，使燃燒迅速；了明顯期內(nèi)的火焰?zhèn)鞑?，使燃燒迅速；離火花塞最遠(yuǎn)的邊緣氣體因受兩個冷表面離火花塞最遠(yuǎn)的邊緣氣體因受兩個冷表面的影響，容易散熱，對抗爆性有利；的影響，容易散熱，對抗爆性有利；不

41、會引起充量系數(shù)下降，且可在節(jié)氣門開不會引起充量系數(shù)下降，且可在節(jié)氣門開度小時獲得良好的紊流效果。度小時獲得良好的紊流效果。二、典型燃燒室二、典型燃燒室l半球形燃燒室：形狀大致呈半球形或蓬形，結(jié)構(gòu)緊湊，面容比最小半球形燃燒室：形狀大致呈半球形或蓬形，結(jié)構(gòu)緊湊，面容比最小，火花塞布置于燃燒室中央，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短；，火花塞布置于燃燒室中央，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最短；l楔型燃燒室：火花塞在楔形高側(cè)的進(jìn)排氣門之間，可在火花塞附近楔型燃燒室：火花塞在楔形高側(cè)的進(jìn)排氣門之間，可在火花塞附近形成較強(qiáng)的氣流，保證低速低負(fù)荷性能良好。結(jié)構(gòu)緊湊，火焰?zhèn)鞑バ纬奢^強(qiáng)的氣流，保證低速低負(fù)荷性能良好。結(jié)構(gòu)緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，擠

42、氣面積較大，對末端混合氣冷卻作用較強(qiáng)，使爆燃傾向距離短，擠氣面積較大，對末端混合氣冷卻作用較強(qiáng)，使爆燃傾向減小。但同時由于擠氣面積內(nèi)的熄火區(qū)增大，減小。但同時由于擠氣面積內(nèi)的熄火區(qū)增大，HC排放量較多。排放量較多。l碗形燃燒室：布置在活塞中的一個回轉(zhuǎn)體。采用平底氣缸蓋，工藝碗形燃燒室：布置在活塞中的一個回轉(zhuǎn)體。采用平底氣缸蓋，工藝性好。燃燒室全部機(jī)械加工而成，有精確的形狀和容積，燃燒室表性好。燃燒室全部機(jī)械加工而成，有精確的形狀和容積，燃燒室表面光滑、緊湊、擠流效果好，壓縮比可高達(dá)面光滑、緊湊、擠流效果好，壓縮比可高達(dá)11；l浴盆形燃燒室：形狀像橢圓形浴盆，在雙側(cè)或單側(cè)設(shè)置擠氣面。高浴盆形燃燒室：形狀像橢圓形浴盆，在雙側(cè)或單側(cè)設(shè)置擠氣面。高度相同，寬度略大于氣缸范圍，以便于加大氣門直徑。度相同，寬度略大于氣缸范圍，以便于加大氣門直徑。 二、典型燃燒室二、典型燃燒室三、分