汽油機(jī)污染物的生成及影響

1、第三章第三章 汽油機(jī)污染物的生成及影響汽油機(jī)污染物的生成及影響第三節(jié)第三節(jié) 影響汽油機(jī)排氣污染物生成的因素影響汽油機(jī)排氣污染物生成的因素四、汽油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響四、汽油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響對汽油機(jī)排放影響較大的結(jié)構(gòu)參數(shù)有氣缸工作容積、行程缸徑比對汽油機(jī)排放影響較大的結(jié)構(gòu)參數(shù)有氣缸工作容積、行程缸徑比(S/D)(S/D)、燃燒室形狀、壓縮比、活塞頂環(huán)隙容積、配氣定時(shí)以及排氣系、燃燒室形狀、壓縮比、活塞頂環(huán)隙容積、配氣定時(shí)以及排氣系統(tǒng)等。統(tǒng)等。這些參數(shù)的影響遵循下列兩點(diǎn)：這些參數(shù)的影響遵循下列兩點(diǎn)：第一點(diǎn)是在上止點(diǎn)時(shí)燃燒室的面容比第一點(diǎn)是在上止點(diǎn)時(shí)燃燒室的面容比F/V越大、進(jìn)入活塞的間隙的越大、進(jìn)入活

2、塞的間隙的混合氣越多，排氣氧化不多時(shí)混合氣越多，排氣氧化不多時(shí)HC的排出量增大；的排出量增大；第二點(diǎn)是若使由燃燒室壁面散失的熱量減少、殘留氣體減少，則第二點(diǎn)是若使由燃燒室壁面散失的熱量減少、殘留氣體減少，則NOx的排放量增大。的排放量增大。 1. .氣缸工作容積與行程缸徑比的影響氣缸工作容積與行程缸徑比的影響 (1)(1)汽油機(jī)氣缸工作容積越大，氣缸面容比汽油機(jī)氣缸工作容積越大，氣缸面容比F/V變小，氣缸相對散熱變小，氣缸相對散熱面積較小，因此面積較小，因此HC的排放和油耗越低。的排放和油耗越低。 (2)(2)汽油機(jī)行程缸徑比的影響更汽油機(jī)行程缸徑比的影響更大，行程越長，大，行程越長，HC排放

3、和油耗越低。排放和油耗越低。根據(jù)放熱規(guī)律對比分析，長行程汽油根據(jù)放熱規(guī)律對比分析，長行程汽油機(jī)的燃燒速度快，點(diǎn)火定時(shí)可機(jī)的燃燒速度快，點(diǎn)火定時(shí)可以相對以相對后移。長行程汽油機(jī)的最高放熱效率后移。長行程汽油機(jī)的最高放熱效率大、燃燒溫度高，有利于降低大、燃燒溫度高，有利于降低HCHC和燃和燃油消耗。長行程汽油機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)在油消耗。長行程汽油機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)在低負(fù)荷時(shí)更加明顯。低負(fù)荷時(shí)更加明顯。(3)(3) 但長行程和大氣缸的汽油機(jī)但長行程和大氣缸的汽油機(jī)NOxNOx排放量大。排放量大。行程缸徑比及工作容積對行程缸徑比及工作容積對HCHC排放的影響排放的影響2.2.壓縮比壓縮比的影響的影響壓縮比增大后，

4、壓縮比增大后，F(xiàn)/VF/V增大，進(jìn)入增大，進(jìn)入活塞頂環(huán)隙的混合氣增多，活塞頂環(huán)隙的混合氣增多， HCHC排放排放增加。另一方面，增加。另一方面，增大，使膨脹比增大，使膨脹比增大，膨脹后期的排氣溫度下降，增大，膨脹后期的排氣溫度下降，HCHC氧化速率下降，更多的燃料以未燃氧化速率下降，更多的燃料以未燃HCHC的形式排出。的形式排出。 NOxNOx受兩方面影響：一是壓縮比受兩方面影響：一是壓縮比增大，燃燒溫度上升，導(dǎo)致增大，燃燒溫度上升，導(dǎo)致NOxNOx增多；增多；另一方面，熱效率提高另一方面，熱效率提高 F/VF/V增大增大 ，使得使得NOxNOx減少。減少。3 3燃燒室形狀的影響燃燒室形狀的影

5、響(1)(1)當(dāng)工作容積和壓縮比保持當(dāng)工作容積和壓縮比保持一定，變化燃燒室形狀時(shí)，一定，變化燃燒室形狀時(shí)，HCHC排放排放與與F/VF/V成正比，即成正比，即F/VF/V增大，增大，HCHC排放排放增大。增大。(2)NOx(2)NOx排放與排放與HCHC正好相反，有正好相反，有與與F/VF/V成反比的傾向。成反比的傾向。原因：隨原因：隨F/VF/V的增大，熱損失的增大，熱損失變大，燃燒氣體的最高溫度降低。變大，燃燒氣體的最高溫度降低。但對于但對于NOxNOx排放，即使排放，即使F/VF/V相同，由相同，由于點(diǎn)火位置等的差異，燃燒速度及于點(diǎn)火位置等的差異，燃燒速度及燃燒溫度也受到很大影響，故不能

6、燃燒溫度也受到很大影響，故不能認(rèn)為認(rèn)為NOxNOx排放是排放是F/VF/V的函數(shù)。的函數(shù)。 F/VF/V越大、火焰的傳播距離長，越大、火焰的傳播距離長，容易爆燃；而且燃燒室壁面的淬熄容易爆燃；而且燃燒室壁面的淬熄效應(yīng)增加，因此效應(yīng)增加，因此HCHC的排出量增大；的排出量增大；NOxNOx的排放量與之相反。的排放量與之相反。本圖表示了不同的燃燒室形狀本圖表示了不同的燃燒室形狀時(shí)的時(shí)的NOxNOx和和HCHC排放排放 SQ/C SQ/C表示擠流間隙的大小表示擠流間隙的大小汽油機(jī)燃燒室設(shè)計(jì)原則之一：汽油機(jī)燃燒室設(shè)計(jì)原則之一：形成適形成適當(dāng)?shù)奈闪鬟\(yùn)動(dòng)當(dāng)?shù)奈闪鬟\(yùn)動(dòng)(1)(1)燃燒室內(nèi)形成適當(dāng)強(qiáng)度的氣體流

7、燃燒室內(nèi)形成適當(dāng)強(qiáng)度的氣體流動(dòng)可以加快火焰?zhèn)鞑?；?dòng)可以加快火焰?zhèn)鞑ィ?2)(2)冷卻末端混合氣；冷卻末端混合氣；(3)(3)減少循環(huán)間燃燒變動(dòng)，擴(kuò)大混合減少循環(huán)間燃燒變動(dòng)，擴(kuò)大混合氣體著火界限，利于燃燒更稀混合氣；氣體著火界限，利于燃燒更稀混合氣；(4)(4)減少減少HCHC排放量，但紊流過強(qiáng)，向排放量，但紊流過強(qiáng)，向缸壁傳熱損失增加，還可能吹熄火核缸壁傳熱損失增加，還可能吹熄火核而失火，反而使而失火，反而使HCHC排放增多。排放增多。根據(jù)右圖可見，紊流過強(qiáng)時(shí)，即使點(diǎn)根據(jù)右圖可見，紊流過強(qiáng)時(shí)，即使點(diǎn)火提前角減小，壓力升高率仍較高，火提前角減小，壓力升高率仍較高，使工作粗暴，熱效率降低。實(shí)踐證明

8、，使工作粗暴，熱效率降低。實(shí)踐證明，紊流強(qiáng)度使壓力升高率為紊流強(qiáng)度使壓力升高率為196-245(196-245(千千帕帕/ /度）時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率最高。度）時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率最高。擠流間隙擠流間隙紊流適宜和紊流過強(qiáng)時(shí)燃燒壓紊流適宜和紊流過強(qiáng)時(shí)燃燒壓力變化比較力變化比較擠流間隙擠流間隙汽油機(jī)產(chǎn)生紊流的方法有進(jìn)氣渦流和擠流兩種汽油機(jī)產(chǎn)生紊流的方法有進(jìn)氣渦流和擠流兩種: : (1)(1)進(jìn)氣渦流；進(jìn)氣渦流；(2)(2)擠流擠流(1)(1)進(jìn)氣渦流進(jìn)氣渦流 進(jìn)氣渦流是利用進(jìn)氣口和進(jìn)氣渦流是利用進(jìn)氣口和進(jìn)氣道的形狀在進(jìn)氣過程中造進(jìn)氣道的形狀在進(jìn)氣過程中造成氣流繞氣缸中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)成氣流繞氣缸中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)

9、動(dòng)，由于進(jìn)氣渦流加快了火焰動(dòng)，由于進(jìn)氣渦流加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣龋岣吡巳紵俾?，傳播速度，提高了燃燒速率，使熱效率提高。使熱效率提高?組織進(jìn)氣渦流的同時(shí)會(huì)使組織進(jìn)氣渦流的同時(shí)會(huì)使進(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(shí)難以獲得良好在低速低負(fù)荷時(shí)難以獲得良好的進(jìn)氣渦流。故只依靠進(jìn)氣渦的進(jìn)氣渦流。故只依靠進(jìn)氣渦流的燃燒室非常少，通常配合流的燃燒室非常少，通常配合組織進(jìn)氣擠流。組織進(jìn)氣擠流。(2)(2)擠流擠流 擠流是當(dāng)活塞接近壓縮行程擠流是當(dāng)活塞接近壓縮行程終點(diǎn)時(shí)，利用其頂部和缸蓋底面之終點(diǎn)時(shí)，利用其頂部和缸蓋底面之間的狹小間隙間的狹小間隙( (稱擠氣間隙）將混稱擠氣

10、間隙）將混合氣擠入主燃燒室內(nèi)而產(chǎn)生，可利合氣擠入主燃燒室內(nèi)而產(chǎn)生，可利用燃燒室形狀來控制渦流的大小和用燃燒室形狀來控制渦流的大小和發(fā)生位置以及在燃燒室內(nèi)擾動(dòng)的形發(fā)生位置以及在燃燒室內(nèi)擾動(dòng)的形成及其強(qiáng)度。成及其強(qiáng)度。 增大擠流強(qiáng)度可以提高明顯燃增大擠流強(qiáng)度可以提高明顯燃燒期火焰?zhèn)鞑ニ俣?，縮短燃燒時(shí)間，燒期火焰?zhèn)鞑ニ俣龋s短燃燒時(shí)間，而且不會(huì)引起充氣效率降低。而且不會(huì)引起充氣效率降低。擠流間隙擠流間隙幾種燃燒室的幾種燃燒室的F/V與與HC排放排放4 4氣門定時(shí)的影響氣門定時(shí)的影響 (1)NOx (1)NOx受殘留氣體變化的影響，即受氣門重疊的影響，隨進(jìn)氣門早受殘留氣體變化的影響，即受氣門重疊的影響

11、，隨進(jìn)氣門早開、排氣門遲閉，缸內(nèi)殘余廢氣增加，使燃燒溫度下降，開、排氣門遲閉，缸內(nèi)殘余廢氣增加，使燃燒溫度下降，NOxNOx排放減少排放減少 。 (2) (2)排氣門早開導(dǎo)致正在燃燒的排氣門早開導(dǎo)致正在燃燒的HCHC排出，從而排出，從而HCHC排放增加。排放增加。圖圖2-21 2-21 氣門定時(shí)對發(fā)動(dòng)機(jī)氣門定時(shí)對發(fā)動(dòng)機(jī)HCHC和和NOxNOx排放的影響排放的影響5.5.活塞頂環(huán)隙容積的影響活塞頂環(huán)隙容積的影響 進(jìn)入活塞和缸壁構(gòu)成的小進(jìn)入活塞和缸壁構(gòu)成的小間隙（活塞頂環(huán)隙）的混合氣，間隙（活塞頂環(huán)隙）的混合氣，由于壁面淬熄效應(yīng)和狹縫效應(yīng)由于壁面淬熄效應(yīng)和狹縫效應(yīng)的影響，很難燃燒掉，從而影的影響，

12、很難燃燒掉，從而影響了響了HCHC的排放量。的排放量。圖中圖中 d d表示活塞頂環(huán)隙的表示活塞頂環(huán)隙的寬度；寬度；l l表示活塞頂環(huán)的深度表示活塞頂環(huán)的深度可見隨活塞頂環(huán)隙容積增大，可見隨活塞頂環(huán)隙容積增大，進(jìn)入環(huán)隙的混合氣增多進(jìn)入環(huán)隙的混合氣增多 HCHC排排放增加。放增加。6.6.排氣系統(tǒng)的影響排氣系統(tǒng)的影響 排氣系統(tǒng)對排氣系統(tǒng)對HCHC排放有影響。排放有影響。(1)HC(1)HC在排氣系統(tǒng)中可以進(jìn)一在排氣系統(tǒng)中可以進(jìn)一步被氧化，步被氧化， 溫度越高，溫度越高，HCHC被被氧化的越多；氧化的越多；(2)(2)排氣在排氣系統(tǒng)高溫段停排氣在排氣系統(tǒng)高溫段停留的時(shí)間越長，留的時(shí)間越長，HCHC被

13、氧化的也被氧化的也就越多。就越多?；钊敪h(huán)隙容積對活塞頂環(huán)隙容積對HC排放的影響排放的影響 1- 1-火花塞在燃燒室側(cè)面；火花塞在燃燒室側(cè)面；2-2-火花塞在燃燒室中心火花塞在燃燒室中心 7 7、火花塞位置的影響、火花塞位置的影響火花塞在燃燒室的位置不同時(shí)，發(fā)動(dòng)火花塞在燃燒室的位置不同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒放熱速率不同，故火花塞的機(jī)的燃燒放熱速率不同，故火花塞的位置對排放有重要影響。位置對排放有重要影響。 火花塞的布置應(yīng)使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x火花塞的布置應(yīng)使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，若火花塞距燃燒室的縫隙較遠(yuǎn)，短，若火花塞距燃燒室的縫隙較遠(yuǎn)，則汽油機(jī)則汽油機(jī)HCHC排放增加，反之亦然。排放增加，反之亦然。 火花塞對火

14、花塞對HCHC排放的影響還與燃燒排放的影響還與燃燒室的結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)：一般說，對非緊室的結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)：一般說，對非緊湊型燃燒室的影響比對緊湊型燃燒室湊型燃燒室的影響比對緊湊型燃燒室的影響大。如在圓盤型燃燒室上，由的影響大。如在圓盤型燃燒室上，由于火花塞位置的不同可使發(fā)動(dòng)機(jī)于火花塞位置的不同可使發(fā)動(dòng)機(jī)HCHC排排放產(chǎn)生放產(chǎn)生3535差別。差別。 火花塞位置與燃燒室形狀共同決火花塞位置與燃燒室形狀共同決定了質(zhì)量燃燒率，在燃燒前期燃燒質(zhì)定了質(zhì)量燃燒率，在燃燒前期燃燒質(zhì)量增加，會(huì)使量增加，會(huì)使NONO排放增加，但對改善排放增加，但對改善油耗有利。油耗有利?；鸹ㄈ恢脤τ秃暮突鸹ㄈ恢脤τ秃暮虷CHC排放

15、物影響排放物影響1-二氣門發(fā)動(dòng)機(jī)；二氣門發(fā)動(dòng)機(jī)；2-四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)四氣門發(fā)動(dòng)機(jī) 四氣門和二氣門發(fā)動(dòng)機(jī)對油耗和四氣門和二氣門發(fā)動(dòng)機(jī)對油耗和HC排放物影響排放物影響8.8.其他影響因素其他影響因素(1)(1)氣門數(shù)的影響氣門數(shù)的影響(2)(2)增壓對排放的影響增壓對排放的影響 汽油機(jī)增壓可使可燃混合物的壓汽油機(jī)增壓可使可燃混合物的壓力升高，力升高，NOx NOx 增多，若使增多，若使降低，燃降低，燃燒的最高溫度下降，燒的最高溫度下降，NOxNOx反有所下降。反有所下降。 增壓后使增壓后使HCHC的排放減少。的排放減少。 增壓后增壓后COCO排放有所減少。排放有所減少。(3)(3)渦流對排放的影響渦流

16、對排放的影響 燃燒室內(nèi)渦流是影響燃燒室內(nèi)渦流是影響HCHC和和NOxNOx排排放的重要因素。配合使用稀混合氣，放的重要因素。配合使用稀混合氣，降低有害排放。降低有害排放。五、燃料性質(zhì)五、燃料性質(zhì)1.1.辛烷值辛烷值辛烷值是表示汽油抗爆性的指標(biāo)。辛烷值是表示汽油抗爆性的指標(biāo)。汽油辛烷值的大小影響汽油機(jī)的油耗，辛烷值低，油耗增加，因此排放量汽油辛烷值的大小影響汽油機(jī)的油耗，辛烷值低，油耗增加，因此排放量也隨之增大。也隨之增大。2.2.揮發(fā)性揮發(fā)性汽油蒸發(fā)性的指標(biāo)：餾程和蒸汽壓。汽油蒸發(fā)性的指標(biāo)：餾程和蒸汽壓。 餾出餾出10%10%的溫度的溫度(42-58)(42-58)：標(biāo)志起動(dòng)性；：標(biāo)志起動(dòng)性；

17、 餾出餾出50%50%的溫度的溫度(90-110 )(90-110 )：標(biāo)志汽油的平均蒸發(fā)性：標(biāo)志汽油的平均蒸發(fā)性, ,保證汽車加速保證汽車加速性和平穩(wěn)性的重要指標(biāo)；性和平穩(wěn)性的重要指標(biāo)； 餾出餾出90%90%的溫度的溫度(155-180 ) (155-180 ) ：標(biāo)志燃料中含有難以揮發(fā)的重質(zhì)成分：標(biāo)志燃料中含有難以揮發(fā)的重質(zhì)成分的數(shù)量。的數(shù)量。 雷德飽和蒸汽壓雷德飽和蒸汽壓: :在規(guī)定條件下，油品在要求的實(shí)驗(yàn)儀器中氣液兩相在規(guī)定條件下，油品在要求的實(shí)驗(yàn)儀器中氣液兩相達(dá)到平衡時(shí)，汽油與其蒸氣的體積比為達(dá)到平衡時(shí)，汽油與其蒸氣的體積比為1:41:4以及在以及在3838C C時(shí)所測得的汽油最時(shí)所

18、測得的汽油最大壓力。大壓力。 (1) (1)汽油的揮發(fā)性太低，則混合氣的生成不良，啟動(dòng)困難，暖機(jī)性能汽油的揮發(fā)性太低，則混合氣的生成不良，啟動(dòng)困難，暖機(jī)性能不好，影響燃燒和排放；不好，影響燃燒和排放； (2) (2)揮發(fā)性太高，則蒸發(fā)排放增加，碳罐容易過載，并且油路中氣泡揮發(fā)性太高，則蒸發(fā)排放增加，碳罐容易過載，并且油路中氣泡增加，影響噴油器的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響排放。增加，影響噴油器的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響排放。我國2002年的汽油標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)單位限值馬達(dá)法辛烷值85研究法辛烷值95雷德蒸汽壓RVPkPa56-64初餾點(diǎn)24-40餾出10%的溫度42-58餾出50%的溫度90-110餾出90%的溫度1

19、55-180終餾點(diǎn)190-215烯烴體積分?jǐn)?shù)0.2芳烴體積分?jǐn)?shù)0.45鉛的含量g/L0.005磷的質(zhì)量濃度g/L0.0013硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)% 0.043.3.烯烴和芳烴含量烯烴和芳烴含量 烷烴：熱穩(wěn)定性好、正構(gòu)烷辛烷值烷烴：熱穩(wěn)定性好、正構(gòu)烷辛烷值低，異構(gòu)烷、環(huán)烷高（理想的汽油低，異構(gòu)烷、環(huán)烷高（理想的汽油組分）組分） 烯烴：屬不飽和碳?xì)浠旌衔?，較高烯烴：屬不飽和碳?xì)浠旌衔?，較高辛烷值，熱穩(wěn)定性差，受熱后會(huì)形成膠辛烷值，熱穩(wěn)定性差，受熱后會(huì)形成膠質(zhì)沉積在進(jìn)氣系統(tǒng)和燃油供給系統(tǒng)中，質(zhì)沉積在進(jìn)氣系統(tǒng)和燃油供給系統(tǒng)中，形成阻塞，使排放惡化，功率下降，油形成阻塞，使排放惡化，功率下降，油耗增加。另外，烯烴蒸發(fā)后會(huì)促使近地耗增加。另外，烯烴蒸發(fā)后會(huì)促使近地大氣中形成臭氧，危害健康。質(zhì)量分?jǐn)?shù)大氣中形成臭氧，危害健康。質(zhì)量分?jǐn)?shù)從從20%20%降至降至5%5%，大城市中臭氧下降，大城市中臭氧下降20%- 20%- 30%30% 芳烴：辛烷值很高，燃燒速度慢，芳烴：辛烷值很高，燃燒速度慢，增加發(fā)動(dòng)機(jī)中的沉積物及有害氣體排放增加發(fā)動(dòng)機(jī)中的沉積物及有害氣體排放。 隨著燃料中芳烴的增加，隨著燃料中芳烴的增加，NOxNOx排放排放量也增加，這是由于芳烴燃料溫度較高量