第七章內(nèi)燃機(jī)污染物的生成與控制ppt課件

1、內(nèi)燃機(jī)學(xué)第七章 內(nèi)燃機(jī)污染物的生成與控制第一節(jié) Emissions of combustion engines第一節(jié) 概述熄滅時間極短，可燃混合氣不是完全均勻，熄滅不完全。排氣中會出現(xiàn)CO和HC。汽油機(jī)中，為獲得最大功率運(yùn)用濃混合氣，導(dǎo)致CO添加；為提高冷起動性能，也需濃混合氣。內(nèi)燃機(jī)最高熄滅溫度達(dá)2000以上，又使空中的氮在高溫下氧化生成各種氮氧化物。柴油機(jī)中，可燃混合氣在極短的時間內(nèi)構(gòu)成，混合氣不均勻程度比較嚴(yán)重，在高溫高壓下缺氧的燃油會發(fā)生裂解、脫氫，生成碳煙粒子，碳煙粒子吸附末熄滅或不完全熄滅的重質(zhì)碳?xì)浠衔?，稱為排氣微粒。(1)一氧化碳 COCO是一種無色無味的氣體，它和血液中保送氧

2、的載體血紅蛋白的親和力是氧的240倍。CO與血紅蛋白結(jié)合成成碳基血紅蛋白，就剝奪了血紅蛋白對人體組織的供氧才干。空氣中CO的體積分?jǐn)?shù)超越0.1就會導(dǎo)致人體中毒；超越0.3可在30min內(nèi)使人致命。CO的毒性與時間和濃度的關(guān)系 (2)碳?xì)浠衔颒C HC包括未燃和未完全熄滅的燃油、光滑油及其裂解和部分氧化產(chǎn)物。烷烴無味，對人體安康無直接影響。烯烴略帶甜昧，有麻醉作用，對粘膜有刺激，與氮氧化物在陽光紫外線作用下構(gòu)成有毒的“光化煙霧 。芳香烴對血液和神經(jīng)系統(tǒng)有害，多環(huán)芳香烴及其衍生物有致癌作用；普通以為光化學(xué)煙霧構(gòu)成是參與反響的物質(zhì)在日光照射下產(chǎn)生以臭氧為主的過氧化物。這種光化學(xué)煙霧刺激眼睛并影響神

3、經(jīng)系統(tǒng)。 (3)氮氧化物 NOxNOx中絕大部分是NO，少量是NO2。NO是無色氣體，本身毒性不大，在大氣中緩慢氧化成NO2， NO2呈褐色，有劇烈的刺激味和一氧化碳類似，氮的氧化物也趨向于存在血液中，與肺中的水氣結(jié)合而構(gòu)成稀硝酸，經(jīng)過長時間后其后果將日趨嚴(yán)重。NOx是構(gòu)成光化煙霧的主要要素之一。從熱力學(xué)觀念來看， 一氧化氮是一種高焓物質(zhì)，所以它的出現(xiàn)是由于高溫呵斥的結(jié)果。 (4)微粒微粒指經(jīng)空氣稀釋、溫度降到52后，用涂有聚四氯乙烯的玻璃纖維濾紙搜集的除水以外的物質(zhì)。微粒大多小于0.3m，主要成分是碳及其吸附的有機(jī)物質(zhì)。微?？墒枪腆w的或液體的。液體微粒在輕負(fù)荷時可以找到，很稀的混合氣不能點(diǎn)燃

4、，部分氧化并裂解的燃料凝聚后由排氣帶出。固體微粒由碳和碳?xì)浠衔锏姆肿泳奂?。微粒物質(zhì)在空氣中飄浮容易為人們吸入身體內(nèi)部。由于微粒來自碳?xì)浠衔?。這些微粒物質(zhì)對于人類安康的影響還應(yīng)該進(jìn)一步的研討；我國汽車排放現(xiàn)狀一些大城市，機(jī)動車尾氣排放對大氣污染物的分擔(dān)率已到達(dá)或超越西方國家所占的比例。1995年5月成都，6月在上海，2002年3月28日，在南寧市分別發(fā)生了光化學(xué)煙霧事件。北京市環(huán)保局對2021年的北京市大氣質(zhì)量進(jìn)展了預(yù)測，假定2000年前機(jī)動車保有量按10%遞增，20002001年按7%遞增，20212021年按5%遞增，2021年北京市機(jī)動車總量將到達(dá)323萬輛。假設(shè)不采取進(jìn)一步的控制

5、措施，那時CO、HC、NOx排放總量將分別到達(dá)1992年排放總量的6.87倍、6.63倍和5.03倍;內(nèi)燃機(jī)排放評價目的(1)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，稱為排故物的體積分?jǐn)?shù)，通常以和10-6(百萬分比)表示，質(zhì)量濃度常用mg/m3等計量。(2)質(zhì)量排放量：在要求對污染物進(jìn)展總量控制時。要確定運(yùn)轉(zhuǎn)單位時間、按某規(guī)范進(jìn)展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。質(zhì)量排故量用g/h、g/實驗或g/km等單位表示。(3)比排放量：內(nèi)燃機(jī)單位功所排放的污染物質(zhì)量，用g/kWh表示，也可以稱為污染的排放率。第二節(jié) 污染物的生成機(jī)理和主要影響要素 一、

6、一氮化碳a1 ， co很低，只是在a =1.01.1之間， co隨a略微變化。汽油機(jī)部分負(fù)荷 a接近l，CO排放量不高。但多缸機(jī)如各缸a不同，有的氣缸a 1，CO排放量添加。全負(fù)荷、冷起動時，混合氣是濃的， a可小到0.8甚至更低，CO排放量很大。發(fā)動機(jī)加速時假設(shè)加濃過多，或者減速時不斷油，即在瞬態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)工況下供油量控制不準(zhǔn)確，會導(dǎo)致CO排放量劇增。 圖7-1 點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)用11種不同H/C比燃料時的CO排放量與空燃比及過量空氣系數(shù)的關(guān)系圖7-2 直噴式柴油機(jī)污染物排放量與a的關(guān)系柴油機(jī)總是在a1下任務(wù)，CO排放量比較低，只需在負(fù)荷很大接近冒煙界限時才急劇添加。 二、末燃碳?xì)浠衔锲蜋C(jī)未燃HC

7、的生成與排放有三個渠道： 1)在熄滅過程中生成并隨排氣排出。組織氣 缸掃氣時，部分混合氣直接進(jìn)入排氣。 2) 經(jīng)過活塞與氣缸之間的各間隙漏人曲軸箱的竄氣，假設(shè)排入大氣也構(gòu)成HC排放物。 3)從汽油箱、化油器等處蒸發(fā)的汽油蒸氣，假設(shè)排人大氣同樣構(gòu)成HC排放物。 柴油機(jī)排出的未燃HC全由熄滅過程產(chǎn)生。 (一)汽油機(jī)實踐發(fā)動機(jī)中，即使a =1 ，未然HC也有相當(dāng)大的數(shù)值，并隨a的減小迅速添加。當(dāng)混合氣過稀，由于熄滅惡化，甚至有些循環(huán)缺火會使HC急劇添加。圖7-3 汽油機(jī)的排氣污染物與a的關(guān)系1冷激效應(yīng)壁面對火焰的冷卻使火焰不能傳播到缸壁外表，留下厚0.05-0.4mm的末燃或不完全熄滅的混合氣。未燃

8、HC在火焰擦過后會分散到已燃?xì)怏w中氧化，極少一部分成為未燃HC。冷起動、暖機(jī)和怠速工況時，壁溫較低，淬熄層較厚，已燃?xì)怏w溫度較低及混合氣較濃使后期氧化作用減弱，HC排放添加。在緊縮、熄滅過程中被擠入狹隙內(nèi)的未燃混合氣在膨脹、排氣過程又前往缸內(nèi)溫度已較低的已燃?xì)怏w中，部分被氧化，其他以末燃HC方式排出。這部分HC可占總量的5070。 2油膜和堆積物吸附在進(jìn)氣和緊縮過程中，氣缸套壁面和活塞頂面上的光滑油膜會吸附未燃混合氣的燃油蒸氣，隨后當(dāng)混合氣中燃油濃度由于熄滅而降到零時，油膜就釋放出油氣。由于釋放時辰較遲，油氣只需少部分被氧化。這種機(jī)理產(chǎn)生的HC占總量的25-30。在熄滅室壁面和進(jìn)、排氣門上生成

9、的多孔性含碳堆積物也會吸附燃料及其蒸氣，在后期釋放呵斥HC排放，這部分約占總量的10左右。 3容積淬熄在冷起動和暖機(jī)工況下，因發(fā)動機(jī)溫度較低致使燃油霧化、蒸發(fā)和混合氣構(gòu)成變差。從而導(dǎo)致熄滅變慢或不穩(wěn)定，能夠使火焰在到達(dá)壁面前因膨脹使缸內(nèi)氣體溫度和壓力下降呵斥可燃混合氣大容積淬熄，使HC排放激增。這種景象易在混合氣過稀或過濃時，或排氣再循環(huán)率大時，或怠速和小負(fù)荷工況下發(fā)生。加、減速瞬態(tài)工況更易發(fā)生容積淬熄，使比排放量大增。 4碳?xì)浠衔锏暮笃谘趸e過主燃期的HC，會重新分散到高溫已燃?xì)怏w中被氧化，或部分被氧化。排放的HC是未燃的燃油及其部分氧化產(chǎn)物的混合物，前者大約要占40左右。HC也在排氣管路

10、中氧化，占分開氣缸的HC的萬分之幾到40。發(fā)動機(jī)產(chǎn)生最高排氣溫度和最長停留時間的運(yùn)轉(zhuǎn)工況，HC排放降低。推遲點(diǎn)火提高排氣溫度，有利于HC后期氧化。降低排氣歧管處的熱損失可促進(jìn)后期氧化。 4在排氣歧管中補(bǔ)入空氣后排氣空燃比和溫度的變化 (二)柴油機(jī)柴油機(jī)是噴油壓燃，燃油停留在熄滅室中的時間短，冷激效應(yīng)、狹隙效應(yīng)、油膜吸附、堆積物吸附作用很小，HC排放較低?；旌蠚馓』蛱珴?，不能自燃或火焰不能傳播呵斥HC。如滯燃期內(nèi)，能夠由于油氣混合太快使混合氣過稀，在噴油后期的高溫燃?xì)庵?，能夠由于油氣混合缺乏使混合氣過濃，或者由于熄滅淬熄產(chǎn)生不完全熄滅產(chǎn)物隨排氣排出，但這時較重的HC多被碳煙微粒吸附。柴油機(jī)未燃

11、HC的排放主要來自柴油噴注的外緣混合過度呵斥的過稀混合氣地域。柴油機(jī)噴油器壓力室容積內(nèi)的柴油，在熄滅后期和膨脹初期被加熱部分汽化，以液態(tài)或氣態(tài)低速穿過噴嘴孔進(jìn)入氣缸，錯過主燃期。殘油腔容積中的柴油約有1/5以未燃HC的方式排出?；鹧嬖诒诿嫔洗阆ㄊ遣裼蜋C(jī)HC排放的一個來源，它取決于柴油噴注與熄滅室壁面的碰撞情況。采用油膜蒸發(fā)混合的柴油機(jī)，在冷起動時，大量未燃HC以微粒狀排出，排氣冒“白煙，因此已根本被淘汰。噴器油壓力室容積三、氮氧化物內(nèi)燃機(jī)排出的NOx主要是NO。NO的主要來源是參與熄滅的空氣中的氮。在a1附近，有關(guān)NO的主要反響為： O22O N2+O NO+N O2+N NO+O OH+N

12、O+HNO的生成反響比熄滅反響慢，只需很少一部分NO產(chǎn)生于很薄的火焰反響帶中，大部分NO在分開火焰的燃?xì)庵猩伞?化學(xué)動力學(xué)研討闡明，當(dāng)反響物溫度從2500K提高到2600K時，NO的生成速率幾乎翻一番。氧濃度提高也使NO生成量添加。NO2普通火焰溫度下，已燃?xì)怏w中NO2的體積分?jǐn)?shù)與NO相比應(yīng)可忽略不計。在點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)中，當(dāng)a 1.15時，NO2/NO2。柴油機(jī)在大部分工況下， NO2/NO 0.1%，在小負(fù)荷下NO2/NO 0.3% 。火焰中生成的NO可以經(jīng)過反響 NO十HO2 NO2+OH 迅速轉(zhuǎn)變?yōu)镹O2，但NO2又會經(jīng)過反響 NO2+O NO+O2 重新變?yōu)镹O。 (一)點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)

13、1空燃比的影響a =0.9的略濃混合氣，熄滅溫度最高。不過這時氧濃度低，抑制了NO的生成。a提高時，氧添加的效果抵消燃?xì)鉁囟认陆?，NO排放量峰值出如今a =1.1左右的略稀混合氣中。假設(shè)a進(jìn)步添加，溫度下降的效果占優(yōu)勢，導(dǎo)致NO下降。2已燃?xì)怏w量的影響熄滅前，混合氣由空氣、已蒸發(fā)的燃油蒸氣和已燃?xì)饨M成。已燃?xì)怏w或者是前一循環(huán)留下的剩余廢氣，或者是采用排氣再循環(huán)時回流的廢氣；已燃?xì)怏w一方面減少可燃?xì)獾陌l(fā)熱量，另一方面增大了混合氣的熱容，均使最高熄滅溫度下降，從而使NO排放下降。 圖7-4 排氣中NO明隨EGR率的變化當(dāng)EGR率到達(dá)發(fā)動機(jī)部分負(fù)荷下的最大允許值1520時，NOx排放顯著下降。過分稀

14、釋新穎可燃混合氣使熄滅惡化，導(dǎo)致緩慢熄滅、不完全熄滅甚至缺火、循環(huán)變動添加和HC排放添加。圖7-5 汽油機(jī)的負(fù)荷和EGR率對NOx排放的影響 圖7-6 EGR率對HC排放和熄滅質(zhì)量的影響3點(diǎn)火定時的影響ig對NOx排放量影響很大。推遲點(diǎn)火，降低最高熄滅溫度并縮短己燃?xì)馔Ａ粼诟邷叵碌臅r間，可減少NOx排放。在常用轉(zhuǎn)速和負(fù)荷工況下， ig減小1CA，在輸出功率不變的條件下可削減NOx排放量23。推遲點(diǎn)火、提高排氣溫度，也有利于HC的后氧化，但有損發(fā)動機(jī)的燃油耗費(fèi)率和比功率。 (二)柴油機(jī)柴油機(jī)氣缸內(nèi)到達(dá)的最高熄滅溫度也控制NOx生成，在熄滅過程中，預(yù)混合熄滅比例對NOx的生成有很大影響。柴油機(jī)幾乎

15、一切NOx都是在熄滅開場后20以內(nèi)生成的。噴油較遲時，由于最高熄滅溫度較低，NOx排放低。推遲噴油是降低柴油機(jī)NOx排放的簡便有效的力法，但代價是燃油耗費(fèi)率有所提高，排氣煙度增大。廢氣再循環(huán)也能降低柴油機(jī)已燃?xì)怏w的溫度，從而減小NOx的排放量。四、微粒汽油含硫量普通都很低，假設(shè)用無鉛汽油，點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)根本上不排放微粒。柴油機(jī)的微粒排放量要比汽油機(jī)大幾十倍。這種微粒由在熄滅時生成的含碳粒子(碳煙)及其外表上吸附的多種有機(jī)物組成，后者稱為有機(jī)可溶成分(SOF)。碳煙生成的條件是高溫暖缺氧。由于柴油機(jī)混合氣極不均勻，雖然總體是富氧熄滅，但部分的缺氧還是導(dǎo)致碳煙的生成。Electron microsc

16、ope photograph of a particle in Diesel exhaust gasElectron microscope photograph of a particle in Diesel exhaust gas可以明晰的識別出單個碳黑小球顆粒碳煙構(gòu)成過程燃油中烴分子在高溫缺氧的條件下發(fā)生部分氧化和熱裂解，生成各種不飽和烴類，如乙烯、乙炔及其較高的同系物和多環(huán)芳香烴。它們不斷脫氫、聚合成以碳為主的直徑2nm左右的碳煙中心。氣相的烴和其他物質(zhì)在這個碳煙中心外表的凝聚，以及碳煙中心相互碰撞發(fā)生凝聚，使碳煙中心增大，成為直徑2030nm的碳煙基元。最后，碳煙基元經(jīng)過聚集作用堆積成

17、直徑1m以下的球團(tuán)狀或鏈狀的聚集物。 圖7-8 碳煙生成的溫度和a條件碳煙生成數(shù)量隨a降低而添加。在16001700K之間到達(dá)最大值。壓力對碳煙生成條件影響很小，但碳姻生成數(shù)量隨壓力提高而添加。圖7-9 柴油機(jī)熄滅中生成碳煙和NOx的溫度以及a條件圖7-9 柴油機(jī)熄滅中生成碳煙和NOx的溫度以及a條件b)分散熄滅混合氣形狀變化圖7-9 柴油機(jī)熄滅中生成碳煙和NOx的溫度以及a條件Second phase of combustion2已燃?xì)怏w量的影響a 0.5，熄滅以后必定產(chǎn)生碳煙。要碳煙和NO，a應(yīng)在0.60.9之間。空氣NOx ，空氣 碳煙。柴油機(jī)預(yù)混合熄滅中，由于燃油分布不均勻，既生成碳煙

18、，也生成NOx，只需很少部分燃油a=0.60.9 ，為污染物排放，應(yīng)使盡能夠多的混合氣的a控制在0.60.9之間。分散熄滅中，噴入a 4.0的混合氣區(qū)的燃油都會生成碳煙。溫度低時，生成不完全熄滅的液態(tài)HC。為分散熄滅中生成的碳煙，應(yīng)防止燃油與高溫缺氧的燃?xì)饣旌?。劇烈的氣流運(yùn)動及燃油的高壓放射都有助于燃油與空氣的混合。PM與NOx的Trade off關(guān)系第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的排放特性 一、點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī) 1穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)形狀在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)形狀下，各種污染物排放量隨發(fā)動機(jī)主要運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)即轉(zhuǎn)速n和平均有效壓力pm的變化稱為發(fā)動機(jī)的排放特性。電噴汽油機(jī)在部分負(fù)荷區(qū)，為了滿足三效催化劑的要求，將a控制在1.0左右，所以CO

19、排放較低。在大負(fù)荷工況，為到達(dá)較高的轉(zhuǎn)矩， a 1，因此區(qū)域CO排放高，NOx排放較低。圖7-10 一臺2L排量4氣門車用汽油機(jī)的排放特性 a)CO排放特性 b)HC排放特性 c)NO2排放特性 汽油機(jī)在不同工況下排氣成分的體積分?jǐn)?shù)排氣成分怠速加速定速減速HC8001065401064851065000106NOx23106154310612701066106CO4.9%1.8%1.7%3.4%CO210.2%12.1%12.4%6.0%2瞬態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)形狀車用內(nèi)燃機(jī)在實踐運(yùn)用中常出現(xiàn)瞬態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)形狀，例如起動、加速、減速等工況。轉(zhuǎn)速、負(fù)荷不斷變化，零部件的溫度以及任務(wù)循環(huán)參數(shù)不斷變化。所以，這時內(nèi)燃機(jī)

20、排放量與穩(wěn)定工況往往有很大不同。(1)冷起動汽油機(jī)冷起動時，由于進(jìn)氣系統(tǒng)和氣缸溫度低，汽油蒸發(fā)不好，較多的汽油堆積在進(jìn)氣管壁上，流速低呵斥油氣混合不好，因此需求添加供油量，以使使汽油機(jī)能正常起動。汽油機(jī)冷起動時混合氣的a 1?；旌蠚庵械钠鸵圆糠终魵庑螤?、部分液體形狀進(jìn)入氣缸。很濃的混合氣導(dǎo)致較高的CO排放。部分液態(tài)汽油在熄滅終了后從壁面蒸發(fā)，未熄滅就被排出氣缸，呵斥HC的大量排放。由于溫度低及混合氣過濃冷起動時的NOx排放量很低。(2)暖機(jī)過程汽油機(jī)起動以后，冷卻系和光滑系以及主要零部件仍未到達(dá)正常的溫度程度，需求一個暖機(jī)過程。這時仍需求a 輕型高速直噴機(jī)重型車用直噴機(jī)。因副室混合氣很濃，易

21、生成碳煙，主室中溫度較低，已生成的碳煙后期氧化較差。直噴機(jī)的HC排放量大于非直噴機(jī)。直噴機(jī)與非直噴機(jī)微粒排放量相差不大。直噴機(jī)的NOx排放量大于非直噴機(jī)，后者的初期熄滅發(fā)生在混合氣極濃的副室里，由于缺氧，NOx不易生成，而主室中熄滅在較低溫度下進(jìn)展(已開場膨脹)，NOx也不易生成。(一)熄滅方式和熄滅室外形圖7-28 車用增壓柴油機(jī)不同熄滅方式排放的負(fù)荷特性1非直噴式柴油機(jī)碳煙主要在副室生成，進(jìn)入主室后大部分被氧化。小負(fù)荷時，由于主熄滅室溫度較低，碳煙氧化慢，碳煙排放會大于直噴機(jī)。副熄滅室容積 ，碳煙，但NOx 。渦流室的相對容積在52左右得出最正確的碳煙與NOx折衷。預(yù)燃室的相對容積在253

22、0之間，預(yù)燃室容積，影響主熄滅室中的混合。1非直噴式柴油機(jī)渦流室中應(yīng)防止流動死區(qū)，電熱塞對氣流的干擾應(yīng)盡量小。噴油器安裝孔部位的流動死區(qū)從占渦流室容積的10 5，可使冒煙界限的pme 10；用順氣流安裝電熱塞替代垂直氣流安裝，可使冒煙界限的pme 5。減小電熱塞加熱頭的直徑(從6mm 到3.5mm)，可運(yùn)用油耗費(fèi)率 510g/(kWh)，全負(fù)荷煙度 0.51BSU。2直噴式柴油機(jī)直噴機(jī)熄滅室外形與噴油系統(tǒng)的配合、噴油油霧與空氣的混合，對于高性能、低排放具有決議性的意義。減少預(yù)混熄滅量，降低壓升率，控制NOx的生成量。在分散熄滅期，噴入燃油很好與空氣混合以減少碳煙的生成，這就需求有很高的噴油壓力

23、。在噴油終了后，剩余空氣仍能與燃?xì)鈩×一旌?，促進(jìn)碳煙的氧化。直噴機(jī)噴油系統(tǒng)的開展趨勢提高噴油壓力，從普通的不到100MPa提高到150MPa甚至200MPa。添加噴油器的噴孔數(shù)，減小孔徑。前者利于改善宏觀燃油分布，后者防止在小缸徑柴油機(jī)中過多燃油碰壁。目前，小型柴油機(jī)的噴孔直徑已減小到0.2mm左右，重型車用柴油機(jī)的噴孔數(shù)已添加到89。可控的燃油放射率變化歷程，如靴形放射、二次放射(預(yù)放射加主放射)：根據(jù)柴油機(jī)工況優(yōu)化噴油定時。直噴式柴油機(jī)的熄滅室設(shè)計(1)熄滅室容積比 熄滅室容積對氣缸余隙容積之比稱為熄滅室容積比。提高容積比，可以提高柴油機(jī)的冒煙界限，降低柴油機(jī)的碳煙和微粒排放?，F(xiàn)已證明，長

24、行程、低轉(zhuǎn)速、高增壓度的柴油機(jī)，綜合性能比短行程、高轉(zhuǎn)速的柴油機(jī)好。直噴式柴油機(jī)的熄滅室設(shè)計(2)熄滅室口徑比 口徑比dk/h或dk/D小的深熄滅室可在室中產(chǎn)生較強(qiáng)的渦流，因此可采用孔數(shù)較少的噴嘴。但渦流要呵斥能量損失，且低轉(zhuǎn)速時往往顯得渦流缺乏。同時，熄滅室口徑小添加噴霧碰壁量，呵斥HC排放添加。如今的趨勢是除了缸徑很小的柴油機(jī)用較小口徑比的熄滅室外，盡量用口徑比較大的淺平熄滅空(dk/D0.60.8)，配合小孔徑的多孔噴嘴。由于不需求劇烈的渦流輔助混合，熄滅過程對轉(zhuǎn)速敏感性較低。圖7-29 直噴式柴油機(jī)熄滅室容積比( 3)熄滅空外形如今運(yùn)用最廣的仍是直邊不縮口的形熄滅室：用縮口熄滅室加強(qiáng)熄

25、滅室口部的氣體湍流，促進(jìn)分散混合和熄滅。熄滅室底部中央的凸起適當(dāng)加大，以進(jìn)一步提高空氣的利用率。這是由于底部中央氣流運(yùn)動較弱，燃料噴注也不能到達(dá)，空氣不易被利用。用帶圓角的方形或五瓣梅花形(分別配4孔和5孔噴嘴)熄滅室，加強(qiáng)熄滅室中的微觀湍流，加速熄滅，減少碳煙生成。(4)緊縮比傳統(tǒng)的觀念是根據(jù)冷起動條件選擇緊縮比，緊縮比過高導(dǎo)致機(jī)械負(fù)荷過高。最近的研討闡明，適當(dāng)提高柴油機(jī)緊縮比可降低HC和CO排放，并結(jié)合推遲噴油獲得動力經(jīng)濟(jì)性能與NOx排放之間較好的折衷。 (二)噴油系統(tǒng)油泵-油管-噴嘴系統(tǒng)，噴油壓力1時，這些復(fù)原劑首先與氧反響，NOx的復(fù)原反響就不能進(jìn)展；當(dāng)a1.3，但部分地域的a仍會偏濃

26、生成碳煙。分子構(gòu)造嚴(yán)密的烴，比較容易產(chǎn)生碳煙。3對臭氧構(gòu)成的影響 近地面臭氧是毒性很大的空氣污染物，是光化學(xué)煙霧的主要成分之一。不同有機(jī)化合物有不同的生成臭氧活性MIR(單位質(zhì)量有機(jī)物生成臭氧的質(zhì)量)。烷經(jīng)和醇類的MIR較低。因此，以烷烴為主的天然氣和醇類燃料都屬于低排放的“清潔燃料。不飽和鏈烴和芳香烴的MIR較高，它們在燃油中的含量應(yīng)加以限制。作為排放物的醛類也有與烯烴類似的較高M(jìn)IR值。 4燃料產(chǎn)生的二氧化碳 燃料的C/H比越大，釋放單位熱量的CO2排放量越大，汽、柴油C/H0.5，完全熄滅產(chǎn)生的CO2為75g/MJ左右；甲烷C/H約0.25，產(chǎn)生CO2約55g/MJ；氫熄滅不產(chǎn)生CO2。

27、在燃料的制造和運(yùn)輸過程中需求耗費(fèi)能源，也會產(chǎn)生CO2。例如，用電時不產(chǎn)生CO2，但如用煤發(fā)電的電動汽車的CO2總排放量很高。所以，電動汽車可以緩解部分地域的環(huán)境污染和CO2排放，但對整個環(huán)境的壓力并沒有降低。二、石油燃料的改善1汽油的改善辛烷值缺乏就需降低緊縮比，添加CO2排放；汽油揮發(fā)性會影響蒸發(fā)排放；不完全熄滅的芳香烴對臭氧構(gòu)成影響很大。現(xiàn)代汽油中，辛烷值較低的以烷烴為主的直餾成分不到20，且都是其中辛烷值相對較高的部分，如丁烷和異戊烷等。大部分直餾汽油都要進(jìn)展催化重整(異構(gòu)化和脫氫)，重整產(chǎn)物含有較多異構(gòu)烷烴和芳香烴，辛烷值高，是無鉛汽油的主要成分。 2柴油的改善 柴油十六烷值缺乏那么著

28、火性差，滯燃期加長，預(yù)混熄滅量過多，NOx排放添加。污染物的排放，普通均隨燃料十六烷值的提高而下降，常規(guī)柴油的十六烷值在4050之間，今后低排放柴油要求十六烷值在55以上。芳香烴由于C/H比高、著火性差，使柴油機(jī)的CO、HC和微粒排放添加。低排放柴油要求芳香烴體積分?jǐn)?shù)在10以下。低排放柴油要求降低含硫量，降低柴油臺硫量就相應(yīng)地降低了微粒的排放量。三、代用燃料與排放 根據(jù)已探明的世界石油蘊(yùn)藏量和今天的石油耗費(fèi)量，估計最多可滿足人類對石油50100年的需求。運(yùn)用代用燃料的一個重要緣由是減少環(huán)境污染，特別是降低呵斥大氣溫室效應(yīng)的CO2排放。因此，在太陽能作用下獲得的二次能源，如植物能源以及氫和電就很

29、有開展前景。較有出路的內(nèi)燃機(jī)代用燃料有植物油、天然氣、醉類燃料、氫、電等。第七節(jié) 排放丈量與排放法規(guī)1、排放法規(guī)體系排放法規(guī)排放限值檢測方法整車排放限值發(fā)動機(jī)排放限值怠速法自在加速煙度循環(huán)工況法2、檢測方法 怠速法自在加速煙度：環(huán)保檢測、汽車修繕 工況法輕型車總重3.5T發(fā)動機(jī)測試臺架第七節(jié) 排放丈量與排放法規(guī)1943年：美國洛杉磯市出現(xiàn)光化學(xué)煙霧 photo-chemical smog1952年：加州工大A.H.Smit博士提出Smog生成機(jī)理 HCNO2 O3PAN過氧酰基硝酸鹽1966年：加州實施世界上第一個“汽車排放法規(guī) 7工況1968年：日本實施“大氣污染防止法 怠速測CO1970年

30、：歐洲開場實施排放法規(guī) 怠速測CO、HC1984年：中國實施排放法規(guī) 汽油車怠速、柴油車自在加速煙度1999年：北京實施歐法規(guī)2000年：全國實施歐法規(guī)第七節(jié) 排放丈量與排放法規(guī)第七節(jié) 排放丈量與排放法規(guī) 一、內(nèi)燃機(jī)排氣污染物的丈量 1取樣系統(tǒng) 普通分析儀器都是丈量該成分在排氣中的濃度，然后根據(jù)排氣流量算出該成分的總排放量。在穩(wěn)定工況下容易實現(xiàn)。非穩(wěn)定工況下，最直觀的方法就是把一個規(guī)范測試循環(huán)中的一切排氣搜集到氣袋里，然后丈量濃度和氣量，算出循環(huán)的總排放量。這種方法需求很大的氣袋來收失排氣，很不方便。圖7-36 采用臨界流文杜里管的定容取樣系統(tǒng)(CFV/CVS系統(tǒng))如今，世界各國的排放法規(guī)都規(guī)

31、定用定容取樣(CVS)系統(tǒng)取樣。CVS取樣系統(tǒng)排氣排入稀釋風(fēng)道經(jīng)空氣稀釋，構(gòu)成恒定容積流量的稀釋排氣。流入取樣袋中的氣樣中含有的污染物量與排氣污染物總量的比例堅持不變，氣袋中各污染物的濃度，乘上CV5系統(tǒng)中流過的稀釋排氣總量，就是內(nèi)燃機(jī)在丈量過程中各污染物的總排放量。 總流量確定：一是利用容積式泵計量，二是讓稀釋排氣流過一個處于臨界流動形狀的文杜里管。前者流量可無級變化，但構(gòu)造龐大，且質(zhì)量流量受溫度影響較大。后者質(zhì)量流量受溫度影響較小，且構(gòu)造相對簡單，改動總流量需改換或切換文杜里管，只能有級地改動。CVS取樣系統(tǒng)柴油機(jī)中較重的HC有能夠在樣氣袋中冷凝，需求用加熱到190的管路保送到分析器。為讓

32、排氣與稀釋空氣均勻混合，要求風(fēng)道中的氣流Re4000，且取樣探頭距排氣與空氣混合口在風(fēng)道直徑10倍以上。CVS取樣系統(tǒng)TypeDescriptionIExhaust emissionIICO, idling speedIIICrankcase gasesIVEvaporation EmissionVDurabilityVILow temperatureOBDOn Board DiagnosticTypeDescriptionIExhaust emissionIICO, idling speedIIICrankcase gasesIVEvaporation EmissionVDurability

33、VILow temperatureOBDOn Board Diagnostic+ SHEDLight Duty: Certification TestsGasoline CVSGasoline BagsCont. dilutedAmbient BagsEmission Bench - CEB IIDiesel Dilution TunnelParticulate SamplerH-FID Sample for HCDiesel BagsQuattroVenturiChassis Roller工況法測試舉例瞬態(tài)工況美國FTP-75適用于輕型車模擬城市行駛工況包括：冷起動熱穩(wěn)定停車熱起動四個階段，

34、分別采氣分析加權(quán) 2氣體成分的丈量原理排放法規(guī)規(guī)定：CO和CO2用不分光紅外分析儀(NDIR)丈量;NOx用化學(xué)發(fā)光分析儀(CLD)丈量;HC用氫火焰離子化分析儀(FID)丈量。當(dāng)需求從總碳?xì)銽HC中分出無甲烷碳?xì)浠衔颪MHC時，普通用氣相色譜儀丈量甲烷CH4。排氣中的氧常用順磁分析儀丈量。(1)不分光紅外分析儀NDIR的任務(wù)原理多數(shù)非對稱分子(不同原子構(gòu)成的分子)對紅外波段中一定波長具有吸收才干，其吸收程度與氣體濃度有關(guān)。如CO能吸收波長4.55m的紅外線；CO2能吸收44.5 m的紅外線；CH4能吸引2.3、3.4、7.6 m的紅外線。不分光紅外分析儀NDIR的任務(wù)原理從紅外光源射出的紅外線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的截光盤交替地投向氣樣室和裝有不吸收紅外線的氣體(如氖)的參比室，然后進(jìn)人檢測器。檢測器有兩個接納氣室，由作為可變電容器極的鋁箔薄膜隔開，兩室中都充有被測氣體