燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理

第二章燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理2.1氮氧化物的生成2.2CO的生成機(jī)理2.3HC的生成機(jī)理2.4顆粒物的生成機(jī)理2.5硫化物的生成機(jī)理2.6光化學(xué)煙霧的生成機(jī)理燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!概述：主要內(nèi)容了解汽車尾氣中的主要污染物CO、HC、NOx和微粒的生成機(jī)理；掌握其生成的影響因素。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!2.1氮氧化物的生成一氧化氮二氧化氮車用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的氮氧化物NOx包含NO和NO2，其中大部分是NO，它們?cè)贜2在燃燒高溫下的產(chǎn)物。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!結(jié)論：在稀混合氣區(qū)NO的生成主要是溫度起作用；在濃混合氣區(qū)主要是氧濃度起作用。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!當(dāng)量比為0.85時(shí)，為何是稀混合氣？燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!噴油提前角減小，燃燒推遲，燃燒溫度較低，生成的NOX較少。影響NOX生成的因素影響柴油機(jī)NOX生成的因素噴油定時(shí)的影響負(fù)荷與轉(zhuǎn)速的影響NOX排放隨負(fù)荷增大而顯著增加。轉(zhuǎn)速對(duì)NOX排放的影響比負(fù)荷的影響小。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!2.2CO的生成機(jī)理CO是燃燒過(guò)程中的中間產(chǎn)物，是最早被發(fā)現(xiàn)有害污染物之一。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!圖2-7甲烷與氧氣混合氣火焰中CO的摩爾分?jǐn)?shù)分布燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!汽油機(jī)一氧化碳的生成機(jī)理Φa<1時(shí)，因缺氧引起不完全燃燒，CO的排放量隨Φa的減小而增加。Φa>1時(shí)，CO的排放量都很小。Φa=1.0～1.1時(shí)，CO的排放量變化較復(fù)雜。由上圖可以看出燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!柴油機(jī)一氧化碳的生成機(jī)理燃料與空氣混合不均勻，局部缺氧和低溫，燃燒區(qū)停留時(shí)間較短，小負(fù)荷時(shí)盡管Φa很大，CO排放量反而上升。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!2.3HC的生成機(jī)理汽車的未然碳?xì)渲赣善嚺欧诺臎](méi)有燃燒或部分的碳?xì)浠衔锏目偡Q，通常用HC表示。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!2.3.2汽油機(jī)未燃HC的生成機(jī)理碳?xì)浠衔锏纳蓹C(jī)理火焰在壁面淬冷冷起動(dòng)、暖機(jī)和怠速等工況下，壁面溫度較低，淬熄層較厚，壁面火焰淬熄是此類工況下未燃HC的重要來(lái)源。狹隙效應(yīng)火焰不能進(jìn)入各種狹窄的間隙，便會(huì)產(chǎn)生未燃HC。潤(rùn)滑油膜對(duì)燃油蒸汽的吸附與解吸進(jìn)氣過(guò)程中，潤(rùn)滑油膜溶解和吸收了進(jìn)入氣缸的碳?xì)浠衔?。燃燒過(guò)程中，HC向已燃?xì)饨馕?。燃燒室?nèi)沉積物的影響沉積物使HC排放增加。體積淬熄燃燒室中壓力和溫度下降太快，可能使火焰熄滅。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!2.3.4汽油車燃油蒸發(fā)和泄漏的HC排放由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱排出的氣體混合物其組成大約為85％的未燃燃料空氣混合氣和15％的廢氣（由燃燒室泄漏的燃燒產(chǎn)物），泄漏量隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損而增加。在沒(méi)有控制的汽車上從曲軸箱通風(fēng)管排人大氣的泄漏氣體大約為汽車HC化合物排放量的25％。

燃油蒸發(fā)污染物控制裝置：把由燃油系統(tǒng)的各個(gè)通風(fēng)口泄漏的燃油蒸汽先用碳罐吸收起來(lái)，等到發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)在釋放出來(lái)使其進(jìn)入氣缸內(nèi)燃燒。發(fā)動(dòng)機(jī)工作電磁閥打開燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!運(yùn)行條件的影響汽油機(jī)運(yùn)行條件的影響負(fù)荷增加時(shí)，HC排放量絕對(duì)值將隨廢氣流量變大而幾乎呈線性增加。負(fù)荷的影響轉(zhuǎn)速較高時(shí)，氣缸內(nèi)混合氣的擾流混合、渦流擴(kuò)散及排氣擾流、混合程度的增大改善了氣缸內(nèi)的燃燒過(guò)程，HC排放濃度明顯下降。轉(zhuǎn)速的影響點(diǎn)火提前角減小可使HC排放下降。點(diǎn)火時(shí)刻的影響壁面溫度升高，HC排放濃度相應(yīng)降低。提高冷卻介質(zhì)溫度有利于減弱壁面激冷效應(yīng)，降低HC排放。壁溫的影響燃燒室面容比大，單位容積的激冷面積也隨之增大，未燃烴總量必然也增大。降低燃燒室面容比是降低汽油機(jī)HC排放的一項(xiàng)重要措施。燃燒室面容比的影響負(fù)荷的影響轉(zhuǎn)速的影響點(diǎn)火時(shí)刻的影響壁溫的影響燃燒室面容比的影響2.3.5影響碳?xì)浠衔锷傻囊蛩厝紵^(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!運(yùn)行條件的影響柴油機(jī)運(yùn)行條件的影響噴油嘴噴孔面積的影響冷卻水進(jìn)水溫度的影響進(jìn)氣密度的影響2.3.5影響碳?xì)浠衔锷傻囊蛩厝紵^(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!2、燃燒室面容比F／V一般來(lái)說(shuō)，F(xiàn)／V大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng)，容易爆燃，HC排放高(圖5—21)，相對(duì)散熱面積大，熱損失大。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!2.4.1汽油機(jī)微粒的生成機(jī)理GB17930-1999《車用無(wú)鉛汽油》硫與排氣系統(tǒng)中氧化催化劑SO2—SO3+HO2—H2SO4燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!2.4.3煙粒的生成機(jī)理（1）在高溫富油缺氧區(qū)，通過(guò)裂解和脫氫過(guò)程，經(jīng)過(guò)核化形成先期產(chǎn)物；（1）表面生長(zhǎng)；煙粒生成階段：煙粒長(zhǎng)大階段：（2）在低于1500K的低溫區(qū)，通過(guò)聚合和冷凝生成碳煙微粒。（2）聚集。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!（1）燃油中芳香烴含量及餾程越高，微粒排放量越大；烷烴含量越高，微粒排放量越少；燃料的影響：（2）柴油機(jī)的排煙濃度隨十六烷值的提高而增大。2.4.4影響微粒生成的因素燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!適當(dāng)增加空氣渦流，有利于改善混合氣品質(zhì)，減少碳煙排放量高溫缺氧是造成碳煙生成量增加的重要原因空氣渦流的影響：其它因素的影響：燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!光化學(xué)煙霧

排入大氣的NOx和HC受太陽(yáng)紫外線作用產(chǎn)生的一種具有刺激性的淺藍(lán)色煙霧。危害：（1）對(duì)眼睛的刺激作用。（2）對(duì)植物和有機(jī)物等的損害。（3）對(duì)呼吸系統(tǒng)的影響。（4）頭痛、咳嗽等癥狀。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!NO的生成機(jī)理O2→2OO＋N2→NO＋NN＋O2→NO＋ON＋OH→NO＋HNO的平衡摩爾分?jǐn)?shù)xNOe與過(guò)量空氣系數(shù)Φa的關(guān)系NO的生成主要與溫度和過(guò)量空氣系數(shù)有關(guān)。Φa>1的稀混合區(qū)，xNOe隨溫度的升高而迅速增大。Φa<1的濃混合區(qū)，xNOe隨Φa的減小而急劇下降。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!NO2的生成機(jī)理汽油機(jī)排氣中的NO2濃度與NO的濃度相比可忽略不計(jì)，由于柴油機(jī)在低負(fù)荷及低轉(zhuǎn)速時(shí)使生成NO2的被冷流體淬冷的區(qū)域很大，故在柴油機(jī)中NO2可占到排氣中總NOX的10%～30%。NO＋HO2→NO2＋OHNO2＋O→NO＋O2NO在火焰區(qū)可以迅速轉(zhuǎn)變成NO2。NO2只有在NO2生成后，火焰被冷的空氣所激冷，NO2才能保存下來(lái)，因此，汽油機(jī)長(zhǎng)期怠速會(huì)產(chǎn)生大量NO2。柴油機(jī)在小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃燒室存在許多低溫區(qū)域，使NO2濃度增大。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!影響NOX生成的因素影響汽油機(jī)NOX生成的因素過(guò)量空氣系數(shù)和燃燒室溫度的影響Φa<1時(shí)，由于缺氧即使燃燒室內(nèi)溫度很高NOX的生成量仍會(huì)隨著的降低而降低，此時(shí)氧濃度起著決定性作用。Φa>1時(shí)，溫度起著決定性作用，NOX生成量隨溫度升高而迅速增大。最高溫度通常出現(xiàn)在Φa≈1.1，且有適量的氧濃度，故NOX排放濃度出現(xiàn)峰值。Φa進(jìn)一步增大，溫度下降的作用占優(yōu)勢(shì)，NO生成量減少。殘余廢氣分?jǐn)?shù)的影響廢氣分?jǐn)?shù)增大，減小了可燃?xì)獾陌l(fā)熱量，增大了混合氣的比熱容，使最高燃燒溫度下降，NO排放降低。點(diǎn)火時(shí)刻的影響點(diǎn)火提前角的減小，NO排放量不斷下降。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，EGR閥開啟，使少量的廢氣進(jìn)入進(jìn)氣歧管，與可燃混合氣一起進(jìn)入燃燒室。怠速時(shí)EGR閥關(guān)閉，幾乎沒(méi)有廢氣再循環(huán)至發(fā)動(dòng)機(jī)。汽車廢氣是一種不可燃?xì)怏w(不含燃料和氧化劑)，在燃燒室內(nèi)不參與燃燒。它通過(guò)吸收燃燒產(chǎn)生的部分熱量來(lái)降低燃燒溫度和壓力，以減少氧化氮的生成量。進(jìn)入燃燒室的廢氣量隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增加而增加。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!一氧化碳的生成機(jī)理汽車尾氣中CO的產(chǎn)生是燃燒不充分所致，是氧氣不足而生成的中間產(chǎn)物。燃?xì)庵械难鯕饬砍渥銜r(shí)，理論上燃料燃燒后不會(huì)存在CO。但當(dāng)氧氣量不足時(shí)，就會(huì)有部分燃料不能完全燃燒，而生成CO。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!汽油機(jī)一氧化碳的生成機(jī)理汽油機(jī)CO排放量xCO與

及過(guò)量空氣系數(shù)Φa的關(guān)系燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!柴油機(jī)一氧化碳的生成機(jī)理Φa=1.5～3，CO排放量要比汽油機(jī)低得多。大負(fù)荷（Φa=1.2～1.3）CO的排放量才大量增加。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!影響一氧化碳生成的因素

理論上當(dāng)AF=14.7以上時(shí)，排氣中不存在CO，只有CO2燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!2.3.1點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)(汽油機(jī))汽車HC來(lái)源未燃HC生成與排放的途徑漏入曲軸箱的竄氣中含有大量未燃燃料（曲軸箱泄漏）燃燒過(guò)程中未燃燒或燃燒不完全的碳?xì)淙剂希ㄅ艢庀到y(tǒng)）燃油蒸汽（燃油供給系統(tǒng)）點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)（柴油機(jī)）汽車HC來(lái)源壓燃式內(nèi)燃機(jī)(柴油機(jī))的未然HC都是在缸內(nèi)燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的，即排氣系統(tǒng)和曲軸箱泄漏。區(qū)別燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!2.3.3柴油機(jī)未燃HC的生成機(jī)理燃料在氣缸內(nèi)停留的時(shí)間較短，生成HC的相對(duì)時(shí)間也短，故其HC排放量比汽油機(jī)少。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!2.3.5影響碳?xì)浠衔锷傻囊蛩赜绊懱細(xì)浠衔锷傻囊蛩鼗旌蠚赓|(zhì)量的影響混合氣的均勻性越差則HC排放越多。運(yùn)行條件的影響汽油機(jī)運(yùn)行條件的影響燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!影響碳?xì)浠衔锷傻囊蛩鼗旌蠚赓|(zhì)量的影響汽油機(jī)運(yùn)行條件的影響柴油機(jī)運(yùn)行條件的影響運(yùn)行條件的影響2.3.5影響碳?xì)浠衔锷傻囊蛩厝紵^(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!燃燒室面容比F／V面容比（F/V）值小,則結(jié)構(gòu)緊湊。F/V——燃燒室表面積與其容積之比。優(yōu)點(diǎn)：1）火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x小，不易爆燃，可提高壓縮比。2）相對(duì)散熱損失小，熱效率高。3)熄火面積小，HC排量小。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!2.4顆粒物的生成機(jī)理顆粒物（PM）也稱為微粒物，形成于內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程，主要成分為碳元素，燃燒過(guò)程中的PM是排氣中碳煙形成的原因。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁(yè)!2.4.2柴油機(jī)微粒的組成與特征柴油機(jī)排氣微粒由很多原生微球的聚集體而成，總體結(jié)構(gòu)為團(tuán)絮狀或鏈狀。當(dāng)排氣溫度超過(guò)500℃時(shí)，碳質(zhì)微球的聚集體，稱為碳煙，也稱為煙粒；排氣溫度低于500℃時(shí)，煙粒會(huì)吸附和凝聚多種有機(jī)物，稱為有機(jī)可溶成份。排氣溫度的影響燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁(yè)!煙粒的氧化及有機(jī)可溶成份的吸附與凝結(jié)氧化作用需要有一定的溫度，至少在700～800℃。組成SOF的重質(zhì)有機(jī)化合物向煙粒聚集物的凝結(jié)與吸附。煙粒的氧化：有機(jī)可溶成份的吸附與凝結(jié)：燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共42頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁(yè)!（1）噴油定時(shí)的影響；提前噴油或非常遲的噴油，可以降低排氣煙度。噴油參數(shù)的影響：（2）噴油規(guī)律的影響：大部分燃油在前半時(shí)間內(nèi)噴入氣缸時(shí)，參與預(yù)混燃燒的油量增多，故排煙濃度低而NO濃度高；（3）噴油嘴不正常噴射的影響：滴漏或二次噴射對(duì)碳煙有不利影響；（4）噴油壓力的影響：提高噴油壓力，減少煙粒的生成。燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)理共4