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1、南京航空航天大学金城学院第八章第八章 排气污染与控制排气污染与控制 2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院8-1 概述概述2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院环保与节能环境问题能源危机2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院汽车排放占大气污染物比例2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 1、CO：无色无臭无味的气体，破坏造血功能，呈中毒症状。 2、NOx：指NO和NO2，NO2是褐色有刺激性的气体。 3、HC：包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化产物。某些醛类和多环芳香烃对人体有严重危害。 光化学烟雾：其中最主要的生成
2、物是臭氧O3，它具有很强的氧化力和特殊的臭味，使橡胶裂开，植物受损，可见度降低，并刺激眼睛及咽喉。 汽车的主要排放污染物2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 排气中的微粒是指经空气稀释后的排气，它是在低于52温度下，在涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维滤纸上沉积的除水以外的物质，如柴油机的碳烟粒子，汽油机的铅及硫酸盐等。 微粒排放2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 1 1排放物的浓度排放物的浓度C C 在在一一定定排排气气容容积积中中，有有害害排排放放物物所所占占的的容容积积（或或质量）比例，称为排放物的浓度。质量）比例，称为排放物的浓度。 ppmppm、或或mgmgm
3、 m3 3，浓浓度度较较大大时时用用，而而浓浓度度较小时用较小时用ppm ppm （1ppm=0.00011ppm=0.0001）。）。 2 2排放物的质量排放量排放物的质量排放量G G 用用单单位位时时间间内内（或或一一次次试试验验）有有害害排排放放物物的的质质量量排放量排放量G G来衡量，单位是来衡量，单位是 g gh h（或（或 g g试验）。试验）。 3 3排放物的比排放量排放物的比排放量g g 每每单单位位功功率率小小时时排排出出污污染染物物的的质质量量称称为为比比排排放放量量gg（kWhkWh） 。排放指标排放指标2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院燃油在高温缺氧下
4、燃烧时易形成碳烟。燃油在高温缺氧下燃烧时易形成碳烟。减少黑烟的主要措施：减少黑烟的主要措施：1）增加过量空气系数）增加过量空气系数，但与提高柴油机的动力性，但与提高柴油机的动力性相矛盾。相矛盾。2）改善混合气的形成，与改善柴油机工作的柔和性）改善混合气的形成，与改善柴油机工作的柔和性相矛盾。相矛盾。排气冒黑烟排气冒黑烟主要发生在大负荷工况时，如加速，爬坡时。2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院暖机时，一般先冒白烟，后冒蓝烟，然后变为无暖机时，一般先冒白烟，后冒蓝烟，然后变为无色。色。排气冒蓝烟、白烟排气冒蓝烟、白烟 冷起动及怠速、低负荷运转时，气缸内温度低，冷起动及怠速、低负荷
5、运转时，气缸内温度低，燃烧不良，不同直径的柴油微粒随废气排出受光线燃烧不良，不同直径的柴油微粒随废气排出受光线的反射呈现出不同的颜色，白烟是由的反射呈现出不同的颜色，白烟是由0.61m的颗的颗粒构成，而蓝烟是由粒构成，而蓝烟是由0.6m以下的颗粒构成。以下的颗粒构成。2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院第二节第二节 有害排放物的生成有害排放物的生成2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 主要是NO，NO2排出量较少。 NO的产生：可以认为，氮的氧化反应发生在燃料燃烧反应所形成的环境中，其主导反应过程是一、氮氧化物一、氮氧化物ON2NON NO2NOO2022/6/
6、18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 （1）高温 （2）富氧 （3）充足的反应时间促使促使NO生成的因素生成的因素2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院燃烧过程中生成的重要的中间产物。生成的机理比较复杂，一般经历如下步骤： RHRRO2RCHORCOCOCO在火焰中及火焰后，以缓慢的速率氧化成CO2。 主要影响因素：混合气浓度。二、一氧化碳二、一氧化碳CO2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院生成与排出有三个渠道： 废气（尾气）：占6O以上 曲轴箱窜气由排出：占25 燃油蒸气漏泄：占1520左右三、未燃碳氢化合物三、未燃碳氢化合物（HC）2022/6/18内燃机原
7、理南京航空航天大学金城学院 HC的的生生成成与与排排出出有有三三个个渠渠道道，其其中中HC总总量量的的60%以以上上由由废废气气排排出出，25%由由曲曲轴轴箱箱窜窜气气，15%20%左右从油箱、化油器等处漏泄。左右从油箱、化油器等处漏泄。燃烧过程中燃烧过程中HC生成的主要途径生成的主要途径2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 1)活塞顶端气环与气缸壁之间形成的夹缝内的可活塞顶端气环与气缸壁之间形成的夹缝内的可燃混合气因火焰不能及时到达，而不能完全燃烧。燃混合气因火焰不能及时到达，而不能完全燃烧。2)相对冷态的气缸壁对火焰产生的热与活化基物质相对冷态的气缸壁对火焰产生的热与活化基
8、物质起着吸收的作用，促使火焰传播中断，即火焰在起着吸收的作用，促使火焰传播中断，即火焰在气缸壁表面产生激冷与淬熄现象。气缸壁表面产生激冷与淬熄现象。3)烧机油烧机油(润滑油）。润滑油）。4)发动机瞬变工况时，点火定时、空燃比以及排气发动机瞬变工况时，点火定时、空燃比以及排气再循环值均不处于最佳状态，燃烧恶化再循环值均不处于最佳状态，燃烧恶化，HC排放排放量增加，尤其是减速及怠速工况。量增加，尤其是减速及怠速工况。5)燃烧室中沉积物的影响。燃烧室中沉积物的影响。2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 柴油机微粒的主要成分：碳烟粒子
9、。它是燃料在燃烧过程中经历了一系列物理化学变化后形成的。四、微粒四、微粒2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院第三节第三节 影响汽油机有害排放物影响汽油机有害排放物生成的主要因素生成的主要因素2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 汽汽油油机机：预预混混燃燃烧烧，其其可可燃燃混混合合气气浓浓度度范范围围比比较较窄窄，在在一一些些工工况况下下（如如怠怠速速、满满负负荷荷等等）经经常常处处于于浓浓混混合合气气工工作作，因因而而混混合合气气成成分分是是影影响响排排放的最主要的因素。放的最主要的因素。 一、混合气成分一、混合气成分2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学
10、金城学院 CO：空空燃燃比比AF增增加加，CO浓浓度度逐逐渐渐下下降；降； NONOx x：浓浓度度两两头头低低，中中间间高高，NONO生生成成必必须须兼兼具高温、富氧两个条件。具高温、富氧两个条件。 HC：两两头头高高，中中间间低低，与与燃燃油油消消耗耗率率的的变化趋势基本一致。变化趋势基本一致。2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 减少点火提前角：降低NO及HC均有利，但以牺牲动力性为代价。二、点火正时二、点火正时2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 废废气气再再循循环环：NONO浓浓度度逐逐渐渐下下降降，但但燃燃烧烧的的有有效效性性降降低，动力性变差。低，
11、动力性变差。三、吸入废气量的影响三、吸入废气量的影响2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 对于不同的运行工况，各种有害排放物的差异很大。 怠速与减速工况，是HC生成的主要工况。四、工况四、工况2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院五、负荷五、负荷 负负荷荷是是通通过过混混合合气气成成分分对对燃燃烧烧产产物物中中有有害害物物质产生影响的。质产生影响的。 怠怠速速与与小小负负荷荷，混混合合气气偏偏浓浓，是是HCHC、COCO生生成成的主要工况。的主要工况。 中中等等负负荷荷，供供给给经经济济混混合合气气，HCHC、COCO含含量量低低，但但NOxNOx生成量增多。生成
12、量增多。 大大负负荷荷，供供给给浓浓混混合合气气，HCHC在在排排气气中中燃燃烧烧了了，COCO、NOxNOx排放增多。排放增多。2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院六、转速六、转速 随随着着转转速速的的升升高高，混混合合气气经经过过进进气气系系统统的的流流速及活塞运动速度升高，速及活塞运动速度升高，COCO、HCHC排放减少。排放减少。 NOxNOx与与混混合合气气的的成成分分有有关关，浓浓混混合合气气时时缸缸内内温温度度较较高高，NOxNOx含含量量增增加加，稀稀混混合合气气时时，缸缸内内温温度度较较低，低，NOxNOx生成量减少。生成量减少。 提提高高怠怠速速转转速速使使
13、混混合合气气变变稀稀，COCO、HCHC排排放放减减少。少。2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院第四节第四节 影响柴油机有害排放物影响柴油机有害排放物生成的主要因素生成的主要因素2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 柴油机燃烧：一种多相非均匀混合物的不稳定的燃烧过程。 喷雾过程、油束形成、混合气的浓度与分布以及燃烧室形式等，对排放物生成均有复杂的影响。一、柴油机燃烧及排放物生成的特点一、柴油机燃烧及排放物生成的特点2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 由于油雾及油蒸气在由于油雾及油蒸气在空间浓度分布不同，可大空间浓度分布不同，可大致分为致分为稀燃
14、火焰熄灭区、稀燃火焰熄灭区、稀燃火焰区、油束心部，稀燃火焰区、油束心部，油束尾部和后喷部油束尾部和后喷部以及壁以及壁面油膜，从油束边缘到油面油膜，从油束边缘到油束核心部分，局部空燃比束核心部分，局部空燃比可从无穷大变到零。根据可从无穷大变到零。根据负荷不同，各区排放物生负荷不同，各区排放物生成的性质也不一样。成的性质也不一样。 2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 未未燃燃HCHC：在在低低负负荷荷时时，主主要要产产生生在在稀稀燃燃火火焰焰熄熄灭灭区区；在在高高负负荷荷时时，主主要要产产生生在在油油束束心心部部、油油束束尾尾部部和和后后喷喷部部及壁面油膜及壁面油膜处。处。 CO
15、CO：低低负负荷荷时时，主主要要在在稀稀燃燃火火焰焰熄熄灭灭区区及及稀稀燃燃火火焰焰区区的的交交界界面面上上生生成成COCO；高高负负荷荷时时，在在油油束束心心部部、油油束束尾尾部及部及后喷后喷部，因局部缺氧而产生部，因局部缺氧而产生COCO。 NONOx x：在在燃燃烧烧完完全全、供供氧氧充充分分及及温温度度较较高高的的稀稀燃燃火火焰区及油束心部产生较多。焰区及油束心部产生较多。 碳烟：高负荷时，在油束心部、油束尾部和后喷部碳烟：高负荷时，在油束心部、油束尾部和后喷部的氧浓度低，气体温度高，燃油分子容易发生高温裂解的氧浓度低，气体温度高，燃油分子容易发生高温裂解而形成碳烟。而形成碳烟。 醛类
16、：主要在稀燃火焰熄灭区，由于低温氧化而产醛类：主要在稀燃火焰熄灭区，由于低温氧化而产生醛类中间产物。生醛类中间产物。 2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院二、影响因素二、影响因素1、混合气成分、混合气成分2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 COCO：柴柴油油机机过过量量空空气气系系数数11，加加上上柴柴油油蒸蒸发发性性比比汽汽油油小小，因因此此柴柴油油机机的的 HCHC及及COCO排排放放浓浓度度一一般般比比汽汽油油机机低低得得多多，但但在在接接近近满满负负荷荷时时（A AF F减减小小），COCO浓度骤增。浓度骤增。 NONO：生生成成率率最最高高处处仍仍出出现现在在油油量量较较大大的的高高负负荷荷工工况况。与与汽汽油油机机不不同同的的是是，柴柴油油机机NONO2 2的的生生成成浓浓度度较较高。高。NONO2 2浓度随浓度随 A AF F增加而减少。增加而减少。 碳烟：碳烟：混合气变浓，排烟浓度增多。混合气变浓，排烟浓度增多。 2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城学院 2、喷油时刻、喷油时刻2022/6/18内燃机原理南京航空航天大学金城
