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1、要紧内容：介绍了汽车尾气中的要紧污染物CO、HC、NOX和微粒的生成机理及其阻 碍因素。1 一氧化碳1.1汽车尾气中CO的产生是由于燃油在气缸中燃烧不充分所致,是氧气不足而生成的 中间产物。阻碍一氧化碳生成的因素理论上当a在14.7以上时，排气中不存在CO,而只生成CO2o实际上由于燃油和空气 混合不平均，在排气中还含有少量CO。即使混合气混合的专门平均，由于燃烧后的温度专 门高，差不多生成的CO2也会由于一小部分分解成CO和O2, h2o也会部分分解成O2和 H2，生成的h2也会使CO2还原成CO,因此，排气中总会有少量CO存在。可见，凡是阻 碍空燃比的因素，即为阻碍CO生成的因素。1. 进
2、气温度的阻碍一样情形下，冬天气温可达零下20C以下，夏天在30C以上，爬坡时发动机罩内进气 温度超过80C。随着环境温度的上升，空气密度变小，而汽油的密度几乎不变，化油器供 给的混合气的空燃比a随吸入空气温度的上升而变浓，排出的CO将增加。因此，冬天和夏 天发动机排放情形有专门大的不同。图2-3为一定运转条件下，进气温度与空燃比的关系， 大致和绝对温度的方根成反比的理论相一致。图2-3进气温度与空燃比的关系 图2-5怠速转速对CO和HC排放的阻碍怠速图2-4海拔高度与大气压力的关系M203040530V. km/hV/(km/h)图2-6某汽油机等速工况排气成分实测结果2. 大气压力的阻碍大气
3、压力P随海拔高度而变化，由体会公式P = P(1 - 0.02257h匕256kPa(2-4)式中：h 一海拔高度，km。当海平面P0=100kPa时，可作出海拔高度和大气压力变化关系的曲线，如图2-4所示。 当忽略空气中饱和水蒸气压时，空气密度P可用下式表示：P = 1.293273P（273 + T）760kg/m32-5式中：T 温度，。能够认为空气密度P和大气压力P成正比，从简单化油器理论可知，空燃比和空气密 度的平方根成正比，因此进气管压力降低时，空气密度下降，那么空燃比下降，CO排放量 将增大。3. 进气管真空度的阻碍当汽车急剧减速时，发动机真空度在68kPa以上时，停留在进气系统
4、中的燃料，在高真 空度下急剧蒸发而进入燃烧室，造成混和气瞬时过浓，致使燃烧状况恶化。CO浓度将显著 增加到怠速时的浓度。4. 怠速转速的阻碍图2-5表示了怠速转速和排气中CO、HC浓度的关系。怠速转速为600r/min时，CO浓 度为1.4%, 700r/min时，降为1%左右，这说明提高怠速转速，可有效地降低排气中CO浓 度，然而，怠速过高会加大挺杆响声，对液力变扭汽车，还可能发生溜车的危险。假如这些 问题得到解决，一样从净化的观点，期望怠速转速规定高一点较好。5. 发动机工况的阻碍发动机负荷一定时，CO的排放量随转速增加而降低，到一定的车速后，变化不大。图 2-6为某汽油机负荷一定、匀速工
5、况下的CO浓度的变化。当车速增加时，CO专门快降低， 至中速后变化不大，这是由于化油器供给发动机的空燃比，随流量增加接近于理论空燃比的 结果。2 碳氢化合物车用柴油机中的未燃HC差不多上在缸内的燃烧过程中产生并随排气排放。气油发动机 中未燃HC的生成与排放要紧有以下三种途径。1在气缸内的燃烧过程中产生并随废气排出，此部分HC要紧是燃烧过程中未燃烧 或燃烧不完全的碳氢燃料。2从燃烧室通过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱的窜气中含有大量未燃燃料， 假如排入大气中也构成HC排放物。3从气油机的燃油系统蒸发的燃油蒸气。阻碍碳氢化合物生成的因素未燃HC排放要紧是由于缸内混合气过浓、过稀或局部混合不均引起
6、燃烧不完全而导致 的，造成燃烧不完全的因素大致有混合气的质量、发动机的运行条件、燃烧室结构参数及点 火与配气正时等。1. 混合气质量的阻碍 混合气质量的优劣要紧表达在燃油的雾化蒸发程度、混合气的平均性、空燃比和缸内残余废气系数的大小等方面。混合气的平均性越差那么HC排放越多。当空燃比略大于理论空 燃比时， HC 有最小值；混合气过浓或过稀均会发生不完全燃烧，废气相对过多那么会使火 焰中心的形成与火焰的传播受阻甚至显现断火，致使HC排放量增加。2. 运行条件的阻碍1气油机运行条件的阻碍 1负荷的阻碍：发动机试验结果说明：当空燃比和转速保持不变，并按最大功率调 剂点火时刻时，改变发动机负荷，对HC
7、的相对排放浓度几乎没有阻碍。但当负荷增加时， HC 排放量绝对值将随废气流量变大而几乎呈线性增加。2转速的阻碍：发动机转速对HC排放浓度的阻碍那么专门明显。转速较高时，HC 排放浓度明显下降，这是由于气缸内混合气的扰流混合、涡流扩散及排气扰流、混合程度的 增大改善了气缸内的燃烧过程、促进了激冷层的后氧化，后者那么促进了排气管内的氧化反 应。3点火时刻的阻碍：点火时刻对HC排放浓度的阻碍表达在点火提早角上。点火延 迟点火提早角减小可使HC排放下降，这是由于点火延迟使混合气燃烧时的激冷壁面面 积减小，同时使排气温度增高，促进了HC在排气管内的氧化。但采纳推迟点火，靠牺牲燃 油经济性来降低HC排放是
8、得不偿失的。因此，点火延迟要适当。4壁温的阻碍：燃烧室的壁温直截了当阻碍了激冷层厚度和HC的排气后反应。据 研究，壁面温度每升高1C, HC排放浓度相应降低0.63x10-61.04x10-6。因此提高冷却介 质温度有利于减弱壁面激冷效应，降低HC排放。5燃烧室面容比的阻碍：燃烧室面容比大，单位容积的激冷面积也随之增大，激冷 层中的未燃烃总量必定也增大。因此，降低燃烧室面容比是降低汽油机HC排放的一项重要 措施。2柴油机运行条件的阻碍 1喷油时刻的阻碍：柴油机喷油时刻喷油提早角决定了气缸内的温度。喷油提 早角0增大，缸内温度较高，使HC排放量下降。在一台自然吸气式直喷柴油机上进行的 试验证实：
9、在13工况下，当0偏离最正确值时，缸内温度及反应区的气体环境均发生变化。 0平均减小1CA，HC的体积分数平均增加8.97%； 0平均增加1CA，HC平均下降1.97%。2喷油嘴喷孔面积的阻碍： 当循环喷油量及喷油压力不变时，改变喷孔面积不仅改 变了喷油时刻的长短，同时同时改变了油雾颗粒大小和射程的远近，即阻碍油气混合的质量， 必将导致HC排放量的变化。有试验结果证实：在13工况下，以喷孔直径为0.23 mm的四孔 喷油嘴的喷孔面积为参考基础，当面积减小1%时，HC的体积分数相应减小1.23%；当面 积增加1%时，HC的体积分数相应增大7.71%。这说明喷孔面积加大时，雾化和混合质量 变差，H
10、C排放量增加幅度较大；反之，燃烧得到改善，但HC排放量降低幅度较小。3冷却水进水温度的阻碍：冷却水温相对降低，将导致气缸内温度降低，HC排放 量会相对增加。试验证明：以冷却水进水温度75C为比较标准，当进水温度下降到65C时， 13工况下的HC体积分数平均增加37.21%。4进气密度的阻碍：进入柴油机的空气密度降低，使缸内空气量减少，燃烧不完善, HC排放量一样会增加。试验证明：进气压力在0.09670.0947MPa的变化范畴内，空气密 度每下降1%，13工况下HC平均减少0.99%。3氮氧化物3.1车用发动机排气中的氮氧化物NOX包含NO和NO2，其中大部分是NO,它们是 n2在燃烧高温下
11、的产物。阻碍NOx生成的因素1. 阻碍汽油机NOX排放的因素1过量空气系数和燃烧室温度的阻碍由于e直截了当阻碍燃烧时的气体温度和可利用的氧浓度，因此对nox生成的阻碍是a专门大的。当e小于1时，由于缺氧即使燃烧室内温度专门高nox的生成量仍会随着e的a入a降低而降低，现在氧浓度起着决定性作用；但当e大于1时，nox生成量随温度升高而迅a入速增大，现在温度起着决定性作用。由于燃烧室的最高温度通常显现在e J，且现在也有a适量的氧浓度，故nox排放浓度显现峰值。假如e进一步增大，温度下降的作用占优势，xa那么导致NO生成量减少。2残余废气分数的阻碍图2-10排气中NO的体积分数随点火提早角的变化汽
12、油机中燃烧室内的混合气由空气、已蒸发的燃油蒸气和已燃气组成，后者是前一工作 循环留下的残余废气，或由废气再循环系统EGR中从排气管回流到进气管并进入气缸的 燃烧废气。残余废气分数xi定义为：缸内残余废气质量mi与进气终了气缸内充量质量mc之比，即x=mi/mc(2-12)式中：m=m +m.+m , m和m分别为进入气缸的空气和燃油质量。c e i r er残余废气分数要紧取决于发动机负荷和转速。减小发动机负荷即减小节气门开度和提高 转速，均加大了进气阻力，使残余废气分数增大。压缩比较高的发动机残余废气分数较小。 通过废气再循环可大大增加气缸中的残余废气分数。当可燃混合气中废气分数增大时，既减
13、 小了可燃气的发热量又增大了混合气的比热容，都使最高燃烧温度下降，从而使NO排放降 低。3点火时刻的阻碍由于点火时刻对燃烧室内温度和压力有明显阻碍，故其对NO生成的阻碍也专门大。图 2-10表示了三种空燃比下排气中NO的体积分数随点火提早角0的变化趋势。从该图能够看 出：随着e的减小，no排放量不断下降；当。值专门小时，下降速率趋缓。增大点火提早角使较大部分燃料在压缩上止点前燃烧，增大了最高燃烧压力值，从而导 致较高的燃烧温度，并使已燃气在高温下停留的时刻较长，这两个因素都将导致NO排放量 增大。因此延迟点火和使用比理论混合气较浓或较稀的混合气都能使NO排放降低，但同时 也会导致发动机热效率降
14、低，严峻阻碍发动机经济性、动力性和运转稳固性，因此应慎重对 待。2. 阻碍柴油机NOX排放的因素柴油机与汽油机的要紧差别之一在于燃油是在燃烧刚要开始前才喷入燃烧室的,燃烧期CO、NOx、HC随喷油提早角inj的变化间燃油分布不平均，引起已燃气体中温度和成分不平均。上述阻碍汽油机NOX排放的大部 分因素也适用于柴油机。与汽油机一样，柴油机气缸内达到的最高燃烧温度也有操纵NO生成的作用。在燃烧过 程中最先燃烧的混合气量紧接着滞燃期的预混合燃烧对NO的生成量有专门大阻碍。 因为这部分混合气在随后的压缩过程中由于被压缩，使温度升到较高值，从而导致NO生成 量的增加。然后这些燃气在膨胀过程中膨胀并与空气
15、或温度较低的燃气混合，冻结已生成的 NO。因此，在燃烧室中存在温度较低的空气是压燃式发动机的第二个专门之处。这也确实 是柴油机中NO成分的冻结发生得比汽油机早以及NO的分解倾向较小的缘故。1喷油定时的阻碍试验说明，柴油机气缸内NO生成率大约从燃烧开始后20CA内达到最大值，其数值大小大致与预混燃烧期内燃烧的混合气数量成正比。喷油提早角减小，使燃烧推迟，燃烧温度1 . . . i!211m 4L1 一i -io a ID 203040509 CA ATDC图2-12传统柴油机的典型放热规律虚线与低排放柴油机的优化放热规律实线1- 推迟燃烧始点，降低NOX排放；2- 降低初始燃烧温度减少NOX生成；3- 坚持中期快速燃烧和燃烧温度，降低微粒排放；4- 缩短扩散燃烧期，降低燃料消耗率、排气温度和微粒排放较低，生成的NOX较少。这种推迟喷油的方法是降低柴油机NOX排放的最简单易行且有效 的方法，但会使燃油消耗率略有提高。图2-11表示现代车用柴油机的喷油定时在从上止点 前8CA4CA范畴内变化时，柴油机性能和排放的相对变化趋
