第八章排氣污染與控制ppt課件

1、汽車發(fā)動機原理同窗們好汽車發(fā)動機原理第八章排氣污染與控制 第八章 排氣污染與控制 概述8.1 概述 1汽車發(fā)動機的排氣污染 汽車發(fā)動機的排氣是城市大氣污染的主要緣由，因此，控制發(fā)動機排放污染物是當(dāng)前的主要研討開展方向之一。 汽車發(fā)動機排放的有害物質(zhì)種類主要是CO、HC、NOX 和微粒(PM)，絕大多數(shù)污染物出如今廢氣中，少量 HC 來自于曲軸箱和燃料系統(tǒng)泄露的燃料及光滑油蒸發(fā)物，包括氣缸竄入曲軸箱的燃?xì)狻?發(fā)動機排放污染物的危害有二個方面： 1危及人體安康； 2破壞環(huán)境。 除了發(fā)動機排放污染物質(zhì)呵斥對大氣的直接污染，汽車有害排放物還能夠經(jīng)過與環(huán)境物質(zhì)或有害物質(zhì)之間的化學(xué)反響，構(gòu)成二次污染。第八

2、章 排氣污染與控制8.1 概述 2、汽車排放污染的危害 曾經(jīng)確定的典型的環(huán)境效應(yīng)是： 1酸雨，汽車排放污染物中酸性物質(zhì)溶解于水后構(gòu)成； 2光化學(xué)煙霧，汽車有害排放物中 HC 與NOX 在強陽光作用下，相互反響生成的有毒煙霧，主要成分是臭氧和PAN過氧?；跛猁}； 3臭氧層空洞，鹵族元素在強陽光照射時，耗費臭氧，導(dǎo)致臭氧層破壞； 4溫室效應(yīng)，汽車排放使大氣中CO2濃度添加，氣溫上升。 汽車有害排放物對人體和生物的危害有： CO： 血液輸氧才干降低、神經(jīng)中樞受損，嚴(yán)重時危及生命。 HC： 刺激鼻、眼和呼吸道粘膜，引發(fā)呼吸道疾病。 NOX ： 刺激人眼粘膜，對神經(jīng)中樞有抑制造用，使呼吸系統(tǒng)失調(diào)，引發(fā)

3、疾病。 微粒： 微粒是氣固態(tài)的物質(zhì)顆粒，因外表吸附多種有毒、致病、致癌或致命物質(zhì)而具有危害。 光化學(xué)煙霧： 對人體呼吸系統(tǒng)以及粘膜有劇烈刺激，引發(fā)肺水腫疾病。此外，對植物生長有抑制造用。第八章 排氣污染與控制8.1 概述 3、汽車排放控制技術(shù)規(guī)范 經(jīng)過幾十年的努力，汽車發(fā)動機排放的污染物質(zhì)數(shù)量曾經(jīng)大大減少。除CO2 以外，如今 100 輛汽車排放的污染物數(shù)量才相當(dāng)于1950年一輛汽車的排放量。 控制汽車排放的努力，集中表達(dá)在由各國政府制定并強迫實施的汽車排放控制技術(shù)規(guī)范。這是由于環(huán)境污染影響到整個地球和人類社會，并涉及各方面的經(jīng)濟利益。為突出汽車排放控制技術(shù)規(guī)范的強迫性，它們也被稱為排放法規(guī)。

4、 汽車排放法規(guī)的主要內(nèi)容是： 1限值：有害排放物的限制數(shù)量或濃度； 2實驗規(guī)范： 檢測汽車或發(fā)動機有害排放物時的實驗條件、要求和程序流程； 3采樣方法：檢測實驗時，采集樣品的原理、方法和要求； 4檢測儀器：一致規(guī)定測試儀器的任務(wù)原理。 但是，由于汽車保有量的繼續(xù)添加，汽車排放污染物的總量仍不斷上升，環(huán)境維護(hù)的情勢非常嚴(yán)峻，特別是CO2 的排放。第八章 排氣污染與控制8.1 概述 4、發(fā)動機排放污染物的計量單位和目的 汽車發(fā)動機的有害排放物實踐是微量的。由于有害排放物既有氣態(tài)的，也有液、固態(tài)的，因此，有害排放物的計量單位為： 1微量濃度單位CV/V或M/V ： %，10-6 百萬分之幾， g/m

5、3， mg/m3等，適宜于氣態(tài)有害物。 2微量質(zhì)量單位GM/T等： g/h，g/次，g/km，mg/h，mg/次，mg/km等，適宜于液、固態(tài)有害物，有時也用于氣態(tài)有害物。 發(fā)動機排放目的有： 1排放濃度，表示某種有害排放物在廢氣中所占容積或質(zhì)量的比例。 2排放質(zhì)量，表示汽車或發(fā)動機在單位時間、單次實驗或單位里程里排放的某種有害排放物質(zhì)量。 3比排放量，表示發(fā)動機單位功率小時的某種有害排放物 的質(zhì)量，用于不同發(fā)動機之間的比較。第八章 排氣污染與控制 有害排放物生成機理8.2 有害排放物生成機理 1NOX 生成機理 NOX 排放的生成機理目前尚無一致認(rèn)識，比較認(rèn)可的是用捷爾杜維奇鏈反響解釋 NO

6、 生成，并用其代表 NOX的生成機理。 這個反響機理表示NOX 生成反響是不分支的鏈反響，而且是吸熱反響。第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機理 生成要素 根據(jù)化學(xué)反響平衡原理、NOX 的生成機理、平衡濃度的模擬計算和發(fā)動機臺架實驗的結(jié)果，提示NOX生成的主要要素是： 1反響溫度 2氧氣濃度 3反響時間 汽油機熄滅溫度比柴油機高，因此，反響溫度是影響汽油機NOX 排放的主要要素；氧氣濃度經(jīng)過空燃比對汽油機 NOX 排放產(chǎn)生影響，在一定的空燃比范圍中，汽油機有較高的NOX排放；汽油機的轉(zhuǎn)速較高，反響時間對汽油機的NOX排放影響較小。 柴油機熄滅的特點時空氣充足，熄滅溫度比較低，因此，氧

7、氣濃度是影響柴油機NOX 排放的主要要素；氧氣濃度經(jīng)過空燃比對柴油機NOX排放發(fā)生影響，在一定的空燃比范圍中，柴油機有較高的NOX排放；柴油機的轉(zhuǎn)速雖然比汽油機低，但熄滅時間依然較短，故反響時間對柴油機的NOX排放影響較小。第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機理 2、CO 生成機理 1缺氧與部分缺氧熄滅 根據(jù)化學(xué)計量學(xué)原理，當(dāng)空氣過量，氧氣充足，稀混合氣熄滅時，燃料應(yīng)該能完全熄滅，不會產(chǎn)生 CO；空氣缺乏，缺氧或部分缺氧，即濃混合氣熄滅時，會產(chǎn)生較多的 CO 。 即空氣充足空氣缺乏第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機理 3水煤氣反響 水煤氣反響也是熄滅產(chǎn)物中有一定數(shù)量 CO

8、 的緣由之一。水蒸氣也可高溫離解 2CO2的高溫離解 1 時，熄滅產(chǎn)物中有一定數(shù)量 CO 的緣由之一是存在 CO2 的高溫離解離解后的 H2 和 O2 參與其它反響，主要是水煤氣反響第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機理 4熄滅過程不完善 實踐熄滅過程是一個非常復(fù)雜的鏈?zhǔn)椒错?。熄滅過程中產(chǎn)生大量中間產(chǎn)物，包括 CO 。鏈?zhǔn)椒错懼袛唷⒉徽Ｏ缛缤獗睃c火、爆震以及后燃過于嚴(yán)重，即熄滅過程不完善，都構(gòu)成 CO 排放。 有很多緣由可以導(dǎo)致熄滅過程不完善。如部分?jǐn)嗷?、缺火、活性粒子碰撞壁面而失去活性、混合氣過濃或過稀、廢氣稀釋過度、各種點火缺點等等。這些緣由都會呵斥熄滅過程不完善。 汽油機熄

9、滅時，混合氣濃度變化較大，既有缺氧的濃混合氣，也有氧氣充足的稀混合氣。電控汽油放射式發(fā)動機根本是濃混合氣。因此，汽油機CO 排放的主要要素是缺氧和熄滅不完善。 柴油機熄滅時空氣充足，但混合氣濃度不均勻。因此，部分缺氧和熄滅不完善是柴油機CO 排放的主要要素。 CO2的高溫離解和水煤氣反響雖然也是CO排放的緣由，但在發(fā)動機熄滅過程中發(fā)生的幾率很小，可以忽略。第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機理 3、HC 生成機理 1缸壁激冷效應(yīng) 熄滅室壁面附近區(qū)域的混合氣不能熄滅景象稱為缸壁激冷效應(yīng)。 2熄滅室縫隙效應(yīng) 發(fā)動機熄滅室縫隙中混合氣不能熄滅的景象稱為縫隙效應(yīng)。 3熄滅過程不完善 發(fā)動機排

10、放的 HC 主要是熄滅過程中間產(chǎn)物。熄滅過程不完善，構(gòu)成 HC 排放。 4掃氣和漏氣 少量混合氣在氣門重疊時，直接從進(jìn)氣門流向排氣門掃氣。氣門封鎖不嚴(yán)漏氣，也可導(dǎo)致 HC 排放。 5光滑系統(tǒng)與燃料系統(tǒng)的蒸發(fā) 部分 HC 排放來自燃料系統(tǒng)和曲軸箱的氣體泄露。燃料系統(tǒng)的泄露完全是燃油蒸汽，曲軸箱泄露的氣體包括氣缸竄氣和光滑油蒸汽。第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機理 HC 是熄滅過程中間產(chǎn)物，是可熄滅氣體。隨著熄滅的進(jìn)展會逐漸減少，并且在排氣過程和排氣管內(nèi)會進(jìn)一步氧化。 僅就熄滅來說，汽油機氣缸內(nèi)是混合氣。因此，熄滅過程不完善、壁面激冷效應(yīng)和縫隙效應(yīng)是汽油機 HC 排放的主要緣由，掃氣

11、漏氣那么是次要緣由；柴油機氣缸中，壁面區(qū)域和縫隙中幾乎全部是空氣，換氣時出現(xiàn)掃氣也完全是空氣，熄滅時混合氣濃度不均勻，存在混合氣極其稀薄的區(qū)域，因此，柴油機的 HC 排放主要緣由是熄滅過程不完善。二沖程汽油機換氣過程包括依托新穎混合氣頂出缸內(nèi)的廢氣掃氣過程，實現(xiàn)換氣，使得相當(dāng)數(shù)量的新穎混合氣進(jìn)入排氣口。因此，掃氣是其 HC 排放的最主要緣由。第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機理 4、微粒 與汽油機相比，柴油機的微粒排放比較突出。 柴油機微粒排放的類型 1白煙 白煙在起動及暖機過程前期，發(fā)動機溫度在 250 時出現(xiàn)，主要成分為燃油顆粒，微粒直徑較小。 在起動及暖機過程前期，發(fā)動機溫度

12、低，緊縮壓力相對降低，噴油量小，噴油壓力下降，油束霧化不好，同時，熄滅條件差，存在部分混合氣過濃或油束心部、后部在分散熄滅時未能充分熄滅景象。未能熄滅燃料在排氣過程受已燃?xì)怏w的加熱變成燃油蒸汽，構(gòu)成白煙。 2藍(lán)煙 藍(lán)煙在暖機過程后期，溫度為250 至著火溫度出現(xiàn)，主要成分為光滑油顆粒，微粒直徑略大。 在暖機過程后期，發(fā)動機溫度逐漸升高，熄滅室壁面溫度提高，使壁面光滑油蒸發(fā)，但氣缸供油量少，熄滅熱量小，熄滅溫度低，不能使光滑油蒸汽熄滅，因此構(gòu)成藍(lán)煙排出。第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機理 3黑煙碳煙 黑煙在急加速過程或大負(fù)荷時出現(xiàn)，主要成分為碳顆粒，微粒直徑較大，直徑范圍寬。 柴油

13、機的微粒排放主要是碳煙。 碳煙生成機理 碳煙是熄滅過程的中間產(chǎn)物。熄滅過程中包括分子裂解、分解以及聚合等反響，在部分缺氧熄滅時，就出現(xiàn)碳煙。碳煙生成有兩條道路：高溫下裂解、復(fù)聚和環(huán)構(gòu)；較低溫度下聚合、環(huán)構(gòu)和脫氫。 1高溫道路第八章 排氣污染與控制8.2 有害排放物生成機理 2低溫道路 柴油機碳煙生成主要按高溫道路，即高溫并缺氧熄滅是碳煙生成的主要緣由。 隨著熄滅過程進(jìn)展，碳煙也會氧化熄滅。發(fā)動機碳煙排放數(shù)量取決于碳煙生成和氧化矛盾作用的結(jié)果。在熄滅過程中，碳煙生成幾乎不可防止。因此，重要的是加強氧化熄滅，才干減少碳煙排放數(shù)量。第八章 排氣污染與控制 有害排放物生成的影響要素8.3 有害排放物生

14、成的影響要素 8.3.1 汽油機有害排放物生成的影響要素 內(nèi)因 1燃料質(zhì)量 燃料質(zhì)量影響熄滅過程，從而直接影響有害排放物生成；燃料成分影響空燃比的計算和控制，間接影響有害排放物生成。 2混合氣濃度空燃比或過量空氣系數(shù) CO 和 HC 排放濃度隨空燃比提高而迅速減小，空燃比超越某一數(shù)值后， CO 和 HC 濃度反而添加?？杖急?A / F 16 即 1.08 時， CO 排放濃度最低； A / F 超越 20 時， CO 排放濃度因熄滅速度過慢且不穩(wěn)定而添加。當(dāng) A / F = 17 即 1.15 時， HC 排放濃度最低。空燃比過大 A / F 17 時，HC 排放濃度因熄滅不穩(wěn)定迅速添加。第

15、八章 排氣污染與控制8.3 有害排放物生成的影響要素 NOX 生成濃度隨空燃比添加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，在空燃比 A / F 為15 16 之間獲得最大值。 當(dāng)混合氣濃度較大， A / F 較小時，NOX 生成濃度隨空燃比加大而添加。這種混合氣熄滅溫度高，氧氣濃度低，隨著空燃比添加，氧氣濃度提高， NOX生成濃度上升。 空燃比繼續(xù)加大，NOX 生成濃度也上升。到 A / F 15 16 時，NOX 生成濃度到達(dá)極大值。此時，空燃比對氧氣濃度和熄滅溫度兩方面影響的綜合效果，最有利于NOX生成。 空燃比添加到混合氣成為稀薄混合氣，NOX生成濃度迅速下降。由于這種混合氣熄滅溫度急劇下降。 上述討論

16、可知，稀薄熄滅有利于改善汽油機的排放。 8.3.1 汽油機有害排放物生成的影響要素 內(nèi)因 3混合氣濃度空燃比或過量空氣系數(shù)第八章 排氣污染與控制8.3 有害排放物生成的影響要素 3EGR 將少部分廢氣送入氣缸，參與下一循環(huán)熄滅，有利于抑制NOX生成，但廢氣再循環(huán)的廢氣量不能過大。否那么，會使熄滅惡化。 外因 4點火提早角 對應(yīng)每一個工況，存在一個 最正確點火提早角，此時，汽油機動力性和經(jīng)濟性最好。推遲點火，HC和NOX 排放減少，但CO排放添加。 5緊縮比 發(fā)動機緊縮比大， NOX 排放多，其他有害排放物少。 6工況 發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時， HC 和 CO 排放濃度較高，中等轉(zhuǎn)速時HC 和 CO

17、排放最低。適當(dāng)提高怠速有利于降低HC 和 CO 排放，但怠速過高會引起油耗添加。 8.3.1 汽油機有害排放物生成的影響要素 內(nèi)因 第八章 排氣污染與控制8.3 有害排放物生成的影響要素 8.3.2 柴油機有害排放物生成的影響要素 內(nèi)因 1燃料質(zhì)量 燃料質(zhì)量影響熄滅過程，從而直接影響有害排放物生成；燃料成分影響空燃比的計算和控制，間接影響有害排放物生成。 2混合氣濃度空燃比或過量空氣系數(shù) 柴油機CO 和 HC 排放濃度比汽油機低得多。CO 和 HC 排放濃度隨燃空比提高而添加。中小負(fù)荷時， CO 和 HC 排放濃度最低。大負(fù)荷時，燃空比較大， CO 排放濃度急劇添加，HC 排放添加不多。 柴油

18、機 NOX 生成濃度與汽油機相當(dāng)。 NOX 生成濃度也隨燃空比添加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢， NOX 濃度最大值出如今接近全負(fù)荷工況。 柴油機碳煙生成比汽油機嚴(yán)重。燃空比添加到一定數(shù)值，碳煙排放迅速提高。 3EGR 將少部分廢氣送入氣缸，參與下一循環(huán)熄滅，有利于抑制NOX 生成，但廢氣再循環(huán)的廢氣量不能過大。否那么，會使熄滅惡化。第八章 排氣污染與控制8.3 有害排放物生成的影響要素 8.3.2 柴油機有害排放物生成的影響要素 外因 4噴油提早角 對應(yīng)每一個工況，存在一個 最正確噴油提早角，此時，柴油機動力性和經(jīng)濟性最好。假設(shè)推遲噴油，NOX 排放減少，但碳煙排放添加。 5緊縮比 發(fā)動機緊縮比大

19、， NOX 排放多，其他有害排放物少。 6工況 發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時， HC 排放濃度較高；大負(fù)荷時NOX 排放較多；全負(fù)荷時碳煙排放高。 7熄滅室 直噴式熄滅室的有害排放物比分隔式熄滅室多。第八章 排氣污染與控制8.3 有害排放物生成的影響要素 8.3.2 柴油機有害排放物生成的影響要素 柴油機熄滅與有害物生成 HC 中小負(fù)荷時在稀燃火焰熄滅區(qū)生成，由于過稀不能熄滅；大負(fù)荷時在油束心部生成，由于熄滅不完全。 CO 中小負(fù)荷時在稀燃火焰熄滅區(qū)生成，由于過稀不能熄滅；大負(fù)荷時在油束心部生成，由于部分缺氧。 NOX 大負(fù)荷時在稀燃火焰區(qū)生成，由于這里溫度高，氧氣多。 碳煙 全負(fù)荷時在油束心部生成，由于這里溫度高并缺氧。第八章 排氣污染與控制 有害排放物的控制8.4 有害排放物的控制 8.4.1 概述 針對內(nèi)因采取的控制措施，前處置凈化； 針對外因采取的控制措施，機內(nèi)凈化； 補救措施，后處置凈化，包括 排氣后處置； 非排氣的污染物控制。 8.4.2 前處置凈化 1、 提高燃油質(zhì)量：環(huán)保汽油和環(huán)保柴油配方燃油；開發(fā)新型燃油添加劑。 2、 采用EGR第八章 排氣污染與控制8.4 有害排