内燃机污染物排放机理课件.ppt

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若能组织良好的燃烧过程，即具备充足的氧气、充分的混合，足够高的温度和较长的滞留时间，中间产物,CO,最终会燃烧完毕，生成,CO,2,或,H,2,O,因此控制,CO,的排放不是企图抑制它的形成，而是努力使之完全燃烧6,第一节 汽油机排放污染物二、CO的生成机理及影响因素3.,,第一节 汽油机排放污染物,二、,CO,的生成机理及影响因素,4.,当,φ,a,≥1,时，,CO,生成的其它机理,：,,,,2,）发动机前后循环之间燃料分配不均匀；,3,）各缸之间燃料分配不均匀；,4,）稀混合气中存在局部过浓混合气1,）,CO,2,、,H,2,O,的高温离解；,7,第一节 汽油机排放污染物二、CO的生成机理及影响因素4.,,三、,HC,的生成机理及影响因素,,,,（一）未燃,HC,的组成：,未燃烃：,各种没有燃烧和没有完全燃烧的碳氢化合物的总称，简作,HC,第一节 汽油机排放污染物,8,三、HC的生成机理及影响因素（一）未燃HC的组成：未燃烃：第,,三、,HC,的生成机理及影响因素,,,（二）未燃,HC,的生成机理,第一节 汽油机排放污染物,1.,不完全燃烧（氧化）,空燃比,怠速高负荷工况,加速和减速,9,三、HC的生成机理及影响因素（二）未燃HC的生成机理第一节,,三、,HC,的生成机理及影响因素,,,激冷效应：,发动机的低温燃烧室壁面对火焰的迅速冷却效应。

淬熄层：,激冷效应使火焰中产生的活性自由基复合，燃烧反应链中断，反应变缓或停止火焰不能传播到燃烧室壁表面，在表面留下一薄层未燃烧或不完全燃烧的可燃混合气，称为淬熄层第一节 汽油机排放污染物,（二）未燃,HC,的生成机理,2.,壁面淬熄效应,10,三、HC的生成机理及影响因素激冷效应：发动机的低温燃烧室壁面,,三、,HC,的生成机理及影响因素,,,活塞顶岸部与气缸壁之间,进排气门头部周围,火花塞螺栓处,气缸盖垫接合位置,,第一节 汽油机排放污染物,（二）未燃,HC,的生成机理,3.,狭缝效应,11,三、HC的生成机理及影响因素活塞顶岸部与气缸壁之间进排气门头,,三、,HC,的生成机理及影响因素,溶解吸收和解吸作用；,冷起动工况：润滑油温度降低使燃油在其中的溶解度上升，提高了润滑油在,HC,排放中的分担率；,适当设计活塞环以降低润滑油消耗，有助于降低,HC,排放量第一节 汽油机排放污染物,（二）未燃,HC,的生成机理,4.,壁面油膜和积碳吸附,12,三、HC的生成机理及影响因素溶解吸收和解吸作用；第一节 汽,,三、,HC,的生成机理及影响因素,（三）影响,HC,生成的因素,——,（,1,）空燃比,HC,排放浓度和数量有随混合气变稀而下降的趋势，,A/F≈14.8,当,A/F,＞,17,时，混合气过分稀薄，易发生火焰不完全传播以致断火，,HC,排放迅速增加。

第一节 汽油机排放污染物,13,三、HC的生成机理及影响因素（三）影响HC生成的因素——（1,,（,2,）燃烧室面容比,——,面容大，单位容积的激冷面积也随之增大，未燃烃总量必然也增大降低燃烧室面容比是降低汽油机,HC,排放的一项重要措施3,）壁面温度,——,壁面温度升高，,HC,排放浓度相应降低提高冷却介质温度有利于减弱壁面激冷效应，降低,HC,排放第一节 汽油机排放污染物,三、,HC,的生成机理及影响因素,（三）影响,HC,生成的因素,14,（2）燃烧室面容比——面容大，单位容积的激冷面积也随之增大，,,四、,NOx,的生成机理及影响因素,（一）,NOx,的性质来源,NOx,包括：,,NO,、,NO,2,、,N,2,O,、,N,2,O,3,、,N,2,O,4,、,N,2,O,5,大气中,NOx,主要以,NO,、,NO,2,的形式存在NOx,的性质,N,2,O,：单个分子的温室效应为,CO,2,的,200,倍，并参与臭氧层的破坏NO,：大气中,NO,2,的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分NO,2,:,强烈刺激性，来源于,NO,的氧化，酸沉降第一节 汽油机排放污染物,15,四、NOx的生成机理及影响因素（一）NOx的性质来源NOx包,,四、,NOx,的生成机理及影响因素,（二）,NOx,的形成机理,燃料型,NO,：,,燃料中的固定氮生成的,NO,激发型,NO,：,,低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的,NO,高温型,NO,：,高温下,N,2,与,O,2,反应生成的,NO,,第一节 汽油机排放污染物,16,四、NOx的生成机理及影响因素（二）NOx的形成机理燃料型N,,四、,NOx,的生成机理及影响因素,1.,燃料型,NO,燃料中氮的热分解温度低于燃烧温度，在,600-800,o,C,时就会生成燃料型；,汽油基本不含氮，柴油和重油少量含氮。

燃料型的形成由,气相氮的氧化（挥发份）,和,焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）,两部分组成第一节 汽油机排放污染物,17,四、NOx的生成机理及影响因素1. 燃料型NO燃料中氮的热,,四、,NOx,的生成机理及影响因素,由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的,CH,、,C,2,、,C,自由基可以和空气中氮气反应生成,HCN,，再进一步与,O,、,OH,作用以极快的速度生成,NO,第一节 汽油机排放污染物,CH+N,2,=HCN+N,C+N,2,=CN+N,CH,2,+N,2,=HCN+NH,C,2,+N,2,=2CN,HCN+OH=CN+H,2,O,HCN+O=HCO+H,CN+O,2,=CO+N,N+OH=NO+H,N+O,2,=NO+O,2.,激发型,NO,18,四、NOx的生成机理及影响因素由于燃料挥发物中碳氢化合物高温,,四、,NOx,的生成机理及影响因素,燃烧时，空气中的氮在高温下氧化产生，生成过程是不分支连锁反应其生成机理可用,Zeldovitch,反应式表示随着反应温度,T,的升高，其反应速率按指数规律增加当,T<1500,o,C,时，,NO,的生成量很少，而当,T>1500,o,C,时，,T,每增加,100,o,C,，反应速率增大,6-7,倍。

第一节 汽油机排放污染物,,3.,高温型,NO,19,四、NOx的生成机理及影响因素燃烧时，空气中的氮在高温下氧化,,四、,NOx,的生成机理及影响因素,高温型,NO,形成的动力学,——Zeldovich,模型,,,,在高温下总生成式为,第一节 汽油机排放污染物,3.,高温型,NO,20,四、NOx的生成机理及影响因素高温型NO形成的动力学——Ze,,四、,NOx,的生成机理及影响因素,,靠大气中氮生成,NO,的化学机理是扩展的,Zeldovitch,机理，也称为“热,NO,”,有关,NO,主要反应（生成和消失）为：,第一节 汽油机排放污染物,3.,高温型,NO,,21,四、NOx的生成机理及影响因素 靠大气中氮生成NO的化学机理,,四、,NOx,的生成机理及影响因素,（三）,NO,的化学平衡,平衡浓度的定义：,当燃烧产生高温，在一定温度和压力下，当反应时间足够长，反应物的浓度将趋于某个定值这个值称为平衡浓度NO,浓度大大依赖于温度和氧浓度,在稀混合气区,NO,的生成主要是温度起作用；在浓混合气区主要是氧浓度起作用第一节 汽油机排放污染物,以,C,8,H,18,(,正辛烷,),为燃料在,40,个大气压时计算得到的,NO,平衡浓度与温度,T,及当量比,φ,（,1/,λ,，过量空气系数的倒数）关系曲线。

当量比,φ,=1,时，表示理论混合比当量比,φ,>1,为浓混合气22,四、NOx的生成机理及影响因素（三）NO的化学平衡平衡浓度的,,四、,NOx,的生成机理及影响因素,（三）,NO,的非化学平衡,t,是从燃烧开始（温度升高,),算起当滞留时间,t,值小的时候，,NO,生成量比平衡浓度要低得多,膨胀过程，缸内,T,平衡浓度,逆向反应速率过低,NO,冻结,NO,浓度＞ 排气温度对应平衡浓度,第一节 汽油机排放污染物,,,,23,四、NOx的生成机理及影响因素（三）NO的非化学平衡t是从燃,,四、,NOx,的生成机理及影响因素,（三）,NO,的生成因素,温度：,随着温度上升，,NO,平衡浓度提高，生成速度加快稀混合气区）,氧的浓度：,氧浓度上升，,NO,上升（浓混合气区）滞留时间：,NO,的生成反应速度比燃烧反应慢，长滞留时间导致,NO,的生成量升高三条结论对于汽油机和柴油机都适用,第一节 汽油机排放污染物,24,四、NOx的生成机理及影响因素（三）NO的生成因素温度：随着,,四、,NOx,的生成机理及影响因素,（四）,NO,的影响因素,——,过量空气系数,,a,=0.9,，燃烧温度较高，氧浓度低，抑制,NO,生成。

,a,提高，氧增加效果抵消燃气温度下降，导致,NO,生成增大，,NO,排放量峰值出现在,,a,=1.1,左右的略稀混合气中,a,进一步增加，温度下降的效果占优势，导致,NO,生成量减少第一节 汽油机排放污染物,25,四、NOx的生成机理及影响因素（四）NO的影响因素——过量空,,四、,NOx,的生成机理及影响因素,（四）,NO,的影响因素,——,已燃气分量,已燃气体能够减小可燃气的发热量，同时增大混合气的比热容（,CO,2,和,H,2,O,三原子气体的比热容远大于,O,2,和,N,2,双原子气体），使最高燃烧温度下降，,NO,排放下降已燃气分数增加还使燃烧速率下降，同样降低燃烧温度和,NO,排放可燃混合气中的已燃气分数增大能够降低,NOx,排放,第一节 汽油机排放污染物,26,四、NOx的生成机理及影响因素（四）NO的影响因素——已燃气,,第二节 柴油机排放污染物,一、涡流空气中的喷注分层模型,喷孔,喷注尾部过后喷射,喷注核心,贫油火焰区,贫油火焰外围区,喷注前沿,着火核心,火焰前锋,空气涡流,壁面,27,第二节 柴油机排放污染物一、涡流空气中的喷注分层模型喷孔喷,,第二节 柴油机排放污染物,一、涡流空气中的喷注分层模型,部分负荷，完全燃烧产物,+NOx,近全负荷，不完全燃烧产物,+C,完全燃烧产物,+NOx,不完全氧化产物,+HC,空气涡流,不完全燃烧产物,HC+C+CO,28,第二节 柴油机排放污染物一、涡流空气中的喷注分层模型部分负,,第二节 柴油机排放污染物,二、,HC,排放,1.,混合气太稀或太浓,,1,）滞燃期内，可能因为油气混合太快使混合气,过稀。

柴油机未燃,HC,的排放主要来自,柴油喷注的外缘混合过度造成的,过稀混合气地区2,）在喷油后期的高温燃气中，因为油气混合不充分使混合气,过浓，,产生不完全燃烧产物随排气排出，但这时较多的,HC,多被,碳烟微粒吸附29,第二节 柴油机排放污染物二、HC排放1. 混合气太稀或太浓,,第二节 柴油机排放污染物,2.,火焰淬熄：,,,1,）火焰,壁面淬熄,是柴油机,HC,排放的一个来源，它取决于柴油喷注与燃烧室壁面的碰撞情况2,）对于小型高速柴油机，由于燃烧室尺寸小，而喷油嘴的喷孔又不能太小（影响喷油量），燃油喷注碰壁一般不可避免，但在匹配良好的情况下引起的,HC,排放不很严重二、,HC,的排放特点,30,第二节 柴油机排放污染物2. 火焰淬熄： 1）火焰壁面,,第二节 柴油机排放污染物,三、,CO,的排放特点,柴油机总是在,,a,>1,（,1.5-3,之间）下工作，,CO,排放量比较低，只有在负荷很大接近冒烟界限时（,1.2-1.3,之间,）才急剧增加柴油机喷油量小，温度低，后期氧化作用不完全，容易生成,CO,，,造成,,a,很大,（负荷很小时）,CO,排放上升31,第二节 柴油机排放污染物三、CO的排放特点柴油机总是在a,,第二节 柴油机排放污染物,四、,NOx,的排放,NO,2,的生成机理：,,汽油机排气中的,NO,2,浓度与,NO,的浓度相比可忽略不计，但在柴油机中,NO,2,可占到排气中总,NO,X,的,10%,～,30%,。

NO,＋,HO,2,→ NO,2,,＋,OH,,NO,2,＋,O → NO,＋,O,2,32,第二节 柴油机排放污染物四、NOx的排放NO2 的生成机理,,第二节 柴油机排放污染物,缸内快速取样技术和全气缸取样技术的测量表明，柴油机几乎所有,NO,都是在燃烧开始的头,20°CA,以内生成的推迟喷油是降低柴油机,NOx,排放的简便有效的方法，但代价是燃油消耗率有所提高，排气烟度增大四、,NOx,的排放,2.,喷油定时的影响：,,33,第二节 柴油机排放污染物缸内快速取样技术和全气缸取样技术的,,第二节 柴油机排放污染物,柴油机的微粒：,除去未化合的水以外所有固态的碳基颗粒,DS,、液态的燃油与润滑油,SOF,以及无机物硫酸盐（,SO,2,、,NO,2,、铅）等物质的总称,里卡多认为（美国环保局认为）：,微粒是指经过稀释后的排气，在低于,51.7℃,以下，在涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维滤纸上沉积的除水分以外的物质五、微粒排放,34,第二节 柴油机排放污染物柴油机的微粒：除去未化合的水以外所,,第二节 柴油机排放污染物,,白 烟,蓝 烟,黑 烟（碳烟）,产生工况,低温启动不久及怠速工况,尚未完全预热或低负荷运转,大、全或加速等负荷（高压、高温、局部缺氧 ）,状态,液态油滴,液态油滴,碳烟微粒,直径大小,1.3um,左右,0.4um,以下,≤,0.1,～,1um,其它,暖车后白烟消失,有刺激性气味,后期氧化,五、微粒排放,微粒的理化特性,,35,第二节 柴油机排放污染物白 烟蓝 烟黑 烟（碳烟）产生,,第二节 柴油机排放污染物,脱氢裂解,——,在预混火焰的高温预热区和扩散火焰的低温氧化区裂解成为先期产物；,表面增长和凝聚,——20~30nm,（,1,）烟粒生成阶段：,（,2,）烟粒长大阶段：,成核,——,足够稳定性抵御分解；足够化学活性与其他集团快速反应（极性共轭结构）,——2nm,集聚（球状或链状多孔聚合物）,——1μm,1.,微粒的形成机理,五、微粒排放,36,第二节 柴油机排放污染物脱氢裂解——在预混火焰的高温预热区,,第二节 柴油机排放污染物,氧化作用需要有一定的温度，至少在,700,～,800℃,。

3,）烟粒的氧化：,碳烟的,生成主要是在燃烧的初期和中期，而碳烟的氧化主要是在燃烧的中期和后期；,碳烟浓度先是上升到一最大值，然后浓度下降，这表明碳烟的,氧化反应加快，碳烟浓度急剧降低；,碳烟的氧化速率,主要和温度有密切关系，同时还和剩余氧以及在高温下的逗留时间有关1.,微粒的形成机理,五、微粒排放,37,第二节 柴油机排放污染物氧化作用需要有一定的温度，至少在7,柴油机燃烧生成碳烟和,NOx,的温度以及,,a,条件（柴油机混合气在,预混合燃烧中的典型状态的变化,如图上各箭头所示）,在预混合燃烧中，大部分燃油,a,大于,0.7,，主要生成,NOx,应缩短滞燃期和控制滞燃期内喷油量，使尽可能多的混合气,a,控制在,0.6-0.9,之间第二节 柴油机排放污染物,2.,微粒和,NOx,五、微粒排放,38,柴油机燃烧生成碳烟和NOx的温度以及a条件（柴油机混合气在,柴油机燃烧中生成碳烟和,NOx,的温度以及,,a,条件（柴油机,扩散燃烧中混合气状态变化,如图所示）（第二阶段燃烧）,过量空气系数小于,4,的燃油都会生成烟粒（温度低于烟粒生成温度的混合气生成,HC,）喷油结束后，燃气与空气进一步混合，其状态变化如图中虚线箭头所示。

第二节 柴油机排放污染物,2.,微粒和,NOx,五、微粒排放,39,柴油机燃烧中生成碳烟和NOx的温度以及a条件（柴油机扩散燃,,第二节 柴油机排放污染物,五、微粒排放,2.,微粒和,NOx,PM,与,NOx,表现出很强的折衷,Trade-off,关系,(,平衡关系,),达到严格的排放法规要求：燃烧优化和尾气后处理方案,实际开发,40,南昌大学机电学院,第二节 柴油机排放污染物五、微粒排放2. 微粒和NOx,,第二节 柴油机排放污染物,柴油机排气微粒,,烟粒,有机可溶成分,,来自燃油：减少未燃,HC,排放使,SOF,降低,来自润滑油：降低润滑油消耗，改善汽缸活塞组和活塞环的控油性能,降低微粒排放问题的核心,烟粒生成的重要条件：高温下燃料严重缺氧,降低烟粒排放的根本：,改善柴油机的油气混合均匀性，使燃烧室内任一单元燃油均能找到足以不生成烟粒的空气2.,微粒的影响因素,五、微粒排放,41,第二节 柴油机排放污染物柴油机排气微粒烟粒有机可溶成分来自,,第二节 柴油机排放污染物,喷油压力,的影响：,提高喷油压力能够减小油雾的平均直径改善燃油雾化，促进燃油与空气的混合，改善油气混合的均匀性，从而减少烟粒的生成。

同样的喷油装置在较高转速下有较高的喷油压力，在较大负荷（喷油量）下也有较高的喷油压力2.,微粒的影响因素,五、微粒排放,42,第二节 柴油机排放污染物喷油压力的影响：提高喷油压力能够减,,第二节 柴油机排放污染物,涡流比的影响：,适当增加空气涡流，有利于改善混合气品质，减少碳烟排放量采用缩口燃烧室在燃烧过程期间能较好地保持室内的空气涡流，从而促进后期的扩散燃烧，加速烟粒的氧化2.,微粒的影响因素,五、微粒排放,43,第二节 柴油机排放污染物涡流比的影响：适当增加空气涡流，有,,第二节 柴油机排放污染物,气门结构的影响：,多气门技术能提高充量系数，从而使过量空气系数增大喷油器为中央布置，喷雾场对称，改善了燃油与空气混合的均匀性涡轮增压大大增加了柴油机的充气量，提高燃油燃烧的空燃比，因而能显著降低柴油机的烟度和微粒排放涡轮增压的影响：,2.,微粒的影响因素,五、微粒排放,44,第二节 柴油机排放污染物气门结构的影响：多气门技术能提高充,,1,、想要体面生活，又觉得打拼辛苦；想要健康身体，又无法坚持运动人最失败的，莫过于对自己不负责任，连答应自己的事都办不到，又何必抱怨这个世界都和你作对？人生的道理很简单，你想要什么，就去付出足够的努力。

2,、时间是最公平的，活一天就拥有,24,小时，差别只是珍惜你若不相信努力和时光，时光一定第一个辜负你有梦想就立刻行动，因为现在过的每一天，都是余生中最年轻的一天3,、无论正在经历什么，都请不要轻言放弃，因为从来没有一种坚持会被辜负谁的人生不是荆棘前行，生活从来不会一蹴而就，也不会永远安稳，只要努力，就能做独一无二平凡可贵的自己4,、努力本就是年轻人应有的状态，是件充实且美好的事，可一旦有了表演的成分，就会显得廉价，努力，不该是为了朋友圈多获得几个赞，不该是每次长篇赘述后的自我感动，它是一件平凡而自然而然的事，最佳的努力不过是：但行好事，莫问前程愿努力，成就更好的你！,,5,、付出努力却没能实现的梦想，爱了很久却没能在一起的人，活得用力却平淡寂寞的青春，遗憾是每一次小的挫折，它磨去最初柔软的心智、让我们懂得累积时间的力量；那些孤独沉寂的时光，让我们学会守候内心的平和与坚定那些脆弱的不完美，都会在努力和坚持下，改变模样6,、人生中总会有一段艰难的路，需要自己独自走完，没人帮助，没人陪伴，不必畏惧，昂头走过去就是了，经历所有的挫折与磨难，你会发现，自己远比想象中要强大得多多走弯路，才会找到捷径，经历也是人生，修炼一颗强大的内心，做更好的自己！,,7,、“一定要成功”这种内在的推动力是我们生命中最神奇最有趣的东西。

一个人要做成大事，绝不能缺少这种力量，因为这种力量能够驱动人不停地提高自己的能力一个人只有先在心里肯定自己，相信自己，才能成就自己！,,8,、人生的旅途中，最清晰的脚印，往往印在最泥泞的路上，所以，别畏惧暂时的困顿，即使无人鼓掌，也要全情投入，优雅坚持真正改变命运的，并不是等来的机遇，而是我们的态度9,、这世上没有所谓的天才，也没有不劳而获的回报，你所看到的每个光鲜人物，其背后都付出了令人震惊的努力请相信，你的潜力还远远没有爆发出来，不要给自己的人生设限，你自以为的极限，只是别人的起点写给渴望突破瓶颈、实现快速跨越的你10,、生活中，有人给予帮助，那是幸运，没人给予帮助，那是命运我们要学会在幸运青睐自己的时候学会感恩，在命运磨练自己的时候学会坚韧这既是对自己的尊重，也是对自己的负责11,、失败不可怕，可怕的是从来没有努力过，还怡然自得地安慰自己，连一点点的懊悔都被麻木所掩盖下去不能怕，没什么比自己背叛自己更可怕12,、跌倒了，一定要爬起来不爬起来，别人会看不起你，你自己也会失去机会在人前微笑，在人后落泪，可这是每个人都要学会的成长13,、要相信，这个世界上永远能够依靠的只有你自己所以，管别人怎么看，坚持自己的坚持，直到坚持不下去为止。

14,、也许你想要的未来在别人眼里不值一提，也许你已经很努力了可还是有人不满意，也许你的理想离你的距离从来没有拉近过,......,但请你继续向前走，因为别人看不到你的努力，你却始终看得见自己15,、所有的辉煌和伟大，一定伴随着挫折和跌倒；所有的风光背后，一定都是一串串揉和着泪水和汗水的脚印16,、成功的反义词不是失败，而是从未行动有一天你总会明白，遗憾比失败更让你难以面对17,、没有一件事情可以一下子把你打垮，也不会有一件事情可以让你一步登天，慢慢走，慢慢看，生命是一个慢慢累积的过程18,、努力也许不等于成功，可是那段追逐梦想的努力，会让你找到一个更好的自己，一个沉默努力充实安静的自己19,、你相信梦想，梦想才会相信你有一种落差是，你配不上自己的野心，也辜负了所受的苦难20,、生活不会按你想要的方式进行，它会给你一段时间，让你孤独、迷茫又沉默忧郁但如果靠这段时间跟自己独处，多看一本书，去做可以做的事，放下过去的人，等你度过低潮，那些独处的时光必定能照亮你的路，也是这些不堪陪你成熟所以，现在没那么糟，看似生活对你的亏欠，其实都是祝愿1、想要体面生活，又觉得打拼辛苦；想要健康身体，又无法坚,45,。