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汽车排放与污染控制

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汽车排放与污染控制. 第十二讲. 主讲教师:杨志发                学时: 16. 第四章 车用柴油机排放污染物的生成机理及影响因素. 第一节 概述. 柴油机排气有害成分:. 一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、硫化物、颗粒物. 第一节 概述. CO 和 HC 多 NOx 排放多 颗粒物:少. 汽油机. 排放特性. CO 和 HC 不到汽油机的十分之一 NOx 排放:大负荷时接近汽油机 中小负荷明显低于汽油机 颗粒物:多,是汽油机的几十倍. 柴油机. 因此,柴油机的排放控制重点是颗粒物和 NOx 。.

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Presentation Transcript
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汽车排放与污染控制

第十二讲

  • 主讲教师:杨志发                学时:16
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第一节 概述

柴油机排气有害成分:

一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、硫化物、颗粒物

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第一节 概述

CO和HC多

NOx排放多

颗粒物:少

汽油机

排放特性

CO和HC不到汽油机的十分之一

NOx排放:大负荷时接近汽油机

中小负荷明显低于汽油机

颗粒物:多,是汽油机的几十倍

柴油机

因此,柴油机的排放控制重点是颗粒物和NOx。

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第一节 概述

柴油机排气特性影响因素:燃烧室的形状

直喷式与间接喷射式柴油机的排放有较大不同。涡流室式柴油机NOx、CO、HC和烟度普遍低于直喷式,特别是NOx排放浓度一般比直喷式低1/3~1/2。在结构相同而燃烧室形式不同的直喷燃烧室及涡流室柴油机:直喷式的NOx、CO、HC和烟度都比涡流室的高,特别室高负荷时的NOx、CO、烟度及低负荷时的CO、HC,差别非常明显。但是,涡流室柴油机的燃油消耗率比直喷柴油机的高。

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第一节 概述

柴油机 燃烧过程复杂

液体燃料 高速 射流 受高温高压蒸发与空气混合

柴油机和汽油机一般都是四冲程发动机它们的过程也一样 工作顺序:进气 ~压缩 ~做功 ~排气现在只有小排量的摩托车在使用两冲程的发动机,因为燃烧不好,效率低

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柴油燃烧需要经过滞燃期,急燃期,缓燃期和补燃期。 汽缸压缩气体时由于燃烧室的形状会产生涡旋的气流,在接近上死点时,喷入雾状柴油,油雾会随着涡流向周围扩散,气温是在700C度左右的,当油雾混合到一定的程度会受热发生气化和氧化作用产生燃烧,“滞燃期”。

主要的动力输出的燃烧,“急燃期”。

燃烧扩散到缸壁,气缸内压力不变或间有下降时,“缓燃期”。 当缸壁的油也燃烧,活塞运动向下空气运动与没燃烧的油雾充分接触继续的燃烧,燃料逐步减少,燃烧作用对气缸内的压力相对减小“补然期”。

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第一节 概述

柴油机 燃烧过程:着火是在燃料和空气极不均匀混合的条件下开始的,边混合边燃烧,形式:扩散型燃烧

燃烧进展及有害排放物的影响因素:

喷油规律、喷入燃料的雾化质量、气缸内气体的流动以及燃烧室形状 都将影响燃料在燃烧室的空间分布与混合

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第二节 直喷式柴油机分区燃烧模型及有害排放物的生成

一、喷注中燃油-空气的分布

燃料 高压高速 喷入高温高压空气中

喷入气缸内的油束 称为喷注,是由数以百万计的不同尺寸的细微油滴组成,油滴直径约为5~150微米。

喷注的外形呈焰体状,特征由锥角和射程(穿透距离)

喷注心部油粒粗,速度高,越向外层,油粒越细,速度越低

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第二节 直喷式柴油机分区燃烧模型及有害排放物的生成

直喷式柴油机

细小的油粒集中在喷注核心部分和后缘

燃油密度分布不均匀

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第二节 直喷式柴油机分区燃烧模型及有害排放物的生成

二、涡流空气中的喷注分层模型

喷注的油雾分层模型:喷注核心和前缘之间,燃油密度不均匀,其燃空比可从无穷大变化到零。

根据燃油-空气分布和燃烧机理,分成6个区域:

贫油火焰区、喷油火焰外围区、喷注核心、喷注尾部、过后喷射、喷在壁面上的燃油

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二、涡流空气中的喷注分层模型

1、贫油火焰区

喷注前沿 着火前油粒已经完全蒸发 稀混合气

着火核心将在混合气浓度最适合自燃的几个位置上形成,这些火焰核心发生的区域称为贫油火焰区

2、喷油火焰外围区

前沿最外层 混合气太稀 不能着火或维持燃烧

3、喷注核心

较大的油粒集中区域 着火开始时处于液态

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二、涡流空气中的喷注分层模型

4、喷注尾部

最后喷入 油粒较大 原因:喷射压力减小而缸内压力又增大,油束贯穿力很差

5、过后喷射

主喷射后针阀又开启一个很短时间 喷射量很少延迟至膨胀行程 雾化程度和穿透力很差

6、喷在壁面上的燃油

某些燃油喷注撞到壁面上,形成液态油膜。

小型高速柴油机

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第二节 直喷式柴油机分区燃烧模型及有害排放物的生成

三、涡流空气中喷注燃烧和排放物生成模型

1、贫油火焰区1处出现着火核心,火焰前锋从着火核心开始蔓延,并点燃周围2处的易燃混合气

该区域内燃烧完全 形成高浓度氧化物(小负荷时温度不足高到能产生高浓度的氧化氮)

火焰外围区,发生某些燃料分解和不完全燃烧的氧化产物,这种分解产物由较轻的碳氢分子组成(未燃HC主要形成区)

不完全氧化产物包括:乙醛和其它氧化产物

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三、涡流空气中喷注燃烧和排放物生成模型

2、贫油火焰区和贫油火焰外围区的交界处出现初期反应

碳氢化合物开始转变为CO、H2、H2O以及各种自由基(H、O、OH)和形成不饱和的碳氢化合物, 再受到氧原子冲击形成氧饱和的碳氢化合物 如果燃烧完全,形成CO2和H2O;否则产生未燃碳氢化合物、氧化的碳氢化合物、CO以及中间化合物。

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三、涡流空气中喷注燃烧和排放物生成模型

3、贫油火焰区内的着火和燃烧,

火焰向核心4扩展 地区3的油粒较大 蒸发速度 对排放有影响。

喷注核心部分4的燃烧取决于局部的燃空比

部分负荷 氧足够 NOX高

全负荷 燃料密集 未燃的HC、CO、过氧化物和碳

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三、涡流空气中喷注燃烧和排放物生成模型

4、喷注尾部5,

氧浓度低,周围燃气温度高,油粒很快蒸发和分解,产生未燃的HC和碳粒、CO和乙醛。

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三、涡流空气中喷注燃烧和排放物生成模型

5、壁面6

液态油膜的蒸发速度取决于:燃气、壁面温度、燃气速度、压力和燃料特性。

Patterson模型

排气 排放物+(进一步生成)+(进一步生成)

排出物=生成 -(消失) - (消失)

在喷注中 在气缸内 在排气系统内

一般来说:(进一步生成)适用于氮的氧化物,(消失)适用于不完全氧化产物。(进一步生成)与(消失)的速率还与氧(或氧化)的浓度、局部混合气温度、混合和停留时间等条件有关。

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汽车排放与污染控制

第十三讲

  • 主讲教师:杨志发                学时:16
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第三节 影响柴油机气态排放物生成的主要因素

一、混合气质量

1、混合气的燃空比

柴油机采用的是质调节,即供油总量总是随着负荷增加而增加,而进气量保持不变,因此混合气燃空比变化即负荷变化。

1)对CO的影响

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一、混合气质量

1、混合气的燃空比

2)对NOx的影响

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一、混合气质量

1、混合气的燃空比

3)对HC的影响

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一、混合气质量

2、缸内空气运动与油束的配合

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第三节 影响柴油机气态排放物生成的主要因素

二、供油系统的参数及结构因素

1、喷油提前角

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第三节 影响柴油机气态排放物生成的主要因素

二、供油系统的参数及结构因素

1、喷油提前角

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第三节 影响柴油机气态排放物生成的主要因素

二、供油系统的参数及结构因素

缩短喷

2、喷油速率

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第三节 影响柴油机气态排放物生成的主要因素

二、供油系统的参数及结构因素

3、喷油器的结构参数

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第三节 影响柴油机气态排放物生成的主要因素

三、柴油机运转参数

1、进气状态

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第三节 影响柴油机气态排放物生成的主要因素

三、柴油机运转参数

2、转速

3、进气涡流

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第四节 柴油机的微粒、炭烟生成机理及影响因素

三、影响颗粒物生成的主要因素

1.转速与负荷

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第四节 柴油机的微粒、炭烟生成机理及影响因素

三、影响颗粒物生成的主要因素

1.转速与负荷

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第四节 柴油机的微粒、炭烟生成机理及影响因素

三、影响颗粒物生成的主要因素

2.喷油提前角与喷油速率

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第四节 柴油机的微粒、炭烟生成机理及影响因素

三、影响颗粒物生成的主要因素

3.喷油压力

4.柴油品质

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第四节 柴油机的微粒、炭烟生成机理及影响因素

三、影响颗粒物生成的主要因素

5.喷油器结构与性能

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