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汽车排放与污染控制

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

  1. 汽车排放与污染控制 第十二讲 • 主讲教师：杨志发　　　　　　　　　　　　　　　　学时：16

  2. 第四章 车用柴油机排放污染物的生成机理及影响因素

  3. 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

  4. 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。

  5. 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。

  6. 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

  7. 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”。

  8. 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

  9. 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

  10. 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

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. 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

  15. 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。

  16. 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

  17. 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。

  18. 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。

  19. 汽车排放与污染控制 第十三讲 • 主讲教师：杨志发　　　　　　　　　　　　　　　　学时：16

  20. 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

  21. 一、混合气质量

  22. 一、混合气质量 1、混合气的燃空比 2)对NOx的影响

  23. 一、混合气质量 1、混合气的燃空比 3)对HC的影响

  24. 一、混合气质量 2、缸内空气运动与油束的配合

  25. 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

  26. 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

  27. 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

  28. 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

  29. 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

  30. 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

  31. 第三节 影响柴油机气态排放物生成的主要因素 四、柴油十六烷值

  32. 第三节 影响柴油机气态排放物生成的主要因素 五、燃烧系统

  33. 汽油机与柴油机的CO、HC和NOx的排放特性比较

  34. 第四节 柴油机的微粒、炭烟生成机理及影响因素 一、微粒的组成与特征

  35. 第四节 柴油机的微粒、炭烟生成机理及影响因素 一、微粒的组成与特征

  36. 第四节 柴油机的微粒、炭烟生成机理及影响因素 二、微粒的生成机理

  37. 第四节 柴油机的微粒、炭烟生成机理及影响因素 二、微粒的生成机理

  38. 第四节 柴油机的微粒、炭烟生成机理及影响因素 二、微粒的生成机理

  39. 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

  40. 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

  41. 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

  42. 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

  43. 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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