汽车发动机原理9章1(王建昕).ppt

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1、,1876年世界上第一台内燃机诞生，至今已130余年；1943年：美国洛杉矶市出现光化学烟雾（photo-chemical smog）1952年：加州工大博士提出Smog生成机理：HC NO2 O3 PAN（过氧酰基硝酸盐）1966年：加州实施世界上第一个“汽车排放法规”（7工况）1968年：日本实施“大气污染防止法”（怠速检测CO）1970年：欧洲开始实施排放法规（怠速检测CO、HC）1984年：中国实施排放法规（汽油车怠速CO、HC、柴油车自由加速烟度）1999年：北京实施国法规2000年：全国实施欧法规（与欧洲相差8年）2008年：北京实施国法规，实现了国际接轨2010年:全国实施国法规

2、（汽油车）,序言排气污染及其防治的历程,第9章 有害排放物的生成与控制,第9章 有害排放物的生成与控制,9.1 有害排放物的生成机理与影响因素9.2 排放法规及测试方法9.3 汽油机的机内净化技术9.4 柴油机的机内净化技术9.5 汽油机排气后处理技术9.6 柴油机排气后处理技术,第9章 有害排放物的生成与控制,9.1.1 有害排放物的种类与危害法规限制成份：CO、HC、NOx、颗粒物（针对汽油车和柴油车）,其他有害成份：硫化物SOx、铅化合物、醛类、苯类、丁二烯、柴油机排气臭味等，也称为非常规排放物。,9.1 有害排放物的生成机理与影响因素,9.1.2 评定指标和单位,9.1.3 有害排放物

3、的生成机理,1）Thermal NO2）Prompt NO 3）Fuel NO,NO生成途径,1、NOx=NO+NO2+N2O 燃烧中主要生成NO，少量NO2,1）Thermal NO,Extended Zeldovich Reaction(19461973),(O2 2O),O N2 NO+N H75 Kcalmol1(1)N O2 NO+O H31.4 Kcalmol1(2)N OH NO+H H40.8 Kcalmol1(3),生成条件：T1800K（1、3式均为强烈的吸热反应）a1.0，氧化氛围已燃气体区域（火焰前锋面后）,控制反应,2）Prompt NO,Fenimore.C P，1

4、971年,（CnH2n CH、CH2）,CH N2 HCN+N H3.3 Kcalmol1(4)CH2 N2 HCN+NH,由HCN CN NO由N经式（2）、（3）NO由NH N NO,生成条件：相对低温a1.0，0.60.7时出现最大值，还原气氛燃烧中的气体（火焰前锋面上）,3）Fuel NO,燃料中的氮化合物,HCN、CN、NH2、NH,NO,生成条件：低温，小于1800K，700900K时有很高生成速率；a影响不明显，a1.0时，NO生成速率几乎不变；随燃料含氮量的增加，NO几乎直线上升。,影响NOx生成的三要素,温度 T，则NO平衡浓度，NO生成速率，则NO（其中，生成速率影响最大）

5、氧浓度 温度一定时，氧浓度，则NO 反应时间 如图所示（甲烷CH4火焰），相对CO、H2O等，NO 反应较慢，因此在实际 发动机燃烧结束时尚达 不到平衡浓度,反应时间（S）,热NO 是内燃机燃烧中的NOx主要来源,汽油机中NO生成过程例：,A点：较早燃烧达高温（图b，Xb=0）；受绝热压缩，温度进一步提高；高温及长时间 NO。B点：相反（图b，Xb=1）冻结：导致在化学平衡浓度和实际浓度之间出现差别（图c），保持较高浓度排出。,A,B,火花塞,曲柄转角（CA）,平衡浓度,实际浓度,2、CO,不完全燃烧产物，主要受混合气浓度影响,不完全燃烧 a 1 时：局部缺氧热离解 CO2 CO 排气中生成

6、HC在排气中进一步氧化时生成CO,3、未燃HC（THC）,（1）HC在汽油机中的生成机理,不完全燃烧 a1，混合不均、减速、失火、循环波动壁面淬熄效应 低温、弱流动和弱湍流导致淬熄层（Quenching layer）窄缝处面容比大，火焰无法传入，也称缝隙效应 油膜和积碳吸附 混合气形成过程中，吸附HC;燃烧过程中，“躲过”火焰;排气过程中，脱附释放，形成排放,汽油机排气过程中HC排放变化,第一HC峰值：来源于排气门周围淬熄层第二HC峰值：来源于壁面及环岸部淬熄层,混合不均匀 过浓或过稀,（2）HC在柴油机中的生成机理,油束核心区,着火区,混合过稀区,稀限,浓限,HC在柴油机中的生成机理,喷油器

7、压力室容积,燃油滞留于压力室 受热膨胀或汽化后低速进入燃烧室 难以混合燃烧,二次喷油或后滴,4、微粒及碳烟PM Particulate Matter,Soot(Smoke),微粒的成分,近年来提出：PM10、PM2.5、汽油机PMPM粒度越来越小，目前可认为绝大部分在0.11m范围（右图）,某欧2柴油机PM粒度分布,PM高度显微图例,思考题,1.NOx生成的三个途径：()、()()。2.热NO生成的三个影响因素：()、()、（）。3.PM的三种组分为()、（）、（)。4.汽油机THC生成的原因有：()、()()5.不同类型汽车的排放测试方法不同，轿车采用（），10吨以上载重车采用（），城市公交

8、车采用（）方法。,Thermal,Prompt,Fuel,温度,空然比,时间,DS,SOF,Sulfate,过稀和过浓,淬息效应,油膜和积碳吸附效应,转鼓,？,台架,PM（Soot）的生成过程,Soot源于烃类燃料在高温缺氧下的裂解，详细机理尚不明确。,碳粒氧化（燃烧后期）,PM生成（膨胀和排气）,碳粒生成（燃烧前期）,大的燃油颗粒汽化剩下的重质烃，高温脱氢碳化焦炭状大颗粒碳粒（PM10）气相烃裂解、脱氢乙烯（CH2CH2）乙炔（CH-CH）聚乙炔原子级碳粒聚合生成碳核（约2nm）,遇充分的氧化氛围，碳粒部分氧化,小碳粒碰撞、聚合较大碳粒（不规则形状、多孔聚合物），吸附HC和硫酸盐 PM,柴油

9、机PM排放的粒径分布,按粒径大小可分为四个区域：纳米微粒（Nanoparticles），超细微粒（Ultrafine Particles），细微粒（Fine Particles），PM2.5其余，PM10微粒。按形态不同可分为三类：核态（Nuclei Mode），凝聚态（Accumulation Mode）粗糙态（Coarse Mode）。从分布特征上来看，呈现双峰形态，分别对应核态及凝聚态，说明:,质量排放的主体在凝聚态微粒而数量排放的主体在核态微粒,8.1.4 有害排放物生成的影响因素,（1）汽油机,1、a的影响,CO：a，CO（单调）；a1，逐渐达最低值 HC：a，HC；a 过大，HC回

10、升（过稀）NO：a1.1后，氧化气氛，但温度下降，NO a1.1左右，高温富氧同时具备，NO达峰值。,（2）柴油机,NO：与汽油机相似，但注意区间碳烟：与汽油机CO相似，但向稀区平移CO：与汽油机CO相似，过稀时回升HC：a2后，过稀和低温使HC,随混合趋于均匀，柴油机NOx趋于汽油机的规律,均质预混程度,a的影响,2、发动机类型的影响,汽油机Vs柴油机：CO：汽柴（10：1）HC：汽柴（5：1）NO：汽柴（2：1）PM：汽柴（1：10100）,直喷式柴油机Vs非直喷柴油机,3、使用工况影响,表91 汽油机在不同工况下排气成分的体积分数,复习要点,NO生成的三个途径和三要素；HC在柴油机和汽油机中生成机理的不同；PM生成机理，PM与碳烟的关系；a对各种生成物的影响以及为什么。,