汽车排放与污染控制

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

排放特性

汽油机

柴油机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

CO和 HC多NOx排放多颗粒物：少

因此，柴油机的排放控制重点是颗粒物和 NOx。

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。

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

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”。

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

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


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

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


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



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

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



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。


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


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。


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。

汽车排放与污染控制汽车排放与污染控制第十三讲

主讲教师：杨志发　　　　　　　　　　　　　　　　学时： 16

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

一、混合气质量1 、混合气的燃空比 2) 对 NOx的影响

一、混合气质量1 、混合气的燃空比 3) 对 HC 的影响


2 、缸内空气运动与油束的配合


二、供油系统的参数及结构因素

1

、喷油提前

角



2

、喷油速

率缩短喷



3

、喷油器的结构参

数


三、柴油机运转参数

1

、进气状

态


三、柴油机运转参数

2

、转

速 3

、进气涡

流


四、柴油十六烷值


五、燃烧系统

汽油机与柴油机的 CO 、 HC 和 NOx 的排放特性比较

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

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

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


2.

喷油提前角与喷油速

率


3.

喷油压

力 4.

柴油品

质


5.

喷油器结构与性

能

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