發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)排放特性

1、.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)排放特性3.1.1 汽油機(jī)的穩(wěn)態(tài)排放特性圖 3-1 、圖 3-2 和圖 3-3 分別為一臺(tái)比較有代表性的排量為 2L 的 4 氣門(mén)現(xiàn)代車(chē)用進(jìn)氣道 電子噴射汽油機(jī)的 CO、HC 和 NOX 穩(wěn)態(tài)排放特性圖。各種排放均用比排放量( 比排放量指 每千瓦小時(shí)所排放出的污染物的質(zhì)量 )表示。實(shí)際上，發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放物對(duì)大氣污染的程 度，不僅取決于其排放濃度 xi(ppm)，而且還取決于其質(zhì)量排放量 Gi( g/h)，二者之間的關(guān) 系為：Gi Vgxi i 10 3 （3-1）式中：3Vg-排氣容積流量 (m3/h) ；3 i-污染物的密度 (kg/m 3)。圖 3-1 汽油機(jī) CO 比排

2、放特性圖 3-3 汽油機(jī) NOx 比排放特性對(duì)于量調(diào)節(jié)的汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，其排氣容積流量既與轉(zhuǎn)速有關(guān)，也與負(fù)荷有關(guān)。因此， 其污染物排放量的變化規(guī)律是不同于污染物濃度的。 由圖 3-1 可見(jiàn)， 為了滿足三效催化轉(zhuǎn)化器高 效率工作的要求，現(xiàn)代車(chē)用汽油機(jī)在常用的部分負(fù)荷區(qū)將過(guò)量空氣系數(shù) a 控制在 1.0 左右， 所以 CO 的排放較低，而在負(fù)荷很小時(shí)，為了保證燃燒的穩(wěn)定，混合氣被適當(dāng)?shù)募訚猓瑥亩?導(dǎo)致了 CO 的排放略有上升。 當(dāng)工作負(fù)荷接近全負(fù)荷時(shí)， 為了使發(fā)動(dòng)機(jī)能發(fā)出較大的功率和 轉(zhuǎn)矩，混合氣被顯著加濃，從圖中可以看到， CO 的比排放量開(kāi)始急劇升高，而絕對(duì)排放濃 度和質(zhì)量則上升更快。圖 3-2

3、表示了車(chē)用汽油機(jī)未燃 HC 排放量的變化趨勢(shì)。 從圖中可見(jiàn) HC 的變化趨勢(shì)和 CO 比較相似， 中等負(fù)荷時(shí)比排放量較小，大負(fù)荷和小負(fù)荷時(shí)相對(duì)增加。但有兩個(gè)不同之處：一 是 HC 在全負(fù)荷時(shí)其排放沒(méi)有像 CO 那樣顯著增加，只是稍有增加，基本和中等負(fù)荷時(shí)保持 同一水平；二是小負(fù)荷時(shí) HC 比排放量隨負(fù)荷的減小增加的程度更加明顯。 CO 和 HC 生成 機(jī)理不同可以解釋造成這種兩種情況的原因。 在大負(fù)荷時(shí)采用過(guò)濃的混合氣來(lái)提供更大的功 率和轉(zhuǎn)矩，這時(shí)氧氣相對(duì)較少，燃料不可能完全氧化，從而生成大量的 CO ，而 HC 的排放 主要來(lái)自淬熄等多相因素， 每循環(huán)絕對(duì)排放量的變化是不大的， 當(dāng)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速

4、一定時(shí)， 隨著 負(fù)荷增加，空燃 比增大，混合氣變稀，排氣中 HC 比排放量下降。若進(jìn)一步加大負(fù)荷，混 合氣變濃， 特別是全負(fù)荷時(shí)排氣中嚴(yán)重缺氧， 未燃的 HC 無(wú)法完全氧化， 其比排放量又會(huì)增 加。在低速小負(fù)荷時(shí)，缸內(nèi)溫度低，對(duì)未燃 HC 的氧化不利，缸壁的激冷作用變強(qiáng)，因此 HC 比排放量同樣會(huì)增加。汽油機(jī) NO X排放如圖 3-3所示，其排放規(guī)律與 CO、HC 的排放規(guī)律有很大區(qū)別。當(dāng)轉(zhuǎn) 速一定時(shí)， NOX 的比排放量隨負(fù)荷增大而不斷減小，而實(shí)際上在中等負(fù)荷區(qū)，隨著負(fù)荷的 增大，由于燃燒溫度提高了， NOX 絕對(duì)排放量增加，但 NOX 的增加與負(fù)荷是不成正比的， 因而 NO X比排放量卻是

5、逐漸下降的。 在大負(fù)荷時(shí)， 由于混合氣過(guò)濃， 氧氣不足， 不利于 NOX 的生成， NOX 絕對(duì)排放量下降，比排放量下降更快。從圖中還可以看出，當(dāng)負(fù)荷一定時(shí)， 隨著轉(zhuǎn)速的增加， NOX 的比排放量增大，其絕對(duì)排放量顯著增加。由于影響汽油機(jī)排放的因素甚多， 因此各種汽油機(jī)排放特性有很大差異。 盡管如此， 其 有害排放物的排放量隨負(fù)荷及轉(zhuǎn)速的變化而變化的趨勢(shì)則是一致的， 為了使車(chē)用汽油機(jī)排放 的有害污染物較少，應(yīng)盡量使其在中等負(fù)荷下運(yùn)行。3.1.2 柴油機(jī)的穩(wěn)態(tài)排放特性圖 3-4 、圖 3-5 和圖 3-6 分別是一臺(tái)具有代表性的 2.8L 排量的現(xiàn)代渦輪增壓中冷直接噴 射式車(chē)用柴油機(jī)的 CO、H

6、C、NOX 的穩(wěn)態(tài)排放特性圖。從圖 3-4 可見(jiàn)，渦輪增壓直噴柴油機(jī)在整個(gè)工況范圍CO 的排放都很少，在大多數(shù)工況下，CO 比排放量都比較小，這是由于渦輪增壓直噴柴油機(jī)的空燃比非常大，不易生成CO，在中速、中負(fù)荷工況下，柴油機(jī)的 CO 排放量最少。柴油機(jī) CO 的高排放量也出現(xiàn)在小負(fù)荷 工況區(qū)， 原因是由于柴油機(jī)循環(huán)供油量較少， 燃燒室內(nèi)存在較多過(guò)稀混合氣區(qū)， 使火焰?zhèn)鞑?困難，燃燒室內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)弱，混合氣形成不均勻， CO 難以有效燃燒形成 CO2。另外，在大 負(fù)荷工況下柴油機(jī) CO 的排放也不容忽視。在大負(fù)荷工況下， 柴油機(jī)每循環(huán)供油量較多，燃 燒室內(nèi)存在過(guò)多的過(guò)濃混合氣區(qū)，氧氣的缺乏使 C

7、O 不能得到及時(shí)氧化。圖 3-5 柴油機(jī) HC 比排放特性圖3-4 柴 油 機(jī) CO 比 排 放 特 性圖 3- 6 柴油機(jī) NOX 比排放特性從圖 3-5 可見(jiàn)，柴油機(jī)未燃 HC 排放比汽油機(jī)少得多，這是因?yàn)椴裼蜋C(jī)噴油壓燃的工作 特性使燃油停留在燃燒室中的時(shí)間比汽油機(jī)要短得多， 從而受一些多相因素影響較小。 還可 以看出，柴油機(jī)的 HC 比排放量基本上是隨負(fù)荷的上升而下降，但絕對(duì)排放量基本不變。其 未燃 HC 排放主要來(lái)自柴油噴注外緣混合過(guò)度造成的過(guò)稀混合氣區(qū)域，當(dāng)負(fù)荷較小或低速 時(shí)，柴油機(jī)循環(huán)供油量較少，一方面，燃燒室內(nèi)存在較多的稀混合氣區(qū)， 使部分燃料不能得以及時(shí)燃燒；另一方面 ，燃燒室

8、溫度相對(duì)較低 ，加大了火焰激冷淬熄的可能性 ，結(jié)果使柴油 機(jī)低速或者小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) HC 排放較高。從圖 3-6 中可以看出，柴油機(jī) NOX 的高排放區(qū)主要出現(xiàn)在小負(fù)荷和高速工況。當(dāng)柴油 機(jī)負(fù)荷較小時(shí) ，燃燒始點(diǎn)時(shí)的燃燒室內(nèi)溫度較低 ，滯燃期增長(zhǎng) ，混合時(shí)間加長(zhǎng) ，增大了氧氣 與高溫燃?xì)饨佑|的機(jī)會(huì) ，使 NOX 排放較高。高轉(zhuǎn)速工況下 NOX 的高排放量可能與氣缸內(nèi)渦 流強(qiáng)度有直接關(guān)系。 在高轉(zhuǎn)速下 ，氣缸內(nèi)存在較強(qiáng)的渦流水平 ，使高溫燃?xì)馀c氧分子接觸的 機(jī)會(huì)加大 ，燃燒速度加快 ，溫度比較高 ，使 NOX 大量生成，在高速小負(fù)荷工況時(shí)尤為突出。圖 3-7 、圖 3-8 和圖 3-9 分別為該柴油機(jī)排氣不透光度線性分度N、PT 質(zhì)量濃度和比排放特性。從圖可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，不透光度線性分度 N 基本上是隨