bx發(fā)動(dòng)機(jī)原理排放ppt課件

1、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理排氣污染與控制8.1 有害排放物的生成機(jī)理與影響要素8.1.1 有害排放物的種類與危害法規(guī)限制成份： CO、HC、NOx、PM其他有害成份： SOx、鉛化合物、醛類、苯類、丁二烯、柴油機(jī)排氣臭味光化學(xué)煙霧是一種淡藍(lán)色的煙霧，汽車(chē)尾氣和工廠廢氣里含大量氮氧化物和碳?xì)浠衔?，這些氣體在陽(yáng)光和紫外線作用下，會(huì)發(fā)生光熱化學(xué)反響，光化學(xué)煙霧由此而生。它的主要成分是一系列氧化劑，如臭氧、醛類、酮等，它的毒性很大，對(duì)人體有劇烈的刺激作用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使人出現(xiàn)呼吸困難，視力衰退，手足抽搐等癥。在上世紀(jì)世界環(huán)境污染八大公害事件中，光化學(xué)煙霧事件便占了5起。1955年，洛杉磯發(fā)生的高濃度光化學(xué)煙霧導(dǎo)致了

2、兩天內(nèi)400多名65歲以上老人的死亡。 8.1.2 評(píng)定目的和單位分類定義單位備注濃度排放量體積分?jǐn)?shù)質(zhì)量濃度106、109mg/m3儀表給值環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量排放量單位時(shí)間質(zhì)量排放量單位測(cè)試循環(huán)質(zhì)量排放量g/hg/測(cè)試循環(huán)循環(huán)工況測(cè)試比排放量單位功率單位時(shí)間排放量單位運(yùn)轉(zhuǎn)里程質(zhì)量排放量g/(kW.h)g/km發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試整車(chē)工況測(cè)試8.1.3 有害排放物的生成機(jī)理1Thermal NO2Prompt NO 3Fuel NONOx生成途徑1、NOx生成1 Thermal NOExtended Zeldovich Reaction (19461973)( O2 2O )O N2 NO + N H75 Kc

3、almol1 (1)N O2 NO + O H31.4 Kcalmol1 (2)N OH NO + H H40.8 Kcalmol1 (3)生成條件：T1800K 1、3式均為劇烈的吸熱反響a1.0已燃?xì)怏w 火焰前鋒面后2 Prompt NOFenimore. C P， 1971年CnH2n CH、CH2 CH N2 HCN + N H3.3 Kcalmol1 (4)CH2 N2 HCN + NH 由HCN CN NO由N經(jīng)式2、3 NO由NH N NO生成條件：相對(duì)低溫a1.0 復(fù)原氣氛熄滅中的氣體 火焰前鋒面上* 并不需求很高的溫度活化能，中間生成物HCN是關(guān)鍵3Fuel NO燃料中的氮化

4、合物HCN、CN、NH2、NHNO生成條件：可以小于1800Ka影響不明確影響NOx生成的三要素溫度 T，那么NO平衡濃度 ，NO生成速率， 其中，生成速率影響最大氧濃度 溫度一定時(shí)，氧濃度，那么NO 反響時(shí)間 相對(duì)CO、H2O等，NO 反響較慢，因此在實(shí) 際 發(fā)動(dòng)機(jī)熄滅終了時(shí)髦達(dá)不到平衡濃度,故即使在高溫下,假設(shè)反響停留時(shí)間短,NO生成的量受限凍結(jié)：導(dǎo)致在化學(xué)平衡濃度和實(shí)踐濃度之間出現(xiàn)差別，堅(jiān)持較高濃度排出2、CO不完全熄滅產(chǎn)物，主要受混合氣濃度影響不完全熄滅 a1時(shí)：部分缺氧熱離解 CO2 CO 排氣中生成 HC在排氣中進(jìn)一步氧化時(shí)生成CO3、未燃HC THC1HC在汽油機(jī)中的生成機(jī)理不完

5、全熄滅 a1，混合不均、減速、失火、循環(huán)動(dòng)搖壁面淬熄效應(yīng) 低溫、弱流動(dòng)和弱湍流導(dǎo)致淬熄層Quenching layer，窄縫處面容比大，火焰無(wú)法 傳入，也稱縫隙效應(yīng) 油膜和積碳吸附 混合氣構(gòu)成過(guò)程中，吸附HC熄滅過(guò)程中，Unburnt，排氣過(guò)程中，脫附釋放GapsDepositsOil filmQuenchingat Wall 熄滅室內(nèi)縫隙的組成 活塞頂環(huán)岸縫隙中烴的排出過(guò)程 混合不均勻 過(guò)濃或過(guò)稀2HC在柴油機(jī)中的生成機(jī)理HC在柴油機(jī)中的生成機(jī)理 噴油器壓力室容積燃油滯留于壓力室 受熱膨脹或汽化后低速進(jìn)入熄滅室 難以混合熄滅 二次噴油或后滴4.微粒的生成 熄滅系統(tǒng)中炭煙粒子的構(gòu)成過(guò)程 燃油中

6、烴分子在高溫缺氧的條件下發(fā)生部分氧化和熱裂解，生成各種不飽和烴類，如乙烯、乙炔及其較高的同系物和多環(huán)芳香烴。它們不斷脫氫、聚合成以炭為主的直徑2nm左右的炭煙中心 PM高度顯微圖例8.1.4 有害排放物生成的影響要素1汽油機(jī)1、 a的影響 CO： a ，CO單調(diào)； a1，逐漸達(dá)最低值 HC： a ，HC ； a 過(guò)大，HC上升過(guò)稀 NO： a1.1后，氧化氣氛，但溫度下降，NO 點(diǎn)火提早角對(duì)燃油耗費(fèi)量和有害排放物的影響 氣缸內(nèi)熄滅壓力與點(diǎn)火時(shí)辰的關(guān)系 2、 點(diǎn)火提早角的影響3、工況影響排氣成分怠速加速定速減速HC8001065401064851065000106NOx2310615431061

7、2701066106CO4.9%1.8%1.7%3.4%CO210.2%12.1%12.4%6.0%汽油機(jī)在不同工況下排氣成分的體積分?jǐn)?shù)4 廢氣再循環(huán) 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)任務(wù)原理 原理和作用：一部分排氣經(jīng)EGR閥還流回進(jìn)氣系統(tǒng)，稀釋了新穎混合氣中的氧濃度，導(dǎo)致熄滅速度降低，同時(shí)還使新穎混合氣的比熱容提高。兩者都呵斥熄滅溫度的降低，因此可以抑制NOx的生成。 EGR降低NOx的效果 影響柴油機(jī)有害排放物生成的主要要素及控制 柴油機(jī)有害排放物生成特點(diǎn) 未燃HC 1;3、4 CO 1、2界面；3、4Nox 2、3炭煙 3、4醛類 11稀燃火焰熄滅區(qū)2稀燃火焰區(qū)3油束心部4油束尾部和后噴部2柴油機(jī)NO：與

8、汽油機(jī)類似，但留意區(qū)間碳煙：與汽油機(jī)CO類似，但向稀區(qū)平移CO：與汽油機(jī)CO類似，過(guò)稀時(shí)上升HC： a2后，過(guò)稀和低溫使HC 留意：CO、HC遠(yuǎn)低于汽油機(jī)，普通不超標(biāo)留意a范圍！與汽油機(jī)比較影響要素 1.混合氣成分 2. 噴油時(shí)辰 3.熄滅室類型 混合氣成分與柴油機(jī)排放的關(guān)系噴油定時(shí)對(duì)排放的影響3.熄滅室排放比較分隔式熄滅室生成的NOx、CO、HC和炭煙的排放濃度均低于直噴式，特別是NOx排放濃度普通比直噴式熄滅室的低50左右 緣由是，這種熄滅室的熄滅及排放物的生成分兩個(gè)階段進(jìn)展。在噴油開(kāi)場(chǎng)和熄滅初期，副熄滅室的空燃比較小，氧濃度較低，燃料不能夠熄滅完全，從而構(gòu)成較多的CO及未燃烴。副熄滅室在

9、著火后溫度較高，但氧濃度低，對(duì)生成NOx仍有不利的影響。主熄滅室內(nèi)有充足的新穎空氣，使來(lái)自副熄滅室的CO及HC進(jìn)一步氧化。高溫燃?xì)膺M(jìn)入主熄滅室后，溫度有所下降，抑制了NOx的生成 8.3 排放污染物的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)降低排氣污染技術(shù)分類機(jī)內(nèi)凈化熄滅機(jī)外凈化后處置清潔燃料燃料柴油機(jī)汽油機(jī)柴油機(jī)汽油機(jī)氣體燃料：CNG、LNG LPG餾分輕，降低排煙液體含氧燃料：甲醇、乙醇、二甲醚、甲酯植物油酯化非排氣污染控制技術(shù)燃油系統(tǒng)蒸發(fā)曲軸箱竄氣1廢氣再循環(huán) 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)任務(wù)原理 原理和作用：一部分排氣經(jīng)EGR閥還流回進(jìn)氣系統(tǒng)，稀釋了新穎混合氣中的氧濃度，導(dǎo)致熄滅速度降低，同時(shí)還使新穎混合氣的比熱容提高。兩者都

10、呵斥熄滅溫度的降低，因此可以抑制NOx的生成。 汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù) 圖10.12 EGR降低NOx的效果 2.改良發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 熄滅系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng)活塞組設(shè)計(jì) 分層稀薄熄滅 火花塞位置對(duì)油耗和HC排放物的影響 1火花塞在熄滅室側(cè)面 2火花塞在熄滅室中心 3.電子控制燃油放射系統(tǒng)(EFI)4.提高燃油質(zhì)量 5.推遲點(diǎn)火提早6.提高點(diǎn)火能量柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù) 1.增壓中冷技術(shù)最現(xiàn)實(shí)的方法是添加空氣量 2.改良進(jìn)氣系統(tǒng) 1)進(jìn)氣組織 2)多氣門(mén) 圖10.24缸內(nèi)的各種有組織氣流(a)切向進(jìn)氣道及其產(chǎn)生的旋流 (b)螺旋進(jìn)氣道及其產(chǎn)生的旋流 (c)縱向滾流(d)緊縮時(shí)的擠流 (e)膨脹時(shí)的逆流 3.改良噴油

11、系統(tǒng) 1)高壓放射 2)推遲噴油提早角 3)減小噴孔直徑，添加噴孔數(shù)目 4)減小噴嘴壓力室容積 5)高壓共軌電控燃油放射 三種燃油系統(tǒng)的噴油壓力對(duì)煙度及性能的影響實(shí)驗(yàn)條件：轉(zhuǎn)速1000r/min， 17， NOx1200106 4.改良熄滅系統(tǒng) 1)熄滅室容積比熄滅室容積對(duì)氣缸余隙容積之比 2)熄滅室口徑比 口徑比dk/D小的深熄滅室可在室中產(chǎn)生較強(qiáng)的渦流 3)熄滅室外形 縮口熄滅室曾經(jīng)取代運(yùn)用最廣直邊不縮口的形熄滅室 4) 適當(dāng)提高緊縮比 圖10.27擠流口型與規(guī)范型熄滅室的排放特性 不縮口型縮口型三種熄滅室的煙度及燃油耗費(fèi)率1-形熄滅室2-四角型熄滅室3-微渦流熄滅室 5.降低機(jī)油耗費(fèi) 6

12、.廢氣再循環(huán) 7.提高燃油質(zhì)量 排氣污染的機(jī)外凈化技術(shù)三效催化轉(zhuǎn)化器的凈化效果排放控制技術(shù)的一次革命三效催化劑催化轉(zhuǎn)化器的冷起動(dòng)HC排放7080的HC排放是在催化器起燃之前產(chǎn)生，因此降低冷起動(dòng)HC排放是滿足更加嚴(yán)厲排放法規(guī)的關(guān)鍵。措施：降低T50 、 50三效催化轉(zhuǎn)化器構(gòu)造載體氧化鋁球、陶瓷蜂窩載體和金屬載體3種。 孔密度=200-600孔/in2 壁厚=0.150.10mm陶瓷 氧化型催化劑、復(fù)原型催化劑、三效催化劑和稀燃催化劑。 氧化型催化劑OC，Oxidation Catalyst 2CO + O2 2CO2 1-1 4HC5O2 4CO2 + 2H2O 1-2 2H2 + O2 2H2

13、O 1-3汽油車(chē)催化劑任務(wù)原理三效催化劑TWC，Three Way Catalyst 2CO + 2NO2CO2 + N2 1-4 4HC + 10NO4CO22H2O5N2 1-5 2H2 + 2NO 2H2O + N2 1-6轉(zhuǎn)化效率空燃比特性Sweep 起燃特性Light off起燃溫度特性Light-off Temperature) T50T起燃時(shí)間特性Light-off Time) 50TWC性能催化轉(zhuǎn)化器的冷起動(dòng)HC排放7080的HC排放是在催化器起燃之前產(chǎn)生，因此降低冷起動(dòng)HC排放是滿足更加嚴(yán)厲排放法規(guī)的關(guān)鍵。措施：降低T50 、 50例ZLEV排放控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)汽油機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)

14、“近零排放，滿足未來(lái)十年的排放要求本田1998年 多級(jí)催化劑 吸附預(yù)熱. 10萬(wàn)英里老化后，排放僅有加州超低排放法規(guī)ULEV限值得1/10，在市區(qū)行駛時(shí)的NMHC排放低于周?chē)髿庵械臐舛取Ｏ喈?dāng)于思索發(fā)電廠排污在內(nèi)的電動(dòng)車(chē)排放程度。(暖機(jī)后1ppmHC,而環(huán)境34ppm,自動(dòng)車(chē)技術(shù)，2003，9，村中)在傳統(tǒng)汽油機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)“近零排放，滿足未來(lái)十年的排放要求4. 空速特性SVSV5. 耐久性6. 流阻特性TWC性能小時(shí)排氣量m3/h催化劑容積m3h1SV越大，反響氣體在Cat.中的停留時(shí)間越短。柴油機(jī)機(jī)外凈化技術(shù) 1.氧化催化轉(zhuǎn)化器 2 .微粒捕集器3 .柴油機(jī)Nox 復(fù)原催化劑 柴油機(jī)氧化催化

15、劑運(yùn)用效果 微粒捕集器的過(guò)濾資料(a)陶瓷蜂窩載體(b)陶瓷纖維編織物(c)金屬線纖維編織物2.曲軸箱強(qiáng)迫通風(fēng)系統(tǒng) 曲軸箱強(qiáng)迫通風(fēng)系統(tǒng)(PCV，positivecrankcaseventilationsystem) 3.燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng) 圖10.20燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng) 1空氣濾清器2控制器3儲(chǔ)氣罐4油箱 5炭罐6進(jìn)氣管 8.5 排放法規(guī)及其測(cè)試方法1、排放法規(guī)體系排放法規(guī)排放限值檢測(cè)方法整 車(chē)排放限值發(fā) 動(dòng)機(jī)排放限值怠速法自在加速煙度循環(huán)工況法2、檢測(cè)方法 怠速法自在加速煙度：環(huán)保檢測(cè)、汽車(chē)修繕 工況法輕型車(chē)總重3.5T發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)架1、排氣污染與排放法規(guī)的歷史1943年：美國(guó)洛杉磯市出現(xiàn)光化學(xué)

16、煙霧photo-chemical smog1952年：加州工大A.H.Smit博士提出Smog生成機(jī)理HC NO2 O3 PAN過(guò)氧?；跛猁}1966年：加州實(shí)施世界上第一個(gè)“汽車(chē)排放法規(guī) 7工況1968年：日本實(shí)施“大氣污染防止法 怠速測(cè)CO1970年：歐洲開(kāi)場(chǎng)實(shí)施排放法規(guī) 怠速測(cè)CO、HC1984年：中國(guó)實(shí)施排放法規(guī) 汽油車(chē)怠速、柴油車(chē)自在加速煙度1999年：北京實(shí)施歐法規(guī)2000年：全國(guó)實(shí)施歐法規(guī)2006年：全國(guó)全面實(shí)施歐法規(guī)制止消費(fèi)和銷(xiāo)售國(guó)排放輕型車(chē)2007年：北京、上海、廣州開(kāi)場(chǎng)實(shí)行歐法規(guī) 怠速法分為單怠速法和雙怠速法。怠速法對(duì)于發(fā)現(xiàn)化油器轎車(chē)中的高排放車(chē)非常有效，對(duì)于配備電子燃油放

17、射系統(tǒng)和三元催化轉(zhuǎn)化器的轎車(chē)那么效率明顯降低。 我國(guó)裝用點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的新消費(fèi)汽車(chē)，在用汽車(chē)排放限值見(jiàn)下表1.怠速法 工況法測(cè)試舉例相對(duì)穩(wěn)定工況ECE15 EUDC適用于輕型車(chē)模擬城市區(qū)city cycle和郊區(qū)Extra Urban Driving Cycle行駛工況全過(guò)程采氣1袋起動(dòng)后40s后開(kāi)場(chǎng)采氣分析歐后要取消40s，并加-7起動(dòng)類似有日本10、15工況歐洲循環(huán)工況被我國(guó)和世界上 大多數(shù)國(guó)家采用，有能夠成為 國(guó)際一致規(guī)范。我國(guó)輕型汽車(chē)污染物排放限值及丈量方法(GB 18352.32005)中規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)是由1部(包含4個(gè)市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán))和2部(市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán))組成，共繼續(xù)1180秒。市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)

18、循環(huán)單元表示圖如圖12.3所示，包含15 個(gè)工況(怠速、加速、勻速、減速等)；市郊循環(huán)包含13 個(gè)工況(怠速、加速、勻速、減速等)。 2.排氣取樣系統(tǒng)(直接取樣全量取樣 變稀釋濃度取樣法) 3.測(cè)試儀器 1) 不分光紅外線分析儀 NDIR的任務(wù)原理 NDIR(Nondisperisve Infrared Analyzer)紅外線分析儀的丈量原理，是建立在氣體具有吸收電磁輻射的特性的根底上。不同的氣體在紅外波段(0.8600m)內(nèi)都有其特定的吸收帶(如CO為4.55m，CO2為44.5m等)，而且氣體濃度愈高，吸收才干愈強(qiáng)。輻射吸收強(qiáng)度是衡量氣體濃度的尺度。不分光紅外線吸收型分析儀NDIR)-丈量CO、HC不分光紅外線吸收型分析儀NDIR)氣體流動(dòng)道路 氫火焰離子分析儀 FID