發(fā)動(dòng)機(jī)原理第八章排放與控制

1、發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件第八章排放與控制第1頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)廢氣排放物的組成與危害一、內(nèi)燃機(jī)廢氣排放物的組成內(nèi)燃機(jī)排氣中基本成分是二氧化碳、水蒸氣、過(guò)剩的氧氣、及存下的氮?dú)?，它們是燃料與空氣完全燃燒的產(chǎn)物，從毒物學(xué)的觀點(diǎn)看，它們是無(wú)毒的。排氣中還含有不完全燃燒及燃燒反應(yīng)的中間產(chǎn)物，包括一氧化碳CO、碳?xì)浠衔颒C、氮氧化合物NOx、微粒（鉛化物、黑煙、油霧等）、二氧化硫SO2、臭氣（甲醛、丙烯醛等）等。這些污染物總和，在柴油機(jī)中不到廢氣總量的1%，在汽油機(jī)中隨不同工況變化較大，有時(shí)可達(dá)5%左右，大部分有毒，或有強(qiáng)烈的刺激性、臭味和致癌作用，因此列為有害

2、成分。第2頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二二、內(nèi)燃機(jī)廢氣排放物的危害1. 一氧化碳CO的危害 CO是一種無(wú)色無(wú)味的氣體，它和血液中輸送氧的載體血紅蛋白的親和力是氧的240倍。CO與血紅蛋白結(jié)合成羥基血紅蛋白，就剝奪了血紅蛋白對(duì)人體組織的供氧能力。一般排氣中CO的濃度為34%。美國(guó)、日本的大氣中CO9599%來(lái)自汽車(chē)尾氣。第3頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二2. 氮氧化物NOx的危害內(nèi)燃機(jī)廢氣中氮氧化物絕大部分是NO，少量是NO2。NO是無(wú)色氣體，高濃度NO能引起中樞神經(jīng)的癱瘓及痙攣，在大氣中緩慢氧化成為NO2，成褐色，具有強(qiáng)烈的刺激氣味，對(duì)肺和心

3、肌有很強(qiáng)的毒害作用。 NOx是形成光化學(xué)煙霧的主要成分。排氣中NOx的濃度為0.10.4%。美國(guó)、日本的大氣中NOx的3255%來(lái)自汽車(chē)尾氣。第4頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二*光化學(xué)煙霧NOx 和HC在太陽(yáng)能的作用下進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，生成的過(guò)氧化物而形成的煙霧稱為光化學(xué)煙霧。主要產(chǎn)物：臭氧O3、過(guò)氧化?；跛猁}等臭氧O3 是極強(qiáng)的氧化劑，有獨(dú)特的臭味。第5頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二3.碳?xì)浠衔颒C的危害碳?xì)浠衔飳?duì)人類危害最大的是環(huán)芳烴，尤其是3.4苯并芘(C20H12)，是一種很強(qiáng)的致癌物質(zhì)。HC也是造成光化學(xué)煙霧的主要成分。4. 微

4、粒PM對(duì)人類的危害排氣中微粒是指經(jīng)過(guò)空氣稀釋、溫度降到52后用涂有聚四氟乙烯的玻璃纖維濾紙收集的除水以外的物質(zhì)。可能是固態(tài)的，也可能是液態(tài)的；包括原始微粒和二次微粒汽油機(jī)排放的微粒主要有：鉛化物、硫酸、硫酸鹽和低分子物質(zhì)。柴油機(jī)微粒排放比汽油機(jī)一般高3060倍柴油機(jī)排放的微粒主要有：碳煙及吸附的高分子有機(jī)物（未燃燃油、潤(rùn)滑油以及氧化裂解產(chǎn)物等）。第6頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二鉛進(jìn)入人體會(huì)引起貧血、神經(jīng)麻痹、牙齒變黑等，鉛還會(huì)引起催化劑中毒。2 m以下的碳煙吸入肺部會(huì)沉積起來(lái)，而0.10.5 m的碳煙對(duì)人體的危害更大，除了致癌作用外，這種炭煙吸入肺部，會(huì)導(dǎo)致慢性病、

5、肺氣腫、皮膚病及變態(tài)性疾病。顆粒越小，懸浮于空氣中的時(shí)間越長(zhǎng)，被人體吸入的可能性越大。第7頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第二節(jié)汽油機(jī)有害排放物的生成與影響因素一、一氧化碳CO的生成機(jī)理與影響因素1.一氧化碳CO的生成機(jī)理生成機(jī)理：低溫缺氧. 2CO22COO2; CO2+H2COH2OCO是碳?xì)浠衔镌谌紵^(guò)程中生成的中間產(chǎn)物?？刂艭O排放的主要因素是可燃混合氣的過(guò)量空氣系數(shù)a。在濃混合氣中a小于1，隨減小而CO不斷增加；在稀混合氣中，CO很低，在a 1.01.1之間，CO隨略微變化。凡是影響過(guò)量空氣系數(shù)的因素都是影響CO生成的因素汽油機(jī)的主要有害排放物： CO、HC

6、、NOx第8頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二2. 一氧化碳CO生成的影響因素過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)CO 影響：混合氣越濃，CO 的排放量越多第9頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二2. 一氧化碳CO生成的影響因素進(jìn)氣空氣溫度T0的影響：進(jìn)氣溫度上升，大氣密度下降，而汽油密度變化很小，對(duì)化油器發(fā)動(dòng)機(jī)，隨進(jìn)氣溫度升高，混合氣加濃。大氣壓力p的影響：大氣壓力下降，空氣密度下降，同樣大氣壓力的變化會(huì)影響混合氣過(guò)量空氣系數(shù)。進(jìn)氣管真空度的影響：當(dāng)汽車(chē)急劇減速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)真空度大于負(fù)63kPa，停留在進(jìn)氣系統(tǒng)中的燃油迅速蒸發(fā)進(jìn)入燃燒室，組成混合氣過(guò)濃。CO顯著增加到怠速時(shí)

7、的濃度。第10頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二怠速轉(zhuǎn)速的影響：提高怠速轉(zhuǎn)速，可有效降低CO排放，但怠轉(zhuǎn)速過(guò)高，機(jī)械噪聲會(huì)增加。一般從凈化的觀點(diǎn)，希望怠速轉(zhuǎn)速規(guī)定的高一點(diǎn)好。第11頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二汽油機(jī)工況對(duì)CO生成的影響汽油機(jī)在部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，混合氣的a接近1，CO排放量不高。但多缸機(jī)如果a不同，仍會(huì)有的氣缸a 350 第39頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二熱轉(zhuǎn)換器工作原理氧化催化轉(zhuǎn)換器對(duì)NOx無(wú)效，因此需要事先在燃燒室內(nèi)對(duì)NOx進(jìn)行削減。氧化催化方式有將空燃比設(shè)定在過(guò)濃區(qū)和稀薄區(qū)。將空燃比設(shè)定在稀薄區(qū)，汽

8、油機(jī)功率有所下降，但經(jīng)濟(jì)性好，CO和HC較少，二次空氣量可減少。將空燃比設(shè)在最大功率附近的過(guò)濃區(qū)，汽油機(jī)性能下降不多，但CO、HC則增加很多。因此用空氣泵將空氣送入排氣中，使CO、HC在氧化催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定氧化反應(yīng)。一般增加EGR對(duì)NOx進(jìn)行凈化。第40頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二2)雙床催化（氧化還原）催化轉(zhuǎn)換器雙床催化轉(zhuǎn)換器是先利用排氣中的還原氣體CO、HC來(lái)還原NOx，然后在噴入二次空氣以氧化CO和HC。缺氧雙床催化轉(zhuǎn)換器必須在濃混合氣狀態(tài)下運(yùn)行，油耗高，很不經(jīng)濟(jì)，目前少用。富氧雙床催化轉(zhuǎn)換器汽油機(jī)的最低油耗點(diǎn)在富氧區(qū)，為了降低汽油機(jī)的燃油消耗率，稀燃汽油

9、機(jī)重新興起。這種汽油機(jī)不適合三效催化轉(zhuǎn)換器，而采用富氧雙床催化轉(zhuǎn)換器。第41頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二3)三效催化轉(zhuǎn)換器三效催化轉(zhuǎn)換器是一種能同時(shí)凈化NOx、CO、HC3種有害氣體排放的催化轉(zhuǎn)換器，它是汽油機(jī)排氣廢氣后處理種最有效的方法。為了同時(shí)處理這3種氣體，必須保證NOx還原所需的CO、HC和H2等還原性氣體和為保證CO、HC氧化反應(yīng)所需的O2。所以允許的空燃比范圍非常窄。右圖是過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)三效催化轉(zhuǎn)換器效率的影響曲線。NO+CO=1/2N2+CO2NO+H2=1/2N2+H2ONO+HnCm=N2+H2O+CO2三效催化轉(zhuǎn)化器的主要成分：Pt、Rh，其余為

10、Al2O3，NiO和CeO2第42頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二三效催化轉(zhuǎn)換器閉環(huán)控制系統(tǒng)為保證空氣過(guò)量系數(shù)在當(dāng)量比附近，三效催化轉(zhuǎn)換器必須和傳感器（氧傳感器）結(jié)合構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。傳感器測(cè)量排氣中的氧含量，并將它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)它來(lái)對(duì)根據(jù)進(jìn)氣流量傳感器確定的燃油量進(jìn)行校正，以保證實(shí)際過(guò)量空氣系數(shù)變化在1%以內(nèi)。第43頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二三效催化轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)載體材料：蜂窩狀陶瓷（MgO2/AL2O3/SiO2）催化劑：Pt：Rh=5：1Pt促進(jìn)HC和CO氧化Rh促進(jìn)NOx還原第44頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20

11、日，4點(diǎn)12分，星期二4)NOx吸附催化轉(zhuǎn)換器三效催化轉(zhuǎn)換器不能滿足稀燃汽油機(jī)NOx的凈化要求?？梢圆捎肗Ox吸附催化轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器種含有貴金屬和堿土金屬作為活性成分，在稀混合氣狀態(tài)，NO在貴金屬的催化作用下，被氧化成NO2，這樣NOx都以NO2的形式出現(xiàn)，并和堿土金屬結(jié)合，排氣中的HC和CO被直接氧化成H2O和CO2。在達(dá)到堿土金屬吸附極限前，將汽油機(jī)短暫進(jìn)入濃混合氣狀態(tài)，使排氣中產(chǎn)生足夠的還原劑（CO、HC、H2等），與堿土金屬中析出的NO2反應(yīng)生成CO2和N2，這個(gè)過(guò)程叫NOx的吸附催化轉(zhuǎn)換器的再生過(guò)程。第45頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第四節(jié)柴油機(jī)有害排放物

12、的生成與影響因素柴油機(jī)HC生成機(jī)理與影響因素；柴油機(jī)CO生成機(jī)理與影響因素；柴油機(jī)NOx生成機(jī)理與影響因素；柴油機(jī)排煙與微粒的生成機(jī)理與影響因素。第46頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二一、柴油機(jī)HC生成機(jī)理與影響因素由于柴油機(jī)的工作原理是噴油壓燃，燃油停留在燃燒室中的時(shí)間比汽油機(jī)短的多，因而受壁面冷激效應(yīng)、狹隙效應(yīng)、油膜、沉積物吸附作用很小，這是柴油機(jī)HC排放較低的原因。柴油機(jī)未燃HC的排放主要來(lái)自柴油噴注的外緣混合過(guò)渡造成的過(guò)稀混合氣區(qū)。怠速或小負(fù)荷時(shí)，由于缸內(nèi)溫度較低，HC不能及時(shí)氧化，且混合氣較稀，使HC排放較高。高負(fù)荷時(shí)，過(guò)量空氣系數(shù)較小（1.3)，使HC較低。

13、柴油機(jī)火焰在壁面上的淬熄也是柴油機(jī)HC排放的來(lái)源。第47頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二二、柴油機(jī)CO生成機(jī)理與影響因素CO的濃度在柴油機(jī)排氣中中一般都很低。只有在接近冒煙極限時(shí)，才急劇增加。盡管在柴油機(jī)中有局部的缺氧區(qū)，但平均過(guò)量空氣系數(shù)大于1，氣缸內(nèi)有足夠的空氣對(duì)已經(jīng)形成的CO進(jìn)行氧化。小負(fù)荷時(shí)，燃?xì)鉁囟鹊投已趸磻?yīng)少，造成CO排放高。第48頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二三、柴油機(jī)NOx生成機(jī)理與影響因素影響柴油機(jī)NOx生成的主要因素有：進(jìn)氣濕度；進(jìn)氣溫度；進(jìn)氣壓力；發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。第49頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)

14、12分，星期二1)進(jìn)氣濕度對(duì)柴油機(jī)NOx的影響無(wú)論在直噴式還是分隔式柴油機(jī)，進(jìn)氣濕度對(duì)柴油機(jī)NOx的影響很大。NOx隨濕度的增加而減少，因?yàn)樗纸档土瞬裼蜋C(jī)的最高燃燒溫度，對(duì)NOx的生成起到抑止作用。第50頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二2)進(jìn)氣溫度對(duì)柴油機(jī)NO的影響當(dāng)燃空比一定時(shí)，進(jìn)氣溫度上升，NO增加，功率有所降低。主要是由于壓縮溫度升高而引起局部溫度升高的緣故。在高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中必須采用中冷器，以使進(jìn)氣溫度盡可能低，這對(duì)凈化也是必要的。第51頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二3)進(jìn)氣壓力對(duì)柴油機(jī)NOx的影響進(jìn)氣壓力提高，NO減少，并使功率增加。

15、因?yàn)檫M(jìn)氣壓力提高，供油量一定，相當(dāng)于降低了燃空比，限值了NO的生成。當(dāng)進(jìn)氣濕度、壓力提高，溫度降低時(shí)，能有效降低NO排放。據(jù)此提出進(jìn)氣管?chē)娝?，增壓中冷等凈化措施。?2頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二4)柴油機(jī)負(fù)荷（燃空比）對(duì)NOx的影響柴油機(jī)負(fù)荷增加，供油量增加即燃空比增加。隨燃空比增加，NOx濃度也增加，到達(dá)最大值后，再增加燃空比，NO反而下降。在燃空比小的稀混合氣中，NO主要取決于溫度，當(dāng)燃空比隨負(fù)荷增加時(shí)使溫度上升，NO濃度上升。在燃空比小的濃混合氣中，即使溫度再升高，NO濃度主要取決于氧的濃度，因此當(dāng)燃空比再增加時(shí)，由于氧濃度減小而NO濃度下降。第53頁(yè)，共7

16、9頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二5)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)NOx的影響分隔式燃燒室在高速時(shí)，NO濃度有所升高，直噴式在中速時(shí)達(dá)到最大值。右下圖為柴油機(jī)NO的等排放特性曲線，根據(jù)特性曲線可以選擇排污少、功率損失較少的工況作為發(fā)動(dòng)機(jī)的常用工況。第54頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二四、柴油機(jī)排煙的生成機(jī)理與影響因素柴油機(jī)排煙可分為：白煙、藍(lán)煙（青煙）和黑煙三種。不同的煙色形成的原因不同，有的研究認(rèn)為起決定作用的是溫度：在250以下形成煙通常是白煙，從250 到著火溫度形成的是藍(lán)煙，黑煙只在著火后才出現(xiàn)。白煙通常在低溫起動(dòng)后不久及怠速工況時(shí)發(fā)生。此時(shí)，氣缸溫度較低，著火

17、不好，未經(jīng)燃燒的燃料和潤(rùn)滑油以液滴的狀態(tài)，直徑在1.3m左右，隨廢氣排出形成白煙。當(dāng)氣缸磨損加大，竄氣、竄油時(shí)，白煙增多。正常的發(fā)動(dòng)機(jī)在暖車(chē)后，一般就不再形成白煙。改善起動(dòng)性可減少白煙。第55頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二1.柴油機(jī)藍(lán)煙生成的機(jī)理與影響因素柴油機(jī)藍(lán)煙通常在柴油機(jī)尚未完全預(yù)熱或低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生。此時(shí)，燃燒溫度較低，約600以下，燃料著火性能不好，部分燃料和竄入燃燒室的潤(rùn)滑油未能完全燃燒，其中大部分是已經(jīng)蒸發(fā)的油，再凝結(jié)呈微粒狀態(tài)，直徑比白煙小，在0.4 m以下，隨廢氣排出而成藍(lán)煙。這種煙的藍(lán)色是此種大小微粒由藍(lán)色光折射而成的。排出藍(lán)煙時(shí)，同時(shí)有燃燒不完全

18、的中間產(chǎn)物（如甲醛等）排出，因而藍(lán)煙常帶有刺激性臭味。減少藍(lán)煙的方法： 提高燃燒室和室內(nèi)空氣溫度; 減少室內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)，以免燃料很快被吹散形成過(guò)稀混合氣; 減小燃油噴注貫穿度，避免與冷壁面相碰； 進(jìn)氣加熱; (但上述部分措施與減少黑煙是矛盾的) 催化轉(zhuǎn)化。第56頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二2.柴油機(jī)黑煙（碳煙）生成的機(jī)理與影響因素柴油機(jī)微粒的新概念（美國(guó)環(huán)境保護(hù)局EPA規(guī)定的稀釋質(zhì)量法）：柴油機(jī)排氣經(jīng)過(guò)稀釋后，在低于51.7時(shí)，通過(guò)帶有聚四氟乙烯樹(shù)脂過(guò)濾紙時(shí)，被濾紙所濾下來(lái)的物質(zhì)。微粒包括：以碳元素為主的碳煙，未氧化或未完全氧化的的碳?xì)浠衔?、硫酸鹽以及與硫酸鹽結(jié)合的

19、水和其他雜質(zhì)。高負(fù)荷時(shí)碳煙是柴油機(jī)微粒中的主要成分；低負(fù)荷時(shí)微粒中以碳?xì)浠衔餅橹?。炭煙生成歷程：燃燒初期大量裂解產(chǎn)生，燃燒后期大部分氧化消除。第57頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二1)柴油機(jī)碳煙的生成機(jī)理碳煙產(chǎn)生的條件是高溫和缺氧。由于柴油機(jī)混合氣極不均勻，盡管柴油機(jī)總體上是富氧燃燒，但局部的缺氧還是導(dǎo)致了碳煙的生成。碳煙的生成過(guò)程：燃油中的烴分子在高溫缺氧的環(huán)境下熱裂解，形成部分乙烯和聚乙烯；它們?cè)诓粩嗝摎浜缶酆铣梢蕴紴橹鞯模睆?nm左右的碳煙核心；氣體中的烴在這個(gè)核心表面的凝聚，以及碳煙核心之間的凝聚，使得核心的表面增大，成為直徑2030nm左右的碳煙基元。至此

20、碳煙的質(zhì)量已基本確定，最后碳煙基元堆積成直徑1m以下的微粒。第58頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二2)碳煙形成的數(shù)量與溫度及過(guò)量空氣系數(shù)的關(guān)系碳煙形成的數(shù)量隨著過(guò)量空氣系數(shù)的降低而增加。溫度對(duì)碳煙形成數(shù)量的影響，在16001700K之間達(dá)到最大值。壓力對(duì)碳煙形成的溫度和過(guò)量空氣系數(shù)條件影響很小，但對(duì)碳煙形成的數(shù)量影響很大。隨著壓力的增加，碳煙形成的數(shù)量增加。第59頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二柴油機(jī)的CO和HC的排放低于帶有三效催化轉(zhuǎn)換器和過(guò)量空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)（閉環(huán)控制）的現(xiàn)代汽油機(jī)。柴油機(jī)的排氣污染物主要是NOx和微粒。第60頁(yè)，共79頁(yè)，202

21、2年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第五節(jié)柴油機(jī)廢氣凈化措施一、柴油機(jī)廢氣前處理凈化措施1.改變?nèi)剂系男再|(zhì)降低十六烷值可降低碳煙，但會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴。2. 燃料添加劑消煙添加劑：鋇溶在油溶性鹼化鹽或中性鹽中。鋇的添加量達(dá)1g/L 時(shí)，碳煙降低50%70%。但油耗增加1%2%；鋇鹽有毒；使燃料灰量增加。加水乳化油：乳化油加水30%以上能顯著降低碳煙。代用燃料：如：醇類燃料、二甲醚DME等。第61頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二二、柴油機(jī)廢氣機(jī)內(nèi)凈化措施主要包括：燃燒系統(tǒng)；電子控制；供油系統(tǒng)；進(jìn)氣系統(tǒng)；廢氣再循環(huán)（EGR）；冷啟動(dòng)藍(lán)煙的消除； 新型燃燒方式進(jìn)展。1. 柴

22、油機(jī)不同燃燒系統(tǒng)排放特點(diǎn)分隔式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)：混合速度快；溫度、燃油濃度、空氣濃度分區(qū)，總體有害排放較少。炭煙的排放相對(duì)較多。直噴式柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)：燃燒室緊湊，燃油易撞壁，混合氣形成時(shí)間短；空氣的過(guò)量系數(shù)高；燃油易于裂解。 NOx、未燃HC的排放相對(duì)較多。第62頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二2.主副燃燒室容積比對(duì)柴油機(jī)排放的影響及改進(jìn)方案渦流室柴油機(jī)副燃燒室容積增大，副燃燒室內(nèi)空氣量增加，可減少碳煙的形成，但NOx增加。綜合考慮碳煙和NOx排放，副燃燒室與主燃燒室的容積比選在1.071.15。預(yù)燃室柴油機(jī)的預(yù)燃室體積過(guò)大，會(huì)降低預(yù)燃室中燃?xì)獾哪芰浚绊戭A(yù)燃室中不完全燃

23、燒的燃?xì)夂椭魅紵业目諝饣旌?，因而預(yù)燃室內(nèi)柴油機(jī)預(yù)燃室體積只有主燃燒室的3540%。第63頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二3.預(yù)熱塞安裝位置的優(yōu)化副燃燒室內(nèi)預(yù)熱塞或電熱塞對(duì)氣流的干擾應(yīng)盡量小，盡量消除氣流的流動(dòng)死區(qū)。下圖B預(yù)熱塞的位置減少了氣流死區(qū)，減少 了碳煙生成，使得平均有效壓力的提高稱為可能。第64頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二4.降低直噴式柴油機(jī)排放的措施直噴式柴油機(jī)由于流動(dòng)損失和散熱損失較小，具有較高的熱效率。近年來(lái)，在轎車(chē)柴油機(jī)得到廣泛應(yīng)用。對(duì)高速直噴式柴油機(jī)的混合氣形成和燃燒的要求：滯燃期內(nèi)，噴入氣缸的燃油盡可能少，以免預(yù)混燃燒過(guò)

24、多，使壓力升高率增大，控制噪聲。燃燒前期，噴入的燃油量要適當(dāng)，以控制碳煙和NOx的生成以及過(guò)高的燃燒噪聲。燃燒后期即擴(kuò)散燃燒階段，噴入的燃油很好與空氣混合以減少碳煙生成，這就需要很高的噴射壓力。燃油噴射結(jié)束后，剩余的空氣和燃?xì)馊阅軓?qiáng)烈混合，以促使碳煙的氧化。第65頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二5.降低排放對(duì)直噴式柴油機(jī)噴油系統(tǒng)的要求提高噴油壓力，從100MPa提高到150MPa甚至200MPa，特別是低轉(zhuǎn)速時(shí)的噴射壓力要保證；增加噴油器的噴孔數(shù)，減小噴孔直徑。前者對(duì)燃油分布均勻性很關(guān)鍵，而后者則可以減少燃油碰壁的數(shù)量；可控的燃油噴射率變化歷程，如靴型噴射（先緩后急）、

25、二次噴射（預(yù)噴射加主噴射）；根據(jù)柴油機(jī)工況優(yōu)化噴油定時(shí)。第66頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二三、柴油機(jī)廢氣后處理凈化措施排氣微粒捕集器及再生(CRT、SCRT) 降低微粒排放；微粒過(guò)濾器（DPF）降低微粒；氧化催化轉(zhuǎn)換器降低微粒中可溶有機(jī)物（SOF）以及氣態(tài)HC和CO；選擇性還原催化轉(zhuǎn)換器降低NOx排放。第67頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二降低微粒排放的主要措施高溫氧化：可降低80%微粒，但需要800以上的高溫和4s以上的反應(yīng)時(shí)間，在實(shí)際應(yīng)用中不現(xiàn)實(shí)。催化氧化：主要降低微粒中的SOF，但對(duì)碳煙幾乎不起作用清洗：讓平排氣通過(guò)水或油來(lái)清洗微粒，占

26、用體積很大，而且只能降低排放的10%左右。離心分離：將排氣引入旋風(fēng)器里，利用微粒的離心力，將微粒從氣流中分離開(kāi)來(lái)。由于微粒體積很小，所以只能分離約10%的微粒。靜電分離：首先將微粒進(jìn)行荷電，然后吸附到極性相反的金屬電極板上。分離微粒將隨排氣回流到氣缸燃燒，增加了氣缸的磨損?？煞蛛x50%左右。過(guò)濾捕集器：目前，降低柴油機(jī)微粒排放的排氣后處理技術(shù)主要是使用微粒捕集器。第68頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二1.微粒捕集器1)工作原理擴(kuò)散：布朗運(yùn)動(dòng)使得微粒偏離氣流運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)它們和過(guò)濾材料接觸時(shí)，就被吸附在過(guò)濾材料上。擴(kuò)散捕集的效果隨微粒直徑的減小、氣流速度的降低和溫度的升高而

27、提高。沉積：當(dāng)排氣流中的微粒和過(guò)濾材料接觸時(shí)，就被攔截在過(guò)濾材料上。微粒越大，攔截捕集的效果越好。撞擊：較高速度的氣流中的較大的微粒，當(dāng)氣流繞過(guò)過(guò)濾材料氣流方向改變時(shí)，離開(kāi)氣流撞上過(guò)濾材料被捕集。第69頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二2)微粒捕集器的類型表面型微粒捕集器：被捕集的微粒聚集在過(guò)濾材料的表面上。其典型材料是透氣陶瓷。過(guò)濾效果主要是受材料孔隙尺寸的影響。體積型微粒捕集器：被捕集的微粒聚集在過(guò)濾材料體內(nèi)。主要由陶瓷或金屬纖維材料繞制而成。帶有微粒的排氣在體積型微粒捕集器中不斷改變流動(dòng)方向，微粒通過(guò)擴(kuò)散、攔截和撞擊聚集在纖維材料上。第70頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，

28、5月20日，4點(diǎn)12分，星期二3)微粒捕集再生系統(tǒng)柴油機(jī)排氣微粒捕集器的捕集效果已經(jīng)不是技術(shù)難題。但只能把微粒從排氣中過(guò)濾出來(lái)，收集在捕集器里，本身不能清除微粒。集聚的微粒會(huì)增加排氣流動(dòng)阻力，增加排氣背壓，影響柴油機(jī)的換氣和正常燃燒，增加柴油機(jī)的燃油消耗。因此微粒捕集器的微粒必須及時(shí)清除，以免影響柴油機(jī)的性能。清除微粒捕集器中的微粒，稱為微粒捕集器的再生。第71頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二4)微粒捕集器再生的方法再生系統(tǒng)分為：主動(dòng)再生系統(tǒng)和被動(dòng)再生系統(tǒng)。被動(dòng)再生系統(tǒng)：要求在車(chē)輛正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，能達(dá)到再生條件。為此，可運(yùn)用進(jìn)氣節(jié)流，推遲噴油時(shí)間，進(jìn)氣管加熱等來(lái)提高排氣

29、溫度，但又使經(jīng)濟(jì)性惡化。最有希望的是通過(guò)催化劑降低微粒的著火溫度。使用催化劑的方法：濾芯表面使用催化劑、燃油中添加催化劑。主動(dòng)再生系統(tǒng)：就是監(jiān)視微粒的聚集情況，當(dāng)需要再生時(shí)，就起動(dòng)再生系統(tǒng)。主動(dòng)再生系統(tǒng)有額外噴油的燃燒器系統(tǒng)、電加熱器系統(tǒng)和催化劑噴射系統(tǒng)等。下圖是幾種有代表性的再生方法。第72頁(yè)，共79頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二5)微粒捕集器主動(dòng)再生系統(tǒng)的要求帶有主動(dòng)再生系統(tǒng)的微粒捕集器必須具有的控制功能：確定輔助再生時(shí)間檢測(cè)和控制再生時(shí)的排氣溫度，以免損壞過(guò)濾器；在緊急情況下切斷再生系統(tǒng)?，F(xiàn)在的很多捕集器都帶有旁路系統(tǒng)，為防止濾芯過(guò)熱，在溫度達(dá)到某一值時(shí)，啟動(dòng)旁路系統(tǒng)。第73頁(yè)，共79頁(yè)，2