發(fā)動機排放污染物的生成機理

發(fā)動機排放污染物的生成機理主要容：介紹了汽車尾氣中的主要污染物CO、HC、NO*和微粒的生成機理。1、一氧化碳1.1一氧化碳的生成機理汽車尾氣中CO的產(chǎn)生是由于燃油在氣缸中燃燒不充分所致，是氧氣缺乏而生成的中間產(chǎn)物。一般烴燃料的燃燒反響可經(jīng)以下過程：(2-1)燃氣中的氧足夠時有(2-2)(2-3)同時CO還與生成的水蒸氣作用，生成氫和二氧化碳?？梢?，如果燃氣中的氧氣量充足時，理論上燃料燃燒后不會存在CO。但當(dāng)氧氣量缺乏時，就會有局部燃料不能完全燃燒，而生成CO。在非分層燃燒的汽油機中，可燃混合氣根本上是均勻的，其CO排放量幾乎完全取決于可燃混合氣的空燃比或過量空氣系數(shù)。圖2-1所示為11種H/C比值不同的燃料在汽油機中燃燒后，排氣中CO的摩爾分數(shù)*CO與或的關(guān)系?？杖急冗^量空氣系數(shù)a〕b)圖2-1汽油機CO排放量*CO與空燃比及過量空氣系數(shù)的關(guān)系由圖2-1可以看出，在濃混合氣中〔<1〕，CO的排放量隨的減小而增加，這是因缺氧引起不完全燃燒所致。在稀混合氣中〔>1〕，CO的排放量都很小，只有在=1.0～1.1時，CO的排放量才隨有較復(fù)雜的變化。在膨脹和排氣過程中，氣缸壓力和溫度下降，CO氧化成CO2的過程不能用相應(yīng)的平衡方程準確計算。受化學(xué)反響動力學(xué)影響，大約在1100K時，CO濃度凍結(jié)。汽油機起動暖機和急加速、急減速時，CO排放比擬嚴重。在柴油機的大局部運轉(zhuǎn)工況下，其過量空氣系數(shù)都在1.5～3之間，故其CO排放量要比汽油機低得多，只有在大負荷接近冒煙界限〔=1.2～1.3〕時，CO的排放量才大量增加。由于柴油機燃料與空氣混合不均勻，其燃燒空間總有局部缺氧和低溫的地方，以及反響物在燃燒區(qū)停留時間較短，缺乏以徹底完成燃燒過程而生成CO排放，這就可以解釋圖2-2在小負荷時盡管很大，CO排放量反而上升。類似的情況也發(fā)生在柴油機起動后的暖機階段和怠速工況中。過量空氣系數(shù)圖2-2典型的車用直噴式柴油機排放污染物量與過量空氣系數(shù)的關(guān)系2、碳氫化合物車用柴油機中的未燃HC都是在缸的燃燒過程中產(chǎn)生并隨排氣排放。汽油發(fā)動機中未燃HC的生成與排放主要有以下三種途徑。〔1〕在氣缸的燃燒過程中產(chǎn)生并隨廢氣排出，此局部HC主要是燃燒過程中未燃燒或燃燒不完全的碳氫燃料?！?〕從燃燒室通過活塞組與氣缸之間的間隙漏入曲軸箱的竄氣中含有大量未燃燃料，如果排入大氣中也構(gòu)成HC排放物?！?〕從汽油機的燃油系統(tǒng)蒸發(fā)的燃油蒸汽。2.1碳氫化合物的生成機理1.車用汽油機未燃HC的生成機理車用發(fā)動機的碳氫排放物中有完全未燃燒的燃料，但更多的是燃料的不完全燃燒產(chǎn)物，還有小局部由潤滑油不完全燃燒而生成。排氣中未燃碳氫物的成份十分復(fù)雜，其中有些是原來燃料中不含有的成份，這是局部氧化反響所致。表2-1列出了車用汽油機中未燃碳氫化合物成份的大致比例。車用汽油機排氣中的未燃碳氫化合物成份表2-1占總HC排放量的質(zhì)量分數(shù)/%烷烴烯烴炔烴芳香烴未裝催化裝置3327832裝有催化裝置5715216車用發(fā)動機在正常運轉(zhuǎn)情況下，HC的生成區(qū)主要位于氣缸壁的四周處，故對整個氣缸容積來說是不均勻的，而且對排氣過程而言HC的分布也是不均勻的。在發(fā)動機一個工作循環(huán)，排氣中HC的濃度出現(xiàn)兩個峰值，一個出現(xiàn)在排氣門剛翻開時的先期排氣階段，另一個峰值出現(xiàn)在排氣行程完畢時。HC的生成主要由火焰在壁面淬冷、狹隙效應(yīng)、潤滑油膜的吸附和解吸、燃燒室沉積物的影響、體積淬熄及碳氫化合物的后期氧化所致。下面主要針對汽油機分別進展討論，但除了狹隙效應(yīng)外，其余的均適用于柴油機。1〕火焰在壁面淬冷火焰淬冷的形成方式有兩種，即單壁淬冷和雙壁淬冷。前者是火焰接近氣缸壁時，由于缸壁附近混合氣溫度較低，使氣缸壁面上薄薄的邊界層的溫度降低到混合氣自燃溫度以下，導(dǎo)致火焰熄滅，邊界層的混合氣未燃燒或未燃燒完全就直接進入排氣而形成未燃HC，此邊界層稱為淬熄層，發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時，其厚度在0.05～0.4mm之間變動，在小負荷時或溫度較低時淬熄層較厚；后者是在活塞頂部和氣缸壁所組成的很小的環(huán)形間隙中，火焰?zhèn)鞑贿M去，使其中的混合氣不能燃燒，在膨脹過程中逸出形成HC在正常運轉(zhuǎn)工況下，淬熄層中的未燃HC在火焰前鋒面掠過后，大局部會向燃燒室中心擴散并完成氧化反響，使未燃HC的濃度大大降低。但是在發(fā)動機冷起動、暖機和怠速等工況下，因燃燒室壁面溫度較低，形成的淬熄層較厚，同時已燃氣體溫度較低及混合氣較濃，使后期氧化作用較弱，因此壁面火焰淬熄是此類工況下未燃HC的重要來源。2〕狹隙效應(yīng)在車用發(fā)動機的燃燒室有如圖2-7所示的各種狹窄的間隙，如活塞組與氣缸壁之間的間隙、火花塞中心電極與絕緣子根部周圍狹窄空間和火花塞螺紋之間的間隙、進排氣門與氣門座面形成的密封帶狹縫、氣缸蓋墊片處的間隙等，當(dāng)間隙小到一定程度，火焰不能進入便會產(chǎn)生未燃HC。在壓縮過程中，缸壓力上升，未燃混合氣擠入各間隙中，這些間隙的容積很小但具有很大的面容比，進入其中的未燃混合氣因傳熱而使溫度下降。在燃燒過程中壓力繼續(xù)上升，又有一局部未燃混合氣進入各間隙。當(dāng)火焰到達間隙處時，火焰有可能傳入使間隙的混合氣得到全部或局部燃燒〔在入口較大時〕，但也有可能火焰因淬冷而熄滅，使間隙中混合氣不能燃燒。隨著膨脹過程開場，氣缸壓力不斷下降。大約從壓縮上止點后15oCA開場，間隙氣體返回氣缸，這時氣缸溫度已下降，氧的濃度也很低，流回氣缸的可燃氣再氧化的比例不大，一半以上的未燃HC直接排出氣缸。狹隙效應(yīng)產(chǎn)生的HC排放可占其總量的50%～70%。圖2-7汽油機燃燒室未燃HC的可能來源1-潤滑油膜的吸附及解吸；2-火花塞附近的狹隙和死區(qū)；3-冷激層；4-氣門座死區(qū)；5-火焰熄滅〔如混和氣太稀、湍流太強〕；6-沉積物的吸附及解吸；7-活塞環(huán)和環(huán)岸死區(qū)；8-氣缸蓋襯墊缸孔死區(qū)3〕潤滑油膜對燃油蒸汽的吸附與解吸在進氣過程中，氣缸壁面和活塞頂面上的潤滑油膜溶解和吸收了進入氣缸的可燃混合氣中的碳氫化合物蒸汽，直至到達其環(huán)境壓力下的飽和狀態(tài)，這種溶解和吸收過程在壓縮和燃燒過程中的較高壓力下繼續(xù)進展。在燃燒過程中，當(dāng)燃燒室燃氣中的HC濃度由于燃燒而下降至很低時，油膜中的HC開場向已燃氣解吸，此過程將持續(xù)到膨脹和排氣過程。一局部解吸的燃油蒸汽與高溫的燃燒產(chǎn)物混合并被氧化；其余局部與較低溫度的燃氣混合，因不能氧化而成為HC排放源。這種類型的HC排放與燃油在潤滑油中的溶解度成正比。使用不同的燃料和潤滑油，對HC排放的影響不同，使用氣體燃料則不會生成這種類型的HC。潤滑油溫度升高，使燃油在其中的溶解度下降，于是降低了潤滑油在HC排放中所占的比例。由潤滑油膜吸附和解吸機理產(chǎn)生的未燃HC排放占其總量的25%左右。4〕燃燒室沉積物的影響發(fā)動機運轉(zhuǎn)一段時間后，會在燃燒室壁面、活塞頂、進排氣門上形成沉積物，從而使HC排放增加。對使用含鉛汽油的發(fā)動機，HC排放可增加7%～20%。沉積物的作用機理可用其對可燃混合氣的吸附及解吸作用來解釋，當(dāng)然，由于沉積物的多孔性和固液多相性，其生成機理更為復(fù)雜。當(dāng)沉積物沉積于間隙中，由于間隙容積的減少，可能使由于狹隙效應(yīng)而生成的HC排放量下降，但同時又由于間隙尺寸減小而可能使HC排放量增加。這種機理所生成的HC占總排放量的10%左右。5〕體積淬熄發(fā)動機在*些工況下，火焰前鋒面到達燃燒室壁面之前，由于燃燒室中壓力和溫度下降太快，可能使火焰熄滅，稱為體積淬熄，這也是產(chǎn)生未燃HC的一個原因。發(fā)動機在冷起動和暖機工況下，由于發(fā)動機溫度較低，混合氣不夠均勻，導(dǎo)致燃燒變慢或不穩(wěn)定，火焰易熄滅；發(fā)動機在怠速或小負荷工況下，轉(zhuǎn)速低、相對剩余廢氣量大，使滯燃期延長、燃燒惡化，也易引起熄火。更為極端的情況是發(fā)動機的*些氣缸缺火，使未燃燒的可燃混合氣直接排入排氣管，造成未燃HC排放急劇增加，故汽油機點火系統(tǒng)的工作可靠性對HC排放是至關(guān)重要的。6〕碳氫化合物的后期氧化在發(fā)動機燃燒過程中未燃燒的碳氫化合物，在以后的膨脹和排氣過程中不斷從間隙容積、潤滑油膜、沉積物和淬熄層中釋放出來，重新擴散到高溫的燃燒產(chǎn)物中被全部或局部氧化，稱為碳氫化合物的后期氧化，包括：〔1〕氣缸未燃碳氫化合物的后期氧化：在排氣門開啟前，氣缸的燃燒溫度一般超過950oC。假設(shè)此時氣缸有氧可供后期氧化〔例如當(dāng)過量空氣系數(shù)>1時〕，碳氫化合物的氧化將很容易進展?！?〕排氣管未燃碳氫的氧化：排氣門開啟后，缸未被氧化的碳氫化合物將隨排氣一同排放到排氣管，并在排氣管繼續(xù)氧化。其氧化條件為：①管有足夠的氧氣；②排氣溫度高于600°C；③停留時間大于50ms。2.車用柴油機未燃HC的生成機理汽油機未燃HC的生成機理也適用于柴油機，但由于兩者的燃燒方式和所用燃料的不同，故柴油機的碳氫排放物有其自身的特點，柴油中的碳氫化合物比汽油中的碳氫化合物沸點要高、分子量大，柴油機的燃燒方式使油束中燃油的熱解作用難以防止，故柴油機排氣中未燃或局部氧化的HC成份比汽油機的復(fù)雜。柴油機的燃料以高壓噴入燃燒室后，直接在缸形成可燃混合氣并很快燃燒，燃料在氣缸停留的時間較短，生成HC的相對時間也短，故其HC排放量比汽油機少。3氮氧化物3.1氮氧化物的生成機理車用發(fā)動機排氣中的氮氧化物NO*包含NO和NO2，其局部是NO，它們是N2在燃燒高溫下的產(chǎn)物。1.NO的生成機理從大氣中的N2生成NO的化學(xué)機理是擴展的澤爾多維奇〔Zeldovitch〕機理。在化學(xué)計量混合比〔=1〕附近導(dǎo)致生成NO和使其消失的主要反響式為：O2→2O〔2-6〕O＋N2→NO＋O〔2-7〕N＋O2→NO＋O〔2-8〕N＋OH→NO＋H〔2-9〕反響式(2-9)主要發(fā)生在非常濃的混合氣中，NO在火焰的前鋒面和離開火焰的已燃氣中生成。汽油機中的燃燒在高壓下進展，并且燃燒過程進展得很快，反響層很薄〔約0.1mm〕且反響時間很短。早期燃燒產(chǎn)物受到壓縮而溫度上升，使得已燃氣體溫度高于剛完畢燃燒的火焰帶的溫度，因此除了混合氣很稀的區(qū)域外，大局部NO在離開火焰帶的已燃氣中發(fā)生，只有很少局部NO產(chǎn)生在火焰帶中。也就是說，燃燒和NO的產(chǎn)生是彼此別離的，應(yīng)主要考慮已燃氣體中NO的生成。NO的生成主要與溫度有關(guān)。圖2-8表示正辛烷與空氣的均勻混合氣在4MPa壓力下等壓燃燒時，計算得到的燃燒生成的NO平衡摩爾分數(shù)與溫度T及過量空氣系數(shù)的關(guān)系。從圖2-8中可以看出：在>1的稀混合氣區(qū)，NOe隨溫度的升高而迅速增大；在一定的溫度下，NOe隨混合氣的加濃而減少。當(dāng)<1以后，由于氧缺乏，NOe隨的減小而急劇下降。因此可以得出以下結(jié)論：在稀混合氣區(qū)NO的生成主要是溫度起作用；在濃混合氣區(qū)主要是氧濃度起作用。圖2-8中的虛線表示對應(yīng)絕熱火焰溫度下的NO平衡摩爾分數(shù)。絕熱溫度指混合氣燃燒后釋放的全部熱量減去因自身加熱和組成變化所消耗的熱量而到達的溫度，它是過程中可能到達的最高燃燒溫度。一般情況下，絕熱火焰溫度在稍濃混合氣〔略小于1〕時到達最高值，但由于此時缺氧，故NO排放值不是最高，所以，NOe最大值出現(xiàn)在稍稀的混合氣中〔稍大于1〕中。假設(shè)混合氣過稀，火焰溫度大大下降，使NO排放降低。圖2-9溫度對總量化學(xué)反響N2+O2→2NO進展快慢的影響〔過量空氣系數(shù)=1.1，壓力為10MPa〕生成NO的過程中，到達NO的平衡摩爾分數(shù)需要較長時間。圖2-9表示在不同溫度下NO生成的總量化學(xué)反響式N2+O2→2NO的進展快慢，用NO摩爾分數(shù)的瞬時值NO與其平衡值NOe之比表示。從圖中可以看出，反響溫度越低，則到達平衡摩爾分數(shù)所需時間越長，并且NO的生成反響比發(fā)動機中的燃燒反響慢?？梢姕囟仍礁?，氧濃度越高，反響時間越長，NO的生成量越多。所以對NO的主要控制方法就是降低最高燃燒溫度。發(fā)動機在運轉(zhuǎn)中因為燃燒經(jīng)歷時間極短〔只有幾毫秒〕，溫度的上升和下降都很迅速，故NO圖2-9溫度對總量化學(xué)反響N2+O2→2NO進展快慢的影響〔過量空氣系數(shù)=1.1，壓力為10MPa〕2.NO2的生成機理汽油機排氣中的NO2濃度與NO的濃度相比可忽略不計，但在柴油機中NO2可占到排氣中總NO*的10%～30%。目前對NO2生成機理的研究還不透徹，大致上認為NO在火焰區(qū)可以迅速轉(zhuǎn)變成NO2，反響機理如下：NO＋HO2→NO2＋OH〔2-10〕然后NO2又通過下述反響式轉(zhuǎn)變?yōu)镹ONO2＋O→NO＋O2〔2-11〕只有在NO2生成后，火焰被冷的空氣所激冷，NO2才能保存下來，因此汽油機長期怠速會產(chǎn)生大量NO2。柴油機在小負荷運轉(zhuǎn)時，燃燒室中存在很多低溫區(qū)域，可以抑制NO2向NO的再轉(zhuǎn)化而使NO2的濃度增大。NO2也會在低速下在排氣管中生成，因為此時排氣在有氧條件下停留較長時間。4微粒4.1微粒的生成機理1.汽油機微粒的生成機理汽油機中的排氣微粒有三種來源：含鉛汽油中的鉛、有機微?！舶ㄌ紵煛?、來自汽油中的硫所產(chǎn)生的硫酸鹽。車用汽油機用含鉛量0.15g/L的含鉛汽油運轉(zhuǎn)時，微粒排放量在100～150mg/km圍，其主要成分為鉛化合物，鉛質(zhì)量分數(shù)占25%～60%，微粒尺寸分布為80%的直徑小于0.2μm，這種微粒是由排氣中的鉛鹽冷凝生成的。因此，以質(zhì)量計的排放量在發(fā)動機冷起動時較高。目前，由于含鉛汽油的淘汰及貴金屬三效催化劑的應(yīng)用，鉛微粒當(dāng)然也不再排放。硫酸鹽排放主要涉及在排氣系統(tǒng)中有氧化催化劑的車用發(fā)動機。汽油中的硫在燃燒中轉(zhuǎn)化為SO2，被排氣系統(tǒng)中催化劑氧化成SO3后，與水結(jié)合生成硫酸霧。因此，汽油機硫酸鹽的排放量直接取決于汽油中的硫含量。碳煙排放只在使用很濃的混合氣時才會遇到，對調(diào)整良好的汽油機不是主要問題。此外當(dāng)發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)不良〔例如氣缸活塞組嚴重磨損〕，導(dǎo)致潤滑油消耗很大時，會產(chǎn)生排氣冒藍煙，這是未燃燒潤滑油微粒構(gòu)成的氣溶膠。此時發(fā)動機性能明顯惡化，需立即檢修。2.柴油機微粒的生成機理1〕排氣微粒的組成與特征柴油機排氣微粒由很多原生微球的聚集體而成，總體構(gòu)造為團絮狀或鏈狀。柴油機排氣微粒的組成取決于柴油機的運轉(zhuǎn)工況，尤其是排氣溫度。當(dāng)排氣溫度超過500?C時，排氣微粒根本上是很多碳質(zhì)微球的聚集體，稱為碳煙，也稱為煙粒〔DS〕；當(dāng)排氣溫度低于500?C時〔柴油機的絕大局部工況〕，煙粒會吸附和凝聚多種有機物，稱為有機可溶成份〔SOF〕。這些有機物在一定溫度下可以揮發(fā)，而且絕大局部能溶解于一定的有機溶劑中，它在微粒中的含量變化圍很廣，可從10%～90%，其含量決定于燃油性質(zhì)、發(fā)動機類型及運轉(zhuǎn)工況。如果沿柴油機的排氣管道測試取樣，可發(fā)現(xiàn)微粒粒度不斷增大，且由于排氣中的有機化合物不斷吸附冷凝在微粒上，使排氣中SOF含量增加。柴油機微粒排放包括我們平日所說的白煙、藍煙、黑煙。其中白煙、藍煙中有較高的H/C比，其主要成份為未燃的燃料微粒，藍煙中還有竄入燃燒室的潤滑油成份。白煙微粒直徑在1.3μm左右，通常在冷起動和怠速工況時發(fā)生，改善起動性能后則減少，暖機后則消失。藍煙微粒直徑較小，在0.4μm左右，通常在柴油機未完全預(yù)熱或低溫、小負荷時發(fā)生，在發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)后消失。白煙與藍煙并無本質(zhì)區(qū)別，只是由于微粒大小不同，使光照顯色有異。黑煙也就是碳煙通常在大負荷時發(fā)生，具有較低的H/C值，煙中含有比重大、顆粒細微的碳粒子，其最小單元為片晶。片晶按一定方向隨機排列聚結(jié)成碳晶粒子，其粒徑大多在〔50～500〕×10-4μm之間。在柴油機排氣中碳晶粒子以球狀凝結(jié)物形式出現(xiàn)，其直徑由單粒的大約0.01μm到聚合物的10～30μm。微粒中的SOF成分包括各種未燃碳氫化合物、含氧有機物〔醛類、酮類、酯類、醚類、有機酸類等〕和多環(huán)芳烴〔PAH〕及其含氧和含氮衍生物等。微粒的凝聚物中還包括少量無機物如SO2、NO2和硫酸等，還有少量來自燃油和來自潤滑油的鈣、鐵、硅、鉻、鋅、磷等元素的化合物。排氣微粒通常用溶液萃取等分析方法分成DS和SOF兩局部。一般來說，SOF占PT質(zhì)量的15%～30%。發(fā)動機負荷越小，SOF所占比例越大，這與溫度的影響一致。由放射性示蹤研究說明，碳煙中根本不含潤滑油成分，后者全部進入SOF，在不同機型和不同工況下占SOF質(zhì)量的15%～80%。燃油產(chǎn)生的物質(zhì)有80%進入DS，20%進入SOF。2〕煙粒的生成機理柴油機排放的煙粒主要由燃油中的碳生成，并受燃油種類、燃油分子中的碳原子數(shù)及氫原子比的影響。雖然對微粒的生成機理已進展了大量的根底研究，但至今仍不很成熟。一般認為，柴油機碳煙也是不完全燃燒產(chǎn)物，是燃料在高溫缺氧條件下經(jīng)過裂解脫氫以后的產(chǎn)物。從高溫裂解的觀點出發(fā)，可以說碳煙微粒是在擴散火焰中燃油較濃的燃燒區(qū)形成的。柴油機煙粒的生成和長大過程一般可分為兩個階段：〔1〕煙粒生成階段：這是一個誘導(dǎo)期，期間燃料分子經(jīng)過其氧化中間產(chǎn)物或熱解產(chǎn)物萌生凝聚相。在這些產(chǎn)物中有各種不飽和的烴類，特別是乙炔及其較高階的同系物H2n-2和PAH，這類分子已被認為是火焰中形成碳煙粒子最可能的先兆物。這類粒子的生成有兩種途徑：其一，在高溫〔2000～3500K〕富油缺氧區(qū)〔如在擾流擴散火焰出現(xiàn)的噴注心部〕，已形成氣相的燃油分子通過裂解和脫氫過程，經(jīng)過核化形成先期產(chǎn)物。其二，在低于1500K的低溫區(qū)〔如燃燒室壁等非火焰區(qū)〕，則通過聚合和冷凝過程，緩慢產(chǎn)生較大分子量的物質(zhì)，最后也生成碳煙微粒?！?〕煙粒長大階段：包括外表生長和聚集兩種形式。外表生長指煙粒外表粘住來自氣相的物質(zhì)使其質(zhì)量增大，同時還發(fā)生脫氫反響，但不會改變煙粒數(shù)量。而聚集過程指通過碰撞使煙粒長大，煙粒數(shù)量減少，生成鏈狀或團絮狀的聚集物。在柴油機中，煙粒聚集過程常與煙粒在空氣中的氧化過程同時發(fā)生，即在燃燒早期生成的碳煙微粒，在溫度高于碳反響溫度〔約1000?C〕的富氧區(qū)和擾流火焰出現(xiàn)的地方，在燃燒后期可能和氧混合而完全燃燒。煙粒排放量取決于煙粒生成反響和氧化反響之間的平衡情況。對于煙粒的開場生成，可燃混合氣的碳氧原子比是重要的影響因素。其當(dāng)量反響式為〔c、h、o分別表示C、H、O的原子數(shù)〕：圖2-14碳氫燃料燃燒時煙粒生成的溫度T與過量空氣系數(shù)的關(guān)系(區(qū)間內(nèi)的密度，定性表示煙粒生成比例)C圖2-14碳氫燃料燃燒時煙粒生成的溫度T與過量空氣系數(shù)的關(guān)系(區(qū)間內(nèi)的密度，定性表示煙粒生成比例)式中，當(dāng)c>o，即c/o>1時碳煙Cs>0，此時開場生成煙粒。圖2-14表示碳氫化合物在燃燒器條件下，預(yù)混合火焰中生成煙粒的溫度和過量空氣系數(shù)的關(guān)系，組成柴油的各種烴類生成煙粒的條件根本上也在這個圍。由該圖可見，煙粒在極濃的混合氣中生成，且在1600～1700K溫度圍，煙粒生成比例到達最大值。圖2-15則表示柴油機在燃燒中，生成煙粒和NO*的溫度與過量空氣系數(shù)的關(guān)系，及柴油機壓縮上止點附近各種的混合氣在燃燒前后的溫度。由該圖可見，<0.5的混合氣燃燒后必定產(chǎn)生煙粒。要使柴油機燃燒后煙粒和NO*都很少，應(yīng)在0.6～0.9之間。實際燃燒區(qū)當(dāng)>0.9時，NO*生成量增加；當(dāng)<0.6時則煙粒生成量增加。柴油機混合氣在預(yù)混合燃燒中的各種典型狀態(tài)的變化如圖2-15a〕上各箭頭所示。在預(yù)混合燃燒中，由于燃油在空氣中分布不均勻，既生成煙粒，也生成NO*，只有很少局部燃油形成=0.6～0.9的混合氣。所以，為降低柴油機排放，應(yīng)縮短滯燃期和控制滯燃期噴油量，使盡可能多的混合氣的控制在0.6～0.9之間。柴油機擴散燃燒中混合氣的狀態(tài)變化如圖2-15b〕中各箭頭所示。變化路線上的數(shù)字表示燃油進入燃燒室時所直接接觸的缸混合氣的值。從圖上可以看出，噴入<4的混合氣區(qū)的燃油都會生成煙粒。在溫度彽于煙粒生成溫度的過濃混合氣中，將生成不完全燃燒的液態(tài)HC。在擴散燃燒階段，為減少生成的煙粒，應(yīng)防止燃油與高溫缺氧的燃氣混合。強烈的氣流運動和細微的燃油霧化，都有助于燃油與空氣的混合均勻性、增大燃燒區(qū)的實際過量空氣系數(shù)。噴油完畢后，燃氣與空氣進一步混合，其狀態(tài)變化趨勢如圖2-16b〕上虛線箭頭所示。過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)a〕預(yù)混合燃燒