发动机排放污染物的生成机理Word文件下载.docx
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（2-3）
同时CO还与生成的水蒸气作用，生成氢和二氧化碳。
可见，如果燃气中的氧气量富裕时，理论上燃料燃烧后不会存在co.但当氧气量不敷
时，就会有部分燃料不能完全燃烧，而生成co。
在非分层燃烧的汽汕机中，可燃殽杂气根本上是均匀的，其co排放量险些完全取决于
可燃殽杂气的空燃比a或过量空气系数％。
图2-1所示为11种H/C比值差别的燃料在汽汕
过fit空气系数趾
机中燃烧后，排气中CO的摩尔分数a-co与a或/的干系。
燃比°
b>
由图2-1可以看出，在浓殽杂气中（乞＜1）,CO的排放量随0“的减小而增加，这是因缺氧引起不完全燃烧所致。
在稀殽杂气中（亦＞1），CO的排放量都很小，只有在禽=1.0〜1.1时，CO的排放虽:
才随％有较庞大的变革。
在膨胀和排气历程中，气缸内压力和温度下降，CO氧化成CO2的历程不能用相应的平衡方程精确盘算。
受化学反响动力学影响，约莫在HOOK时，CO浓度冻结。
汽油机起动暧机和急加快、急减速时，CO排放比力严重。
在柴油机的大部分运转工况下，其过量空气系数娥都在1.5〜3之间，故其CO排放量要比汽油机低得多，只有在大负荷靠近冒烟界限（£
=1.2〜1.3）时，CO的排放呈:
才大量增加。
由于柴汕机燃料与空气殽杂不均匀，其燃烧空间总有局部缺氧和低温的地方，以及反响物在燃烧区停留时间较短，不敷以彻底完成燃烧历程而生成CO排放，这就可以解释图2-2在小负荷时尽管0“很大，CO排放量反而上升。
类似的情况也产生在柴油机起动后的暖机阶段和怠速工况中。
2、碳氢化合物
车用柴油机中的未燃HC都是在缸内的燃烧历程中产生并随排气排放。
汽油发动机中未燃HC的生成与排放主要有以下三种途径。
（1）在气缸内的燃烧历程中产生并随废气排出，此部分HC主要是燃烧历程中未燃烧或燃烧不完全的碳氢燃料。
（2）从燃烧室通过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱的窜气中含有大量未燃燃料，如果排入大气中也组成HC排放物。
（3）从汽油机的燃油系统蒸发的燃油蒸汽。
2」碳氢化合物的生成机理
1.车用汽油机未燃HC的生成机理
车用发动机的碳氢排放物中有完全未燃烧的燃料，但更多的是燃料的不完全燃烧产物,列有小部分由润滑油不完全燃烧而生成。
排气中未燃碳氢物的成份十分庞大，其中有些是原来燃料中不含有的成份，这是部分氧化反响所致。
表2-1列出了车用汽油机中未燃碳氢化合
物成份的大抵比例。
表2-1
车用汽油机排气中的未燃碳氢化合物成份
占总HC排放壇的质fit分数號
烷煙
烯婭
烘婭
芳香炷
未裟傑扮装甦
33
27
8
32
装有催扮装甦
57
15
2
16
车用发动机在正常运转情况下，HC的生成区主要位于气缸壁的四周处，故对整个气缸容积来说是不均匀的，并且对排气历程而言HC的漫衍也是不均匀的。
在发动机一个事情循环内，排气中HC的浓度出现两个（I金值，一个出现在排气门刚打开时的先期排气阶段，另一个U金值岀现在排气行程结束时。
HC的生成主要由火焰在壁而淬冷、狭隙效应、润滑油膜的吸赞同解吸、燃烧室内沉积物的影响、体积淬熄及碳氢化合物的后期氧化所致。
下而主要针对汽油机分別进行讨论，但除了狭隙效应外，其余的均适用于柴油机。
1）火焰在壁而淬冷
火焰淬冷的形成方法有两种，即单壁淬冷和双壁淬冷。
前者是火焰靠近气缸壁时，由于缸壁四周殽杂气温度较低，使气缸壁而上薄薄的界限层内的温度低落到殽杂气自燃温度以下，导致火焰熄火，界限层内的殽杂气未燃饶或未燃饶完全就宜接进入排气而形成未燃HC,此界限层称为淬熄层，发动机正常运转时，英厚度在0.05〜0.4mm之间变动，在小负荷时或温度较低时淬熄层较厚；
后者是在活塞顶部和睦缸壁所组成的很小的环形间隙中，火焰传不进去，使其中的殽杂气不能燃饶，在膨胀历程中逸岀形成HC排放。
在正常运转工况下，淬熄层中的未燃HC在火焰前锋而掠事后，大部分会向燃烧室中心扩散并完成氧化反响，使未燃HC的浓度大大低落。
但是在发动机冷起动、H爰机和怠速等工况下，因燃饶室壁而温度较低，形成的淬熄层较厚，同时已燃气体温度较低及殽杂气较浓，使后期氧化作用较弱，因此壁而火焰淬熄是此类工况下未燃HC的重要来源。
2）狭隙效应
在车用发动机的燃烧室内有如图2-7所示的种种狭窄的间隙，如活塞组与气缸壁之间的间隙、火花塞中心电极与绝缘子根部周国狭窄空间和火花塞螺纹之间的间隙、进排气门与气门座而形成的密封带狭缝、气缸盖垫片处的间隙等，当间隙小到一左水平，火焰不能进入便会产生未燃HC。
在压缩历程中，缸内压力上升，未燃殽杂气挤入各间隙中，这些间隙的容积很小但具有很大的而容比，进入其中的未燃殽杂气因传热而使温度下降。
在燃烧历程中压力继承上升，又有一部分未燃殽杂气进入各间隙。
当火焰到达间隙处时，火焰有可能传入使间隙内的殽杂气得到全部或部分燃烧（在入口较大时），但也有可能火焰因淬冷而熄火，使间隙中殽杂气不能燃烧。
随着膨胀历程开始，气缸内压力不绝下降。
约莫从压缩上止点后15°
CA始，间隙内气体返回气缸内，这时气缸内温度已下降，氧的浓度也很低，流回气缸的可燃气再氧化的比例不大，一半以上的未燃HC直接排出气缸。
狭隙效应产生的HC排放可占其总量的50%〜70%。
图2-7汽油机燃烧室内未燃HC的町能来谏
1-润滑油膜的吸附及解吸：
2-火花塞四周的狹隙和死区：
3-冷激层：
4-气门座死区：
5-火焰熄灭（如混和睦Q希、湍流太强）：
6•沉积物的吸附及解吸：
7-活塞坏和坏岸死区：
8-P缸盖衬垫缸孔死区
3）润滑油膜对燃油蒸汽的吸附与解吸
在进气历程中，气缸壁而和活塞顶而上的润滑汕膜溶解和吸收了进入气缸的可燃殽杂气中的碳氢化合物蒸汽，直至到达其情况压力下的饱和状态，这种溶解和吸收历程在压缩和燃烧历程中的较高压力下继承进行。
在燃饶历程中，当燃烧室燃气中的HC浓度由于燃烧而下降至很低时，油膜中的HC开始向已撚气解吸，此历程将连续到膨胀和排气历程。
一部剖析吸的燃油蒸汽与髙温的燃烧产物混归并被氧化：
其余部分与较低温度的燃气殽杂，因不能氧化而成为HC排放源。
这种类型的HC排放与燃汕在润滑汕中的溶解度成正比。
使用差别的燃料和润滑油，对HC排放的影响差别，使用气体燃料则不会生成这种类型的HC。
润滑油温度升高，使燃汕在其中的溶解度下降，于是低落了润滑油在HC排放中所占的比例。
由润滑油膜吸赞同解吸机理产生的未燃HC排放占其总量的25%左右。
4）燃烧室内沉积物的影响
发动机运转一段时间后，会在燃烧室壁面、活塞顶、进排气门上形成沉积物，从而使HC排放增加。
对使用含铅汽油的发动机，HC排放可增加7%〜20%。
沉积物的作用机理可用其对可燃殽杂气的吸附及解吸作用来解释，虽然，由于沉积物的多孔性和固液多相性，英生成机理更为庞大。
当沉积物沉积于间隙中，由于间隙容积的淘汰，可能使由于狭隙效应而生成的HC排放量下降，但同时又由于间隙尺寸减小而可能使HC排放量增加。
这种机理所生成的HC占总排放量的10%左右。
5）体积淬熄
发动机在某些工况下，火焰前锋面到达燃烧室壁而之前，由于燃烧室中压力和温度下降太快，可能使火焰熄火，称为体积淬熄，这也是产生未燃HC的一个原因。
发动机在冷起动和暖机工况下，由于发动机温度较低，殽杂气不敷均匀，导致燃烧变慢或不稳左，火焰易熄火：
发动机在怠速或小负荷工况下，转速低、相对残余废气量大，使滞燃期延长、燃烧恶化,也易引起熄火。
更为极度的情况是发动机的某些气缸缺火，使未燃烧的可燃殽杂气宜接排入排气管，造成未燃HC排放急剧增加，故汽油机点火系统的事情可靠性对HC排放是至关重要的。
6）碳氢化合物的后期氧化
在发动机燃饶历程中未燃烧的碳氢化合物，在以后的膨胀和排气历程中不绝从间隙容积、润滑汕膜、沉积物和淬熄层中释放出来，重新扩散到高温的燃烧产物中被全部或部分氧化，称为碳氢化合物的后期氧化，包罗：
（1）气缸内未燃碗氢化合物的后期氧化：
在排气门开启前，气缸内的燃烧温度一般凌驾950°
Ce若此时气缸内有氧可供后期氧化（例如当过疑空气系数孙＞1时），碳氢化合物的氧化将很容易进行。
（2）排气管内未燃碳氢的氧化：
排气门开启后，缸内未被氧化的碳氢化合物将随排气一同排放到排气管内，并在排气管内继承氧化。
其氧化条件为：
①管内有足够的氧气；
②排气温度高于600°
C；
③停留时间大于50ms。
2.车用柴汕机未燃HC的生成机理
汽油机未燃HC的生成机理也适用于柴油机，但由于两者的燃烧方法和所用燃料的差別，故柴汕机的碳氢排放物有其自身的特点，柴油中的碳氢化合物比汽油中的碳氢化合物沸点要高、分子量大，柴油机的燃烧方法使油束中燃油的热解作用难以制止，故柴汕机排气中未燃或部分氧化的HC成份比汽油机的庞大。
柴汕机的燃料以高压喷入燃烧室后，直接在缸内形成可燃般杂气并很快燃烧，燃料在气缸内停留的时间较短，生成HC的相对时间也短，故其HC排放量比汽油机少。
3氮氧化物
3」氮氧化物的生成机理
车用发动机排气中的氮氧化物NOx包罗NO和NO2,其中大部分是NO,它们是N?
在燃烧高温下的产物。
1.NO的生成机理
从大气中的2生成NO的化学机理是扩展的泽尔多维奇（Zcldovitch）机理。
在化学计量殽杂比（您=1）四周导致生成NO和使其消失的主要反响式为：
02—20
（2-6）
+O
4-
N2T
NO
（2-7）
N
+
02-
•NO
（2-8）
0H-
-NO
H
（2-9）
反响式（2-9）主要产生在非常浓的殽杂气中,NO在火焰的前锋而和离开火焰的已燃气中生成。
汽油机中的燃烧在高压下进行，并且燃烧历程进行得很快，反响层很薄（约0.1mm）且反响时间很短。
早期燃烧产物受到压缩而温度上升，使得已燃气体温度髙于刚结朿燃烧的火焰带的温度，因此除了殽杂气很稀的区域外，大部分NO在离开火焰带的已燃气中产生，只有很少部分NO产生在火焰带中。
也就是说，爆烧和NO的产生是相互疏散的，应主要考虑已燃气体中NO的生成。
NO的生成主要与温度有关。
图2-8体现正辛烷与空气的均匀殽杂气在4MPa压力下等压燃烧时，盘算得到的燃烧生成的NO平衡摩尔分数心心与温度T及过量空气系数0“的干系。
从图2-8中可以看出：
在0。
＞1的稀殽杂气区，/NOe随温度的升高而迅速增大；
在一立的温度下，/NOe随殽杂气的加浓而淘汰。
当叭＜1以后，由于氧不敷，/N6随徐的减小
而急剧下降。
因此可以得出以下结论：
在稀殽杂气区NO的生成主要是温度起作用；
在浓殽杂气区主要是氧浓度起作用。
图2-8中的虚线体现对应绝热火焰温度下的NO平衡摩尔分数。
绝热温度指殽杂气燃烧后释放的全部热虽减去因自身加热和组成变革所消耗的热量而到达的温度，它是历程中可能
到达的最髙燃烧温度。
一般情况下，绝热火焰温度在稍浓殽杂气（给略小于1）时到达最髙
值，但由于此时缺氧，故NO排放值不是最高，所以，/NOe最大值出现在稍稀的殽杂气中
（£
稍大于1）中。
若殽杂气过稀，火焰温度大大下降，使NO排放低落。
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