当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第九章：有害排放物生成机理与排放控制 > 9.2.1 NO的生成机理 > Video
同学们好
这节课我们学习
“有害物-氮氧化物的生成机理”
发动机燃烧过程中
主要生成一氧化氮
另有少量的二氧化氮
和微量的一氧化二氮
统称为氮氧化物NOx
NO2的生成量
随过量空气系数而变化
汽油机工作在化学计量比附近
过量空气系数比较小
大约等于1
NO2与NO之比一般小于2%
而柴油机是稀燃工作模式
过量空气系数较大
平均过量空气系数一般大于1.2
NO2与NOx之比一般为10%～30%
燃烧过程中产生的NO
经排气管排至大气中
在大气条件下缓慢地与O2反应
最终生成NO2
一氧化二氮主要是由
氢氰酸和氨气的氧化生成
由于二氧化氮
和一氧化二氮的排放量较小
因此在讨论NOx的生成机理时
主要讨论NO的生成机理
NO的生成路径主要有三种
即高温NO
激发NO和燃料NO
1） 高温NO
在燃烧形成的高温条件下
氧分子裂解成氧原子
通过表所示的式（1）
和式（2）的反应生成NO
这一NO生成机理是由
苏联科学家捷尔杜维奇
于1946年提出的
因此也称为捷氏反应机理
之后的研究学者提出了
式（3）反应机理
与式（1） 式（2）合在一起
称为扩展的捷氏反应机理
反应式中的ΔH为反应吸热量
正值为吸热
负值为放热
也称活化能
其中式（1）和式（3）
都是强烈的吸热反应
只有在大于1800K的
高温条件下才能进行
因此该机理被称为
高温NO生成机理
或称热NO生成机理
同时
反应需要在φa＞1.0的
偏稀混合气中进行
因此该反应的特点是高温和富氧
由于N2的分解所需活化能最大
氧原子与N2的反应是
整个链式反应中最慢的环节
因而式（1）也被称为控制反应
在整个链式反应中
每一个氧原子可生成两个NO分子
因此氧原子起着活化链的作用
2）激发NO
根据高温NO的生成机理
NO主要发生在
火焰前锋面之后的区域
但实验发现
过浓混合气
也就是还原气氛燃烧时
在火焰前锋面上
也会产生大量的NO
用高温NO机理不能解释这一现象
1970年
由佛尼莫尔等人
提出的激发NO机理
也称为快速NO机理
首先由碳氢化合物
在燃烧中裂解出的CH和CH2
如式（4） 式（5）所示
CH和CH2与N2反应
生成氢氰酸
NH和N等中间产物
HCN和NH与火焰中
O和OH等原子基团
进一步反应生成NO
与高温NO相比
激发NO的生成过程
是由一系列活化能不高的反应组成
因此并不需要很高的温度就可进行
例如
式（4）反应的活化能
只有3.3 kcal/mol
远低于高温NO生成式（1）的活化能
激发NO生成速率
主要受混合气浓度影响
一般在φa=0.6～0.7附近
出现最大值
温度对激发NO的影响不是很大
只要达到一定温度即可发生
反应中随温度升高
NO浓度仅略有上升
3）燃料NO
燃料中所含的氮化合物
在燃烧中会生成NO
称为燃料NO
燃料中的氮化合物
在高温下首先生成
HCN CN NH2和NH等中间产物
然后通过与上述激发NO
相似的途径生成NO
燃料NO的生成特点是
不需要很高的燃烧温度
大约在700～900℃条件下
有很高的生成速率
随φa降低
NO生成急剧下降
但在φa大于1.0时
NO生成几乎保持不变
NO随燃料含氮量的增加
几乎线性上升
内燃机的常规燃料中
汽油可看作基本不含氮
柴油的含氮率仅为0.002%～0.03%
含氮率最高的重油
也只有0.05%～0.4%
因而现阶段对于车用发动机
可以不考虑燃料NO
但随着燃烧技术进步
NOx降至较低时
燃用重油的内燃机
必须考虑燃料NO的问题
综上所述
在NO的三个生成路径中
由于内燃机很少用过浓混合气工作
以及车用燃料的含氮率较低
因而可以暂不考虑激发NO
和燃料NO的生成机理
高温NO是内燃机和
车用发动机NO排放的主要来源
一般在进行NO生成的模拟计算时
仅用扩展的捷氏反应机理
就可基本满足工程所需精度
根据高温NO反应机理
生成NO的三要素是温度
氧浓度和反应时间
混合气过浓
则参与NO反应的氧气不够
而在足够的氧气浓度条件下
温度越高
则反应速度越快
NO平衡浓度越高
因而NO的生成量越大
图给出了根据高温NO反应机理
计算得到的NO生成量随温度的变化
当温度大于1800K时
反应速度将随温度的提高
而快速增加
至于反应时间的影响
由于NO的生成速度要比其他成分
比如CO CO2 HC等慢得多
内燃机是一种高速燃烧的热能机械
其整个燃烧过程一般不超过5～10ms
因而燃烧终了时往往
NO尚未达到平衡浓度
所以高温反应时间越长
NO的生成量就越多
关于有害物-氮氧化物的生成机理
就介绍到这里
同学们 再见
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
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-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
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-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
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-3.2 理论循环分类及循环热效率
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-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
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-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
