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 > 9.1 有害排放物种类及其危害 > Video
同学们好
这节课我们开始学习第九章
“发动机有害排放物的生成与控制”
从1943年的美国洛杉矶
“光化学烟雾”开始
汽车排放对人体和环境的危害
逐渐被重视
以1966年美国加州颁布的
第一个汽车排放法规为始点
降低汽车排放污染的工作
在全球展开
以重型柴油车为例
欧盟从1992年开始实施
第一阶段排放法规
到2013年实施第六阶段排放法规
用了20年时间
就将NOx降低了95%
颗粒物降低了97%
但由于全球汽车保有量的
持续高速增长
汽车排放污染对
大城市环境污染的现状
仍十分严峻
研究结果显示
机动车是北京 上海 杭州
深圳 南京 广州 天津等大城市
本地大气PM2.5的主要来源之一
大约占20%-30%
尾气排放已成为内燃机
能否作为汽车动力
继续存在下去的重要问题
本章将重点介绍
有害排放物的生成机理
与影响因素
以改善内燃机燃烧过程为核心的
机内净化技术
以及排气后处理技术
这一节我们介绍内燃机
有害物排放的种类及其危害
内燃机在燃烧过程中
产生的有害成分主要为
一氧化碳 碳氢化合物
氮氧化物 颗粒物等
这些有害成分最终由排气管排出
因而也称排气污染物
另外还有因曲轴箱窜气
和燃油系统油气蒸发等原因
排向大气的有害成分
称为非排气污染物
有害排放物包括排气污染物
和非排气污染物
目前排放法规限制的是
CO HC NOx和PM四种
还有一些目前法规尚未限制的
排放有害物
如甲醛 乙醛 甲苯
乙酰甲醛 丁二烯等
也称为非常规排放物
在使用替代燃料时
容易出现非常规排放
如使用甲醇和乙醇作燃料时
容易排放甲醛和乙醛
另外
作为内燃机完全燃烧产物的
二氧化碳
尽管对人体健康没有直接危害
但它会造成温室效应
对大气环境有严重影响
因而也应该严格控制
一般是通过降低能耗
来控制CO2排放
接下来我们对比分析
汽油机和柴油机的
有害物排放组成及其比例
典型汽油机和柴油机
排气成分的构成及其比例
如图所示
从图中可以看出
汽油机和柴油机的排气成分
主要由氮气 水蒸气
二氧化碳 氧气和有害物组分
比如CO NOx HC和碳烟等构成
柴油机因采用稀燃模式
其排气中氧气组分比例比较高
大约9% 远高于汽油机
汽油机小于0.7%
但柴油机总的有害物排放比例
只有0.2% 远小于汽油机的排放比例
汽油机大概是1.1%
有害物排气组分中
汽油机的CO占了最大比例
其次是NOx和HC排放
而柴油机的NOx占比最高
其次是CO和HC
再次是碳烟
对比汽油机与柴油机
有害物排放比例
可以看出
汽油机的CO和HC排放
远高于柴油机
但柴油机的碳烟排放
要远高于汽油机
两者NOx的排放相当
下面我们介绍内燃机
主要有害物排放的危害性
1）一氧化碳
CO是一种无色 无臭
窒息性很强的气体
CO与血液中作为输氧载体的
血红素蛋白的亲和力
比O2高200～300倍
很容易结合成碳氧血红蛋白素
使血液的输氧能力大大降低
导致心脏 大脑等重要器官
严重缺氧
轻度CO中毒时
会出现头晕 头痛
呼吸障碍等症状
中枢神经系统将受到损害
严重CO中毒时
会出现恶心 心痛
昏迷等症状
甚至死亡
大气中CO浓度超过0.3%时
30min之内可致人死亡
为保护人体不受CO的毒害
一般要求大气环境中24小时内的
CO平均浓度不超过5～10ppm
2）总碳氢化合物
总碳氢化合物包括
未燃和未完全燃烧的燃油
润滑油及其裂解产物
和部分氧化物
如烷烃 烯烃 苯
多环芳烃 醛 酮等200多种成分
饱和烃对人体危害不大
烯烃有麻醉作用
对粘膜有刺激
经代谢转换会变成
对基因有毒的环氧衍生物
也是形成光化学烟雾的重要物质
芳烃对血液和神经系统有害
特别是多环芳烃及其衍生物
比如苯并芘等
在与细胞膜相互作用时
能够分解出一些物质
阻断细胞间的联系
导致癌细胞的进一步增殖扩散
醛类是刺激性物质
对眼 呼吸道 血液有毒害作用
3）氮氧化物
氮氧化物包括
一氧化氮 二氧化氮和一氧化二氮
总称为氮氧化物NOx
NO是无色无臭气体
具有有轻度刺激性
直接毒性不大
NO在大气中被氧化成NO2
而NO2是一种褐色的有毒气体
对眼 鼻 呼吸道以及肺部有强烈刺激作用
与血红素蛋白的亲和力
比O2高30万倍
因而对血液输氧能力的障碍远高于CO
NO2浓度为1ppm时就会感到恶臭
250ppm时会很快使人
因肺水肿死亡
NOx在大气中反应生成硝酸
是酸雨的主要来源之一
同时
NO和NO2是形成
光化学烟雾的主要成分
一氧化二氮是一种无色有甜味气体
又称“笑气”
具有麻醉作用
也是一种温室气体
其温室效应是二氧化碳的约300倍
对臭氧层有破坏作用
4）颗粒物及碳烟
内燃机排放颗粒物
简称PM
它的主要成分是碳烟
可溶性有机物SOF和硫酸盐
其中硫酸盐主要来自燃料中的硫
颗粒物对人体健康有危害
并降低大气能见度
小于10μm的颗粒物
记为PM10
容易被人体吸入
称为可吸入颗粒物
小于2.5μm的颗粒物
记为PM2.5
对人体和大气环境的危害更大
它悬浮于离地面1～2m高的空气中
容易被人体吸入
并积存在支气管和肺部
也称为可入肺颗粒物
颗粒物除对呼吸系统有害
引发哮喘等病症外
还因含有苯并芘等多种多环芳烃
具有不同程度的致癌作用
由于柴油机颗粒物排放质量
比进气道喷射汽油机高30～60倍
因而一般说到颗粒物
是指柴油机颗粒物
但随着油耗法规加严
汽油机采用缸内直喷方式的越来越多
直喷汽油机颗粒物排放问题
变得越来越突出
欧洲从2014年
第6阶段排放法规开始
就与柴油机一样
对直喷汽油机排放颗粒物的质量
和数量也进行限制
关于内燃机有害排放物的种类
及其危害性
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）
