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 > 9.2.2 CO和HC的生成机理 > Video
同学们好
这节课我们学习
“有害物一氧化碳和碳氢的生成机理”
首先我们介绍一氧化碳的生成机理
CO是碳氢燃料不完全燃烧的
重要中间产物
其生成主要受混合气浓度的影响
一般认为
燃料分子经高温燃烧
生成CO要经历如下步骤
RH→R→RO2→RCHO→RCO→CO
式中 R代表碳氢根
对于采用均质混合气
工作的汽油机来说
在过量空气系数＜1的
浓混合气工况时
由于缺氧使燃料中的
C不能完全氧化为CO2
CO作为未完全燃产物生成
在φa＞1的稀混合气工况时
理论上不应有CO产生
但实际燃烧过程中
由于混合不均匀造成局部区域
会出现φa＜1的情况
由局部燃烧不完全产生CO
另外
已成为完全燃烧产物的CO2
在高温时产生热离解反应
生成CO
另外
未燃碳氢化合物在排气过程中
进行的不完全氧化反应
也会产生少量CO
对于采用非均质混合气工作的
柴油机来说
混合不均匀是产生CO的主要原因
燃烧终了时的CO浓度
一般取决于燃气温度
但由于发动机膨胀过程中
缸内温度下降很快
以至于温度下降速度
远快于气体中各成分
建立新的平衡过程的速度
使实际的CO浓度
要高于排气温度相对应的
化学平衡浓度
也就是产生所谓的“冻结”现象
根据经验
汽油机排气中的CO浓度
近似等于1700K时的CO平衡浓度
接下来重点介绍
碳氢化合物的生成机理
碳氢化合物
也是一种不完全燃烧产物
包含上百种成分
因此也称为总碳氢化合物
有些资料也将
其称为未燃碳氢化合物
另外
汽车的燃油系统
和曲轴箱也会排出碳氢化合物
称为非排气碳氢化合物
在没有采取排放控制措施的汽车上
大约有60%的THC在燃烧过程中
产生并经排气管排出
20%来自曲轴箱窜气
20%来自燃油系统蒸发
下面分别介绍THC
在汽油机和柴油机中的生成机理
并对非排气THC排放作简要介绍
1）THC在汽油机中的生成机理
在以均质混合气
进行燃烧的汽油机中
THC的产生主要有不完全燃烧
壁面淬熄
以及壁面油膜吸附三个途径
液化石油气和天然气等燃气发动机
一般也采用均质混合气燃烧
因此其THC的生成机理
与汽油机基本相同
首先来看看不完全燃烧产生的碳氢
汽油机中不完全燃烧的原因主要有
启动 怠速及高负荷工况时
可燃混合气浓度处于
φa＜1的过浓状态
加之怠速时残余废气系数较大
造成不完全燃烧
失火也是汽油机HC排放的重要原因
另外
汽车在加速或减速时
也会造成暂时的混合气过浓或过稀现象
也会产生不完全燃烧或失火
当然
即使在φa＞1时
由于油气混合不均匀
也会因不完全燃烧产生HC排放
（2）壁面淬熄效应
燃烧过程中
燃气温度高达2000℃以上
而气缸壁面温度在300℃以下
因而靠近壁面的气体
受低温壁面的影响
温度远低于燃气温度
而且气体的流动也较弱
火焰前锋面受低温壁面
和低温附面层的冷却
活化分子的能量被吸收
燃烧链反应中断
这种现象称为壁面淬熄现象
它使壁面附近形成
厚约0.1～0.2mm的不燃烧
或不完全燃烧的火焰淬熄层
产生大量未燃THC
淬熄层厚度随发动机工况
混合气湍流程度
和壁温的不同而不同
冷起动 怠速和小负荷时
尤其会形成较厚的淬熄层
作为壁面淬熄效应的一种极端情况
燃烧室中各种狭窄的缝隙
尤其是活塞头部
与气缸壁之间形成的窄缝
火花塞中心电极周围
进排气门头部周围等等
由于面容比比较大
淬熄效应十分强烈
火焰无法传入其中继续燃烧
而在膨胀和排气过程中
缸内压力下降
缝隙中的未燃混合气
随排气一起排出
虽然缝隙容积较小
但其中气体压力高
温度低
因而密度比较大
THC的浓度比较高
这种现象也称为缝隙效应
图所示是根据透明燃烧室的
高速摄影结果获得的
燃烧过程中淬熄层的变化
图(a）表示在燃烧过程中
气缸盖底面1 气缸壁面2
活塞顶部3以及第1道活塞环以上的
窄缝4等处
存在不燃烧的淬熄层
图(b）表示燃烧结束排气门开启后
排气门周围的淬熄层
随废气首先排出气缸
图(c）表示在排气过程后半期
壁面和缝隙处的淬熄层
开始剥离并排出气缸
研究结果表明
由壁面淬熄效应产生的HC
可占尾管排放THC的30%~50%
（3）壁面油膜和积碳的吸附效应
在进气和压缩过程中
气缸壁面上的润滑油膜
以及沉积在活塞顶部
燃烧室壁面和进排气门上的积碳
它是一种多孔性结构
会吸附燃料蒸气及未燃混合气
而在膨胀过程和排气过程中
逐步脱附释放出
这种现象称为吸附效应
像上述淬熄层一样
这些THC的少部分被氧化
大部分则随已燃气体排出气缸
据研究
这种由油膜和积碳吸附产生的HC
占THC排放的35%～50%
在一些使用中的
发动机燃烧室壁面上
往往存在较多的积碳层
当清除积碳后
HC排放会有明显降低
2）THC在柴油机中的生成机理
由于柴油机采用扩散燃烧方式
燃油在燃烧室内的停留时间
要比汽油机短得多
燃烧室周边区域的φa趋于∞
也就是说几乎没有燃油
尤其在小负荷的时候
因而受淬熄效应
和油膜及积碳吸附效应的影响很小
这是柴油机THC排放
远低于汽油机的主要原因
柴油机产生的THC
主要是由于油气混合不均匀
以及燃油雾化质量差造成的
首先看看混合不均匀
柴油机混合气的浓度分布极不均匀
如图所示
靠近喷油射束中心区域
会形成过浓混合气
φa<<1
而喷油射束的周边区域
会因过度混合产生过稀混合气
φa>>1
在超出着火界面的过浓
或过稀的混合气区域
会产生局部失火或不完全燃烧
形成THC排放
（2）喷油器压力室容积的影响
如图所示
由于制造工艺的需要
一般喷油器针阀密封座面以下
有一小空间
称为压力室
或称盲孔
喷油结束时
压力室容积中充满燃油
随燃烧和膨胀过程的进行
这部分柴油被加热和气化
并以液态或气态低速进入燃烧室内
由于这时混合及燃烧速度
都极为缓慢
使得这部分柴油
很难充分燃烧和氧化
从而导致大量的THC排放
由图可以看出
随压力室容积的减少
HC排放明显下降
当压力室容积为0时
也就是没有压力室容积的时候
HC排放的体积分数减低到约150ppm
对比压力室容积为1.35mm3时的
HC排放的体积分数
大约是600ppm
可以认为由压力室容积造成的
THC排放占了原机总排放量的大约3/4
（3）二次喷射或后滴
与压力室容积影响相似的原理
二次喷射或后滴等不正常喷射现象
也会造成THC排放的上升
3）非排气HC的生成机理
首先看看曲轴箱窜气
曲轴箱窜气是指在压缩过程
和燃烧过程中由活塞与气缸之间的
间隙窜入曲轴箱的
油气混合气和已燃气体
并与曲轴箱内的润滑油蒸气混合后
由通风口排入大气的污染气体
柴油机的窜气中未燃成分较少
而汽油机属于均质混合气燃烧
因而窜气中含有较浓的未燃THC
（2）燃油蒸发
所谓燃油蒸发是指由油箱
和燃油系统管接头处蒸发
并排向大气的燃油蒸气
由于汽油的挥发性远较柴油强
因而一般所说的燃油蒸发污染
主要是指汽油车
关于一氧化碳和碳氢的生成机理
就介绍到这里
同学们 再见
-0.1 总论
--Video
-0.2 车用发动机的种类
--Video
-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
--Video
-1.3 二冲程发动机示功图分析
--Video
-1.4 性能指标分类与循环指示功
--Video
-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
--Video
-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
--Video
-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
--Video
-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
--Video
-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
--Video
-3.1 热力过程与热机循环的简化
--Video
-3.2 理论循环分类及循环热效率
--Video
-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
--Video
-3.4 工质对循环热效率的影响
--Video
-3.5 真实循环对热效率的影响
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
--Video
-4.2 配气相位对发动机性能的影响
--Video
-4.3 充量系数的解析式
--Video
-4.4 进气阻力对充量系数的影响
--Video
-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
--Video
-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
--Video
-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
--Video
-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
--Video
-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
--Video
-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）
