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 > 9.3 有害排放物生成的影响因素 > Video
同学们好
这节课我们学习
“有害物生成的影响因素”
影响发动机有害物生成的因素很多
也很复杂
但这些有害物是
通过燃烧化学反应产生的
因而与影响化学反应的因素一样
影响有害物生成的各种因素归结起来
主要体现在反应物浓度
和温度的影响上
各种降低有害物排放的
机内净化技术
也大都是通过调节反应物浓度
和温度两种基本因素来实现的
下面主要介绍过量空气系数
运转工况以及发动机类型
是如何影响有害物生成
及其变化规律的
我们先来看看过量空气系数的影响
1）对汽油机有害物生成的影响
汽油机CO HC和NOx排放
以及动力性和经济性
随过量空气系数的变化如图所示
CO和THC随过量空气系数的增大
急剧下降
过量空气系数超过1后
逐渐达到最低值
但混合气过稀时
因燃烧不稳定和失火次数增多
导致THC又有所回升
从降低CO和HC的角度来说
汽油机应避免在过量空气系数
小于1的区域运转
但汽油机的最大功率
出现在过量空气系数
在0.8～0.9偏浓混合气范围
怠速和冷起动时
也往往用浓混合气
而CO和HC是难以避免的
NOx在过量空气系数
处于1.1附近时最高
混合气过浓和过稀NOx都会降低
过量空气系数小于1时
燃烧处在还原性气氛中进行
作为氧化反应产物的NOx难以生成
而过量空气系数过大也就是过稀时
由于燃烧温度下降
使NOx的生成量减小
只有过量空气系数在1.1附近时
才能兼有高温和
富氧两个必要条件
最有利于NOx的生成
从图中还可以看出
汽油机的热效率在
过量空气系数为
1.2-1.4时达到最大值
将此空燃比的混合气
称为经济混合气
而汽油机的功率
在过量空气系数
为0.8-0.9时达到最大值
将此空燃比的混合气
称为功率混合气
对于装有三效催化器的汽油机来说
当过量空气系数为1时
CO HC和NOx互为氧化还原物
三种有害物排放最少
将此空燃比的混合气
称为排放混合气
这三种混合气分别是汽油机经济性
动力性和排放特性最优的混合气
2）对柴油机有害物生成的影响
过量空气系数对柴油机
有害排放物的影响如图所示
尽管柴油机总是在平均过量空气系数
大于1.2的偏稀混合气条件下运转
但由于柴油机是扩散燃烧
混合气的浓稀分布极不均匀
局部过量空气系数
在零到无穷大之间变化
完全燃烧所需的空气
要比预混合气燃烧时多
因而与汽油机相比
CO HC和NOx曲线向稀区平移
过量空气系数在小于2以后
碳烟排放急剧上升
由图可以看出
柴油机的CO排放一般很低
不到汽油机的10%
但在高负荷
即过量空气系数小于1.5区域
CO开始急剧增加
主要原因是混合不均匀
造成局部缺氧
而在过量空气系数大于2以后的
中小负荷区域
CO再次升高
原因是这时燃烧温度降低
此外
由于在燃油喷雾边缘区域
形成了过稀混合气
以及缸内温度过低等原因
造成THC排放随混合气变稀
而呈上升趋势
但柴油机的HC排放
总体上仍比汽油机低得多
柴油机NOx的生成规律与汽油机相同
但NOx峰值比汽油机略向稀区偏移
这主要与柴油机的混合气浓度
分布不均匀有关
如图所示
预混合良好的火焰
图中曲线1
相当于汽油机的均质混合气
NOx峰值在1.1左右
随着燃料与空气的扩散混合程度变差
如图中曲线2和3所示
曲线逐渐向右推移
NOx峰值出现在1.25-1.45之间
与柴油机NOx峰值接近
代表了不同混合程度的
柴油机NOx排放峰值的位置
接下来
我们介绍运行工况
对有害物排放的影响规律
发动机在不同工况下运转时
其过量空气系数和燃烧温度不同
因而造成有害排放物的生成量不同
图给出了一辆汽油车
按日本10工况法试验时
CO HC NOx有害物排放特性
汽车在加速和高速行驶时
由于燃烧温度高
因而NOx排放浓度较高
HC和CO在怠速和加速时
排放浓度较高
这是因为此时的混合气偏浓
同时怠速时的温度较低
以及残余废气系数较高
减速时HC达到最高
这幅图所示给出了
一台满足国Ⅲ排放法规的
柴油机颗粒物质量排放
随负荷工况的变化规律
由图可以看出
颗粒物质量比排放在低负荷
和高负荷时都呈较高水平
其中可溶性有机物（SOF）
也有相同变化趋势
这是因为低负荷的燃烧温度偏低
而高负荷的混合气变浓
这都会导致燃烧不完全
和碳烟氧化速度降低
从而颗粒物排放上升
由于燃料中硫含量不变
硫酸盐的比排放基本保持不变
这也说明燃料中的
硫转化为硫酸盐的比例大致不变
这幅图给出的是
一台2升四气门进气道喷射汽油机
与一台1.9升2气门直喷式柴油机
和一台2.1升3气门涡流室式柴油机
在不同负荷条件下
CO HC和NOx比排放量的对比
由图可以看出
柴油机的HC和CO排放量较小
仅有汽油机的1/5～1/10
而NOx的排放量
柴油机中小负荷时远低于汽油机
大负荷时与汽油机接近
但柴油机的颗粒物排放
远高于进气道喷射汽油机
因此
进气道喷射汽油机以降低
CO HC和NOx为主要排放控制目标
而柴油机以降低颗粒物
和NOx为主要控制目标
缸内直喷汽油机未来
将以降低颗粒物为主要控制目标
不同燃烧室的柴油机排放特性
会显著不同
如图所示
涡流室非直喷式柴油机的
有害物气体排放
颗粒物排放以及燃烧噪声
均比直喷式柴油机低
但直喷式柴油机因具有
良好的燃油经济性
近年来已成为主流
关于汽油机和柴油机
有害物排放物的生成影响因素
和影响规律
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
--Video
-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-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
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-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
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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
--Video
-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）
