6章1排放物生成机理与治理-简

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1、排放物生成机理与治理高等内燃机学北京理工大学BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY介绍内容一、排放产物生成机理与降低措施二、排放控制思路三、柴油机排放控制技术四、柴油机排放标准实现措施分析一、排放物生成机理与降低措施1、CO生成机理大量生成CO的条件：缺氧φa<~1。燃料氧化形成CO的速度很快，缺氧也能很快氧化成CO，但机理并不很清楚。RHRRORCHORCOCO2烷基伯烃氧基醛酰基HHHRCHRCRCO2-RCORCO-COHHHH二氧化碳CO生成机理2COCO的速度较缓慢。2低速氧化COOH(羟基)COH2进而造成只有缺氧φa<~

2、1，才有可能大量生成CO产生的位置：火焰前锋后面高温局部缺氧的条件下。（不能进一步氧化、高温分解）汽油机CO排放与φa汽油机：①φ~1a②多缸机各缸进气量的不均匀性，引起各缸浓度的差异，浓度过大，CO③点燃式内燃机会用浓混合气工况（起动、大负荷、变工况），导致CO增大降低CO的技术措施汽油机：①稀薄燃烧技术②三效催化转换器+氧传感器+闭环控制。保证φ=1、催化器起作用a温度、防中毒(铅、硫、磷)③缸内直喷，提高控制精度，防止各缸不均匀④缩短高排放工况：冷起动(点火能量、起动功率)、怠速转速柴油机：①高负荷限油催化转化器的基本构造1－壳体；2－减振密封衬垫；3－载体与催化剂2、HC生成机理原

3、因：未燃、未完全燃机理：①燃烧室内产生。a.壁面对火焰的冷激效应(单壁、双壁)（单壁3、双壁5）b.油膜和沉积物吸附（1、6）c.容积淬熄（膨胀时5）d.缝隙效应（2、4、7、8）②其它因素产生a.扫气短路（二冲程机、增压）b.泄露(曲轴箱排放)c.燃油系统中汽油蒸气d.机油汽油机、柴油机HC排放汽油机：①燃烧产生。a壁面对火焰的冷激效应(单壁、双壁)50~70%；b油膜和沉积物吸附~25%+~10%；c容积淬熄；d缝隙效应。②扫气短路（二冲程机、增压）③泄露(曲轴箱排放)④燃油系统中汽油蒸气⑤机油柴油机：①喷注外缘过稀熄火②喷油器压力室容积过大，引起膨胀过程中的滴油或汽化现象③冷起动白烟(未

4、燃HC微粒)④机油降低HC的技术措施汽油机：①三效催化转换器、吸附催化转换器②冷却系统设计、精确冷却、保持较高壁温③点火能量、燃烧室紧凑冷却面积小、火花塞中置(燃速快)④缩短高排放工况：冷起动、怠速⑤解决或缓解：扫气短路（二冲程机、增压）；泄露(曲轴箱排放)；燃油系统中汽油蒸气；机油消耗柴油机：①减小喷油器压力室容积②提高燃烧室壁温、冷却系统设计③改善冷起动性④降低机油消耗(环、配缸间隙等)3、NO生成机理x条件：高温、富氧、作用时间长——热NO生成条件机理：燃烧过程NO生成有四种途径①高温途径：即在已燃区产生的NO称热NO（Zeldovich-NO）(泽尔多维奇)②瞬发途径：在火焰区产生的N

5、O称瞬发NO（Fenimore-NO）(费尼莫尔)1979③NO2生成途径：低温冻结④燃料氮途径：含氮燃料高温途径由于NO生成的速度较慢，大量NO是在火焰面后的已燃高温区产生——热NO在一定条件下，正逆反应速率已知，可以计算NO的生成率。其中第二个反应式为限速反应式。条件是必须高温。O2O2ONNON2NONOO2在非常浓的混合气中：NOHNOH瞬发途径火焰区产生的瞬发NO在比已燃区温度低的火焰区通过CH根生成含氮的活性基（潭）（柴油机尤其多），进而生成NO。第一个反应式为限速反应式。CH很多，难以准确计算。CHNHCNN2CHNHCNN

6、H22HCNOHCNHO2CNOHNCOHNCOOCONO22降低NO的技术措施x汽油机：①三效催化转换器②稀薄燃烧技术③EGR(冷却)，最大EGR率15~20%④推迟点火⑤喷水，加CO2柴油机：①降低燃烧温度：a、延迟喷射；b、低涡流比；c、EGR(冷却),最大EGR率40%；d、增压与中冷；e、滞燃期内的低喷油率(预喷)②后处理：还原催化器（硫中毒）（吸附式）③排气加氨SCR4、C微粒PM生成的详细机理（1）燃料热解高温裂解--CHCH、CH、CH、......nm222CHHCCHHCCCH丙炔基CH233（2）第一个稳定苯环的

7、形成完全氧化慢2HCCHHCCCHCHCCH环化稳定苯CH222266（3）芳香烃脱氢形成芳香烃基-+H脱氢+H2（4）芳香烃基加乙炔的组合及PAH的初步形成C≡C-H-+C2H2脱氢苯乙炔+C2H2奈C10H8（5）PAH在HACA机理（脱氢加乙炔）连续作用下的生长，生成大分子多环芳香烃PAH4、C微粒PM生成的详细机理（5）PAH在HACA机理（脱氢加乙炔