影响柴油机气态排放物生成的主要因素
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交通环境学 影响柴油机气态排放物生成的主要因 素
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影响柴油机气态排放物生成的主要因素
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柴油机运数
柴油机运转参数：包括进气状态、进气涡流和 发动机转速
1) 进气状态：包括进气温度、进气压力和进气湿度 (1) 进气温度的升高，会引起柴油机压缩温度和局部反应温 度的升高，缩短着火延迟期，提高燃烧温度，从而导 致NOx排放增加；
3燃烧系统
• 间接式柴油机在不同负荷条件下
• 当间接喷射式柴油机在部分负荷下使用，加大负荷时，循环后期喷入的 燃油增多，必然会使副燃烧室的氧浓度相对减少，因此在副室中最后喷 入的这部分燃油的燃烧程度减少，于是可以认为在副室中，HC和CO的 形成量将随负荷的增大而增加，但是由于膨胀行程时气缸内的温度也较 高，使在主燃烧室内的氧化速率加快，最终可使排气中的HC和CO含量 降低。 • 在小负荷的工作条件下，随着负荷的增加，燃烧室内气体温度增高， NO排放量是增加的。 • 当负荷加大到接近冒烟极限时，情况就发生变化。虽然主燃烧室中可以 达到很高的温度，但由于氧浓度以降低和滞留时间较短，氧化速率受到 限制，不足以消除来自副室的大量HC和CO 。由于这些原因，在接近 冒烟极限的负荷工作时，柴油机的HC和CO的排放量可能有所增大，而 NO的排放量有所降低，当然，高温促进了燃料的裂解，使颗粒物的排 放也随之增加。
3燃烧系统
对不同结构燃烧室的污染物排放进行统计表明，分隔 式燃烧系统的有害污染物排放比直喷式燃烧系统要低得 多；
• 对于分隔式燃烧系统，在喷油开始和燃烧初期，副燃烧室内的 燃空比较大，燃油来不及燃烧完全，容易形成一部分CO和未燃 HC；同时由于缺氧，NOx生成量较少； • 当副燃烧室内生成的各种产物进入主燃烧室后，由于主燃烧室 内已经充入较多的新鲜空气，混合气的形成和燃烧条件均很好 ，有利于促进CO和HC的进一步燃烧和氧化；并且主燃烧室散热 面积大，副燃烧室内的气体进入主燃烧室过程中温度会下降， 再与主燃烧室内的低温空气进行混合后，温度会更低，从而抑 制了NOx的生成。
转速对CO排放的影响 – 高转速时，充气系数较 大，在很短的时间内燃 油与空气的混合质量较 差，燃烧不充分； – 低转速特别是怠速时， 由于汽缸内温度较低， 并且喷油速率不高，燃 料雾化差，燃烧不完全 。
1 柴油机运转参数
• 3) 进气涡流
– 适当增加燃烧室内的空气涡流强度，可以改善燃油与空气的混合质 量，提高混合气均匀性，减少不完全燃烧；并且涡流能够加速燃烧 ，使汽缸内的燃烧温度提高，有利于未燃烃的进一步氧化，从而使 HC排放降低； – 但是当空气涡流过强时，则会使相邻喷注之间相互重叠和干扰，造 成混合气局部过浓或过稀，使燃烧恶化，HC排放增加。
1 柴油机运转参数
同时进气温度升高，燃 烧温度增大，有利于促 进HC的氧化，同时减少 淬熄现象，降低HC排放。
1 柴油机运转参数
(2)在进气温度和供油量不变的情况下，提高进气 压力，相当于降低了燃空比，从而降低了燃气温 度，有利于抑制NOx的生成。 (3) 进气湿度的增加使得进入气缸的水增加，而水 在燃烧反应中会吸热，使得燃烧温度降低，从而减 少NOx的生成量。
1 柴油机运转参数
2) 发动机转速 转速的变化会导致与燃烧有关的气体流动、 燃油雾化与混合气质量发生变化，从而影响气态 污染物的排放。
① 对于直喷式柴油机，转速变化对NOx和HC排放影响不大； ② CO排放随转速增大呈U型变化，即在某一转速时最低， 而在低转速和高转速时排放升高；
1 柴油机运转参数
2柴油十六烷值
如果柴油的十六烷值较 低，则会造成着火延迟 期较长，使燃烧初期积 聚的燃油较多，初期放 热量大，燃烧温度高， 有利于降低CO和HC排 放，但会造成NOx排放 增加；
尤其是对于重型柴油发 动机，提高十六烷值可 以明显降低NOx排放。
3燃烧系统
• 柴油机根据燃烧室的结构可分为直喷式和分 隔式两类； • 分隔式燃烧室有涡流式和预燃室两种
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柴油机运数
柴油机运转参数：包括进气状态、进气涡流和 发动机转速
1) 进气状态：包括进气温度、进气压力和进气湿度 (1) 进气温度的升高，会引起柴油机压缩温度和局部反应温 度的升高，缩短着火延迟期，提高燃烧温度，从而导 致NOx排放增加；
3燃烧系统
• 间接式柴油机在不同负荷条件下
• 当间接喷射式柴油机在部分负荷下使用，加大负荷时，循环后期喷入的 燃油增多，必然会使副燃烧室的氧浓度相对减少，因此在副室中最后喷 入的这部分燃油的燃烧程度减少，于是可以认为在副室中，HC和CO的 形成量将随负荷的增大而增加，但是由于膨胀行程时气缸内的温度也较 高，使在主燃烧室内的氧化速率加快，最终可使排气中的HC和CO含量 降低。 • 在小负荷的工作条件下，随着负荷的增加，燃烧室内气体温度增高， NO排放量是增加的。 • 当负荷加大到接近冒烟极限时，情况就发生变化。虽然主燃烧室中可以 达到很高的温度，但由于氧浓度以降低和滞留时间较短，氧化速率受到 限制，不足以消除来自副室的大量HC和CO 。由于这些原因，在接近 冒烟极限的负荷工作时，柴油机的HC和CO的排放量可能有所增大，而 NO的排放量有所降低，当然，高温促进了燃料的裂解，使颗粒物的排 放也随之增加。
3燃烧系统
对不同结构燃烧室的污染物排放进行统计表明，分隔 式燃烧系统的有害污染物排放比直喷式燃烧系统要低得 多；
• 对于分隔式燃烧系统，在喷油开始和燃烧初期，副燃烧室内的 燃空比较大，燃油来不及燃烧完全，容易形成一部分CO和未燃 HC；同时由于缺氧，NOx生成量较少； • 当副燃烧室内生成的各种产物进入主燃烧室后，由于主燃烧室 内已经充入较多的新鲜空气，混合气的形成和燃烧条件均很好 ，有利于促进CO和HC的进一步燃烧和氧化；并且主燃烧室散热 面积大，副燃烧室内的气体进入主燃烧室过程中温度会下降， 再与主燃烧室内的低温空气进行混合后，温度会更低，从而抑 制了NOx的生成。
转速对CO排放的影响 – 高转速时，充气系数较 大，在很短的时间内燃 油与空气的混合质量较 差，燃烧不充分； – 低转速特别是怠速时， 由于汽缸内温度较低， 并且喷油速率不高，燃 料雾化差，燃烧不完全 。
1 柴油机运转参数
• 3) 进气涡流
– 适当增加燃烧室内的空气涡流强度，可以改善燃油与空气的混合质 量，提高混合气均匀性，减少不完全燃烧；并且涡流能够加速燃烧 ，使汽缸内的燃烧温度提高，有利于未燃烃的进一步氧化，从而使 HC排放降低； – 但是当空气涡流过强时，则会使相邻喷注之间相互重叠和干扰，造 成混合气局部过浓或过稀，使燃烧恶化，HC排放增加。
1 柴油机运转参数
同时进气温度升高，燃 烧温度增大，有利于促 进HC的氧化，同时减少 淬熄现象，降低HC排放。
1 柴油机运转参数
(2)在进气温度和供油量不变的情况下，提高进气 压力，相当于降低了燃空比，从而降低了燃气温 度，有利于抑制NOx的生成。 (3) 进气湿度的增加使得进入气缸的水增加，而水 在燃烧反应中会吸热，使得燃烧温度降低，从而减 少NOx的生成量。
1 柴油机运转参数
2) 发动机转速 转速的变化会导致与燃烧有关的气体流动、 燃油雾化与混合气质量发生变化，从而影响气态 污染物的排放。
① 对于直喷式柴油机，转速变化对NOx和HC排放影响不大； ② CO排放随转速增大呈U型变化，即在某一转速时最低， 而在低转速和高转速时排放升高；
1 柴油机运转参数
2柴油十六烷值
如果柴油的十六烷值较 低，则会造成着火延迟 期较长，使燃烧初期积 聚的燃油较多，初期放 热量大，燃烧温度高， 有利于降低CO和HC排 放，但会造成NOx排放 增加；
尤其是对于重型柴油发 动机，提高十六烷值可 以明显降低NOx排放。
3燃烧系统
• 柴油机根据燃烧室的结构可分为直喷式和分 隔式两类； • 分隔式燃烧室有涡流式和预燃室两种