第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素

❖ 冬天和夏天发动机排 放情况有所区别。
2、大气压力的影响
❖ 当忽略空气中饱和水蒸气压时，空气密度ρ
可表示为：
❖ ρ= 1.293
273p
kg/m3
(273+T)760
❖ 式中：p——大气压力，kPa；
T——温度，℃
❖ 结论：进气管压力降低时，空气密度下降，则空 燃比下降，导致CO排放量增大。
3、进气管真空度的影响
柴油机一氧化碳的生成机理
Φa =1.5～3，
CO排放量要比汽油机低得多。
Φa =1.2～1.3，
CO的排放量才大量增加。
由图可以看出 Φa =1.5～3， CO排放量要比汽油机 低得多。 Φa =1.2～1.3， CO的排放量才大量增 加。 小负荷时尽管Φa很大， CO排放量反而上升。
柴油机CO排放量xCO与 过量空气系数 Φa的关系
➢ CO、HC、NOX（NO、N2O、NO2等） ➢ CO2、CH4 ➢ PM ➢ SOX、醇类、醛类(RCHO)﹑3,4－苯并芘 ➢ 其他未知污染物，e.g. odor, et al.
二、内燃机排放的二次污染Secondary Pollution
➢ 光化学烟雾 photochemical smog ➢ 空气能见度 visibility ➢ 酸雨 acid rain ➢ 地表水酸化 water acidification
……
三、汽油车排放的来源（目前标准限制 的有害排放物）
四、评定标准：
❖ 排放物体积分数(％和ppm)和质量浓度(mg/m3) ❖ 质量排放量（g/h或g/㎏ ） ❖ 比排放量（ g/kw.h ） ❖ g/km ，g/test
2.1 一氧化碳(CO)
❖ 2.1.1 CO的生成机理 CO是碳氢化合物燃料在燃烧过程中生成的主
柴油机CO排放分析
❖ 柴油机的大部分运转工况下，其过量空气 系数Φa都是在1.5~3之间，其CO排放量要 比汽油机低很多，只有在接近冒烟界限（ Φa=1.2~1.3）时，CO排放量急剧增加。
❖ 柴油机CO排放增加的原因：
（1）燃料与空气混合不均匀，局部缺氧，存 在低温区；
（2）反应物在燃烧区停留的时间不足于完全 燃烧。
进气管压力降低，空气密度下降， 空燃比下降，CO排放量增大。
影响一氧化 碳生成因素
发动机 工况
怠速转速
高真空度下，混和气瞬时过浓， CO浓度将显著增加。
提高怠速转速，空气流量增加， CO浓度降低
进气管真 发动机负荷一定，CO排放量随转
空度
速增加（空气流量增加）而降低。
1、进气温度的影响
❖ 随着环境温度的上升 ，空气密度变小，而 汽油密度基本不变， 所供给的混合气随进 气温度的上升而变浓 ，CO排放增加。
汽油机各工况的 CO排放
❖ 怠速
缸内残余废气很多，混合不充分，需加浓混合气，导致 CO排放严重。这是常规的均匀混合气点燃式内燃机总的 CO排放量大的一个主要原因。
❖ 常用工况（即部分负荷）
混合气的过量空气系数φa略大于1，CO排放不多。但在 多缸发动机中，各缸之间空燃比的变动也导致CO排放量 的增加。
❖ 当汽车急减速时，发动机真空度在68kPa以上， 停留在进气系统中的燃料，在高真空度下急剧蒸 发而进入燃烧室，造成混合气瞬时过浓，燃烧状 况恶化，CO浓度增加。
4、怠速转速的影响
从图中可以看出：怠速 转 速 为 600r/min ， CO 浓 度 为 1.4% ， 700r/min时，浓度降为 1%左右。
要中间产物，是由于燃料在汽缸中燃烧不充分、 氧气不足所致。 一般烃燃料的燃烧反应：
CmHn+(m/2)O2 mCO+(n/2)H2 O2充足时有：
2H2+O2 2H2O 2CO+O2 2CO2 CO+H2O H2+CO2
O2不足时 CO
结论：CO排放量几乎完全取决于可燃混 合气的空燃比α或过量空气系数φa。
柴油机CO排放特点
1.柴油机的CO排放总体比较低。 2.燃烧接近或超过冒烟极限后，由于燃烧过程局部
混合气过浓，缺氧造成CO排放迅速增加。 3.柴油机小负荷时，稀混合气区体积增加，燃气温
度降低，CO排放略微增加。
影响一氧化碳生成的因素
进气温度
进气温度上升，空燃比α变浓， 排出的CO将增加。
大气压力
燃料不完全燃烧：
C + O CO [ + O ] CO
[ 中间产物 ] 产生的原因是缺氧：当反应着的气体①突然缺
乏氧化剂, ②温度过低,③反应时间过短达不到化学 平衡状态时，CO就以中间产物的形式生成了。
Φa<1（浓）， CO排放量随Φa的 减小而增加； Φa>1（稀）， CO排放量都很小； Φa=1.0~1.1， CO排放量变化复 杂。
第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素
➢ 2.0 概述 ➢ 2.1 一氧化碳（CO）生成机理及其影响因素 ➢ 2.2 碳氢化合物（HC）生成机理及其影响因素 ➢ 2.3 氮氧化物（NOX）生成机理及其影响因素 ➢ 2.4 微粒（PT）生成机理及其影响因素
2.0 概述
一、汽车排气中的污染物 POLLUTANTS
说明提高怠速转速可有 效降低排气中CO浓度。
2.2 碳氢化合物（HC）
❖ 压燃式内燃机中，未燃HC都是在缸内的燃烧过 程中产生，并随排气排放。
❖ 点燃式内燃机中，未燃HC的生成与排放有如下 三个渠道：
1) HC的排气排放物：在气缸内的工作过程中生成 并随排气排出，主要是在燃烧过程中未燃烧或未 完全燃烧的HC燃料。
❖ 全负荷
发动机全负荷运转时的功率输出，往往把可燃混合气加 浓到Φa=0.8~0.9，导致CO排放增大。
❖ 冷起动
燃料和空气的温度均很低，汽油蒸发率很小，雾化不良 ，发动机要求供给很浓的混合气，以保证混合气中有足够 的汽油蒸气，导致CO排放增加。
❖ 暖机
温度较低、燃油雾化较差，也需要较浓的混合气，而且 随着温度增加而逐渐减小，直至达到正常工作温度时发动 机进入怠速工况，也导致CO排放增加。
❖ 急加速
节气门开度突然加大，进气管压力随之增加，大量的 汽油颗粒被沉积在进气管壁面上，进入缸内的实际混合 气则被瞬时稀释，Байду номын сангаас发动机转速下降。这时应加浓混合 气，以获得良好的加速性，导致CO排放增加。
❖ 急减速
进气管真空度急剧增高，促使附着在进气管壁面上的 汽油蒸发气化， 并在空气量不足的情况下进入气缸内， 造成混合气过浓，严重时甚至熄火，导致CO排放增加。