模块二汽车排放污染物的形成及生成机理
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模块二汽车排放污染物的形 成及生成机理
导入新课：
• 汽车尾气是目前环境污染中最重要的污染之一。 那么汽车尾气有哪些成分？它们对大气或者人体 造成什么样的危害？在实际生活中，该如何降低 这些废气呢？
教学目标
• 知识目标：汽车尾气中的主要污染物CO、HC、 NOX和微粒的生成机理及其影响因素。
• 能力目标：懂汽车尾气中主要污染物CO、HC、 NOX和微粒的生成机理知道降低汽车主要污染物 CO、HC、NOX和微粒的方法
汽油机运行条件的影响
负转壁燃荷速 烧面的较 室温影高 面度响时 容升比，高大气 ，H，缸C单内排混位放合容浓气积度的相扰激应 转流混燃。点。降减。冷必是措点负 随 加速混 烧 火 低 弱 面 降 施合 然火荷 。废影的。 。合 过 提 壁 积 低程 也时增气响影程 前 面 也 汽度 增、 提刻加流响角 激 随 油涡 ，高的 大的时量减 冷 之 机流冷H。增，变C小 效 增却大降扩H大H排CC可 应 大介改低散而排放排使质，，善燃及几放浓放温了烧降未排H乎度的量C度气室低燃气呈一排明绝有缸烃H面扰线项放显对C利内容总流性下重下排值于的量比、增要降降放将 壁温的影响
Φa >1的稀混合气区，xNOe
随温度的升高而迅速增大 。
Φa <1，xNOe随Φa 的减小 NO的平衡摩尔分数xNOe
而急剧下降。
与过量空气系数Φa的关系
NO的生成机理
结论：
在稀混合气区NO的生成 主要是温度起作用；在浓 混合气区主要是氧浓度起 作用。
NO2的生成机理 汽油机排气中的NO2浓度与NO的浓度 相比可忽略不计，但在柴油机中NO2 可占到排气中总NOX的10%～30%。
当排气温度超过500℃时，碳质微球的 聚集体，称为碳烟，也称为烟粒；
排气温度低于500 ℃时，烟粒会吸附和 凝聚多种有机物，称为有机可溶成份。
烟粒的生成机理
烟粒生成阶段： （1），在高温富油缺氧区，通过裂解和脱 氢过程，经过核化形成先期产物； （2）在低于1500K的低温区，通过聚合和 冷凝生成碳烟微粒。
喷油定时的影响
影响柴油机 NOX因生素成的
喷NO油X排提放前随角负减荷小增，大燃而烧显推著迟增，加燃。烧温
度较低，放生热成规的律NO的X较影少响。
转速对NOX排放的影响比负荷的影响
传小统。模式
低排放放热模式
负荷与转速的影响
微粒的生成机理
柴油机微粒的组成与特征
柴油机排气微粒由很多原生 微球的聚集体而成，总体结 构为团絮状或链状。
影响微粒生成的因素
转速的影响：
（1）小负荷时温度低，以未燃油滴为主的微 粒的氧化作用微弱； （2）转速升高时，这种氧化作用又受到时间 因素的制约； （3）大负荷时，转速的升高有利于气流运动 的加强，使燃烧速度加快。
影响微粒生成的因素
燃料的影响：
（1）燃油中芳香烃含量及馏程越高，微粒 排放量越大；烷烃含量越高，微粒排放量 越少； （2）柴油机的排烟浓度随十六烷值的提高 而增大。
NOX生成量随温度升高而迅速增大
废。气最分高数温增度大通，常减出小现了在可Φ燃a ≈气1的.1，发且热
量 燃有 出， 烧适现增温量峰大度点的值了下火氧。混降时浓Φ合，a刻度进气N，一的O的排故步影比放N增响热O降大X容排低，，放。温使浓度最度下高
降的作用占优势，NO生成量减少。
影响NOX生成的因素
烟粒长大阶段： （1）表面生长； （2）聚集。
烟粒的氧化及有机可溶成份的吸附与凝结
烟粒的氧化：
氧化作用需要有一定的温度，至少在700～ 800℃。
有机可溶成份的吸附与凝结 组 ：成SOF的重质有机化合物向烟粒聚集物的 凝结与吸附。
影响微粒生成的因素
负荷的影响：
（1）高速小负荷时，稀薄混合气区较大， 微粒排放量较高； （2）低速大负荷时，容易产生裂解和脱氢 ，排放量有所升高。
柴油机未燃HC的生成机理
燃料在气缸内停留的时 间较短，生成HC的相对 时间也短，故其HC排放 量比汽油机少。
2.2.2 影响碳氢化合物生成的因素
混合气质量 的影响
混合气的均匀性越 差则HC排放越多。
运行条件的 影响
汽油机运行条件的 影响
影响碳氢化合物生成的因素
运行条件的 影响
负 转点 壁 燃比荷速火温烧影的的时室影响影刻面响响的容
一氧化碳的生成机理 汽车尾气中CO的产生是燃烧不充分所致 ，是氧气不足而生成的中间产物。
燃气中的氧气量充足时，理论上燃料燃烧 后不会存在CO。但当氧气量不足时，就会 有部分燃料不能完全燃烧，而生成CO。
汽油机一氧化碳的生成机理
汽油机CO排放量xCO与 及过量空气系数Φa的关系
汽油机一氧化碳的生成机理
柴油机一氧化碳的生成机理
燃料与空气混合不均匀，总有局部缺氧和低温 的地方，反应物在燃烧区停留时间较短，小负 荷时尽管Φa很大，CO排放量反而上升。
影响一氧化碳生成的因素
碳氢化合物的生成机理
燃烧过程中未燃烧或燃烧不完全 的碳氢燃料 漏入曲轴箱的窜气中含有大量未 燃燃料
燃油蒸汽
汽油机未燃HC的生成机理
空气涡流的影响： 适当增加空气涡流，有利于改善混合气品质 ，减少碳烟排放量；
其它因素的影响： 高温缺氧是造成碳烟生成量增加的重要原因
总结：
• 本节内容主要介绍了汽车尾气排放的主要成分（C0，HC，NOX等）产 生的原因和降低它们生成的主要方法。在后面的课程中，我们会介绍到 相关的电子和机械设备，它们对于降低汽车尾气中各种废气的排放有很 好的效果
NO ＋ HO2 → NO2 ＋ OH NO2＋O → NO＋O2
影响NOX生成的因素
影响汽油机 NOX生成的
因素
Φ度 低a过 温很而<量 度高降1时低N空 的，O，气影X由的此系响于生时数缺成氧氧和量浓即仍燃度使会烧起燃随着室烧着决室的定内降性温
作用。
点 降Φ火 。a>残提1时前余，角废温的气度减分起小数着，的决NO定影排性响放作量用不，断下
影响微粒生成的因素
喷油参数的影响：
（1）喷油定时的影响；
（2）喷油规律的影响：大部分燃油在前半 时间内喷入气缸时，参与预混燃烧的油量 增多，故排烟浓度低而NO浓度高；
（3）喷油嘴不正常喷射的影响：滴漏或二 次喷射对碳烟有不利影响；
（4）喷油压力的影响：提高喷油压力，减 少烟粒的生成。
影响微粒生成的因素
由上图可以看出
Φa <1时 ，因缺氧引起不完全燃烧，CO的排
放量随Φa的减小而增加。 Φa >1时 ，CO的排放量都很小。 Φa =1.0～1.1时，CO的排放量变化较复杂。
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（大负荷）， CO的排放量才大量增加。
• 素质目标：通过本节课的学习，知道汽车尾气对 人体的危害，树立环境保护意识，注重培养日常 生活中的良好生活习惯。
第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素
2.1 一氧化碳 2.2 碳氢化合物 2.3 氮氧化物 2.4 微粒
主要内容
介绍了汽车尾气中的主 要污染物CO、HC、NOX 和微粒的生成机理及其 影响因素。
燃烧室面容 比的影响
影响碳氢化合物生成的因素
混合气质量 的影响
运行条件的 影响
汽 柴油机运行条件的 影响
影响碳氢化合物生成的因素
运行条件的 影响
柴油机运行条件的影响
喷油时刻的 影响
喷油嘴喷孔 面积的影响 冷却水进水 温度的影响 进气密度的
影响
NOX的生成机理
O2 → 2O O ＋ N2 → NO ＋ O N ＋ O2 → NO ＋ O N ＋ OH → NO ＋ H
火焰在壁面淬冷吸
燃烧室内沉积物 的影响
体积淬熄
碳氢化合物的后 期氧化
冷 怠 壁 淬 面 类 的 火 种 便 。 进 滑 收 碳 燃 沉 增 燃 温 未起 速 面 火 工 重 焰 狭 会 油 了 氢 积 加 烧 度 燃熄 气 烧动 等 温 焰 况 要 不 窄 产 膜 进 化 物 室 下 烧。层 过 过工度淬下能的生溶入使中降的较程程、来合况较熄未进间未解气压太碳暖H厚中中源物C下低是燃入隙燃和缸力快氢，，，机。。排此各吸的和化和，，壁，润，HH放HCCC 向 可 合已 能 物燃 使 释火放气焰出解熄来吸灭，。 。 重新被全部或部 分氧化。
导入新课：
• 汽车尾气是目前环境污染中最重要的污染之一。 那么汽车尾气有哪些成分？它们对大气或者人体 造成什么样的危害？在实际生活中，该如何降低 这些废气呢？
教学目标
• 知识目标：汽车尾气中的主要污染物CO、HC、 NOX和微粒的生成机理及其影响因素。
• 能力目标：懂汽车尾气中主要污染物CO、HC、 NOX和微粒的生成机理知道降低汽车主要污染物 CO、HC、NOX和微粒的方法
汽油机运行条件的影响
负转壁燃荷速 烧面的较 室温影高 面度响时 容升比，高大气 ，H，缸C单内排混位放合容浓气积度的相扰激应 转流混燃。点。降减。冷必是措点负 随 加速混 烧 火 低 弱 面 降 施合 然火荷 。废影的。 。合 过 提 壁 积 低程 也时增气响影程 前 面 也 汽度 增、 提刻加流响角 激 随 油涡 ，高的 大的时量减 冷 之 机流冷H。增，变C小 效 增却大降扩H大H排CC可 应 大介改低散而排放排使质，，善燃及几放浓放温了烧降未排H乎度的量C度气室低燃气呈一排明绝有缸烃H面扰线项放显对C利内容总流性下重下排值于的量比、增要降降放将 壁温的影响
Φa >1的稀混合气区，xNOe
随温度的升高而迅速增大 。
Φa <1，xNOe随Φa 的减小 NO的平衡摩尔分数xNOe
而急剧下降。
与过量空气系数Φa的关系
NO的生成机理
结论：
在稀混合气区NO的生成 主要是温度起作用；在浓 混合气区主要是氧浓度起 作用。
NO2的生成机理 汽油机排气中的NO2浓度与NO的浓度 相比可忽略不计，但在柴油机中NO2 可占到排气中总NOX的10%～30%。
当排气温度超过500℃时，碳质微球的 聚集体，称为碳烟，也称为烟粒；
排气温度低于500 ℃时，烟粒会吸附和 凝聚多种有机物，称为有机可溶成份。
烟粒的生成机理
烟粒生成阶段： （1），在高温富油缺氧区，通过裂解和脱 氢过程，经过核化形成先期产物； （2）在低于1500K的低温区，通过聚合和 冷凝生成碳烟微粒。
喷油定时的影响
影响柴油机 NOX因生素成的
喷NO油X排提放前随角负减荷小增，大燃而烧显推著迟增，加燃。烧温
度较低，放生热成规的律NO的X较影少响。
转速对NOX排放的影响比负荷的影响
传小统。模式
低排放放热模式
负荷与转速的影响
微粒的生成机理
柴油机微粒的组成与特征
柴油机排气微粒由很多原生 微球的聚集体而成，总体结 构为团絮状或链状。
影响微粒生成的因素
转速的影响：
（1）小负荷时温度低，以未燃油滴为主的微 粒的氧化作用微弱； （2）转速升高时，这种氧化作用又受到时间 因素的制约； （3）大负荷时，转速的升高有利于气流运动 的加强，使燃烧速度加快。
影响微粒生成的因素
燃料的影响：
（1）燃油中芳香烃含量及馏程越高，微粒 排放量越大；烷烃含量越高，微粒排放量 越少； （2）柴油机的排烟浓度随十六烷值的提高 而增大。
NOX生成量随温度升高而迅速增大
废。气最分高数温增度大通，常减出小现了在可Φ燃a ≈气1的.1，发且热
量 燃有 出， 烧适现增温量峰大度点的值了下火氧。混降时浓Φ合，a刻度进气N，一的O的排故步影比放N增响热O降大X容排低，，放。温使浓度最度下高
降的作用占优势，NO生成量减少。
影响NOX生成的因素
烟粒长大阶段： （1）表面生长； （2）聚集。
烟粒的氧化及有机可溶成份的吸附与凝结
烟粒的氧化：
氧化作用需要有一定的温度，至少在700～ 800℃。
有机可溶成份的吸附与凝结 组 ：成SOF的重质有机化合物向烟粒聚集物的 凝结与吸附。
影响微粒生成的因素
负荷的影响：
（1）高速小负荷时，稀薄混合气区较大， 微粒排放量较高； （2）低速大负荷时，容易产生裂解和脱氢 ，排放量有所升高。
柴油机未燃HC的生成机理
燃料在气缸内停留的时 间较短，生成HC的相对 时间也短，故其HC排放 量比汽油机少。
2.2.2 影响碳氢化合物生成的因素
混合气质量 的影响
混合气的均匀性越 差则HC排放越多。
运行条件的 影响
汽油机运行条件的 影响
影响碳氢化合物生成的因素
运行条件的 影响
负 转点 壁 燃比荷速火温烧影的的时室影响影刻面响响的容
一氧化碳的生成机理 汽车尾气中CO的产生是燃烧不充分所致 ，是氧气不足而生成的中间产物。
燃气中的氧气量充足时，理论上燃料燃烧 后不会存在CO。但当氧气量不足时，就会 有部分燃料不能完全燃烧，而生成CO。
汽油机一氧化碳的生成机理
汽油机CO排放量xCO与 及过量空气系数Φa的关系
汽油机一氧化碳的生成机理
柴油机一氧化碳的生成机理
燃料与空气混合不均匀，总有局部缺氧和低温 的地方，反应物在燃烧区停留时间较短，小负 荷时尽管Φa很大，CO排放量反而上升。
影响一氧化碳生成的因素
碳氢化合物的生成机理
燃烧过程中未燃烧或燃烧不完全 的碳氢燃料 漏入曲轴箱的窜气中含有大量未 燃燃料
燃油蒸汽
汽油机未燃HC的生成机理
空气涡流的影响： 适当增加空气涡流，有利于改善混合气品质 ，减少碳烟排放量；
其它因素的影响： 高温缺氧是造成碳烟生成量增加的重要原因
总结：
• 本节内容主要介绍了汽车尾气排放的主要成分（C0，HC，NOX等）产 生的原因和降低它们生成的主要方法。在后面的课程中，我们会介绍到 相关的电子和机械设备，它们对于降低汽车尾气中各种废气的排放有很 好的效果
NO ＋ HO2 → NO2 ＋ OH NO2＋O → NO＋O2
影响NOX生成的因素
影响汽油机 NOX生成的
因素
Φ度 低a过 温很而<量 度高降1时低N空 的，O，气影X由的此系响于生时数缺成氧氧和量浓即仍燃度使会烧起燃随着室烧着决室的定内降性温
作用。
点 降Φ火 。a>残提1时前余，角废温的气度减分起小数着，的决NO定影排性响放作量用不，断下
影响微粒生成的因素
喷油参数的影响：
（1）喷油定时的影响；
（2）喷油规律的影响：大部分燃油在前半 时间内喷入气缸时，参与预混燃烧的油量 增多，故排烟浓度低而NO浓度高；
（3）喷油嘴不正常喷射的影响：滴漏或二 次喷射对碳烟有不利影响；
（4）喷油压力的影响：提高喷油压力，减 少烟粒的生成。
影响微粒生成的因素
由上图可以看出
Φa <1时 ，因缺氧引起不完全燃烧，CO的排
放量随Φa的减小而增加。 Φa >1时 ，CO的排放量都很小。 Φa =1.0～1.1时，CO的排放量变化较复杂。
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（大负荷）， CO的排放量才大量增加。
• 素质目标：通过本节课的学习，知道汽车尾气对 人体的危害，树立环境保护意识，注重培养日常 生活中的良好生活习惯。
第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素
2.1 一氧化碳 2.2 碳氢化合物 2.3 氮氧化物 2.4 微粒
主要内容
介绍了汽车尾气中的主 要污染物CO、HC、NOX 和微粒的生成机理及其 影响因素。
燃烧室面容 比的影响
影响碳氢化合物生成的因素
混合气质量 的影响
运行条件的 影响
汽 柴油机运行条件的 影响
影响碳氢化合物生成的因素
运行条件的 影响
柴油机运行条件的影响
喷油时刻的 影响
喷油嘴喷孔 面积的影响 冷却水进水 温度的影响 进气密度的
影响
NOX的生成机理
O2 → 2O O ＋ N2 → NO ＋ O N ＋ O2 → NO ＋ O N ＋ OH → NO ＋ H
火焰在壁面淬冷吸
燃烧室内沉积物 的影响
体积淬熄
碳氢化合物的后 期氧化
冷 怠 壁 淬 面 类 的 火 种 便 。 进 滑 收 碳 燃 沉 增 燃 温 未起 速 面 火 工 重 焰 狭 会 油 了 氢 积 加 烧 度 燃熄 气 烧动 等 温 焰 况 要 不 窄 产 膜 进 化 物 室 下 烧。层 过 过工度淬下能的生溶入使中降的较程程、来合况较熄未进间未解气压太碳暖H厚中中源物C下低是燃入隙燃和缸力快氢，，，机。。排此各吸的和化和，，壁，润，HH放HCCC 向 可 合已 能 物燃 使 释火放气焰出解熄来吸灭，。 。 重新被全部或部 分氧化。