第八章 燃烧与有害物的生成与排放
内燃机学教学大纲
《内燃机学》课程教学大纲课程编号：适用专业：汽车服务工程专业学时数：32学分数：2.0执笔者：编写日期：2013年9月一、课程的性质和目的《汽车发动机原理》是四年制本科生汽车服务工程专业的一门学科基础课。
本课程的任务是使学生获得发动机的基本工作循环和性能、发动机的换气过程与增压技术、发动机混合气形成和燃烧、发动机性能的评价、发动机特性及发动机性能试验方法等知识。
通过本课程的学习，使学生掌握发动机性能提高和合理使用的基本原理，以及发动机实验的基本技能，为本专业学生日后的工作打下坚实的基础。
二、课程的教学内容和学时分配第一章概论（2学时）教学内容：发动机的分类，对汽车动力装置的要求，新型汽车能源。
教学要求：了解发动机的分类和现代发动机的发展，了解对汽车动力装置的要求及汽车常用的能源。
重点：发动机的分类。
难点：无。
第二章发动机的工作循环和性能（4学时）教学内容：发动机理论循环，发动机的实际循环，指示指标，有效指标，指标测量，机械损失及测量，热平衡。
教学要求：了解发动机的理论循环和实际循环过程，掌握发动机理论循环与实际循环的差异，熟记指示指标、有效指标和机械损失，掌握发动机两类指标和机械损失的测量方法，了解发动机的热平衡。
重点：发动机的实际工作循环，指示指标、有效指标及机械损失。
难点：实际循环的各项损失，熟记各项性能指标。
第三章发动机的换气过程与增压（4学时）教学内容：增压技术基础，发动机的换气过程，充气效率，影响因素，换气损失，提高充气效率和降低换气损失的措施，废气涡轮增压器的组成及工作原理，车用发动机的增压系统。
教学要求：了解增压的基本概念和增压方式，掌握发动机的换气过程、充气效率及其影响因素，掌握提高发动机充气效率和降低换气损失的措施，了解废气涡轮增压器的组成及工作原理，了解车用发动机的增压系统。
重点：发动机的换气过程，充气效率及其影响因素，提高充气效率和降低换气损失的措施。
难点：提高充气效率和降低换气损失的措施。
发动机原理之有害排放物的生成与控制
9.1有害排放物的生成机理
9.1.1有害排放物的种类及危害
6.硫氧化物（SO x） ●成分：内燃机排放的硫氧化物主要是SO 2,也有少量的SO3，总称 SOx。 ●危害：Sox直接对人体有毒害作用，排放到大气中的Sox出了是形 成酸雨的主要成分外，还会有50%变成硫酸盐，形成二次微粒。
9.1有害排放物的生成机理
发动机原理之有害排放物的 生成与控制
9.7非排放污 染物控制技术
9.6柴油机排 放后处理技术
9.1有害排放物的 生成机理
有害排放 物的生成 与平控制
9.2排放法规及 测试法
9.3汽油机的 机内净化技术
9.5汽油机排 放后处理技术
9.4柴油机的 机内净化技术
9.1有害排放物的生成机理
9.1.1有害排放物的种类及危害
9.1有害排放物的生成机理
9.1.1有害排放物的种类及危害
1.一氧化碳（CO） ●成分：CO是一种无色、无臭、窒息性很强的气体。 ●危害：CO与血液中作为输氧载体的血红素蛋白（Hb）的亲和力比 O2 高200~300倍很容易结合成碳氧血红丝蛋白（CO-Hb），使血液的输 氧能力大大降低，导致心脏、大脑等重要器官严重缺氧。轻度CO中毒 时，会出现头晕、头痛、呼吸障碍等症状，中枢神经系统将受到损害 ；严重CO中毒时，会出现恶心、心痛、昏迷等症状、甚至死亡。大气 中的CO浓度超过0.3%时，30min之内可致人死亡。
9.1有害排放物的生成机理
9.1.3有害排放物的生成机理
1）柴油机微粒的基本特征
①微粒的构成及主要成分 柴油机微粒主要由三部分构成，即 （干）碳烟、可溶性有机物和硫酸 盐。
②PM的粒径和排放数量 20世纪80年代前的车用柴油机微 粒粒径在1~10μm范围内，后来随 高压喷射技术的采用和汽油混合过 程的改善，粒径已基本在1μm以 下。
大气污染控制工程 第一章 绪论
大气污染、 1.2 大气污染、大气污染物和污染源 定义 大气污染通常是指由于人类活动和自然 过程引起某种物质进入大气中， 过程引起某种物质进入大气中，呈现出 足够的浓度， 足够的浓度，达到了足够的时间并因此 而危害了人体的舒适、 而危害了人体的舒适、健康和福利或危 害了环境的现象。 害了环境的现象。
氧化产物
聚合与核长大
气溶胶 光雾
甲醛、 丙稀醛等 刺激眼睛
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光化学烟雾实例
光化学烟雾形成前
光化学烟雾形成后
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混合型污染。 ③ 混合型污染。包括以煤炭为主要污染源而排出的 烟气、粉尘、 烟气、粉尘、二氧化硫及其它氧化物所形成的气 溶胶； 溶胶；以石油为污染源而排出的烯烃和二氧化氮 为主的污染物。此类污染，其反应更为复杂。 为主的污染物。此类污染，其反应更为复杂。如 臭氧和烯烃反应生成的过氧化氢自由基等氧化物， 臭氧和烯烃反应生成的过氧化氢自由基等氧化物， 可大大增加二氧化硫的氧化速率。 可大大增加二氧化硫的氧化速率。 特殊型污染。 ④ 特殊型污染。主要产生于工厂生产过程中排出和 发生意外事故释放的废气，如氯气、氟化物、 发生意外事故释放的废气，如氯气、氟化物、金 属蒸气或酸雾等所引起的污染。 属蒸气或酸雾等所引起的污染。
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（1）大气污染物分类
气溶胶态污染物 悬浮在气体介质 中的固态或液态 颗粒所组成的悬 浮体系 气态污染物 粉尘（ 粉尘（dust） ） 烟（fume） ） 飞灰（ ash） 飞灰（fly ash） 黑烟（ 黑烟（smoke） ） 雾（fog） ）
大气 污染物
一次污染物 二次污染物
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（1）大气污染物分类
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2)根据能源性质、 2)根据能源性质、大气污染物组成和反应分类 根据能源性质
浅析柴油发动机排放物的生成机理
浅析柴油发动机排放物的生成机理一、氮氧化物（NOx）氮氧化物是柴油发动机排放物中的主要成分之一，它是由于高温和高压条件下，在燃烧室中的氮气和氧气因燃烧而结合而成。
柴油发动机燃烧过程中，燃料和空气在高温下混合燃烧，燃烧的温度和压力很高，使得氮气和氧气发生反应，生成各种氮氧化物，包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。
氮氧化物的生成还与燃烧室内部的空气流动和混合状态有关。
在柴油发动机中，由于燃烧室的结构和喷油系统的设计不同，燃烧室内的空气流动和混合状态也会不同，从而影响了氮氧化物的生成。
而且，工作负荷和转速的变化也会导致不同燃烧条件下氮氧化物的生成量不同。
二、颗粒物（PM）颗粒物是柴油发动机排放物中的另一个重要组成部分，它主要是由未完全燃烧的颗粒物和相应的氧化物组成的。
在柴油发动机燃烧室中，由于燃料和空气混合的不充分或燃烧条件不理想，很容易产生未完全燃烧的颗粒物，这些颗粒物主要是碳、氧化物和一些燃烧产物。
颗粒物的生成与燃烧室内部的温度、氧气浓度和流动状态等因素有关。
通常来讲，高温和高压条件下会加剧未完全燃烧的问题，从而导致颗粒物的生成。
燃烧室的结构和喷油系统的设计也会影响颗粒物的生成和排放。
对于大排量柴油机和小排量柴油机来说，由于工作原理和设计不同，颗粒物的生成和排放特点也会有所不同。
一氧化碳是柴油发动机排放物中的另一种有害物质，它是由于燃烧过程中燃料未完全氧化而产生的。
在柴油发动机中，由于燃烧室内的温度和氧气浓度不够高，燃料未能完全氧化，所以会生成大量的一氧化碳。
燃烧室的结构和喷油系统的设计也会影响一氧化碳的生成和排放。
除了上述三种主要的排放物之外，柴油发动机还会产生一些其他有害物质，如碳氢化合物、苯和多环芳烃等。
这些有害物质的生成也与燃烧过程中的温度、压力、氧气浓度和工作负荷等因素有关。
要想降低柴油发动机排放物的生成量，就必须从改善燃烧条件、提高燃烧效率和优化排放控制系统等方面入手。
《大气污染控制工程》教案-第八章
第八章硫氧化物的污染控制第一节硫循环及硫排放（自学)第二节燃烧前燃料脱硫一、煤炭的固态加工按国外用于发电、冶金、动力的煤质标准，原煤必须经过分选，以除去煤中的矿物质。
目前世界各国广泛采用的选煤工艺仍然是重力分选法。
分选后原煤含硫量降低40~90％.硫的净化效率取决于煤中黄铁矿的硫颗粒大小及无机硫含量。
正在研究的新脱硫方法有浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学破碎法、细菌脱硫、微波脱硫、磁力脱硫及溶剂精炼等多种方法，但至今在工业上实际应用的方法为数很少。
煤型固硫是另一条控制二氧化硫污染的经济有效途径。
选用不同煤种，以无粘结剂法或以沥青等为粘结剂，用廉价的钙系固硫剂，经干馏成型或直接压制成型，制得多种煤型。
二、煤炭的转化1.煤的气化煤的气化是指以煤炭为原料,采用空气、氧气、二氧化碳和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以生产出不同组分、不同热值的煤气.煤气化技术总的方向是，气化压力由常压向中高压发展；气化温度向高温发展；气化原料向多样化发展，固态排渣向液态排渣发展。
随着煤气化技术的发展，目前已形成了不同的汽化方法。
按煤在气化炉中的流体力学行为，可分为移动床、流化床、气流床三种方法，均已工业化或已建示范装置。
2.煤的液化煤炭液化是把固体的煤炭通过化学加工过程，使其转化为液体产品(液态烃类燃料，如汽油、柴油等产品或化工原料）的技术。
根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类。
直接液化是对煤进行高温高压加氢直接得到液体产品的技术，间接液化是先把煤气化转化为合成气，然后再在催化剂作用下合成液体燃料和其他化工产品的技术。
煤炭通过液化将其中的硫等有害元素以及矿物质脱除，产品为洁净燃料。
直接液化比较著名的工艺有：溶剂精炼煤法、供氢溶剂法、氢煤法、德国新工艺、英国的溶剂萃取法和日本的溶剂分解法等。
间接液化的典型工艺是弗—托合成法，又称一氧化碳加氢法。
其主要反应是合成烷烃的反应以及少量合成烯烃的反应。
浅析柴油发动机排放物的生成机理
浅析柴油发动机排放物的生成机理柴油发动机是一种内燃机，其工作原理是将柴油与空气混合后在高温高压条件下进行点燃，通过燃烧产生热能驱动发动机运转。
而在燃烧的过程中，除了产生动力外，也会产生一些有害的排放物，其中包括氮氧化物(NOx)、颗粒物(PM)、一氧化碳(CO)等。
我们来分析一下柴油发动机排放物的生成机理。
在柴油发动机的工作过程中，燃料首先被喷入燃烧室，然后被压缩并点燃，燃烧产生热能，驱动活塞运动，最终产生动力。
而排放物的产生主要是由于燃烧过程中的不完全燃烧和化学反应所致。
柴油发动机的燃烧过程中会产生氮氧化物(NOx)。
氮氧化物主要是由于高温燃烧条件下，空气中的氮气与氧气反应生成的。
在高温高压条件下，氮气和氧气会发生氮氧化反应，从而产生一系列的氮氧化物，包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)等。
而这些氮氧化物会对大气环境和人类健康造成很大的危害，如臭氧致死级污染、眼睛和呼吸系统健康的影响等。
柴油发动机的燃烧过程中也会产生颗粒物(PM)。
颗粒物主要是由于燃料的不完全燃烧和润滑油的燃烧所致。
在燃烧过程中，如果燃料的分子结构很复杂，或者燃料和空气的混合不均匀，就会导致燃料的不完全燃烧，产生大量的颗粒物。
润滑油也会在燃烧过程中参与化学反应，生成颗粒物。
这些颗粒物会悬浮在空气中，对空气质量和人类健康造成一定的影响。
柴油发动机的燃烧过程中还会产生一氧化碳(CO)。
一氧化碳主要是由于燃烧不充分所致。
在燃烧室中，如果燃料的混合不均匀，或者燃烧温度不足，就会导致燃烧不充分，产生大量的一氧化碳。
而一氧化碳是一种无色无味的有毒气体，对人体健康有很大的危害，可能导致中毒甚至死亡。
柴油发动机排放物的生成机理主要是由于燃烧过程中的不完全燃烧和化学反应所致。
为了减少柴油发动机的排放物对环境和人类健康造成的影响，我们可以从以下几个方面进行改善和控制：可以从燃料的制备和使用方面进行改良。
燃料的制备应该选择一些高品质的柴油，并且通过精细控制燃油的喷射系统，使其能够在燃烧室内更好地和空气混合，从而减少不完全燃烧产生的颗粒物和一氧化碳。
燃烧是否会产生有害物质？如何减少燃烧排放的污染物？
燃烧是否会产生有害物质？如何减少燃烧排放的污染物？一、燃烧产生的有害物质燃烧是一种常见的化学反应过程，它不仅可以提供能量，还会生成许多有害物质。
首先，燃烧过程中产生的一氧化碳是一种无色、无味、有毒的气体，其对人体的中毒作用十分严重。
其次，燃烧还会产生二氧化硫和二氧化氮等大气污染物，它们对环境的破坏和人体的健康造成了严重威胁。
此外，燃烧还会释放出颗粒物和挥发性有机物等，它们对大气质量产生负面影响，甚至引发严重的健康问题。
二、减少燃烧排放的污染物的方法（一）使用高效燃烧器具燃烧器具的效率直接影响着燃烧过程中产生的有害物质。
采用高效燃烧器具可以充分燃烧燃料，减少残留物和有害气体的生成。
例如，现代家庭中使用的高效燃气灶具可以提高燃烧效率，减少一氧化碳等有害气体的排放。
（二）优化燃烧过程燃烧过程中的温度、压力、氧气供给等因素都会影响有害物质的生成。
通过优化燃烧过程，可以减少污染物的排放。
例如，在煤炭燃烧过程中加入脱硫剂可以减少二氧化硫的产生；合理控制燃烧温度和氧气供给，可以降低一氧化碳和颗粒物的生成。
（三）使用清洁能源替代传统能源传统能源燃烧过程中产生的污染物较多，而清洁能源则相对较少。
因此，推广清洁能源的利用是减少燃烧排放的重要途径之一。
例如，使用太阳能、风能等可再生能源发电，可以避免燃煤发电过程中释放的大量二氧化碳和颗粒物。
（四）加强污染物治理和监管除了从源头减少污染物的排放外，加强燃烧排放的治理和监管也是非常重要的。
政府部门应加强对燃烧行业的监管，制定严格的排放标准，并加大对违规企业的执法力度。
同时，加强对燃烧排放的治理技术研究，探索更加高效和环保的排放净化技术，为减少污染物的排放提供技术支持和保障。
总之，燃烧过程中产生的有害物质对环境和人体健康造成了严重威胁。
通过使用高效燃烧器具、优化燃烧过程、使用清洁能源以及加强治理和监管等措施，可以有效减少燃烧排放的污染物。
在未来的发展中，我们应该不断努力，推动绿色低碳发展，为人类创造一个更清洁、更美好的环境。
人教版化学燃料和燃烧知识点总结
第八单元：燃烧及其利用知识点总结Designer ：Mr. Liu课题一：燃烧与灭火1、 燃烧的定义：一种发光、发热的剧烈的化学变化2、 燃烧条件：★（同时满足，缺一不可） ★（环境温度要高于着火点）着火点：物质达到燃烧所需的最低温度。
是固定值，不可改变。
变化的是环境温度。
火柴的着火点比煤炭的着火点要低，容易着火。
物质的着火点各不相同。
同时满足：意味着只要三个条件缺一，就不会造成燃烧，起到灭火的作用。
风吹蜡烛熄灭是因为风带走热量使温度降到着火点以下。
风吹森林大火，越吹越旺。
是因为带来更多的氧气。
※ “烧不坏的手绢”实验说明：着火燃烧的是手绢中的酒精。
酒精燃烧时产生的热量让手绢上的水蒸发，而水蒸发是个吸热过程，这使得手绢的温度没有达到着火点，故手绢能“安然无恙”。
3、 灭火的方法：⑴清除可燃物或是可燃物与其他物品隔离。
如，煤气着火时，要将阀门关闭；森林着火，可设置隔离带；“釜底抽薪”。
⑵将可燃物与空气隔绝。
如，盖锅盖来灭油锅中的火；用细沙扑灭实验室中酒精引起的火灾；二氧化碳密度大，不燃烧也不支持燃烧，故用二氧化碳来灭火比较常见。
⑶降低环境温度，使之低于可燃物的着火点。
如，冷却剂：水、干冰等物质来降温。
火着火点 可燃物 与氧气接触4、加速可燃物的燃烧的方法：增大与氧气的接触面积；提高氧气的浓度。
带火星的木条放入氧气中能复燃是因为氧气浓度大。
小木条比木块容易燃烧是因为与氧气的接触面积大。
5、完全燃烧：燃烧快，放热量多，C、H元素转化成CO2和H2O。
（氧气充足）C+ O2 点燃CO2不完全燃烧：燃烧慢，放热少，C、H元素部分生成CO、C等。
（氧气不足）2C+ O2 点燃2CO 6、一氧化碳：无色、无味的剧毒气体。
具有可燃性：2CO+ O2 点燃2CO2。
——大多是由燃料不完全燃烧、汽车尾气、煤气泄露等形成。
中毒机理：一氧化碳与血液中的血红蛋白相结合，降低了血红蛋白的载氧能力，使人体缺氧。
7、爆炸：在有限空间内，产生大量气体或气体受热急速膨胀，会形成爆炸。
生物质燃烧对大气污染物排放的影响研究
生物质燃烧对大气污染物排放的影响研究近年来，生物质能源备受关注，尤其是生物质燃烧作为一种可持续能源形式。
然而，虽然生物质燃烧有助于减少对化石燃料的依赖，其对大气环境产生的污染物排放问题仍然不容忽视。
首先，生物质燃烧释放的PM2.5是大气污染物中的重要成分。
PM2.5主要由颗粒物和气溶胶组成，其直径小于2.5微米。
研究表明，生物质燃烧释放的颗粒物中富含碳、硫、氮等元素，尤其是有机碳含量较高。
这些颗粒物和气溶胶在大气中的停留时间较长，并且能够影响气候变化和空气质量。
此外，生物质燃烧还会释放一些有害物质，如苯、甲醛等，对人体健康构成潜在风险。
其次，生物质燃烧对大气中的臭氧生成也有一定的影响。
臭氧是大气层中一种重要的自由基，其浓度高低直接影响着大气环境的质量。
生物质燃烧释放的氮氧化物和挥发性有机物是臭氧生成的前体物质，它们在阳光的照射下通过光化学反应生成臭氧。
因此，生物质燃烧会导致臭氧的生成量增加，进而对人体健康和环境产生负面影响。
此外，生物质燃烧还对大气酸化产生一定的影响。
生物质燃烧释放的硫氧化物和氮氧化物是大气酸化的主要源头。
这些氧化物在大气中与水蒸气和颗粒物相互作用，形成硫酸和硝酸等酸性物质，进而降低土壤和水体的pH值。
这种酸性物质对植物生长和生物多样性产生负面影响，同时也加剧了酸雨的形成。
另外一个受关注的问题是生物质燃烧对全球气候变化的影响。
生物质燃烧释放的CO2是温室气体的重要组成部分，其排放对地球的气候系统产生复杂影响。
燃烧过程中释放的CO2会导致温室效应的加剧，进而导致地球表面温度的升高。
然而，相比化石燃料燃烧，生物质燃烧排放的CO2能够被再生植物吸收并转化为生物物质，形成循环。
因此，生物质燃烧排放的CO2是可以被一定程度上吸收和消耗的，从而减缓温室效应和气候变化速度。
总结起来，尽管生物质燃烧作为一种可持续能源形式，在减少对化石燃料的依赖方面具有优势，但其对大气污染物排放仍然带来一定的负面影响。
汽车排放及控制技术试题答案
一、填空题1、汽车排放的污染物主要有_ 一氧化碳_、氮氧化合物_、_ 碳氢化合物__和__微粒____。
2、柴油机氮氧化物的生成主要受三个要素的影响,分别是_ 喷油定时_、 放热规律___和 负荷与转速的影响_。
3、三元催化转化器的起燃特性有两种评价方法,对于催化剂常用__ 起燃温度 __来评价,而对于整个催化转化系统则用__ 起燃时间 _来评价。
4、微粒捕集器的过滤机理存在四种,即_ 扩散机理、 拦截机理_、 惯性碰撞机理_、 重力沉积机理_。
5、电控柴油喷射系统已发展了三代，第一代是 位置控制_ 系统，第二代是_ 时间控制__系统，第三代是 电控高压共轨 系统。
6、目前控制汽油机氮氧化物排放最主要的措施是_ 废气再循环技术_。
7、常用排放污染物取样系统有 直接取样系统___、_稀释取样系统_和_定容取样系统_。
8、汽油发动机中未燃HC 的生成主要来源于_ 燃烧室未燃燃料、 窜入曲轴箱的未燃燃料和 燃油系统蒸发的燃油蒸汽_ 三种途径。
9、缸内直接喷射汽油机与其它汽油机相比，最大区别是_ 汽油喷射的位置_。
10、EGR 率是指 ×100%+返回废气量进气量返回废气量11、为使三元催化转化器的净化效率达到80%以上，其过量空气系数(Φa) “窗口”应达到的要求是“窗口”很窄，宽度只有_ 0.01~0.02__。
12、生成氮氧化物的三个要素是_ 混合气浓度_、 温度_和 氧浓度_。
13、目前微粒捕集器被动再生的方法主要有 化学催化的方法_。
14、排气成分分析中，CO 和CO2用_ 不分光红外线气体分析仪_测量，NO 用_ 化学发光分析仪_测量，HC 用 _ 氢火焰离子型分析仪_测量，氧多用 顺磁分析仪_测量。
15、烟度的测量方法主要有两类： 滤纸法__和 消光度法__。
16、目前,各国正纷纷开发各种代用燃料以解决未来石油能源枯竭的问题,其中最主要的代用燃料是 天然气__、液化石油气_、醇类燃料__和 植物油__。
汽车排放污染及控制
喷油控制 反馈控制
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY 在排气管上加装氧传感器，根据 排气管中氧的含量，测定进入发 动机燃烧室混合气的空燃比值， 并输入给ECU。ECU将此信号与 ECU ECU 设定的目标空燃比值进行比较， 不断修正喷油量，使空燃比保持 在设定目标值附近。
1. 喷油时刻的控制
对于多点喷射发动机，ECU以曲轴转角传感器的信号为依据 进行喷油时刻的控制，使各缸喷油器能在设定的时刻喷油。 喷油时刻控制方式有三种：同时喷射、分组喷射和顺序 喷射。
2. 喷油量的控制
喷油量的控制，其目的是使发动机燃烧混合气的空 燃比符合各工况的需要。
第4章 车用汽油机机内净化 章
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY
第4章 车用汽油机机内净化
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
第4章 车用汽油机机内净化 章
冷起动及暖机阶段排放控制 喷油控制对排放的影响
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY
为了减小汽油喷射发动机冷起动和暖机 阶段排放， 阶段排放 ，要对开环控制的空燃比进行精确 的标定，不要过量供给燃油。 的标定，不要过量供给燃油。 冷起动阶段： 冷起动阶段：混合气浓度一般要低于化 油器式发动机。 油器式发动机。 暖机阶段：不要提供太浓的混合气。 暖机阶段：不要提供太浓的混合气。
发动机主要有害物生成机理与防治
发动机主要有害物生成机理与防治一、引言发动机是现代交通工具的核心部件，但其燃烧过程会产生一系列的有害物质。
这些有害物质对环境和人类健康带来严重威胁。
为了保护环境和人类健康，研究发动机主要有害物生成机理以及相应的防治措施至关重要。
二、发动机有害物生成机理2.1 氮氧化物（NOx）的生成氮氧化物是发动机尾气中的主要有害物之一。
其生成机理主要包括两个过程：1.热反应：在发动机燃烧室中，高温下的氮气和氧气发生反应，生成一氧化氮（NO）。
2.氧化反应：一氧化氮进一步与氧气发生反应，生成二氧化氮（NO2）。
2.2 碳氢化合物（HC）的生成碳氢化合物是未完全燃烧的燃料残留物，也是发动机尾气中的有害物质。
其生成机理主要与燃料混合不均匀、燃烧效率低下等因素有关。
2.3 颗粒物（PM）的生成颗粒物是发动机尾气中固体和液体微粒的总称。
其生成机理与燃料不完全燃烧、润滑油燃烧、燃油添加物的存在等因素有关。
三、防治措施针对发动机主要有害物的生成机理，可以采取以下防治措施：3.1 氮氧化物（NOx）的防治1.优化燃烧室设计：通过改变燃烧室的结构和形状，减少燃料和氧气的接触时间，降低氮氧化物的生成。
2.使用催化转化器：在排气系统中添加催化转化器，将一氧化氮和二氧化氮转化为无害的氮气和水蒸气。
3.2 碳氢化合物（HC）的防治1.改进燃油喷射系统：优化燃油喷射系统，使燃料均匀混合，提高燃烧效率，减少碳氢化合物的生成。
2.使用催化转化器：催化转化器不仅可以减少氮氧化物的生成，还可以将未完全燃烧的碳氢化合物转化为二氧化碳和水。
3.3 颗粒物（PM）的防治1.安装颗粒捕集器：在排气系统中添加颗粒捕集器，可以有效捕集颗粒物，使其不被释放到大气中。
2.使用低硫燃料：低硫燃料可以减少颗粒物的生成，降低对环境的污染。
四、结论发动机主要有害物生成机理与防治是一个复杂而重要的研究领域。
通过深入理解有害物生成的机理，采取相应的防治措施，可以减少有害物质对环境和人类健康的影响。
第八章内燃机排气后处理与排放法规
SCR
Oxidation
Catalyst4N2
+ 2CO2 + 4DH2POF (Diesel Particulate Filter)
稀NO 催化还原器（LNC） FBC CSF CDPF X Off-Board/Replace Engine Management
FBC Type Concent.
10
4HC + 3O2 2CO2 + 2H2O 2CO + O2 2CO2
Oxidation Catalyst (O) 4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O
Hydrolysis Catalyst (H) (NH2)2CO + H2O 2NH3 + CO2
第五节 排放法规
一、排放测试规范 二、取样系统 三、测量技术简介 四、排放限值
壁流陶瓷捕集器的进一步研究——增加捕集容量、延长再生周期
过流式微粒捕集原理__减小捕集量，延长使用时间
连续再生
Inlet
Sect发ion动机排气
Catalyst Section
Pt催化剂
Filter Section
DPF
Outlet Section
净化后排气
C+NO2→CO2+N2 NO+O2→NO2 C+O2→CO2
一、汽油机三效催化转化器
1、催化反应机理 2、催化转化器的结构 3、催化转化器的工作特性 4、车用三效催化剂的要求 5、汽油机排气后处理之未来
1、催化反应机理 H2O
HC CO2
CO N2
NOx
CO HC NOx TWYCO2 H2O N2
《大气污染控制工程》教案-第八章
第八章硫氧化物的污染控制第一节硫循环及硫排放（自学）第二节燃烧前燃料脱硫一、煤炭的固态加工按国外用于发电、冶金、动力的煤质标准，原煤必须经过分选，以除去煤中的矿物质。
目前世界各国广泛采用的选煤工艺仍然是重力分选法。
分选后原煤含硫量降低40~90%。
硫的净化效率取决于煤中黄铁矿的硫颗粒大小及无机硫含量。
正在研究的新脱硫方法有浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学破碎法、细菌脱硫、微波脱硫、磁力脱硫及溶剂精炼等多种方法，但至今在工业上实际应用的方法为数很少。
煤型固硫是另一条控制二氧化硫污染的经济有效途径。
选用不同煤种，以无粘结剂法或以沥青等为粘结剂，用廉价的钙系固硫剂，经干馏成型或直接压制成型，制得多种煤型。
二、煤炭的转化1.煤的气化煤的气化是指以煤炭为原料，采用空气、氧气、二氧化碳和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以生产出不同组分、不同热值的煤气。
煤气化技术总的方向是，气化压力由常压向中高压发展；气化温度向高温发展；气化原料向多样化发展，固态排渣向液态排渣发展。
随着煤气化技术的发展，目前已形成了不同的汽化方法。
按煤在气化炉中的流体力学行为，可分为移动床、流化床、气流床三种方法，均已工业化或已建示范装置。
2.煤的液化煤炭液化是把固体的煤炭通过化学加工过程，使其转化为液体产品（液态烃类燃料，如汽油、柴油等产品或化工原料）的技术。
根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类。
直接液化是对煤进行高温高压加氢直接得到液体产品的技术，间接液化是先把煤气化转化为合成气，然后再在催化剂作用下合成液体燃料和其他化工产品的技术。
煤炭通过液化将其中的硫等有害元素以及矿物质脱除，产品为洁净燃料。
直接液化比较著名的工艺有：溶剂精炼煤法、供氢溶剂法、氢煤法、德国新工艺、英国的溶剂萃取法和日本的溶剂分解法等。
间接液化的典型工艺是弗—托合成法，又称一氧化碳加氢法。
其主要反应是合成烷烃的反应以及少量合成烯烃的反应。
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近年来提出： 油机PM
PM10、PM2.5、汽
PM粒度越来越小，目前可认为绝大 部分在0.1～1μm范围（右图）
0.83 Pme /MPa
1.2
某欧2柴油机PM粒度分布
PM （ Soot）的生成过程
Soot源于烃类燃料在高温缺氧下的裂解，详细机理尚不明确。 碳粒生成 （燃烧期间）
大的燃油颗粒汽化剩下的重质烃，高温脱氢碳化→焦炭 状大颗粒碳粒（PM10）
1、CO、HC排放的控制
右图是气体排放控制的基本依据 宏观φa应尽量大于1 加强气体扰动（涡流、湍流），避 免局部φa过浓 抑制壁面/淬熄效应、循环波动及各 缸不均匀
汽油机主要靠三效催化剂（见后）
柴油机 CO排放 柴/汽 < 1/10 HC排放 柴/汽 < 1/3 ~ 1/5 因此，正常工作的柴油机CO和HC不超标（从混 合气形成和燃烧机理来考虑为什么？）
4、降低PM的基本原则
高温富氧 ——（如右图） 提高燃烧速度（高温），增压
但容易导致与NO的Trade－off关系
混合均匀 —— 柴油机本来不缺氧、但非均质
加强雾化、混合，
高压喷射、减小喷孔径 同样与NO产生Trade－off 强化后期氧化 ——（如右下图） 无NO的Trade －off关系 减少润滑油消耗
两种微粒稀释采集系统
稀释通道 稀释空气
CVS 全流稀释通道
二次稀释通道
稀释通道
稀释空气
CVS 分流稀释通道
8.3 排放污染物的机内净化技术
机内净化 （燃烧） 柴油机 汽油机
柴油机 污染技术 （后处理） 汽油机
清洁燃料 （燃料）
非排气污染 控制技术 燃油系统蒸发 曲轴箱窜气
气体燃料：CNG、LNG LPG 馏分轻，降低排烟 液体含氧燃料：甲醇、乙醇、二甲醚、 甲酯（植物油酯化）
气相烃裂解、脱氢→乙烯（CH2＝CH2）乙炔（CH-CH） →聚乙炔→原子级碳粒→聚合生成碳核（约2nm ）
碳粒氧化
（燃烧后期）
遇充分的氧化氛 围，碳粒部分氧化
PM生成 （膨胀和排气）
小碳粒碰撞、聚合→较大碳粒（不规则形状、多 孔聚合物），吸附HC和硫酸盐→ PM
8.1.4 有害排放物生成的影响因素
反应时间（S）
2、CO
不完全燃烧产物，主要受混合气浓度影响 不完全燃烧 ——
φa < 1 时：例如：起动、怠速、加速、功率混合气 φa > 1 时：局部缺氧
热离解 —— CO2 CO
排气中生成 —— HC在排气中进一步氧化时生成CO
3、未燃HC （THC）
（1）HC在汽油机中的生成机理
不完全燃烧 —— φa<1，例如：怠速、高负荷、加速 φa>1，混合不均、减速、失火、循 环波动 壁面淬熄效应 —— 低温、弱流动和弱湍流导致淬熄层 （Quenching layer） 窄缝处面容比大，火焰无法传入， 也称缝隙效应 •
1、φa的影响
（1）汽油机
CO： φa ↑，CO↓（单调）； φa>1，逐渐达最低值
HC： φa ↑，HC ↓ ；
φa 过大，HC回升（过稀）
NO： φa<1时，还原气氛，NO ↓； φa＝1.1左右，高温富氧同时具备，NO达峰值； Φa>1.1后，氧化气氛，但温度下降，NO ↓
（2）柴油机
NO：与汽油机相似，但 注意区间 碳烟：与汽油机CO相似 ，但向稀区平移 CO：与汽油机CO相似， 过稀时回升
Quenching at Wall Deposits Oil film
Gaps
油膜和积碳吸附 —— 混合气形成过程中，吸附HC; 燃烧过程中，“躲过”火焰; 排气过程中，脱附释放，形成排放
（2）HC在柴油机中的生成机理
混合不均匀 过浓或过稀
4、微粒及碳烟
PM – Particulate Matter, Soot(Smoke)
（2）废气再循环EGR
（Exhaust Gas Recirculation）
机理：
• CO2不活性气体 、氧浓度下降→→ 燃烧
速度下降→→温度下降（如下图） • 混合气的比热容上升→→温度下降 内部EGR？如何实现？
3、喷油规律优化
燃烧特性控制基本思路
喷油规律控制基本思路
－前缓后急
－前缓后急
（1）初期喷油速率－高； （2）初期喷油速率－低； （3）预喷射（Pilot)）； （4）预喷射＋低初喷率。
第八章 燃烧与有害物的生成与排放
8.1 有害排放物的生成机理与影响因素
8.1.1 有害排放物的种类与危害 法规限制成份：CO、HC、NOx、PM （针对汽油车和柴油车） 其他有害成份： 硫化物SOx、铅化合物、醛类、 苯类、丁二烯、柴油机排气臭味·· ·· ·等
8.1.3 有害排放物的生成机理 1、NOx = NO、NO2、N2O
转鼓 测功机
排气 分析仪
PM 采 样
欧洲NEDC（中国）—
相对稳定工况 模拟城市区（city cycle）和郊区 （Extra Urban Driving Cycle）行 驶工况 起动后40s后开始采气分析（欧Ⅲ 后取消40s，并加-7℃起动），全过 程采气1袋 欧洲工况被我国和世界上大多数国 家采用，有可能成为 国际标准。
微粒的成分
成分 质量分数
干碳烟（DS） 可溶性有机成分（SOF） 硫酸盐(Sulfate)
40％～50％ 35％～45％ 5％～10％
100 90 80 70 60 50 40 质量百分比/% 30 20 10 0 0.28 E20 <0.2um 0.2-0.5um 0.5-1um 1-2.5um >2.5um
HC：φa>2后，过稀和 低温使HC ↑
注意：CO、HC远低于汽 油机，一般不超标
（注意φa范围！与汽油机比较）
8.2 排放法规及其测试方法
1、排放法规体系
排放限值 排放法规
检测方法 怠速法（自由加速烟度） 循环工况法 整车排放限值（如表8－7） 发动机排放限值（如表8－10）
2、检测方法
怠速法（自由加速烟度）：环保检测、汽车修理
增压＋EGR＋中冷
降低PM
降低NOx 降低NOx
现代低排放柴油机-实例
降低PM
DPF
柴油机喷雾燃烧高速摄影
普通喷射压力 （60MPa）
高压喷射 （120MPa）
喷油后0.14ms 0.42ms
0.69ms
0.97ms
提高喷油压力后，混合气形成加快，燃烧加快； 油气混合均匀程度提高，燃烧温度提高，碳烟和PM下降。
工况法
轻型车（总重<3.5T）——整车测试（转鼓） 重型车（总重>3.5T）——发动机测试（台架）
3、工况法测试
（1）轻型车工况法测试
美国FTP-75 ——瞬 态 工 况
模拟城市行驶工况 分成：冷起动－热稳定－停车－ 热起动四个阶段，分别采气分析（ 加权）
轻型车排放测试—转鼓试验台
稀 释 - 定容 （ CVS）
？？会有什么负面影响
高压喷射，NOx升高；
并用EGR
NOx与PM同时降低（AVL例）
2、NOx排放的控制
（1）推迟喷油（点火）时间
主放热避开上止点 →→燃烧等容度下降
→→温度降低（对汽、柴油机都适用）
接近上止点时喷油→→滞燃期缩短→→初 期dQB/dt 降低→→燃烧温度降低（柴油） 问题：过度推迟会使ηi、PM等恶化，即 Trade off关系（右下图），可调范围有限 汽油机 柴油机
CO、CO2 、HC NO、NOx ——NDIR ——电化学法
（3）气相色普仪（实验室分析） 通过更换色普柱，可以测量CO、CO2 、HC、 NO、NO2及非常规气体，但时间周期长。 CEB-Ⅱ型排气分析仪
详见：王建昕等编，汽车排气污染治理及催化转化器，化工出版社，1999年
（4）微粒分析
燃烧中主要生成NO，少量NO2
1）Thermal NO
NO生成途径
2）Prompt NO 3）Fuel NO
影响NOx生成的三要素
温度 —— T↑，则NO平衡浓度↑ ，NO生成速率↑，
则NO ↑（其中，生成速率影响最大）
氧浓度 —— 温度一定时，氧浓度↑，则NO ↑ 反应时间 ——
如图所示（甲烷CH4火焰）， 相对CO、H2O等，NO 反应较慢，因此在实际 发动机燃烧结束时尚达 不到平衡浓度
日本10-15工况—
也是由市区工况和郊区工况组成
（2）重型柴油车
发动机台架测试循环——13工况法（ECE R49）
适用于重型车（柴油车） 额定转速5工况 +最大转矩转 速5工况 +怠速3工况，各点加 权作和 需要在有反拖功能的电力测 功机上试验
3、分析方法和仪器
总碳氢化合物 （1）标准排气分析仪 CO、CO2 ——不分光红外分析仪NDIR ——氢火焰离子分析仪FID THC NO、NOx ——化学发光法CLD （2）怠速排气分析 碳氢化合物
分流—稀释/温控—滤纸采集
质量检测 （按法规）
PM总质量 （恒温湿，µ g天平）
粒径分析
＜0.2µ m; 0.2-0.5µ m; 0.5-1µ m; 1-2.5µ m; ＞2.5µ m
成分分析
（研究用）
干碳DS 可溶有机成分SOF 硫酸盐
Particulate Size Classifier
（4）微粒分析