内燃机原理内燃机的排放与控制..
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内燃机的排放与控制
1内燃机排放与环境污染
2内燃机的排气净化技术
1内燃机排放与环境污染
内燃机排放－主要是指内燃机燃料燃烧后的产物 向大气环境的扩散。
完全燃烧产物的基本成分是： （1）二氧化碳 （2）水蒸汽 （3）剩余的氧气 （4）残留的氮气
对人类无直接危害，是无害排放物。
不完全燃烧产物和燃烧中间产物的基本成分是：
（1）改进燃烧系统
1）燃烧室形状 紧凑形燃烧室、快速燃烧加上优化的EGR率和点 火定时，使发动机的动力性、经济性、 排放性能之间 获得最佳折中。 采用多气门技术和涡轮增压技术，可以改善动力 性和经济性，也可以降低CO2和污染物的比排放量。
2）压缩比 较高的压缩比带来与紧凑形燃烧室类似的优点。 3）火花塞位置 把火花塞布置在气缸中央，缩短火焰传播路径， 加速燃烧过程，带来与紧凑形燃烧室同样的优点。 4）采用稀薄燃烧系统 必须采用分层燃烧技术和提高点火能量。 燃烧温度降低，抑制了NOx的生成；燃烧较完全， 减少了HC和CO的产生。
1、CO 2、HC 3、NOx 4、SO2 5、颗粒物 6、醛类
对人类有直接或间接危害，是有害排放物。
一、内燃机排气中有毒成分的危害
1、CO 2、HC 3、NOx 4、微粒 5、臭气 6、硫的氧化物
1、CO
CO是无色、无味的易燃有毒气体，也是空气中 最主要的污染物。 CO在氧气不足的情况下产生，其浓度主要受到 过量空气系数的影响。
NOx排放量增加。
（2）燃料燃烧状况也是影响内燃机性能的决定性因 素 难点二：降低燃烧温度 NOx排放量降低 热效率下降，燃油消耗率增加
（3）柴油机和汽油机在排气净化的侧重点上不同 柴油机的排气净化主要针对NOx和颗粒物； 汽油机的排气净化主要针对CO、HC和NOx。
（4）净化方式
机前处理－对进入内燃机缸内的燃料或空气作有 利于减少有害排放物生成的预处理。 机后处理－对内燃机有害排放物在进入大气前所 作的处理，以进一步降低排气中有害成分的含量。 机内净化－从有害排放物的源头着手，采取降低 排气有害成分的有效措施。
2、HC
城市中HC对人体健康无害，但能导致生成有害 的光化学烟雾。 （1）在燃烧过程中生成并随排气排出； （2）曲轴箱窜气； （3）燃油蒸发。
3、NOx
NOx种类繁多，内燃机排气中最重要的是NO和 NO2，两者都具有毒性，对环境会造成危害，是值得 重视的有害排放物。 NO和血红素的结合比CO还要强烈，高浓度的 NO能引起中枢神经痉挛及瘫痪。 NO2是一种褐色气体，有特殊刺激性臭味，是构 成内燃机排气臭味的物质成分之一。
最新的研究结果证实，对人体健康的影响以空气 中细小颗粒物PM2.5污染最为严重，其次是SO2污染， NOx污染的影响相对较弱。
四、大气质量和内燃机排放标准
世界卫生组织将大气质量划分为四个等级，各国 均以此为依据，按照本国的实际情况制定大气质量标 准。 我国于1996年颁布了大气环境质量标准GB3095 －96，规定环境空气中主要污染物为：SO2、总悬浮 微粒TSP、可吸入颗粒物IP、 NOx、 CO2、CO、O3、 铅、苯并[α]芘和氟化物。
（2）减小点火提前角
点火推迟，HC、CO和NOx的排放量均可减少。
注意： 在怠速工况时，可有效减少排污，也有利于怠速的 稳定。 正常工作时，不能有过多的推迟。
（3）排气再循环
排气再循环（Exhaust Gas Recirculation，EGR）就是将 发动机排出的部分废气引入进气管，与新鲜混合气混合后进入 气缸，利用废气中所含有大量的化学惰性气体（CO2、N2、 H2O等）不参与燃烧却能吸收热量的特点，稀释混合气的氧浓 度并降低燃烧温度，从而减少NOx的排放量。
大气环境质量 标准GB3095－96把大气环境质量 标准分为三级： 一级标准指为保护自然生态和人群健康，在长期 接触情况下，不发生任何危害及影响的空气质量要求； 二级标准指为保护人群健康和城市、乡村动植物 在长期和短期接触情况下，不发生伤害的空气质量要 求； 三级标准指为保护人群不发生急、慢性中毒和城 市一般动植物（敏感者除外）能正常生长的空气质量 要求。
二、机内净化的主要途径
内燃机自身性能的改善对排放的控制十分重要。
机内净化涉及内容较多，这里，只能介绍一些机 内净化的要点，更全面的内容可参阅有关文献和书籍。
1、汽油机
汽油机的排气净化主要针对CO、HC和NOx， 其主要净化途径有：
（1）改进燃烧系统
（2）减小点火提前角 （3）废气再循环 （4）电控燃油喷射系统
在燃烧高温期，燃烧室空气中的氧和氮化合形成。
4、微粒
微粒是指空气中分散的液态或固态物质，其粒度在分子级， 包括气溶胶、烟、尘、雾和炭烟等。 气溶胶是悬浮于空气中的固态微粒，其直径一般小于1μm； 烟是指小于1 μm的固体微粒； 尘是指大于10 μm的固体微粒迅速沉降而形成； 雾是液体微粒，其直径可达100 μm；
炭烟是指极细的可集成一串的微粒，粒径0.1～10 μm（2.5） 。
一般肉wk.baidu.com可分辨的微粒直径在100μm以上。
炭烟是在高温和缺氧的条件下生成的。
5、臭气
构成排气中臭气的成分： 一是，O3、NO2； 二是，燃料的不完全燃烧产物，如甲醛、丙烯醛 等。 刺激人的眼粘膜，产生不舒服感。
6、硫的氧化物
主要是SO2，其数量由燃料的含硫量决定。 一般来说，柴油机比汽油机排气中的SO2多。
目前，国际上主要有三种内燃机排放标准： 1、美国联邦标准 2、日本标准 3、欧洲经济委员会标准
8.2内燃机的排气净化技术
一、排气净化净化的基本思路 二、机内净化的主要途径 三、机后净化的技术措施
一、排气净化的基本思路
（1）燃料燃烧状况是影响内燃机排气成分的决定性 因素 难点一：改善燃烧过程
CO、HC和颗粒物排放量减少；
二、光化学烟雾
上述排气中所含的有毒物质都是内燃机直接排出 的污染物，称为一次污染物。 当其中的HC和NOx排入大气后，在太阳光作用 下经光化学反应而生成的刺激性产物，成为二次污染 物，即光化学烟雾。 光化学烟雾一般发生在逆温层和低风速、空气接 近停滞状态、阳光充足的气象条件下。
三、各种污染物危害比较
1内燃机排放与环境污染
2内燃机的排气净化技术
1内燃机排放与环境污染
内燃机排放－主要是指内燃机燃料燃烧后的产物 向大气环境的扩散。
完全燃烧产物的基本成分是： （1）二氧化碳 （2）水蒸汽 （3）剩余的氧气 （4）残留的氮气
对人类无直接危害，是无害排放物。
不完全燃烧产物和燃烧中间产物的基本成分是：
（1）改进燃烧系统
1）燃烧室形状 紧凑形燃烧室、快速燃烧加上优化的EGR率和点 火定时，使发动机的动力性、经济性、 排放性能之间 获得最佳折中。 采用多气门技术和涡轮增压技术，可以改善动力 性和经济性，也可以降低CO2和污染物的比排放量。
2）压缩比 较高的压缩比带来与紧凑形燃烧室类似的优点。 3）火花塞位置 把火花塞布置在气缸中央，缩短火焰传播路径， 加速燃烧过程，带来与紧凑形燃烧室同样的优点。 4）采用稀薄燃烧系统 必须采用分层燃烧技术和提高点火能量。 燃烧温度降低，抑制了NOx的生成；燃烧较完全， 减少了HC和CO的产生。
1、CO 2、HC 3、NOx 4、SO2 5、颗粒物 6、醛类
对人类有直接或间接危害，是有害排放物。
一、内燃机排气中有毒成分的危害
1、CO 2、HC 3、NOx 4、微粒 5、臭气 6、硫的氧化物
1、CO
CO是无色、无味的易燃有毒气体，也是空气中 最主要的污染物。 CO在氧气不足的情况下产生，其浓度主要受到 过量空气系数的影响。
NOx排放量增加。
（2）燃料燃烧状况也是影响内燃机性能的决定性因 素 难点二：降低燃烧温度 NOx排放量降低 热效率下降，燃油消耗率增加
（3）柴油机和汽油机在排气净化的侧重点上不同 柴油机的排气净化主要针对NOx和颗粒物； 汽油机的排气净化主要针对CO、HC和NOx。
（4）净化方式
机前处理－对进入内燃机缸内的燃料或空气作有 利于减少有害排放物生成的预处理。 机后处理－对内燃机有害排放物在进入大气前所 作的处理，以进一步降低排气中有害成分的含量。 机内净化－从有害排放物的源头着手，采取降低 排气有害成分的有效措施。
2、HC
城市中HC对人体健康无害，但能导致生成有害 的光化学烟雾。 （1）在燃烧过程中生成并随排气排出； （2）曲轴箱窜气； （3）燃油蒸发。
3、NOx
NOx种类繁多，内燃机排气中最重要的是NO和 NO2，两者都具有毒性，对环境会造成危害，是值得 重视的有害排放物。 NO和血红素的结合比CO还要强烈，高浓度的 NO能引起中枢神经痉挛及瘫痪。 NO2是一种褐色气体，有特殊刺激性臭味，是构 成内燃机排气臭味的物质成分之一。
最新的研究结果证实，对人体健康的影响以空气 中细小颗粒物PM2.5污染最为严重，其次是SO2污染， NOx污染的影响相对较弱。
四、大气质量和内燃机排放标准
世界卫生组织将大气质量划分为四个等级，各国 均以此为依据，按照本国的实际情况制定大气质量标 准。 我国于1996年颁布了大气环境质量标准GB3095 －96，规定环境空气中主要污染物为：SO2、总悬浮 微粒TSP、可吸入颗粒物IP、 NOx、 CO2、CO、O3、 铅、苯并[α]芘和氟化物。
（2）减小点火提前角
点火推迟，HC、CO和NOx的排放量均可减少。
注意： 在怠速工况时，可有效减少排污，也有利于怠速的 稳定。 正常工作时，不能有过多的推迟。
（3）排气再循环
排气再循环（Exhaust Gas Recirculation，EGR）就是将 发动机排出的部分废气引入进气管，与新鲜混合气混合后进入 气缸，利用废气中所含有大量的化学惰性气体（CO2、N2、 H2O等）不参与燃烧却能吸收热量的特点，稀释混合气的氧浓 度并降低燃烧温度，从而减少NOx的排放量。
大气环境质量 标准GB3095－96把大气环境质量 标准分为三级： 一级标准指为保护自然生态和人群健康，在长期 接触情况下，不发生任何危害及影响的空气质量要求； 二级标准指为保护人群健康和城市、乡村动植物 在长期和短期接触情况下，不发生伤害的空气质量要 求； 三级标准指为保护人群不发生急、慢性中毒和城 市一般动植物（敏感者除外）能正常生长的空气质量 要求。
二、机内净化的主要途径
内燃机自身性能的改善对排放的控制十分重要。
机内净化涉及内容较多，这里，只能介绍一些机 内净化的要点，更全面的内容可参阅有关文献和书籍。
1、汽油机
汽油机的排气净化主要针对CO、HC和NOx， 其主要净化途径有：
（1）改进燃烧系统
（2）减小点火提前角 （3）废气再循环 （4）电控燃油喷射系统
在燃烧高温期，燃烧室空气中的氧和氮化合形成。
4、微粒
微粒是指空气中分散的液态或固态物质，其粒度在分子级， 包括气溶胶、烟、尘、雾和炭烟等。 气溶胶是悬浮于空气中的固态微粒，其直径一般小于1μm； 烟是指小于1 μm的固体微粒； 尘是指大于10 μm的固体微粒迅速沉降而形成； 雾是液体微粒，其直径可达100 μm；
炭烟是指极细的可集成一串的微粒，粒径0.1～10 μm（2.5） 。
一般肉wk.baidu.com可分辨的微粒直径在100μm以上。
炭烟是在高温和缺氧的条件下生成的。
5、臭气
构成排气中臭气的成分： 一是，O3、NO2； 二是，燃料的不完全燃烧产物，如甲醛、丙烯醛 等。 刺激人的眼粘膜，产生不舒服感。
6、硫的氧化物
主要是SO2，其数量由燃料的含硫量决定。 一般来说，柴油机比汽油机排气中的SO2多。
目前，国际上主要有三种内燃机排放标准： 1、美国联邦标准 2、日本标准 3、欧洲经济委员会标准
8.2内燃机的排气净化技术
一、排气净化净化的基本思路 二、机内净化的主要途径 三、机后净化的技术措施
一、排气净化的基本思路
（1）燃料燃烧状况是影响内燃机排气成分的决定性 因素 难点一：改善燃烧过程
CO、HC和颗粒物排放量减少；
二、光化学烟雾
上述排气中所含的有毒物质都是内燃机直接排出 的污染物，称为一次污染物。 当其中的HC和NOx排入大气后，在太阳光作用 下经光化学反应而生成的刺激性产物，成为二次污染 物，即光化学烟雾。 光化学烟雾一般发生在逆温层和低风速、空气接 近停滞状态、阳光充足的气象条件下。
三、各种污染物危害比较