发动机原理之有害排放物的生成与控制(ppt30张)
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9.1.1有害排放物的种类及危害
3.碳氢化合物（HC） ●成分：HC包括未然和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物 和部分氧化物，如苯、醛、酮、烯烃、多环芳烃（PHA）等200多 种成分。 ●危害：饱和烃对人体危害不大。烯烃又麻醉作用，对粘膜又刺 激，经代谢转换会成对基因有毒的环氧衍生物，也是形成光化学 烟雾的重要物质。芳香烃对血液和神经系统有害，特别是多环芳 烃（PAH）及其衍生物（如苯并芘等）有强烈的致癌作用。醛类 是刺激性物质，对眼、呼吸道、血液有毒害作用。
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
4.光化学烟雾 ●成因：Nox和HC在强烈阳光照射下经过一些列链式光化学反应，会 生成臭氧（O3）和过氧乙酰硝酸盐（PAN），即生成二次污染物的光 化学烟雾。这一反应在温度高、日照强烈、湿度较低、风速不大的天 气最为剧烈。 ●危害：这种氧化性很强的烟雾，使人感到眼睛刺痛，呼吸道感到强 烈刺激，头晕呕吐。光化学烟雾中的O3是强氧化剂，能使植物变黑直 至枯死，有特殊的臭味，暴露在0.000001的条件下1h会引起气喘和 慢性中毒，暴露在0.00005的条件下能致人死亡。
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
2.氮氧化物（NOx） ●成分：内燃机排放物的当氧化物包括一氧化氮（NO）、二氧化氮 （NOx）和一氧化二氮（氧化亚氮N2O），总称NOx.。 ●危害：Nox在大气中反应生成硝酸，称为酸雨的主要成分之一，同 时是光化学烟雾的主要成分。
9.1有害排放物的生成机理
目前排放法规限制的是CO、NOx、HC和微粒四种。
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
9.1.1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
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.氮氧化物（NOx） 发动机燃烧过程中主要生成NO，另外有少量的NO2。。 NO2。的生成量随 过量空气系数øa而变，汽油机的øa较小，一般NO2占NOx的1%~10%； 而柴油机由于øa较大，一般为5%~15%。燃烧过程中产生的NO经排气 管排至大气中，在大气条件下缓慢地与O△ 2反应，最终生成NO2。
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
5.微粒及碳烟 ●成分：内燃机排气微粒（particulate mater，PM）的主要成分是碳、 有机物质和硫酸盐，也称颗粒物。 ●危害：微粒对人体健康有危害，并降低大气能见度，给人以不快感。 小于10μm的微粒易被人体吸入，称为可吸入颗粒物；小于2.5 μm的 微粒对人体和大气环境的危害最大，它悬浮于里地面1~2m的空气中， 最容易被人体吸入并积存在支气管和肺部。微粒除对呼吸系统有害， 引发哮喘等病症外，还因含有苯并芘等多种PAH，具有不容程度的致 癌作用。
关于NO的生成途径有三种：高温NO、激发NO和燃料NO。
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）高温NO（thermal NO） 特点：高温富氧 N2+O →N+NO， △H=75kcal/mol （控制反应） N+O2 →O+NO， △H=-31.4kcal/mol N+OH →H+NO， △H=40.8kcal/mol 2）激发NO（prompt NO） CH+N2 →HCN+N CH2+N2 →HCN+NH 3）燃料NO（fuel NO） 燃料中所含氮化合物在燃烧中会生成NO。燃料中的氮化合物在高温 下首先生成HCN、CN、NH2和NH等中间产物，然后通过上述激发 NO相似的途径生成NO。 4）实际发动机中的NO来源与生成条件 综上所述，在NO的三个生成途径中，由于内燃机很少用过浓混合气 工作，以及用燃料的含氮率极低，因而可以暂不考虑激发NO和燃料 NO，高温NO是内燃机和车用发动机NO的排放的主要来源。根据高 温NO反应机理，产生NO的条件是温度、氧浓度和反应时间，称其 为NO生成三要素。
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
有害排放物包括排气污染物和非排气污染物。
●内燃机在燃烧过程中产生的有害成分主要为一氧化碳（CO）、碳氢化 合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、硫氧化合物（SOx）、铅化合物和微 粒等称为排气污染物或排放物。 ●因曲轴箱窜气和燃油系统油气挥发等原因排向大气的有害成分称为非 排气污染物。
汽车发动机原理 AutomotiveEngine Fundamentals 有害排放物的生成与控制
9.1有害排放物的 生成机理 9.7非排放污 染物控制技术 9.2排放法规及 测试方法
9.6柴油机排 放后处理技术
有害排放 物的Leabharlann Baidu成 与平控制
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
9.1.2有害排放物的评价指标
1.浓度排放量 ●发动机的浓度排放量是指排放物在总排气量中所占的比例。 ●对固态排放物如柴油机颗粒物等，常用质量浓度表示，单位为 mg/m³ 或μg/m³ 。 2.质量排放量 ●排放物在单位时间内排出的质量，称为排放物质量流量。 ●通常用g/h表示。 3.比排放量 ●发动机每单位功排出的排放物质量。单位为g/(kW•h)。 4.排放率 ●燃烧单位质量的燃料所排出的排放物质量，也称为排放指数。 ●常用g/kg表示。
3.碳氢化合物（HC） ●成分：HC包括未然和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物 和部分氧化物，如苯、醛、酮、烯烃、多环芳烃（PHA）等200多 种成分。 ●危害：饱和烃对人体危害不大。烯烃又麻醉作用，对粘膜又刺 激，经代谢转换会成对基因有毒的环氧衍生物，也是形成光化学 烟雾的重要物质。芳香烃对血液和神经系统有害，特别是多环芳 烃（PAH）及其衍生物（如苯并芘等）有强烈的致癌作用。醛类 是刺激性物质，对眼、呼吸道、血液有毒害作用。
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
4.光化学烟雾 ●成因：Nox和HC在强烈阳光照射下经过一些列链式光化学反应，会 生成臭氧（O3）和过氧乙酰硝酸盐（PAN），即生成二次污染物的光 化学烟雾。这一反应在温度高、日照强烈、湿度较低、风速不大的天 气最为剧烈。 ●危害：这种氧化性很强的烟雾，使人感到眼睛刺痛，呼吸道感到强 烈刺激，头晕呕吐。光化学烟雾中的O3是强氧化剂，能使植物变黑直 至枯死，有特殊的臭味，暴露在0.000001的条件下1h会引起气喘和 慢性中毒，暴露在0.00005的条件下能致人死亡。
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
2.氮氧化物（NOx） ●成分：内燃机排放物的当氧化物包括一氧化氮（NO）、二氧化氮 （NOx）和一氧化二氮（氧化亚氮N2O），总称NOx.。 ●危害：Nox在大气中反应生成硝酸，称为酸雨的主要成分之一，同 时是光化学烟雾的主要成分。
9.1有害排放物的生成机理
目前排放法规限制的是CO、NOx、HC和微粒四种。
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
9.1.1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
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.氮氧化物（NOx） 发动机燃烧过程中主要生成NO，另外有少量的NO2。。 NO2。的生成量随 过量空气系数øa而变，汽油机的øa较小，一般NO2占NOx的1%~10%； 而柴油机由于øa较大，一般为5%~15%。燃烧过程中产生的NO经排气 管排至大气中，在大气条件下缓慢地与O△ 2反应，最终生成NO2。
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
5.微粒及碳烟 ●成分：内燃机排气微粒（particulate mater，PM）的主要成分是碳、 有机物质和硫酸盐，也称颗粒物。 ●危害：微粒对人体健康有危害，并降低大气能见度，给人以不快感。 小于10μm的微粒易被人体吸入，称为可吸入颗粒物；小于2.5 μm的 微粒对人体和大气环境的危害最大，它悬浮于里地面1~2m的空气中， 最容易被人体吸入并积存在支气管和肺部。微粒除对呼吸系统有害， 引发哮喘等病症外，还因含有苯并芘等多种PAH，具有不容程度的致 癌作用。
关于NO的生成途径有三种：高温NO、激发NO和燃料NO。
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）高温NO（thermal NO） 特点：高温富氧 N2+O →N+NO， △H=75kcal/mol （控制反应） N+O2 →O+NO， △H=-31.4kcal/mol N+OH →H+NO， △H=40.8kcal/mol 2）激发NO（prompt NO） CH+N2 →HCN+N CH2+N2 →HCN+NH 3）燃料NO（fuel NO） 燃料中所含氮化合物在燃烧中会生成NO。燃料中的氮化合物在高温 下首先生成HCN、CN、NH2和NH等中间产物，然后通过上述激发 NO相似的途径生成NO。 4）实际发动机中的NO来源与生成条件 综上所述，在NO的三个生成途径中，由于内燃机很少用过浓混合气 工作，以及用燃料的含氮率极低，因而可以暂不考虑激发NO和燃料 NO，高温NO是内燃机和车用发动机NO的排放的主要来源。根据高 温NO反应机理，产生NO的条件是温度、氧浓度和反应时间，称其 为NO生成三要素。
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
有害排放物包括排气污染物和非排气污染物。
●内燃机在燃烧过程中产生的有害成分主要为一氧化碳（CO）、碳氢化 合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、硫氧化合物（SOx）、铅化合物和微 粒等称为排气污染物或排放物。 ●因曲轴箱窜气和燃油系统油气挥发等原因排向大气的有害成分称为非 排气污染物。
汽车发动机原理 AutomotiveEngine Fundamentals 有害排放物的生成与控制
9.1有害排放物的 生成机理 9.7非排放污 染物控制技术 9.2排放法规及 测试方法
9.6柴油机排 放后处理技术
有害排放 物的Leabharlann Baidu成 与平控制
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
9.1.2有害排放物的评价指标
1.浓度排放量 ●发动机的浓度排放量是指排放物在总排气量中所占的比例。 ●对固态排放物如柴油机颗粒物等，常用质量浓度表示，单位为 mg/m³ 或μg/m³ 。 2.质量排放量 ●排放物在单位时间内排出的质量，称为排放物质量流量。 ●通常用g/h表示。 3.比排放量 ●发动机每单位功排出的排放物质量。单位为g/(kW•h)。 4.排放率 ●燃烧单位质量的燃料所排出的排放物质量，也称为排放指数。 ●常用g/kg表示。