内燃机污染物排放机理

CH2+N2=HCN+NH
CN+O2=CO+N
C2+N2=2CN
N+OH=NO+H
N+O2=NO+O
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第一节 汽油机排放污染物
四、NOx的生成机理及影响因素
3. 高温型NO 燃烧时，空气中的氮在高温下氧化产生，生成过程是 不分支连锁反应。其生成机理可用 Zeldovitch反应式 表示。 随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加 。当T<1500oC时，NO的生成量很少，而当T>1500oC 时，T每增加100oC，反应速率增大6-7倍。
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第一节 汽油机排放污染物
四、NOx的生成机理及影响因素
（一）NOx的性质来源
NOx包括： NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5。 大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在。
NOx的性质 N2O：单个分子的温室效应为CO2的200倍，并参与臭氧层的 破坏。 NO：大气中NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分。 NO2: 强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降。
RCO通过热分解生 成CO或如下方式：
RCO
OH O
CO
.பைடு நூலகம்....
H
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第一节 汽油机排放污染物
二、CO的生成机理及影响因素
2. CO最终生成情况： CO继续氧化成CO2：
C O O H C2O H
CO排出浓度主要受空燃比影响
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第一节 汽油机排放污染物
二、CO的生成机理及影响因素
3. CO是不完全燃烧的产物之一。 若能组织良好的燃烧过程，即具备充足的氧气、充分
第四章 内燃机污染物排放机理
汽油机排放污染物 柴油机排放污染物
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第一节 汽油机排放污染物
油箱和化油器蒸发 HC的15%
曲轴箱 HC 的 20%
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排气管 所有的CO、NOX、Pb和 HC
的 60%
第一节 汽油机排放污染物
一、汽油机排放物分类
Carbon Dioxide （CO2） Water Vapor（水蒸汽） Carbon Monoxide （CO） Hydrocarbons （HC） Oxides of Nitrogen (NOX) Particulates （微粒） Lead（铅） Other pollutants（其他）
三、HC的生成机理及影响因素
（二）未燃HC的生成机理 2. 壁面淬熄效应 ❖ 激冷效应：发动机的低温燃烧室壁面对火焰的迅速 冷却效应。 ❖ 淬熄层：激冷效应使火焰中产生的活性自由基复合 ，燃烧反应链中断，反应变缓或停止。火焰不能传 播到燃烧室壁表面，在表面留下一薄层未燃烧或不 完全燃烧的可燃混合气，称为淬熄层。
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第一节 汽油机排放污染物
三、HC的生成机理及影响因素
（二）未燃HC的生成机理 3. 狭缝效应
火花塞螺栓处
进排气门 头部周围
气缸盖 垫接合 位置
活塞顶岸部与 气缸壁之间
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第一节 汽油机排放污染物
三、HC的生成机理及影响因素
（二）未燃HC的生成机理 4. 壁面油膜和积碳吸附 溶解吸收和解吸作用； 冷起动工况：润滑油温度降低使燃油在其中的溶解度 上升，提高了润滑油在HC排放中的分担率； 适当设计活塞环以降低润滑油消耗，有助于降低HC排 放量。
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第一节 汽油机排放污染物
三、HC的生成机理及影响因素
（一）未燃HC的组成： 未燃烃： 各种没有燃烧和没有完 全燃烧的碳氢化合物的 总称，简作HC。
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第一节 汽油机排放污染物
三、HC的生成机理及影响因素
（二）未燃HC的生成机理 1. 不完全燃烧（氧化） 空燃比 怠速高负荷工况 加速和减速
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第一节 汽油机排放污染物
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第一节 汽油机排放污染物
四、NOx的生成机理及影响因素
2. 激发型NO
由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH、C2、 C自由基可以和空气中氮气反应生成HCN，再进一步与O 、OH作用以极快的速度生成NO。
CH+N2=HCN+N
HCN+OH=CN+H2O
C+N2=CN+N
HCN+O=HCO+H
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第一节 汽油机排放污染物
三、HC的生成机理及影响因素
（三）影响HC生成的因素——（1）空燃比 1. HC排 放 浓 度 和 数 量 有 随 混合气变稀而下降的趋势 ，A/F≈14.8 2. 当A/F＞17时，混合气过 分稀薄，易发生火焰不完 全 传 播 以 致 断 火 ， HC排 放迅速增加。
的混合，足够高的温度和较长的滞留时间，中间产物 CO最终会燃烧完毕，生成CO2或H2O。 因此控制CO的排放不是企图抑制它的形成，而是努力 使之完全燃烧。
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第一节 汽油机排放污染物
二、CO的生成机理及影响因素
4. 当φa≥1时，CO生成的其它机理： 1）CO2、H2O的高温离解； 2）发动机前后循环之间燃料分配不均匀； 3）各缸之间燃料分配不均匀； 4）稀混合气中存在局部过浓混合气。
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第一节 汽油机排放污染物
三、HC的生成机理及影响因素
（三）影响HC生成的因素 （2）燃烧室面容比——面容大，单位容积的激冷面积 也随之增大，未燃烃总量必然也增大。降低燃烧室 面容比是降低汽油机HC排放的一项重要措施。 （3）壁面温度——壁面温度升高，HC排放浓度相应 降低。提高冷却介质温度有利于减弱壁面激冷效应 ，降低HC排放。
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Ambient Air Real Fuel
Engine/Emission Technology
第一节 汽油机排放污染物
二、CO的生成机理及影响因素
1. CO生成机理详细过程尚未完全弄清，一般认为，生成步 骤如下（R代表烃基）：
R H R R 2 O RC R H C C O O O
O2
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第一节 汽油机排放污染物
四、NOx的生成机理及影响因素
（二）NOx的形成机理 燃料型NO： 燃料中的固定氮生成的NO 激发型NO： 低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO 高温型NO： 高温下N2与O2反应生成的NO
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第一节 汽油机排放污染物
四、NOx的生成机理及影响因素
1. 燃料型NO 燃料中氮的热分解温度低于燃烧温度，在600-800oC 时就会生成燃料型； 汽油基本不含氮，柴油和重油少量含氮。 燃料型的形成由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中 剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。