内燃机学教案

内燃机原理教案
课程名称：内燃机原理课题：内燃机污染物的生成机理和主要影响因素教材名称：《内燃机学》主编：周龙保机械工业出版社1999
授课内容：第七章第二节污染物的生成机理和主要影响因素
授课者：授课时间：2010年9月18日星期六
1.教材解读：
《内燃机学》是高等工科院校汽车与拖拉机工程专业、汽车维修专业教学计划设置的专业基础课程，同时也是专业的主要方向课程之一。

汽车尾气排放带来的环境污染日益严重，汽车尾气控制获得高度重视。

教材通过上一节对汽车排气污染物的介绍，本节主要针对排气污染物的各个组成成分的生成机理和条件以及在发动机燃烧过程中受到的影响因素进行分析，为后续对于排放污染物控制方法和降低排气污染的技术措施的学习提供理论基础。

2. 教学目标：
让学生在充分认识到发动机尾气排放污染物的危害和组成的基础上，深入学习和掌握污染物的生成机理和主要影响关系，清楚各种污染物的生成条件和生成过程，完善理论知识结构，为后续对于排放污染物控制方法和降低排气污染的技术措施的学习打下扎实的基础。

引导学生总结归纳，培养学生分析问题和解决问题的能力，为学生后继专业课程的学习及今后从事专业工作打下基础。

3. 教学内容：
一）引入：通过复习第一节内燃机排气污染物的组成和危害，激发学生的学习兴趣。

随着汽车工业的发展，汽车已经走进我们的生活给人们的生活起居、出行带来了很大的便利，与此同时，汽车尾气排放带来的环境污染也日益严重。

空气污染、严重的如光化学烟雾和酸雨等给人类的健康和财产带来极大的损害。

我们上节课学过了内燃机污染物的组成和危害还记得吗？
那么怎么这些物体是怎么产生、如何来减少内燃机的有害污染物呢？我们一起来对这些物体的生成机理进行学习。

二）CO
CO是碳氢化合物燃烧的重要中间产物，其主要生成条件是缺氧燃烧。

既然是缺氧燃烧，那么燃烧过程中氧含量的高低就对CO的产量其决定性因素，即过量空气系数对CO影响较大。

过量空气系数大于1，富氧燃烧，CO少；过量空气系数小于1，贫氧燃烧，CO多；柴油机过量空气系数总大于1，所以CO比汽油机要少。

三）HC
HC是未燃或未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解和部分氧化的产物。

主要是来源于不完全燃烧。

（1）汽油机HC来源：三个方面：缸内燃烧、曲轴箱窜气、燃油系统汽油蒸发。

后两个来源可以通过曲轴箱强制通风解决，主要讲缸内燃烧。

（2）汽油机的缸内燃烧生成HC的机理：
1）冷激效应：火焰遇到冷的缸壁会熄灭，导致避免上面的燃油不能完全燃烧——冷启动和暖机、怠速时HC较多。

还有一部分是由于燃烧室中有
一些小的缝隙，火焰没有办法在缝隙里面传播，这部分燃油不完全燃烧
导致HC——狭隙效应。

冷激效应占50-70%。

2）油膜和沉积物吸附：润滑油膜在燃烧前吸附燃油，在燃烧后期放出，错过燃烧最佳时机不能完全燃烧。

占10%。

3）容积淬熄：在冷启动和暖机是由于缸内温度低使燃油雾化、蒸发和混合气形成变差，从而导致燃烧变慢或者不稳造成火焰传播过程中熄灭。

—
—淬熄。

使HC大幅上升，发生在混合气过浓、过稀或怠速时。

4）碳氢化合物的后期氧化：部分未燃或未完全燃烧的燃油在排气过程中氧化。

有利于降低HC——提高排气温度。

（3）柴油机的HC来源
1）柴油机喷注的外缘混合过度造成局部混合气过稀，火焰不能传播。

——小负荷HC高。

2）柴油机喷油器的容腔在喷油结束时由于缸内高压会残留部分燃油，在排气时，这部分燃油会排出容腔错过燃烧最佳时期不能完全燃烧导致HC。

3）避面淬熄。

四）氮氧化合物NOx：空气中的氮气和氧气在高温高压条件下，进行反应生成的氮氧化合物
生成机理：泽尔多维奇机理：（六个反应式）
O2≒2O
N2+O≒NO+N
O2+N≒NO+O
OH+N≒NO+H
NO+HO2→NO2+OH
NO2+O→NO+O2
内燃机主要生成NO，NO在空气中会氧化成为NO2
主要生成条件：高温、富氧、暴露在高温富氧下的时间。

主要影响因素：空燃比，缸内未燃混合气中已燃气的分数及点火定时。

（1）点燃式内燃机
1）过量空气系数在1.1左右时候NO有峰值，其主要是最高燃烧温度和富氧及高温时间共同作用的结果。

2）已燃气体量的影响
对于采用废气再循环——EGR技术的发动机而言，废气的引入有利于减慢燃烧速度，和增大气体比热容，降低燃烧温度，降低NOx。

EGR不能太大，否则燃烧变坏，发动机功率下降，油耗增加，其他污染物增加。

3）点火定时的影响
推迟点火可以降低最高燃烧温度和缩短高温时间，降低NOx。

但是我们知道的，推迟点火会导致后燃使发动机的燃油经济型能和动力性能受到影响，所以不能随意推迟点火提前角。

（2）对于柴油机而言，影响NOx排放的因素并没有改变，只不过柴油不需要点火，可以通过推迟喷油提前角来实现推迟燃烧，降低燃烧温度，降低NOx的目的，当然同样面临油耗增加的问题。

五）微粒（PM）：燃油中的烃分子在高温缺氧的条件下发生部分氧化和裂解经过脱氧形成碳烟核心，碳烟核心吸附燃气中其他烃类物质形成的聚合物。

微粒形成的最主要条件是高温缺氧，汽油机由于燃料中较少重基团，基本不会形成碳烟。

而柴油机虽然是富氧燃烧，但是由于存在扩散燃烧，油气混合不均匀，会导致油束中心和火焰中心局部高温缺氧致使微粒的产生。

可以抓住高温缺氧这两条两条线索来控制微粒：（1）减少压缩比（这个方法不利于动力性和经济型不可用）或推迟喷油使温度降低（也一样的不能过大）；（2）使之富氧燃烧，有两个方法：增打过量空气系数实现稀薄燃烧；提高喷油压力、增加喷油孔、提高油气混合质量、增加预混燃烧的比例减少局部富氧区域的形成（现在的主要发展方向，也面临着Nox控制的矛盾）。

六）总结：对于内燃机排气污染物的生成和影响因素的学习，我们主要应该抓住两个方面来学习：1.如何生成，条件是什么。

2.在内燃机中有哪些因素会对污染物的形成条件产生影响。

从这两个方向入手我们就可以比较好的理解和总结各种污染物的成因了，也有利于我们自己思考和归纳控制这些排气污染的方法和手
4.本知识点的重点和难点
1）重点：本知识点是学习与控制的基石，重点要掌握CO、HC、NOx、PM 的生成机理和生成条件，根据他们的生成机理来分析在内燃机工作过程中影响污染物生成的因素。

2）难点：HC在汽缸内部的生成、冷激效应的机理、NOx的生成条件与CO\HC 的差异性及其差异性会带来在控制方面的矛盾关系、PM与NOx的矛盾关系。

5.本知识点的教学方式：
本课采用讲授式教学为主自主学习为辅的教学方法，同时注意师生互动，引导学生的自主思维，引导学生掌握知识技能、尤其注重引导学习用辩证的观点看待各种排气污染物之间的矛盾，客观综合评价一种降低排放的手段，获得理论和身心共同发展。

课堂使用黑板教学，教具有黑板、粉笔、教材、讲义。

6. 本知识点的板书设计：
针对本知识点属于引导研究归纳型的特点，采用概括点拨式板书设计法设计板书，用简明概括的语言点拨引导学生按照污染物的产生原因、条件→影响因素及如何改善的途径进行学习和分析。

7. 本知识点的主要参考资料：
1）周松，肖友洪，朱元清.内燃机排放与污染控制[M]．北京航天航空大学出版社，（2010）
2）王建昕.汽车排气污染及催化转化器[M]．化学工业出版社，（2000）
3）张志华等.内燃机排放与噪声控制[M]．哈尔滨工程大学出版社，（1999）4）朱中平，汽车排气污染治理使用手册[M]．中国物资出版社，（2005）8. 本知识点的思考题和习题
1）简述CO的生成机理和影响因素。

2）简述HC的生成机理和影响因素。

3）简述NOx的生成机理和影响因素。

4）简述PM的生成机理和影响因素。

5）思考为何降低NOx的措施会导致其他污染物的增加？。