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第八章 排气污染与控制 概述 机动车污染物排放分担率 概述 概述 概述 概述 排放指标 1．排放物的浓度C 在一定排气容积中，有害排放物所占的容积（或质量）比例，称为排放物的浓度。体积分数通常以％和10-6（百万分比）表示，质量浓度常用mg/m3计量。 2．排放物的质量排放量G 用单位时间内（或一次试验）有害排放物的质量排放量G来衡量，单位是g/h（或g/试验）。 3．排放物的比排放量g 每单位功率小时排出污染物的质量称为比排放量[g/（kW·h）]。 第二节 汽油机有害排放物的生成机理和影响因素 一、CO的生成机理 一氧化碳（CO）是碳氢燃料在燃烧过程中生成的重要的中间产物。CO生成的机理比较复杂，但一般认为，燃料分子（RH）经高温氧化生成CO要经历如下步骤： RH→R→RO2→RCHO→RCO→CO 这里R代表碳氢根。CO在火焰中及火焰后，以缓慢的速率氧化成CO2。 二、HC的生成机理 未燃碳氢化合物（HC）的生成与排出有三个渠道： 排气：占6O％以上 曲轴箱窜气：占25％ 蒸发：占15％～20％左右 燃烧过程中HC生成的主要途径 1）缝隙效应 2）壁面激冷与淬熄 3）润滑油膜吸附 4）减速及怠速工况 三、NOX的生成机理 发动机排出的氮氧化物（NOX）主要是NO，NO2排出量较少。 NO的产生：可以认为，氮的氧化反应发生在燃料燃烧反应所形成的环境中，其主导反应过程是： O＋N2 NO＋N N＋O2 NO＋O 促使NOX生成的因素 （1）高温 （2）富氧 （3）充足的反应时间 影响因素--工况 从汽油机排放特性图看出，对于不同的运行工况，各种有害排放物的差异很大。 怠速与减速工况，是HC生成的主要工况。在怠速工况下，燃烧环境温度比较低，缸内残余废气量比较大，混合气比较浓，致使燃烧恶化，HC排放浓度增加；在减速工况下，很高的进气管真空度使进气管内沉积的燃料油膜大量蒸发，这是HC增加的重要原因。 第四节 柴油机有害排放物的生成机理和影响因素 一、柴油机中的主要污染物 1、主要成分：柴油机排气的有害成分主要有CO、HC、NOX 、硫化物以及颗粒物（或称微粒物）等。 2、特性：由于柴油机使用的混合气的平均空燃比较理论空燃比大，所以： （1）CO及HC排放明显低于汽油机 （2）柴油机NO的排放几乎与汽油机相当 （3）颗粒物排量远高于汽油机 （4）柴油机的排放特性与燃烧室的形式等有很大关系，特别是直喷式与间接喷射式柴油机的排放有较大的不同。涡流燃烧室柴油机的NO、CO、HC和烟度普遍低于直喷式柴油机，特别是NOX排放浓度一般比直喷式柴油机的低1／3～1／2。但是，涡流室柴油机的燃油消耗率比直喷柴油机的高 ，冷起动性差，工作平稳，噪声小。 二、CO的生成机理 柴油机总是在稀混合气下运转(指平均过量空气系数大于1)，CO排放量要比点燃机低得多，只有在负荷很大接近冒烟界限时才急剧增加。 低负荷时，缸内温度低，部分燃油难以氧化形成CO2，主要在稀燃火焰熄灭区及稀燃火焰区的交界面上生成CO；高负荷时，在油束心部、油束尾部及后喷部，因局部缺氧而产生CO。 柴油机与汽油机相比燃油中含有高沸点（高相对分子质量）的碳氢化合物成分 由于在燃烧过程油注中大量的燃油化合物发生高温分解，因此柴油机排出的碳氢化合物的成分要比汽油机中的复杂 在柴油机中，燃烧进行的同时，发生着燃油的蒸发，燃料与空气、燃烧产物与未燃气体的混合，这就使HC化合物的产生变得非常复杂 一般认为柴油机中HC排放物的产生主要有两种途径： （1）是由于混合气过稀以致在燃烧室内不能满足自燃及扩散火焰传播的条件 （2）是燃油空气混合气过浓而不能着火及燃烧。 由于过浓或过稀而避开正常燃烧的燃油，在膨胀过程中通过进一步的混合，进而发生缓慢的氧化而被烧掉，最后排出的HC是不完全混合的或氧化过程淬熄所造成的。 这些排出的不完全燃烧产物HC的形成可由图4－2予以说明。 图4－2a表示滞燃期内喷入气缸的燃油形成不完全燃烧产物的路径。 图4－2b表示燃烧开始之后喷入气缸的燃油形成HC的路径更为复杂，主要由燃油局部过浓造成。在滞燃期之后喷射的燃油，当与空气混合时燃油快速氧化或燃油高温分解的产物导致完全燃烧。燃油和热解产物缓慢与空气混合引起过浓混合气或者燃烧反应的淬熄，产生不完全燃烧产物、高温分解产物和出现在排气里的未燃烧的燃油。 一旦燃油开始喷入气缸，喷注断面上燃油空气混合比的分布就产生变化。混合比低于贫油燃烧极限的燃油量，随时间迅速增加。图4－3表示了在着火时油注中的当量比φ分布。 未燃HC排放与点火延迟的长短关系如图4－4所示，图中的数据为柴油机转速2800r／min时，不同燃油、负荷、喷油定时、增压压力时的试验结果。可见，当滞燃期增长超出