第五章汽车的公害
第五章 汽车的公害
§5-1汽车排气污染物的形成及影响因素 CO、HC是燃料不完全的产物,NOx是高温下燃料不完全的产物。 汽油机燃烧有两个条件:1、火花能量:40~100mJ,点着混合气 2、混合气成分:在火焰传播界限内 所以当燃烧室结构一定,火花能量充分时,汽油机的排放性能主要取 决于混合气浓度。 发动机排气污染物的形成 1、一氧化碳cO CO是烃燃料燃烧的中间产物。 CHH+xO2=nCO+H2 当空气充足时 2H2+O2=2H2O 2C0+O2=2cO2 同时,CO与水蒸气HO作:H2O+CO=H2+CO2 故空气充足时,理论上CO=0,并且实际燃烧与理论分析有区别 (1)分布不均匀 (2)高温分解 (3)燃烧时间短,达不到平衡浓度 2、碳氢化合物 其来源有三部分:排气管—55~65%;曲轴箱通风——20~25%; 化油器、油箱蒸发—15~20%
§5-1 汽车排气污染物的形成及影响因素 CO、HC是燃料不完全的产物，NOx是高温下燃料不完全的产物。 汽油机燃烧有两个条件：1、火花能量：40~100mJ，点着混合气。 2、混合气成分：在火焰传播界限内。 所以当燃烧室结构一定，火花能量充分时，汽油机的排放性能主要取 决于混合气浓度。 一、发动机排气污染物的形成 1、一氧化碳CO CO是烃燃料燃烧的中间产物。 当空气充足时 2H2+O2=2H2O 2CO+O2=2CO2 同时，CO与水蒸气H2O作： 故空气充足时，理论上CO=0，并且实际燃烧与理论分析有区别： ⑴分布不均匀 ⑵高温分解 ⑶燃烧时间短，达不到平衡浓度 2、碳氢化合物 其来源有三部分 ： 排气管——55~65%；曲轴箱通风——20~25%； 化油器、油箱蒸发——15~20%。 2 2 2 2 H m O nCO n Cn Hm + = + H2O +CO = H2 +CO2
原因: (1)气缸激冷面。混合气燃烧是靠火焰传播进行的,当传到缸壁 0.05~0.5mm那层气体不能燃烧,在1.0mm缝中也不能燃烧。 (2)燃料不完全燃烧。混合气过浓过稀,残余气体稀释,使火焰传播 不完全,甚至断火。例如在怠速、小负荷、过度工况的时候,此外点火系不好,充 气温度低和充量均匀性差,残余气体多。 (3)二冲程扫气。由于扫气作用,一部分可燃混合气不经气缸就排到排气管 根据对废气的分析, 除饱和烃,不饱合烃和芳香烃外,还有中间氧化物{酮 「未燃烃 酸 所以,HC燃烧不完全 部分被离解产物 3、NO形成机理 NO的形成机理尚不清楚,过去认为低温下:N2+O,=2NO 但这种过程太慢,计算值比实测值小得多。 现在认为高温下: 2+ 20 No+N (2) N+O2 NO+O (3)
原因： ⑴气缸激冷面。混合气燃烧是靠火焰传播进行的，当传到缸壁 0.05~0.5 mm 那层气体不能燃烧，在1.0 mm缝中也不能燃烧。 ⑵燃料不完全燃烧。混合气过浓过稀，残余气体稀释，使火焰传播 不完全，甚至断火。例如在怠速、小负荷、过度工况的时候，此外点火系不好，充 气温度低和充量均匀性差，残余气体多。 ⑶二冲程扫气。由于扫气作用，一部分可燃混合气不经气缸就排到排气管。 根据对废气的分析， 除饱和烃，不饱合烃和芳香烃外，还有中间氧化物 所以，HC 3、NO形成机理 NO的形成机理尚不清楚，过去认为低温下： 但这种过程太慢，计算值比实测值小得多。 现在认为高温下： O2 2O （1） O+N2 NO+N （2） N+O2 NO+O （3） 部分被离解产物 燃烧不完全 未燃烃 酸 酮 醛 N2 + O2 = 2NO
(1)式是在高温下氧氮分解。 (2)式链反应从其氧O开始碰撞№生成NO。 此氧O由1式供给大部分 由3式供给小部分 (3)式中的N由此及彼式供给,因此2、3式生成的NO为同一数量级。 ※N○的平衡浓度与非平衡浓度 定义:NO平衡浓度指在高温始终保持一定时,反应式2、3中正向反应与逆向 反应达到平衡的浓度 q=1理论混合气 q>1浓混合气 q<1稀混合气 在稀区,温度起主要作用。 在浓区,氧浓度起主要作用 压力影响: 在稀区,空气过量,N2、O2占大部分 在浓区,NO总分子数与压力无关 NO的平衡浓度随压力升高而升高。 压力下降促进热分解,O升高 虚线:绝热火焰温度下的NO平衡浓度。 绝热温度——混合气燃烧后放出能量减去自身膨胀+组成变化, 它是燃烧过程可能达到最高温度
⑴式是在高温下氧氮分解。 ⑵式链反应从其氧O开始碰撞N2生成NO。 此氧O 由1式供给 大部分 由3式供给 小部分 (3)式中的N由此及彼式供给，因此2、3式生成的NO为同一数量级。 ※ NO的平衡浓度与非平衡浓度 定义：NO平衡浓度指在高温始终保持一定时，反应式2、3中正向反应与逆向 反应达到平衡的浓度。 φ=1 理论混合气 φ＞1 浓混合气 φ＜1 稀混合气 在稀区，温度起主要作用。 在浓区，氧浓度起主要作用。 压力影响： 在稀区，空气过量， N2 、 O2占大部分。 在浓区，NO总分子数与压力无关。 NO的平衡浓度随压力升高而升高。 压力下降促进热分解，O升高。 虚线：绝热火焰温度下的NO平衡浓度。 绝热温度——混合气燃烧后放出能量减去自身膨胀+组成变化， 它是燃烧过程可能达到最高温度
※在接近φ=1,达到最大值。 ※在稀区,因空气热容量小,火焰温度下降。 上述只是定性分析,用它来定量分析是不够的,原因是达到平衡浓 度时间太长 用反应速度论进行探讨 ※10-sCO2、H2O、N2、O2已平衡 10-2SNO比平衡浓度还低很多 NO不可能直接在燃烧区内形成,只能在已燃的气体中形成,NO 此时处于非平衡状况 4、柴油机的碳烟 柴油机排烟白烟:φ<隼m微粒,汽车怠速排出的液滴颗粒。 蓝烟:φ<0.4m微粒,液态微粒,燃油+润滑油 黑烟:高温缺氧,易于裂解,聚合成碳烟C,还有O2、H2 白、蓝烟无本质差别,只是直径不同对光线反射不同而已。 ※碳烟对人体直接影响不大,但附着有SO及致癌的多环芳香烃,苯并芘可致癌 碳烟形成的三种说法 (1)燃料分子脱氢发生分解,再凝集成固体碳 (2)火焰之初,多个燃料分子聚合成大分子式液滴,再脱氢成粒 (3)产生引起部分分解及脱氢中间物,再一边聚合一边脱氢逐渐变成固体碳粒
※ 在接近φ=1，达到最大值。 ※ 在稀区，因空气热容量小，火焰温度下降。 上述只是定性分析，用它来定量分析是不够的，原因是达到平衡浓 度时间太长。 用反应速度论进行探讨。 ※ S CO2、H2O、N2、O2已平衡。 S NO比平衡浓度还低很多。 ∴ NO不可能直接在燃烧区内形成，只能在已燃的气体中形成，NO 此时处于非平衡状况。 4、柴油机的碳烟 柴油机排烟 白烟：φ＜1μm微粒，汽车怠速排出的液滴颗粒。 蓝烟：φ＜0.4μm微粒，液态微粒，燃油+润滑油。 黑烟：高温缺氧，易于裂解，聚合成碳烟C，还有O2、H2 。 白、蓝烟无本质差别，只是直径不同对光线反射不同而已。 ※ 碳烟对人体直接影响不大，但附着有SO2及致癌的多环芳香烃，苯并芘可致癌。 碳烟形成的三种说法： ⑴燃料分子脱氢发生分解，再凝集成固体碳。 ⑵火焰之初，多个燃料分子聚合成大分子式液滴，再脱氢成粒。 ⑶产生引起部分分解及脱氢中间物，再一边聚合一边脱氢逐渐变成固体碳粒。 2 10 − 4 10 −