模块二汽车排放污染物的形成及生成机理
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汽车排放物CO、HC、NOx、PM的生成、影响因素及危害随着我国汽车工业的发展,车辆越来越多,车辆向大气排放的污染物也越来越多。
汽车排放是指从废气中排出的CO(一氧化碳)、HC、NOx(碳氢化合物和氮氧化物)、PM(微粒,碳烟)等有害气体。
它们都是发动机在燃烧作功过程中产生的有害气体。
这些有害气体在强烈阳光照射下发生光化学反应,产生大量的光化学烟雾,严重的威胁着人类的人生健康和生态环境。
一、生成:这些有害气体产生的原因各异。
CO是燃油氧化不完全的中间产物,当氧气不充足时会产生CO,混合气浓度大及混合气不均匀都会使排气中的CO增加。
HC是燃料中未燃烧的物质,由于混合气不均匀、燃烧室壁冷等原因造成部分燃油未来得及燃烧就被排放出去。
NOx是燃料(汽油)在燃烧过程中产生的一种物质。
PM也是燃油燃烧时缺氧产生的一种物质,其中以柴油机最明显。
因为柴油机采用压燃方式,柴油在高温高压下裂解更容易产生大量肉眼看得见的碳烟。
二、影响因素:汽车废气中CO、HC和NOx三种有害气体的影响因素比较多,主要为可燃混合气的空燃比,点火提前角、发动机的负荷和转速以及发动机的内部结构等。
1、可燃混合气空燃比(即混合气成分)的影响在理论空燃比附近,CO曲线有一个拐点,当A/F减少时,可燃混合气过浓,燃油无法充分燃烧,CO生成物便急剧增加;当MF增大时,氧含量充足,燃油可以充分燃烧.使CO生成量减少,而且比较稳定。
HC曲线在ME为17一18附近有一个拐点,此时废气中的HC含量最低。
除此之外.HC的生成量都有所增加。
其原因是当MF少于17时.混合气过浓,燃烧不彻底.当A/F大于18时,混合气过稀,燃烧速度缓慢同样会出现燃烧不彻底现象,HC都会增加。
NO曲线在A/F为15—16附近有—个波峰,此时生成的NO量最多,除此之外,过浓或过稀的空燃比都会降低燃烧速度和燃烧温度,使NO的生成量都有所下降。
2、点火提前角的影响点火提前角对CO的生成量影响不大。
汽车排放污染物的生成机理和影响因素摘要:汽车保有量的增长直接导致了石油燃料的大量消耗,并由此产生了大量的有害排放物,尤其在一些大中城市汽车排气造成的环境污染问题日趋严重。
目前,大气污染已逐渐成为世界性的问题,应当引起足够重视。
分析汽车排放污染物的生成机理和影响因素,提出控制的方法。
关键词:污染物生成机理影响因素前言随着汽车的普及,汽车的排气污染问题已日益严重,它破坏了地球生态平衡环境及温室效应等。
在各大城市的市区,汽车排出的污染物CO、H C占总量的6()%一70%,N o x占30%左右。
为了降低汽油机的排污和燃油消耗量,我们必须了解汽车的排放污染物的形成因素,这样才能准确采取措施、或者引进先进技术来减少、治理汽车的尾气排放物。
1.污染物的生成机理1)一氧化碳(CO)的形成机理:CO是燃料不完全燃烧的产物,主要受混合气浓度的影响。
当发动机过量空气系数小于1时,混合气中氧气不足,燃料不能充分燃烧而形成。
混合气浓度越大,排气中的CO含量越高。
当降低混合气浓度时,排放的CO明显减少。
在稀混合气下CO产生的平衡过程为:CO2+H2O→CO+H2+O2在浓混合气下的平衡过程为:CO2+H2→H2O+CO2)碳氢化合物(HC)的形成机理:碳氢化合物中含有多种成份,生成原因复杂,但主要是未燃和燃烧不充分的燃料。
燃料在燃烧室中燃烧时,火焰在离壁面0.15~0.37mm处迅速熄灭,导致这一薄层内残留下未反应和反应不充分的混合气,这一现象被称为壁面激冷效应,碳氢化合物就是在这厚度仅为几十微米的激冷层内被保存下来;发动机燃烧室中各种很狭窄的缝隙也留有未燃或未完全燃烧的气体,储存着大量的碳氢化合物;另外混合气不均匀、过浓、过稀、点火系统不良、转速低等情况也会造成部分燃料燃烧不充分,使排出的碳氢化合物增加。
3)氮氧化合物(NOX)的形成机理:汽车燃烧过程中主要形成NO和少量的NO2。
NO的形成主要受三个因素的影响,温度、氧的浓度和滞留时间。
发动机排放污染物的生成机理要紧内容:介绍了汽车尾气中的要紧污染物CO 、HC 、NO X 和微粒的生成机理。
1、 一氧化碳1.1 一氧化碳的生成机理汽车尾气中CO 的产生是由于燃油在气缸中燃烧不充分所致,是氧气不足而生成的中间产物。
一样烃燃料的燃烧反应可经以下过程:22n m H 2n mCO O 2m H C +→+(2-1)燃气中的氧足够时有O 2H O 2H 222→+(2-2)222CO O 2CO →+(2-3)同时CO 还与生成的水蒸气作用,生成氢和二氧化碳。
可见,假如燃气中的氧气量充足时,理论上燃料燃烧后可不能存在CO 。
但当氧气量不足时,就会有部分燃料不能完全燃烧,而生成CO 。
在非分层燃烧的汽油机中,可燃混合气差不多上是平均的,其CO 排放量几乎完全取决于可燃混合气的空燃比α或过量空气系数a φ。
图2-1所示为11种H/C 比值不同的燃料在汽油机中燃烧后,排气中CO 的摩尔分数x CO 与α或a φ的关系。
空燃比α 过量空气系数a φa ) b)图2-1汽油机CO 排放量x CO 与空燃比α及过量空气系数a φ的关系由图2-1能够看出,在浓混合气中(a φ<1),CO 的排放量随a φ的减小而增加,这是因缺氧引起不完全燃烧所致。
在稀混合气中(a φ>1),CO 的排放量都专门小,只有在a φ=1.0~1.1时,CO 的排放量才随a φ有较复杂的变化。
在膨胀和排气过程中,气缸内压力和温度下降,CO 氧化成CO 2的过程不能用相应的平稳方程精确运算。
受化学反应动力学阻碍,大约在1100K 时,CO 浓度冻结。
汽油机起动暖机和急加速、急减速时,CO 排放比较严峻。
在柴油机的大部分运转工况下,其过量空气系数a φ都在1.5~3之间,故其CO 排放量要比汽油机低得多,只有在大负荷接近冒烟界限(a φ=1.2~1.3)时,CO 的排放量才大量增加。
由于柴油机燃料与空气混合不平均,其燃烧空间总有局部缺氧和低温的地点,以及反应物在燃烧区停留时刻较短,不足以完全完成燃烧过程而生成CO 排放,这就能够说明图2-2在小负荷时尽管a φ专门大,CO 排放量反而上升。