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柴油机有害排放物主要有哪些,影响因素是什么,柴油机有害排放物主要有哪些,影响因素是什么,如何控制?

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时间:2022-04-29 15:00:54
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柴油机有害排放物主要有哪些,影响因素是什么,柴油机有害排放物主要有哪些,影响因素是什么,如何控制??柴油机有害排放物主要有HC、CO、Nox、排烟与微粒;影响柴油机HC生成的主要因素:柴油机HC生成机理与影响因素:由于柴油机的工作原理是喷油

柴油机有害排放物主要有HC、CO、Nox、排烟与微粒;
影响柴油机HC生成的主要因素:
柴油机HC生成机理与影响因素:由于柴油机的工作原理是喷油压燃,燃油停留在燃烧室中的时间比汽油机短的多,因而受壁面冷激效应、狭隙效应、油膜、沉积物吸附作用很小,这是柴油机HC排放较低的原因。柴油机未燃HC的排放主要来自柴油喷注的外缘混合过渡造成的过稀混合气区。怠速或小负荷时,由于缸内温度较低,HC不能及时氧化,且混合气较稀,使HC排放较高。高负荷时,过量空气系数较小(1.3),使HC较低。柴油机火焰在壁面上的淬熄也是柴油机HC排放的来源。
压力室容积对柴油机HC排放的影响:
在喷油结束时,压力室容积中仍充满柴油。在燃烧后期和膨胀初期,这部分被加热的柴油部分汽化,并以液态或气态低速穿过喷嘴孔进入气缸,缓慢与空气混合,从而错过了主燃烧期。研究证明,压力室残余柴油大概有1/5以未燃HC的形式排出。
柴油机CO生成机理与影响因素:
CO的浓度在柴油机排气中中一般都很低。只有在接近冒烟极限时,才急剧增加。尽管在柴油机中有局部的缺氧区,但平均过量空气系数大于1,气缸内有足够的空气对已经形成的CO进行氧化。小负荷时,燃气温度低而且氧化反应少,造成CO排放高。
影响柴油机NOx生成的主要因素有:进气湿度;进气温度;进气压力;发动机负荷;发动机转速。
进气湿度对柴油机NOx的影响:
无论在直喷式还是分隔式柴油机,进气湿度对柴油机NOx的影响很大。NOx随湿度的增加而减少,因为水分降低了柴油机的最高燃烧温度,对NOx的生成起到抑止作用。
进气温度对柴油机NO的影响:
当燃空比一定时,进气温度上升,NO增加,功率有所降低。主要是由于压缩温度升高而引起局部温度升高的缘故。在高增压发动机中必须采用中冷器,以使进气温度尽可能低,这对净化也是必要的。
进气压力对柴油机NOx的影响:
进气压力提高,NO减少,并使功率增加。因为进气压力提高,供油量一定,相当于降低了燃空比,限值了NO的生成。当进气湿度、压力提高,温度降低时,能有效降低NO排放。据此提出进气管喷水,增压中冷等净化措施。
柴油机负荷(燃空比)对NOx的影响:
柴油机负荷增加,供油量增加即燃空比增加。随燃空比增加,NOx浓度也增加,到达最大值后,再增加燃空比,NO反而下降。在燃空比小的稀混合气中,NO主要取决于温度,当燃空比随负荷增加时使温度上升,NO浓度上升。在燃空比小的浓混合气中,即使温度再升高,NO浓度主要取决于氧的浓度,因此当燃空比再增加时,由于氧浓度减小而NO浓度下降。
柴油机转速对NOx的影响:
分隔式燃烧室在高速时,NO浓度有所升高,直喷式在中速时达到最大值。右下图为柴油机NO的等排放特性曲线,根据特性曲线可以选择排污少、功率损失较少的工况作为发动机的常用工况。
柴油机排烟的生成机理与影响因素:
柴油机排烟可分为:白烟、蓝烟(青烟)和黑烟三种。不同的烟色形成的原因不同,有的研究认为起决定作用的是温度:在250℃以下形成烟通常是白烟,从250 ℃到着火温度形成的是蓝烟,黑烟只在着火后才出现。白烟通常在低温起动后不久及怠速工况时发生。此时,气缸温度较低,着火不好,未经燃烧的燃料和润滑油以液滴的状态,直径在1.3mm左右,随废气排出形成白烟。当气缸磨损加大,窜气、窜油时,白烟增多。正常的发动机在暖车后,一般就不再形成白烟。改善起动性可减少白烟。
柴油机蓝烟生成的机理与影响因素:
柴油机蓝烟通常在柴油机尚未完全预热或低负荷运转时发生。此时,燃烧温度较低,约600℃以下,燃料着火性能不好,部分燃料和窜入燃烧室的润滑油未能完全燃烧,其中大部分是已经蒸发的油,再凝结呈微粒状态,直径比白烟小,在0.4 mm以下,随废气排出而成蓝烟。这种烟的蓝色是此种大小微粒由蓝色光折射而成的。排出蓝烟时,同时有燃烧不完全的中间产物(如甲醛等)排出,因而蓝烟常带有刺激性臭味。减少蓝烟的方法:提高燃烧室和室内空气温度;减少室内空气运动,以免燃料很快被吹散形成过稀混合气;减小燃油喷注贯穿度,避免与冷壁面相碰;进气加热;(但上述部分措施与减少黑烟是矛盾的)催化转化。
柴油机黑烟(碳烟)生成的机理与影响因素:
柴油机微粒的新概念(美国环境保护局EPA规定的稀释质量法):柴油机排气经过稀释后,在低于51.7℃时,通过带有聚四氟乙烯树脂过滤纸时,被滤纸所滤下来的物质。微粒包括:以碳元素为主的碳烟,未氧化或未完全氧化的的碳氢化合物、硫酸盐以及与硫酸盐结合的水和其他杂质。高负荷时碳烟是柴油机微粒中的主要成分;低负荷时微粒中以碳氢化合物为主。炭烟生成历程:燃烧初期大量裂解产生,燃烧后期大部分氧化消除。
柴油机碳烟的生成机理与影响因素:
碳烟产生的条件是高温和缺氧。由于柴油机混合气极不均匀,尽管柴油机总体上是富氧燃烧,但局部的缺氧还是导致了碳烟的生成。碳烟的生成过程:燃油中的烃分子在高温缺氧的环境下热裂解,形成部分乙烯和聚乙烯;它们在不断脱氢后聚合成以碳为主的,直径2nm左右的碳烟核心;气体中的烃在这个核心表面的凝聚,以及碳烟核心之间的凝聚,使得核心的表面增大,成为直径20~30nm左右的碳烟基元。至此碳烟的质量已基本确定,最后碳烟基元堆积成直径1mm以下的微粒。
柴油机过后喷射对碳烟生成的影响:
柴油机由于喷油系统尤其是传统泵管嘴系统中由于燃油压力波的作用、喷油嘴压力室容积等影响,在喷油结束出油阀落座后,仍有一部分燃油流出形成过后喷射,由于此时的温度仍然很高,由于喷射压力不高,大多燃油喷到燃烧区的缺氧处,导致大量碳烟的生成。柴油机的过后喷射对CO和HC的排放也是不利的,因而是竭力避免的。
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