2013《汽车排放与污染控制》复习题-答案——苗勃

《汽车的排放与污染控制》复习题答案整理1、大气污染的来源有那些？汽车的排放污染源有那些？污染源固定污染源：如工厂、热电厂、供暖设备等；流动污染源主要是汽车、火车、摩托车、飞机、轮船等。汽车排放污染源：（1）排气污染：CO、CO2、HC、NOX、铅化物和硫化物；(2)曲轴箱窜气：由汽缸间隙窜入曲轴箱的未燃烧的燃料化合物，主要是HC；(3)汽油的蒸发：由汽油箱、浮子室、油管接头挥发的油汽，主要是HC。2、汽车的主要有害排放物有那些，其危害使什么？汽车的主要有害排放物是：CO、HC、NOX、CO2、SO2SO3、Pb（C2H5）4、O3、悬浮微粒。危害：（1）CO:无色无味，与血红蛋白亲合力是氧的300倍，吸入人体导致血液缺氧，使人头痛、头晕、恶心、无力中毒症状，严重时甚至窒息而死亡。（2）HC:燃油由碳氢化合物组成，各种碳氢化合物总称为烃。碳氢化合物中的甲醛、丙烯醛对鼻、眼和呼吸道粘膜有刺激作用，可引起结膜炎、鼻炎等，并有难闻的臭味。碳氢化合物中的笨并笓是强烈的致癌物质。每天通过6000辆车的市镇，癌症发病率比无污染区高9倍。HC在强光照射产生一种蔚蓝色的气体，叫光化学烟雾。（3）NOX：是NO、NO2、N2O3、N2O、N2O5、N2O4、NO3的总称。NO引起中枢神经瘫痪，NO2引起肺气肿。(4)铅化物（Pb）：四乙铅[Pb（C2H5）4]，铅通过肺部、消化器官、皮肤进入人体，阻碍红血球的生长和发育，影响人的造血功能，使心肺发生病变。引发心脏病、高血压、心肌梗塞和慢性肾功能衰竭病。铅侵入正在发育中的儿童体内，侵害儿童的神经系统，导致智力低下。(5)硫化物（S）：是SO2和SO3，有强烈的气味，刺激呼吸道，加重呼吸道疫病、心肺疫病和哮喘病。与空气中的水形成酸雨，腐蚀建筑物，使水土酸化，破坏农作物和森林，影响自然界的生态平衡。(6)碳烟微粒：是柴油机的不完全燃烧所致，0.1~2um直径的微粒悬浮在空气中，经呼吸系统吸入并存人肺部，引起和加重气管炎、肺炎、肺气肿等呼吸系统疾病。微粒常粘附SO2和苯并芘等致癌物质，导致癌症。4、产生NOx的三要素是什么？什么是比排放量？产生NO的三要素是温度Т、氧浓度和反应时间t。比排放量是每千瓦小时所排放出的污染物的质量。排放程度用比排放量表示。5、汽油机的排放污染源有哪些？CO、HC、NOx的形成机理是什么？CO的形成机理：（1）不完全燃烧：α∠1时，混合不均匀，过浓缺氧不能完全燃烧，产生CO；（2）不完全氧化：CO是中间产物，CO进一步氧化生成CO2，反应速度较慢，因燃烧速度较快，CO来不及完全氧化生成CO2被排出。因此标准混合气和稀混合气燃烧也会产生CO。（3）高温分解：在燃烧高温下，生成的CO2会分解成CO和O2。HC的形成机理：炭氢是芳香烃、稀烃、烷烃和醛类，来自未然的燃油和润滑油，是不完全燃烧产物。（1）不完全燃烧：怠速、低速大负荷、加速、减速时α1，过浓缺氧HC排放增加。（2）冷熄效应：冷启动、怠速、小负荷、低温时，燃烧室壁面形成0.1～0.5mm厚不完全燃烧的断层，HC排放增加。占HC总排放量的30～50%。（3）气门重叠角：气门重叠开启时，部分未燃气体由排气门排出，重叠角越大，HC排放越重。（4）油膜积炭吸附：润滑油膜和积炭吸附燃油蒸汽，排气压力低时放出。吸附占HC总排放量的35～50%。清除积炭后HC排放降低20～30％。（5）缺火：滑行、制动、个别缸缺火，HC排放增加。（6）油蒸汽：运输、储存、油箱、化油器、机体表面蒸发HC排放增加。NOX的形成机理：燃烧生成NO和少量的NO2，排出的NO在大气中与O2反应生成NO2。NO在大于1600℃的高温下生成。高温下O2分解成O原子，氮与氧结合生成NO。其反应方程式如下：6、影响汽油机排气污染物生成的主要因素有哪些？（1）过量空气系数α的影响（2）温度的影响（3）转速的影响（4）负荷的影响（5）点火提前角的影响（6）燃烧室的影响7、什么是发动机的排放特性？根据曲线说明汽油机和柴油机CO、HC和NOx的比排放特性的特点。排气污染物的排放量随发动机运转工况的变化规律，称为发动机的排放特性。（1）车用汽油机CO的排放特性：小负荷时，为燃烧稳定，混合气加浓使CO的排放略有上升。中负荷时α＝1,CO排放较低。全负荷时，为发出较大功率和转矩，混合气加浓使CO比排放量（BSCO）急剧升高。（2）车用汽油机HC的排放量特性:中等负荷时比排放量较小，大负荷和小负荷时增加，与CO变化趋势相似。不同之处：一是HC在全负荷时的排放稍有增加；二是小负荷时比排放量（BSHC）增加程度明显。大负荷时过浓的混合气燃料不完全氧化，而生成大量的CO。低速小负荷时，缸内温度低，对未燃HC的氧化不利，缸壁的激冷作用变强，因此HC比排放量增加。（3）车用汽油机NOx的排放量特性:当转速一定时，中等负荷区，随负荷的增大燃烧温度提高，NOx排放量增加。但NOx的增加与负荷不成正比，因而NOx比排放量却是逐渐下降的。在大负荷时，由于混合气过浓氧气不足，不利于NOx的生成，NOx排放量下降，比排放量下降更快。当负荷一定时，随着转速的增加，N0x的比排放量增大，排放量显著增加。柴油机：（1）车用柴油机CO的排放特性：直喷柴油机CO的排放很少，比排放量较小，增压柴油机的α大，不易生成CO，在中速、中负荷工况下，CO排放量最少。小负荷时，循环供油量较少，混合汽过稀，火焰传播困难，燃烧室内气流运动弱，混合气不均匀，CO增加。大负荷工况下，循环供油量较多，混合气过浓，缺氧使CO不能及时氧化而排放增加。（2）车用柴油机HC的排放特性：因柴油在燃烧室中停留时间较短，受多因素影响较小，柴油机HC排放比汽油机少。柴油机HC比排放量随负荷的上升而下降。HC排放主要是柴油喷注外缘的过稀混合气区域。当小负荷或低速时，Δg较少，燃烧室内稀混合气区多，部分燃料不能及时燃烧；燃烧室温度较低，加大了火焰冷熄的可能性，使HC排放较高。（3）车用柴油机NOx的排放特性柴油机N0x的高排放区在小负荷和高速工况。当小负荷时，喷油量少，氧气充足燃烧室内温度较低，滞燃期增长，混合时间加长，氧气与燃气接触的机会增大，NOx的比排放量（BSNOx）较高。在高转速下，缸内的涡流较强，使高温燃气与氧的接触机会加大，燃速快，温度高，NOx大量生成，在高速小负荷工况时尤为突出。8、什么是发动机的瞬态排放特性？根据曲线说明汽油机的瞬态排放特性的特点。发动机的转矩和角速度随时间迅速变化的工况（起动、加速），称为发动机的瞬态工况，这时的排放特性，称瞬态排放特性。曲线请见课件。9、汽油机的机内净化方式有那些？什么是稀薄分层燃烧？稀薄燃烧对CO、HC和NOx的影响是什么？分层燃烧技术的控制系统有哪些？1、稀薄燃烧对排放的影响：1)稀薄燃烧对CO排放量的影响：CO的排放受α的影响，转速与负荷对C0的影响也由α的变化引起。稀薄燃烧是在α1.2的范围内，可降低C0的排放。2)稀薄燃烧对HC排放量的影响：因混合气稀薄，燃烧效率提高。氧气充裕，可在排气行程和排气道中进一步对HC进行氧化，因此HC的排放量随α的增大而减少。但当α超过1.4时，因过稀部分燃烧或熄火HC的排放量增加，所以将α控制在1.4左右排放物降到较低。3)稀薄燃烧对NOx排放量的影响α=1.1～1.2区域NOx的排放量最大，而高于或低于该区域时，NOx的排放量均降低。因在浓混合气区氧含量少，而在稀薄区最高燃烧温度下降，NOx排放量降低。稀燃在提高指示热效率的同时，大大降低N0x的排放量。稀燃发动机可采用高压缩比，泵气损失小，有利于改进部分负荷特性。但稀燃排温下降，使三元催化剂不能有效地工作，必须配合其他措施使NOx排放达到满意的水平。12、什么是废气再循环，写出EGR率的表达式。将部分废气引入燃烧室，增加残余废气量，降低火焰传播速度和燃烧温度，可降低NOX的排放量。废气再循环的废气引入量用EGR率表示13、EGR率对发动机的动力性和经济性有何影响？影响：废气再循环能降低NOx排放。随着EGR率的增大，对降低NOx排放有利。但EGR率过大使燃烧恶化，ge增大，HC排放上升。小负荷燃烧不稳定，缸内压力变动率增大，工作粗暴，HC排放急剧增加。大负荷时Ne下降。15、曲轴箱窜气中的主要成分是什么?曲轴箱通风的方式有那几种？•成分：HC、H2O、CO、CO2、NOX、SO2通风方式：自然通风和强制通风。自然通风：窜气由曲轴箱上的通风口排出曲轴箱进入大气，造成大气污染。强制通风：简称PCV装置，将窜气再循环进行燃烧，减少排放污染，提高经济性16、燃油蒸发的来源有那些？其控制措施有那些？活性炭罐的作用是什么？燃油蒸发的来源：高温停车时，机体温度和机罩内空气温度达90～100℃，浮子室温度达80℃，浮子室内燃油蒸发量高达25%，燃油蒸气从平衡孔和蒸气阀排入大气。油箱受热时，油箱中的油蒸气从油箱盖上的蒸汽阀放出。燃油蒸气的未燃HC排入大气，形成光化学烟雾。其控制措施：1）、燃油蒸发污染控制装置（简称EVAP装置）2）、由计算机控制的燃油蒸发污染控制装置活性炭罐作用：将燃油蒸汽吸附在炭的表面。17、什么是二次空气供给？二次空气供给的方式有那些？为什么二次空气供给能降低排放污染？二次空气供给：将空气引入排气门后部，使排气中的CO和HC与空气中的氧化合，变为H2O和CO2。方式：二次空气喷射及二次空气吸入装置。18、催化器的作用是什么？按催化剂的形态分催化器分那几种？写出催化器的催化反应方程式。废气催化器中的催化剂有哪些？催化器作用：废气经过催化器时，HC、CO和NOX在催化剂(氧化锰、氧化铜、钯、铂）作用下，进一步氧化还原成CO2、N2和H20，降低排放量。按催化剂的形态分：颗粒状Pt-Pd单床两元催化器、颗粒状双床三元催化器、Pt-Rh整体式三元催化器。工作反应方程式：氧化反应：CO+O2CO2；H2+O2H2O；HC+O2CO2+H2O。还原反应：CO+NOCO2+N2；HC+NOCO2+N2；H2+NOH2O+N2。水蒸气重整反应：HC+H2OCO+H2水煤气转换反应：CO+H2OCO2+H2催化剂：铑（Rh）铂（Pt）钯（Pd）助催化剂铈Ce19、三元催化转化器有哪些性能指标？催化器的使用中应注意什么？性能指标：1）转化效率2）空燃比特性3）起燃特性4）空速特性5）流动特性催化器的使用：（1）R=14.7时（α＝1)，CO、HC、NOX的转化率达90%以上，应严格控制空燃比。（2）最佳工作温度350~700℃，大于1000℃时涂层烧结破坏。点火过迟、错乱、缺火和急减速，都会使排温过高，影响催化器的性能和寿命。（3）禁用含铅汽油，铅化物堵塞蜂窝孔，侵蚀贵金属涂层，影响催化器的性能和寿命。（4）一次性使用，不必维护。20、热反应器的作用是什么？热反应器的作用是为CO和HC在排气管中氧化提供必要的反应温度。使之充分氧化而降低排放量。21、柴油机主要有害排放物有那些？炭烟的主要危害和生成条件是什么？柴油机主要有害排放物：柴油机混合气均匀，部分燃料不能完全燃烧，分解为以炭为主体的微粒。同时在燃烧过程中局部高温和富氧，导致NOx大量生成。因α较大，CO、HC排放量较低。控制柴油机排放物的重点是降低NOx和微粒d的排放。24、喷油提前角的过大过小对柴油机的排放有何影响？怎样合理的组织各种措施才能使柴油机的动力性、经济性和排放性最好？喷油提前角过大，燃油喷入低温气缸，且滞燃期长，早燃，增加压缩负功，ge上升，Ne下降，ΔΡ/ΔФ、Tmax、Pmax高，工作粗暴、N0x排放量增加。推迟喷油，初始放热率降低，Tmax降低，N0x排放下降。延迟喷油是减少N0x排放的有效措施。喷油提前角过小，燃烧推迟，后燃增加，Tmax、Pmax降低，ge和排温增高，烟度增加，发动机过热。因此，喷油延迟必须适度。25、废气再循环的EGR率在各工况下汽油机与柴油机有何不同？废气再循环后可使NOX大幅度降低，但会使CO、HC和烟度大幅增加，应如何解决？比较：(1)、各工况要求的EGR率不同。汽油机在大负荷、起动、暖机、怠速、小负荷