柴油发动机的燃烧排放物

介绍

碳氢化合物燃油的燃烧反应

－－柴油燃烧

Cx Hy Sz + O2 + N2

柴油

Diesel

fuel

CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C

排气中的主要成分

排气中的微量成分

空气

Air

Major exhaust

constituents

Exhaust components found

 in trace concentrations

2

柴油的燃烧反应

氮氧化合物 （NOx）

Cx Hy Sz + O2 + N2

柴油

Diesel

fuel

CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C

排气中的主要成分

排气中的微量成分

空气

Air

Major exhaust

constituents

Exhaust components found

 in trace concentrations

3

什么是氮氧化合物 （NOx）

包括NO和NO2

– NO－无色气体

– NO2－黄褐色气体

由氮气与氧气在一定条件下反应生成(例如燃

烧)。

产生条件：

– 高温

– 富氧

– 足够的反应时间

主要产生于柴油机高负荷工况

在阳光下与碳氢化合物反应形成构成光化学烟雾

4

NOx的危害

对人体肺脏有刺激, 可引起支气管炎, 肺炎及降低呼吸系统的抵抗力。

就全球来看，空气中的氮氧化物主要来源于天然源，但城市大气中的氮氧化物大多来

自于燃料燃烧，即人为源，如汽车等流动源，工业窑炉等固定源。

据计算，各种燃料燃烧产生的氮氧化物量为：

1吨天然气，6.35公斤

1吨石油， 9.1-12.3公斤

1吨煤， 8-9公斤

而以汽油、柴油为燃料的汽车，尾气中氮氧化物的浓度相当高。在非采暖期，北京市

一半以上的氮氧化物来自机动车排放。

氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，随着降水和降尘从空气中去

除。硝酸是酸雨的原因之一；它与其它污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。

北京市目前从防止机动车尾气污染入手，防治措施有强制安装机外净化器；严格控制

新车污染；推广使用清洁燃料等等。

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柴油的燃烧反应

碳氢化合物（HC）

Cx Hy Sz + O2 + N2

柴油

Diesel

fuel

CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C

排气中的主要成分

排气中的微量成分

空气

Air

Major exhaust

constituents

Exhaust components found

 in trace concentrations

6

什么是HC

包括100多种由碳(C)和氢(H)组成的不同化合物

燃料不完全燃烧或完全不燃烧的产物

主要产生于柴油机低负荷, 冷态及起动工况

从活塞环及气门导管窜入燃烧室的润滑油将成为

碳氢排放

在阳光下与氮氧化物反应生成光化学雾

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柴油的燃烧反应

光化学雾及臭氧

Cx Hy Sz + O2 + N2

柴油

Diesel

fuel

CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C

排气中的主要成分

排气中的微量成分

空气

Air

Major exhaust

constituents

Exhaust components found

 in trace concentrations

阳光照射

<

<

<<

  <

<

NOx + HC

O3 + ...

8

什么是光化学雾

它是一种淡蓝色的化学烟雾，是由汽车、工厂等

污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物

（NOx）等一次污染物，在阳光的作用下发生化

学反应，生成臭氧 (O3)、醛、酮、酸、过氧乙酰

硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化学反应

过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成

的烟雾污染现象叫做光化学烟雾

9

10

臭氧（O3）

地面的臭氧

“烟雾”

(有害)

同温层

“臭氧层”

(有益)

  对流层

(16公里以上)

  同温层

(48公里以上)

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臭氧的危害

烟雾的主要成分, 城市空气污染治理的最主要难

题之一

刺激性强烈, 可引起窒息, 咳嗽及眼睛刺激

损伤肺组织, 加重呼吸系统疾病, 并使呼吸系统

易受感染

污染严重可抑制植物生长, 并可造成农作物及森

林的广泛伤害

相关链接

http://zhidao.baidu.com/question/154872124

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柴油的燃烧反应

一氧化碳（CO）

Cx Hy Sz + O2 + N2

柴油

Diesel

fuel

CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C

排气中的主要成分

排气中的微量成分

空气

Air

Major exhaust

constituents

Exhaust components found

 in trace concentrations

13

什么是一氧化碳（CO）

无色无味气体

– 可降低血液向身体组织器官输送氧气的能力

– 一氧化碳含量较高可造成视觉损伤, 肢体灵活性、学习

 能力及完成复杂工作能力降低

形成于碳氢化合物的中间燃烧阶段

当燃烧趋于完全, CO被氧化为CO2

温度低, 反应时间短及空燃比低等均可造成不完

全燃烧, 进而产生CO

由于空燃比较高, 柴油机的一氧化碳排放较低

虽然法规规定了限值, 但对柴油机而言不是问题

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柴油的燃烧反应

氧化硫（SOx）

Cx Hy Sz + O2 + N2

柴油

Diesel

fuel

CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C

排气中的主要成分

排气中的微量成分

空气

Air

Major exhaust

constituents

Exhaust components found

 in trace concentrations

15

氧化硫的危害

燃油中的硫在燃烧过程中的氧化物

与空气中的水反应生成硫酸

可使土壤及水变为酸性，损害树木及农作物的枝

叶

过高浓度会影响呼吸并可使呼吸及心血管疾病患

者加重病情

燃油中的硫可以导致催化器失效

控制方法是限制燃油中硫的含量

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柴油的燃烧反应

黑烟和白烟（smoke）

Cx Hy Sz + O2 + N2

柴油

Diesel

fuel

CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C

排气中的主要成分

排气中的微量成分

空气

Air

Major exhaust

constituents

Exhaust components found

 in trace concentrations

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黑烟和白烟

没有参与燃烧反应的, 可遮挡光的碳粒称之为黑

烟

黑烟一般是在加速及高负荷时排出

白烟是由未燃烧的碳氢和水蒸气等无色液体颗粒

反射或折射光形成

白烟只在冷态及低负荷时产生

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柴油的燃烧反应

颗粒物Particulate Matter (PM)

Cx Hy Sz + O2 + N2

柴油

Diesel

fuel

CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C

排气中的主要成分

排气中的微量成分

空气

Air

Major exhaust

constituents

Exhaust components found

 in trace concentrations

19

什么是颗粒物（PM）

排气经稀释后通过过滤器所收集到的所有沉积

物。

主要成分包括碳颗粒, 燃油与机油中的重碳氢, 硫

酸盐, 硝酸盐及灰分

碳颗粒(soot)是因空气不足或燃烧温度低致使自

由碳不能完全燃烧而形成

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大气中的颗粒物

是一种复杂的混合物，包括固体、液体以及其他多

种尺寸的化学颗粒

可以自然形成（灰尘，花粉）也可以人工制造（燃

烧产物）

原始颗粒－直接散发到大气层的颗粒物：

– 道路上灰尘、燃烧的碳烟、火灾、火山喷发、厨房油烟

 等…

二级颗粒－在大气层中形成的颗粒物：

– 硫酸盐 (通过SO2 形成)

– 硝酸盐 (通过NOx形成)

有机颗粒物 （由原始或二级颗粒物混合形成）

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颗粒物的危害

细小颗粒可进入肺的最深部位, 并沉积较长时间,

可能引起伤害

细小颗粒可加重呼吸系统病症(哮喘, 支气管炎),

降低肺功能及免疫力, 导致肺组织器质性病变与

泡状巨噬细胞损伤

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11 m及以上颗粒不会进入人体

7-11 m颗粒只能进入鼻腔

4.7-7 m颗粒可到达咽部

3.3-4.7 m颗粒可进入气管及浅层支气管

2.1-3.3 m颗粒可进入深层支气管

1.1-2.1 m颗粒可达到支气管末梢

0.65-1.1 m颗粒可进入细支气管

0.43-0.65 m颗粒可进入肺泡

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PM10 和 PM2.5

PM10－直径10um的颗粒

– PM10 年算术平均值不超过 50 g/m3

– PM10 24小时平均值不超过 150 g/m3

PM2.5－直径2.5um的颗粒

– PM2.5 年算术平均值不超过 15 g/m3

– PM2.5 24小时平均值不超过 65 g/m3

柴油机产生的颗粒物都是PM2.5

– 通过提高喷射压力来控制PM的排放量

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数量集合

极微颗粒

质量集合

细微颗粒

超微颗粒

核子模式

聚合物模式

直径 Diameter ( m)

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可见烟雾－美国大峡谷国家公园

PM2.5: 37.3 μg/m3

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PM2.5: 0.2 μg/m3

柴油的燃烧反应

二氧化碳 （CO2）

Cx Hy Sz + O2 + N2

柴油

Diesel

fuel

CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C

排气中的主要成分

排气中的微量成分

空气

Air

Major exhaust

constituents

Exhaust components found

 in trace concentrations

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温室气体CO2

柴油机排放中的主要成分之一

无毒

与全球变暖有关

– 大气中二氧化碳排放量增加是造成地球气候变暖的根

 源。国际能源机构的一项调查结果表明，美国、中国、

 俄罗斯和日本的二氧化碳排放量几乎占全球总量的一

 半。调查表明，美国二氧化碳排放量居世界首位，年人

 均二氧化碳排放量约 20 吨，排放的二氧化碳占全球总

 量的 23.7%。中国年人均二氧化碳排放量约为 2.51

 吨，约占全球总量的 13.6%。

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总结

汽油机

有害排放量对比 - 汽油机与柴油机

Comparison of Regulated Emissions - Gasoline and Diesel Engines

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