问题

带有碳氧化物的废气,进入EGR阀,然后再进入燃烧室,还不是碳氧化物吗?怎么就减少碳氧化物的排放了?

回答
这个问题问得非常实在,也很容易让人产生疑惑。确实,当我们说EGR(废气再循环)技术能减少碳氧化物排放时,很多人都会想:“明明是带着碳氧化物的废气进去了,怎么反而还能减排呢?” 别急,咱们这就把这其中的道道儿给掰开了揉碎了说。

要理解EGR为何能减少碳氧化物排放,咱们得先搞明白几个关键点:

1. 什么是“碳氧化物”?

在汽车尾气里,我们常说的“碳氧化物”主要指的是一氧化碳(CO)和未燃烧的碳氢化合物(HC)。它们都是燃烧不完全的产物。

一氧化碳(CO): 这是碳在氧气不足的情况下燃烧产生的。它是有毒的,而且燃烧的能量利用率不高。
碳氢化合物(HC): 这是指燃油中的碳氢化合物没有完全燃烧就进入了排气系统。它们也是污染物,有些还会形成PM2.5,影响空气质量。

2. 为什么燃烧时会产生大量的碳氧化物?

这个问题的根源在于发动机燃烧室内的极端环境:极高的温度和压力。

高温是罪魁祸首: 在发动机达到最佳燃烧温度时,燃烧室内会产生极高的氮氧化物(NOx)。而生成NOx最关键的条件就是高温(一般超过1500°C)。为了减少NOx的产生,我们就会想办法降低燃烧温度。
氧气不足的诱因: 如果氧气供应不足,燃油就无法完全氧化成二氧化碳(CO2)和水(H2O),就会产生大量的CO和HC。

3. EGR是怎么做的?它往燃烧室里送的是什么?

EGR系统做的核心工作,就是从发动机的排气歧管抽出一部分已经燃烧过的废气,然后通过EGR阀,把这些废气重新引入到进气歧管,最终和新鲜空气混合,一起进入燃烧室参与下一次燃烧。

所以,你说的没错,EGR送进去的废气里,确实有碳氧化物(主要是CO和少量HC,还有一部分CO2)。

4. 那为什么这“带着碳氧化物的废气”反而能减少碳氧化物排放呢?

这里的关键不在于“废气本身有没有碳氧化物”,而在于EGR通过引入废气,改变了燃烧室内的环境,从而间接地减少了新的碳氧化物生成!

我们一步一步来看:

降低燃烧温度: 这是EGR最主要的功能,也是它减少碳氧化物(特别是NOx,虽然问题是关于碳氧化物的,但理解这个对理解EGR机制很重要)的关键。废气主要是由CO2、H2O和N2组成的。这些气体相比于新鲜空气(主要成分是O2和N2),它们的比热容更大。当一部分废气被重新引入燃烧室时,它会稀释新鲜空气中的氧气,并且在燃烧过程中吸收更多的热量。这就相当于给燃烧“降温”了。

为什么降温能减少CO和HC? 这点可能有点反直觉。很多人觉得高温促进燃烧,怎么降温反而减少了不完全燃烧产物?
火焰传播速度和燃烧稳定性: 过高的温度虽然能让很多反应加速,但也可能导致火焰传播过快,或者局部区域出现缺氧,反而让燃料燃烧不充分,生成CO和HC。通过EGR降低温度,可以稳定火焰,让燃油有更充裕的时间与氧气充分接触和反应,从而提高燃烧效率,减少CO和HC的生成。
侧壁淬灭效应的减弱: 在燃烧室的缸壁附近,温度总是比核心区域低。这里容易出现氧气不足而导致燃烧不完全,产生CO和HC。EGR引入的惰性气体(如CO2、H2O)能吸收热量,使得缸壁附近的温度相对降低,但这个相对降低的幅度可能比核心区域的温度降低得更少,或者说它使得整个燃烧室的温度分布更均匀,从而减弱了缸壁附近由于温度过高而导致的熄火或燃烧不完全的现象(这个说法可能有点绕,简单理解就是,不是让它更冷,而是通过稀释和吸收热量,让燃烧过程更“温和”和“可控”,从而提高整体燃烧效率)。
稀释作用: 废气中的CO2和H2O会稀释进气中的氧气浓度。虽然氧气浓度降低了,但只要不是过度稀释导致完全无法燃烧,这种稀释反而有助于控制燃烧速度,避免某些区域因氧气过量而产生瞬时高温(这又会间接产生NOx)。同时,在一定范围内,稀释的气体会提供更多的表面积来吸附燃烧反应中间产物,有利于后续反应的进行。

重燃被未充分燃烧的碳氢化合物(HC): EGR引入的废气里确实含有HC,但这些HC进入燃烧室后,如果燃烧条件允许(比如有足够的氧气和适宜的温度),它们是有可能二次燃烧的。相比于直接排放到排气管,在燃烧室里进行二次燃烧,效率要高得多。废气中的CO2和H2O作为一种“载体”,可以帮助这些未完全燃烧的HC分子在高温下与剩余的氧气发生更彻底的反应。

打个比方:

想象一下你在烧火。

没有EGR的情况: 火烧得特别旺,温度很高,但有时候火苗会蹿得太高,夹杂着冒黑烟(CO和HC)。
加入EGR的情况: 你往火里掺入了一些灰烬(废气)。灰烬不会燃烧,但它能吸热,让火不再那么“狂暴”。这样一来,火苗会更稳定,颜色也会变成黄中带点红,冒黑烟的现象就少了(CO和HC少了)。虽然灰烬本身不提供燃料,但它让整体的燃烧过程更“可控”,燃料能更均匀、更充分地被烧掉。

总结来说,EGR减少碳氧化物(CO和HC)排放的机制是:

1. 引入惰性气体(CO2、H2O)稀释进气,降低燃烧室内的最高温度。
2. 较低的燃烧温度有助于稳定火焰,提高燃油与氧气的接触和反应效率,减少因局部过温或缺氧导致的燃烧不完全,从而降低新生成的CO和HC。
3. 废气中携带的未燃尽HC和CO有机会在燃烧室内再次参与燃烧,提高燃油的利用率。

所以,虽然EGR系统送进去的废气本身含有一些碳氧化物,但通过改变燃烧室内的“烹饪条件”(温度和气体成分),它能够让下一次燃烧过程产生更少的新的碳氧化物。这是一个“以退为进”,通过调整内部过程来优化最终产物的思路。

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