【正文】 很少。所以汽油分子的反應(yīng)過程必須是經(jīng)過一連串的反應(yīng)而達(dá)到最終生成物 CO2 和 H2O，在反應(yīng)的不同階段，存在著不同的中間生成物。這些中間生成物，若進(jìn)一步氧化的條件不適宜，就可能生成為部分氧化物 而排出。由此可以理解，為什么在排氣中總有少量的過氧化物：醛、酮等。 總之，排氣中的 HC是燃料不完全燃燒或部分被分解的產(chǎn)物。含有飽和烴、不飽和烴、芳烴及部分含氧化合物（如醛、酮、酸等），成分復(fù)雜，組成變化也很大。有人曾從排氣的 HC中分析出 200多種不同成分的碳?xì)浠衔铩? 氮氧化合物（ NOx）的產(chǎn)生機理 關(guān)于 NOx的生成機理，國外已進(jìn)行大量研究，其研究結(jié)果不僅對汽油機而且對柴油機也很有用，摘要地介紹如下。 在較低的溫度下， N2和 O2生成 NO的機理可以認(rèn)為是簡單的雙分子反應(yīng)，即 N2+O22 NO 但是在高溫時， NO 的生成機理按澤爾多維奇 (Zeldovich)反應(yīng)所至配，有以下兩個反應(yīng)： N2+O2 NO+N（ K K1） N+ O2 NO+O（ K K2） 式中 K K K K2分別為正逆反應(yīng)的速度常數(shù)，其數(shù)值示于表 1。 這些反應(yīng)是連鎖反應(yīng)，分子狀態(tài)的氮和原子狀態(tài)的氧碰撞，或者氧份子和氮原子碰撞而生成 NO。反應(yīng)是（ 1）左邊的 O 一部分由反應(yīng)式（ 2）右邊生成的 O供給，但是大部分是依靠以下離解反應(yīng)生成的。 表 1 反應(yīng)速度常數(shù) 速 度常數(shù) 單位（ cm3/gmol ） K1 710 18exp(75500/RT) K1 10 18 K2 10 9Texp( 7080/RT) K2 10 9 Texp( 39100/RT) 注：表內(nèi)溫度 T以 K為單位， R=molK 反應(yīng)式（ 2）的 N，主?？糠磻?yīng)式（ 1）右邊生成的 N供給。式（ 1）和式（ 2）生成的 NO 是同數(shù)量級的。由表 1 可知，反應(yīng)式（ 1）的正反應(yīng)速度 K1，顯然在很大程度上取決于溫度。式（ 2） K2的與溫度關(guān)系很小，但是反 應(yīng)式（ 2）的N主要由反應(yīng)式（ 1）生成，所以 NO的生成量在很大程度上取決于溫度，并與溫度成指數(shù)關(guān)系。 另外，作為氮原子的生成機理，也提出了 HC燃燒生成碳?xì)浠衔镒杂苫鶗r產(chǎn)生 N 的可能性，例如： HC+N2一 →CHN+N ，但多數(shù)不予考慮。至于生成 NO 的其它機理還有藍(lán)沃埃（ Lavoie）等提出更復(fù)雜的經(jīng)過 OH 自由基反應(yīng)生成。但這些反應(yīng)不是主要反應(yīng)。 生成 NO的因素有以下三點： 溫度： 隨著高溫的形成， NO 平衡濃度也高，而且生成速度也加快了，特別有氧存在時溫度是重要的。 氧的濃度 ： 在氧氣不足的條件下，即使溫度高 ， NO也被抑制了。 滯留時間 ：因為 NO 的生成反應(yīng)比燃燒反應(yīng)緩慢，所以即使在高溫條件下，如果停留時間短的話， NO 的生成量也可被抑制。 這些結(jié)論對于汽油機和柴油機都是適用的，這些結(jié)論可以從實踐得到的圖 2 得到證明，當(dāng) AF 稍大于理論混合比時，燃燒室溫度最高，并且還有過剩的O2，所以生成 NO濃度最大，當(dāng) AF小于理論混合比時，由于缺氧， NO 的生成量隨著 AF 減小而下降。相反當(dāng) AF 大于理論混合比時，因燃燒室溫度降低，所以 NO生成量很快下降。 綜上所述，在內(nèi)燃機中為了降低 NO 的生成量，就必須降低燃燒室 火焰高峰溫度；在產(chǎn)生 NO 階段，使 O2處于低濃度；縮短燃燒氣體在高溫下停留的時間。 凡是影響這三個方面的因素，都改變 NO 的生成量。其中，燃燒室溫度可以衡量燃燒狀態(tài)的好壞，也是影響 NO生成量的支配因素。下面討論其影響因素。 、碳煙 的產(chǎn)生機理 汽 油機排煙可分為 白 煙、藍(lán)煙和黑煙三種。不同的煙色形成的原因不同，有的研究認(rèn)為起決定作用的是溫度；在 250℃ 以下形成的煙通常是白色的；從250℃ 到著火溫度形成藍(lán)煙；黑煙只在著火后才出現(xiàn)。 適合在低溫起動不久及怠速工況時發(fā)生。此時，氣缸中溫度 較低，著火不好，未經(jīng)燃燒的燃料和潤滑油呈液滴狀態(tài)，直徑在 左右，隨廢氣排出而形成白煙。當(dāng)氣缸磨損加大，竄氣、竄油時，使白煙增多。 （青煙） 通常在柴油機尚未完全預(yù)熱或低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時發(fā)生。此時，燃燒室溫度較低，約 600℃ 以下，燃燒著火性能不好，部分燃料和竄入燃燒室的潤滑油未能完全燃燒，其中大部分是已蒸發(fā)的油，再凝結(jié)而成微粒狀態(tài)，直徑比白煙小，在 以下，隨廢氣排出而成藍(lán)煙。這種煙的藍(lán)色是此種大小微粒由藍(lán)色光折射而成的。排出藍(lán)煙時，同時有燃燒不完全的中間產(chǎn)物（如甲醛等）排出，因而藍(lán)煙 常常帶有刺激性臭味。 通常在柴油機大負(fù)荷時發(fā)生，例如當(dāng)汽車加速，爬坡及超負(fù)荷時排氣就冒黑煙。在柴油機發(fā)展初期到高速強化地今天，柴油機黑煙的排出，仍然是一個限制功率的突出問題，而且黑煙帶有的臭味及煙霧給人以直接的不愉快的厭惡感。因此對黑煙的形成，各國早已作了大量的工作，但對其生成機理說法不一。一般認(rèn)為，黑煙也是不完全燃燒的產(chǎn)物，是燃料的氫先燃燒完了的中間產(chǎn)物。當(dāng)柴油機高負(fù)荷時，噴如燃燒室的燃料增多，由于柴油機混合氣形成不均勻，即使平均過量空氣系數(shù) α ＞ 1，仍不可避免產(chǎn)生局部地區(qū)空氣不足，此時燃 燒室溫度又較高，燃料在高溫缺氧情況下，由裂解過程釋出并經(jīng)聚合過程形成碳煙。 碳煙不是純碎的碳，而是一種聚合體，其主要成分隨柴油機負(fù)荷不同稍有改變，一般含 C85%95%， O24%8%及少量的 H2和灰粉。也有人認(rèn)為碳煙是石墨結(jié)晶，由直徑 左右微粒附聚成 的多孔性碳粒構(gòu)成。 SO2 的生成機理 二氧化硫（ SO2）。排氣中 SO2的含量與燃料中的含硫量有關(guān)。一般來說，柴油機比汽油機中的 SO2要多些。 SO2對汽車發(fā)動機使用催化凈化裝 置有破壞作用，即使少量的 SO2堆積在催化劑的表面，也會降低催化劑的使用壽命。同時 SO2是生成柴油機排氣微粒的原因之一。但總的來說，與其他發(fā)生源（如燃煤）相比，汽車排放的 SO2所占的比例很小。從大氣污染角度看，不是汽車排放的主要問題。 第 3 章 汽車尾氣排放污染的控制措施 控制汽車排放污染的管理措施 汽車排放控制管理體系和相應(yīng)法規(guī)的建立和健全，是正確有效地實施管理對策的根本保障。是對汽車尾氣污染控制的必要方式。 3． 1． 1 車輛排放控制管理體系 （ 1） 汽車環(huán)保認(rèn)證程序（ EPA）包括制造廠以書面 形式相政府主管機關(guān)提出申請，并附上報告、車輛有關(guān)的說明書、技術(shù)參數(shù)、實驗規(guī)格及有關(guān)數(shù)據(jù)和資料，并提交車輛或發(fā)動機運行 50000mile或 1500h的耐久性實驗排氣檢測結(jié)果。主管機關(guān)審查認(rèn)證申請資料后，選擇實驗樣車或樣機，進(jìn)行 EPA法規(guī)要求的試驗，試驗結(jié)果如符合 EPA法規(guī)要求，則認(rèn)為該車型或發(fā)動機通過認(rèn)證。并給予官方公布。 （ 2） 聯(lián)邦汽車安全型式認(rèn)證程序：汽車制造廠按照安全法規(guī)的規(guī)定進(jìn)行檢查和嚴(yán)正，并將檢驗報告、產(chǎn)品說明書及其有關(guān)材料上報政府主管機關(guān)。主管機關(guān)根據(jù)呈上來的材料依照法規(guī)進(jìn)行審查核實，與法規(guī)相符 則認(rèn)為通過安全人證，并在聯(lián)邦注冊公諸于市眾。為確保車輛符合機動車產(chǎn)品安全法規(guī)要求，主管機關(guān)隨時可以進(jìn)一步核實制造廠的鑒定實驗數(shù)據(jù)和其他證據(jù)資料，檢查以在使用中或正在制造中的任何階段的車輛和裝備，進(jìn)行選擇性堅定實驗，以及采取其他必要的檢查和調(diào)查手段等。如斷定不符，則要求制造廠限期休整，并對已售的車輛實施回調(diào)。 3． 1． 2 在用車檢查和維護(hù)（ I/M）制度 在用車的檢查和維護(hù)制度，簡稱 I/M制度，是削減在用車污染排放最重要的手段。 I/M制度通過對機動車進(jìn)行定期和不定期的排放檢測，促進(jìn)機動車的正常維護(hù)，防 止人為對排放控制系統(tǒng)的損壞，保持車輛處于良好的運行狀態(tài)，從而減少污染物的排放。 I/M 制度是對新車實行強制性排放標(biāo)準(zhǔn)的有效補充。 I/M制度有兩個目的：一是發(fā)現(xiàn)因調(diào)整不當(dāng)或機械故障導(dǎo)致的高排放車輛；第二是發(fā)現(xiàn)控制設(shè)備的非正常工作和人為破壞，確定機動車的故障根源，便于對車輛進(jìn)行維修，并督促車主加強維護(hù)，使得在整個汽車使用生命周期中排放控制系統(tǒng)始終有效。大量的調(diào)查分析表明，在用車排放的大部分污染物來自一小部分高排放車輛。據(jù)統(tǒng)計，在用車中 5%的高排放車的污染物排放占總排放量的 25%，20%的車輛的排放量占到 總排放量的 50%。對于沒有特殊排放控制的化油機車，這一影響主要表現(xiàn) HC和 CO上，調(diào)整好與壞的車輛，其排放差值可達(dá) 4倍。對安裝了催化轉(zhuǎn)化器等排放控制系統(tǒng)的更先進(jìn)的車型，部分高排放車輛的污染物排放甚至高出 5倍以上。 因此，通過 I/M 制度發(fā)現(xiàn)高排放車輛，對削減在用車污染排放非常有效。比如催化器或氧傳感器損壞，雖然不影響駕駛性能，但可使尾氣中 HC和 CO的排放增加 20 倍以上， NO 化合物增加 3— 5 倍；柴油機的噴射系統(tǒng)損壞，至少使得顆粒物排放增加 20 倍以上。通過發(fā)現(xiàn)維護(hù)不善的車輛并予以修理，平均可降低排放 30%50%。 但由于 I/M制度的配套政策和實施機構(gòu)達(dá)不到理想狀態(tài)，極少有實際的 I/M制度能實現(xiàn)完全的削減潛力。 一套成功的 I/M制度應(yīng)該包括繁榮技術(shù)要素有： （ 1） 合適的檢測程序，并設(shè)定必要的檢查內(nèi)容。 （ 2） 對不合適車輛的強制實施機制。 （ 3） 加強維修程序管理和機械技能培訓(xùn)。 （ 4） 檢測數(shù)據(jù)收集和定期的質(zhì)量考核。 （ 5） 對車種和車齡進(jìn)行優(yōu)化，注重老舊車的檢測 （ 5） 對檢測員和修理工進(jìn)行技能控制。 （ 6） 進(jìn)行周期性的評估以發(fā)現(xiàn)和解決問題。 擔(dān)保、監(jiān)督與回調(diào)制度 汽車制造商在規(guī)定的耐久行程 里程內(nèi)必須對汽車的排放質(zhì)量負(fù)責(zé)。如果車主一直按照廠家要求的詳細(xì)說明書進(jìn)行使用、維護(hù)、保養(yǎng)，若在規(guī)定期限內(nèi)發(fā)現(xiàn)某一與排放有關(guān)的零部件出現(xiàn)故障，從而影響到汽車的排放性能，則制造商必須根據(jù)擔(dān)保制度的規(guī)定，對機動車進(jìn)行免費維修。若故障出現(xiàn)的次數(shù)超過規(guī)定的比例，經(jīng)過嚴(yán)格的測試后被確認(rèn)為缺陷車，制造商必須將所生產(chǎn)和銷售的該車型全部車輛回收，并采取修理、更換或賠償?shù)姆绞絹砑m正車輛存在的缺陷，保證經(jīng)認(rèn)證的車輛安全行駛，污染排放合格。 因排放超標(biāo)被回調(diào)而產(chǎn)生的額外花費和消費者的不滿，會督促汽車制造商去開發(fā)更耐久、更有效的排放 控制系統(tǒng)，并建立比法定標(biāo)準(zhǔn)限值嚴(yán)格很多的內(nèi)部排放目標(biāo)。大多數(shù)汽車制造商將機動車設(shè)計成為有把握的排放量與標(biāo)準(zhǔn)間至少有 30%的裕度，以留給使用過程中一個合理的損壞允許度。例如，為保證在用車符合 NO化合物排放量的標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)生產(chǎn)廠家將建立一個 化合物排放的控制指標(biāo)，結(jié)果在用車的排放性能便大大改善了。 控制汽車排放污染的技術(shù)措施 內(nèi)燃機自身技術(shù)的改進(jìn) 在汽油機上通過推遲噴油提前角可以有效地抑制 NO 化合物的排放，且方法簡便易行。柴油機噴油時間延遲使一氧化碳化合物排 放量下降的原因與汽油機并不完全相同，主要原因有兩個。一是使燃燒過程避開上止點進(jìn)行，燃燒等容度下降。因而燃燒溫度下降。二是越接近上止點噴油，缸內(nèi)空氣溫度越高，燃油一旦噴入汽缸內(nèi)便很快蒸發(fā)混合并著火，即著火落后期可以縮短，燃燒初期的放熱速率降低，導(dǎo)致燃燒溫度降低。這兩種原因都起到了一直氮氧化合物生成的作用。對比圖中噴油提前角等于零下十五度和零下五度時的缸內(nèi)溫度、壓力及燃燒放熱率可以看出，隨著燃油提前角的的推遲，燃燒溫度、壓力和放熱率峰值均秒下降。 但過分推遲噴油提前角，如圖中又上止點繼續(xù)推遲時，氮氧化合 物排放反而上升。這主要是由于著火落后氣的過分延長，使燃燒初期的放熱速率反而大幅度上升的原因。 總之，推遲燃油提前角對降低氮氧化合物的效果是有限的，過分推遲，往往會犧牲燃油經(jīng)濟性和碳煙及微粒排放特性，即出現(xiàn)典型的 Tradeoff的關(guān)系。為此，推遲噴油提前角最好是與其他加速燃燒的促使并用，如高壓噴射或加強缸內(nèi)氣體運動，以防止其他性能的惡化。 汽車燃料的改進(jìn) 車用油品的質(zhì)量對車輛的排放性能有很大影響，尤其是對采用閉環(huán)三元催化凈化技術(shù)的先進(jìn)車型。各地應(yīng)從以下方面提高油品的質(zhì)量： 1) 針對影響機動車排放 性能的燃料特性如飽和蒸汽壓、硫含量、鉛含量等，應(yīng)確保符合標(biāo)準(zhǔn)的限值要求。 2) 對燃料中影響排放凈化系統(tǒng)正常工作的雜質(zhì) , 如硅、錳、鐵、釩等，必須確保低于限值要求，不得人為加入。 3) 對車用柴油中的硫含量，也應(yīng)按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制。 此外，尋找替代燃料也是減少汽車排放有還物質(zhì)的有效途徑。目前的常規(guī)燃料主要是汽油和柴油，但已經(jīng)有許多國家的研究機構(gòu)把目光轉(zhuǎn)向代用燃料 — 液化石油氣（ LPG）、壓縮天然氣（ CNG）和甲醛等。替代燃料有保存原油產(chǎn)品和保護(hù)能源的潛力，同時它又能有效地削減機動車的污染物排放。當(dāng)然，我們應(yīng) 當(dāng)認(rèn)識到，在許多情況下采用常規(guī)燃料輔以先進(jìn)的排放控制技術(shù)，往往會收到更經(jīng)濟的控制效果，未來會選取哪一類燃料將取決于經(jīng)濟因素。 在中短期內(nèi)，全球汽車制造商將繼續(xù)重視汽油機和柴油機仍然具備的巨大潛力，并與石油行業(yè)共同開發(fā)環(huán)保型 “ 特殊 ”’ 燃料，例如源于天然氣或生物質(zhì)的燃料。同時，戴姆勒 克萊斯勒積極致力于開發(fā)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，將其作為運用燃料電池汽車實現(xiàn)零污染排放交通運輸?shù)倪^渡性解決方案。進(jìn)一步優(yōu)化內(nèi)燃機在未來多年中，內(nèi)燃機將繼續(xù)占據(jù)汽車市場的主導(dǎo)地位，因此不斷改進(jìn)內(nèi)燃機技術(shù)是有效的短期解決方案。 廢氣 再循環(huán) (E