【正文】 一方面，緊跟國際步伐，制訂出一套符合我國發(fā)展的一些相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)。我們所熟知的就是國Ⅰ、國Ⅱ、國Ⅲ等等，這些標(biāo)準(zhǔn)的制訂參照了歐洲的排放標(biāo)準(zhǔn)但又不是完全的照搬而來，對其進(jìn)行了一定的 修改，使之適用我國的現(xiàn)狀。 本文還講述了汽車排放污染物中的幾種主要的污染物的形成機(jī)理以及如何控制這些污染物的形成的方法。比如近來比較主流的就是在汽車的排氣管上加裝三效催化轉(zhuǎn)化裝置，三效催化轉(zhuǎn)化裝置可以將汽車尾氣中的一些有害的氣體轉(zhuǎn)化成對環(huán)境危害相對較小的氣體然后排放到大氣中。還有一些其他的方法也可以有效地減少有害氣體的排放，對于保護(hù)環(huán)境有很大的幫助。 這些法規(guī)（標(biāo)準(zhǔn)）的制訂以及各種控制方法的不斷完善對于環(huán)境的保護(hù)夜了很大的作用，這正是人們?yōu)榱宋覀冑囈陨娴募覉@的美好環(huán)境作出的共同努力，我們有理由相信在今后會(huì) 有越來越多的新技術(shù)會(huì)應(yīng)用到這方面，為保護(hù)環(huán)境作出更巨大的貢獻(xiàn)。 汽車污染物與發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制 共 26 頁 第 2 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 2 常見的汽車污染物的類別及形成機(jī)理 一氧化碳 形成及影響因素： 一氧化碳是烴燃料燃燒的中間產(chǎn)物，主要是在局部缺氧或低溫條件下，由于烴不能完全燃燒而產(chǎn)生，混在內(nèi)燃機(jī)廢氣中排出。當(dāng)汽車負(fù)重過大、慢速行駛時(shí)或空擋運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃料不能充分燃燒，廢氣中一氧化碳含量會(huì)明顯增加。一氧化碳是一種化學(xué)反應(yīng)能力低的無色無味的窒息性有毒氣體，對空氣的相對密度為 ，它的溶解度很小。根據(jù)其化學(xué)反應(yīng)的方式可以用下面的化學(xué)式來表示。 RH R RO2 RCHO RCO CO2 式中， R代表烴基，所生成的 CO 接著通過這樣的速率較低的反應(yīng)氧化生成 CO2 CO+OH CO2+H 理論上，當(dāng)混合氣空燃比大于理論空燃比時(shí)，在氧氣過剩的稀混合氣情況下，排氣中不存在CO 而代之產(chǎn)生 CO2 。實(shí)際上，由于各缸混合比不一定均勻一致，燃燒室各處的混合也不均勻，出現(xiàn)局部的缺氧區(qū)域，在排氣中仍然有少量的 CO 產(chǎn)生。即便燃料和空氣混合很均勻，由于燃燒后的溫度，已經(jīng)生成的 CO2 也會(huì)有一小部分被分解成 CO 和 O2，另外排氣中的 H2 和 未燃烴 HC 也可能將排氣中的一部分 CO2還原成 CO。 圖 CO 排放量 x CO與 α 及過量空氣系數(shù) Φ a的關(guān)系 由上圖可以看出： Φ a 1 時(shí) ，因缺氧引起不完全燃燒， CO 的排放量隨 Φ a的減小而增加。 Φ a 1 時(shí) ， CO的排放量都很小。 汽車污染物與發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制 共 26 頁 第 3 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ Φ a =～ ， CO的排放量變化較復(fù)雜。 知道了 CO 排放量 x CO 與 α 及過量空氣系數(shù) Φ a 的關(guān)系，那么就可以知道一氧化碳形成的影響因素了。 圖 CO 的生成的因素。 圖 影響一氧化碳生成的因素 碳?xì)浠衔? 碳?xì)浠锏膩碓醇靶纬蓹C(jī)理 來源： 汽車尾氣的碳?xì)浠衔飦碜匀N排放源。對一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來說，約 60%的碳?xì)浠衔飦碜詢?nèi)燃機(jī)廢氣排放 20%～ 25%來自曲軸箱的泄漏，其余的 15%～ 20%來自燃料系統(tǒng)的蒸發(fā)。 碳?xì)浠衔镄纬蓹C(jī)理： HC是既有未燃燃料，也有未完全燃燒的中間產(chǎn)物和部分被分解的產(chǎn)物的混合物。不論在任何工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中總含有一定量的 HC。并且，汽油機(jī)的 HC 排放量遠(yuǎn)大于柴油機(jī)。碳?xì)浠衔锏男纬梢话阌幸韵?幾種情況： (1)、火焰在壁面淬冷：火焰淬冷的形成方式有兩種，即單壁淬冷和雙壁淬冷。前者是火焰接近氣缸壁時(shí)，由于缸壁附近混合氣溫度較低，使氣缸壁面上薄薄的邊界層內(nèi)的溫度降低到混合氣自燃溫度以下，導(dǎo)致火焰熄滅，邊界層內(nèi)的混合氣未燃燒或未燃燒完全就直接進(jìn)入排氣而形成未燃 HC，此邊界層稱為淬熄層，發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其厚度在 ～ ，在小負(fù)荷時(shí)或溫度較低時(shí)淬熄層較厚；后者是在活塞頂部和氣缸壁所組成的很小的環(huán)形間隙中，火焰?zhèn)鞑贿M(jìn)去，使其中的混合氣不能燃燒，在膨脹過程中逸出形成 HC排放。 在正常運(yùn)轉(zhuǎn) 工況下，淬熄層中的未燃 HC在火焰前鋒面掠過后，大部分會(huì)向燃燒室中心擴(kuò)散并完成氧化反應(yīng)，使未燃 HC 的濃度大大降低。但是在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)、暖機(jī)和怠速等工況下，因燃燒室壁面溫度較低，形成的淬熄層較厚，同時(shí)已燃?xì)怏w溫度較低及混合氣較濃，使后期氧化作用較弱，因此壁面火焰淬熄是此類工況下未燃 HC的重要來源。 (2)、狹隙效應(yīng)：在車用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)有如 圖 ，如活塞組與氣缸壁之間的間隙、火花塞中心電極與絕緣子根部周圍狹窄空間和火花塞螺紋之間的間隙、進(jìn)排氣門與氣門座面形成的密封帶狹縫、氣缸蓋墊片處的間 隙等，當(dāng)間隙小到一定程度，火焰不能進(jìn) 汽車污染物與發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制 共 26 頁 第 4 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 入便會(huì)產(chǎn)生未燃 HC。 在壓縮過程中，缸內(nèi)壓力上升，未燃混合氣擠入各間隙中，這些間隙的容積很小但具有很大的面容比，進(jìn)入其中的未燃混合氣因傳熱而使溫度下降。在燃燒過程中壓力繼續(xù)上升，又有一部分未燃混合氣進(jìn)入各間隙。當(dāng)火焰到達(dá)間隙處時(shí)，火焰有可能傳入使間隙內(nèi)的混合氣得到全部或部分燃燒（在入口較大時(shí)），但也有可能火焰因淬冷而熄滅，使間隙中混合氣不能燃燒。隨著膨脹過程開始，氣缸內(nèi)壓力不斷下降。大約從壓縮上止點(diǎn)后 15186。C開始，間隙內(nèi)氣體返回氣缸內(nèi)，這時(shí)氣缸內(nèi)溫度已下降，氧的濃度也很低 ，流回氣缸的可燃?xì)庠傺趸谋壤淮?，一半以上的未?HC直接排出氣缸。狹隙效應(yīng)產(chǎn)生的 HC排放可占其總量的 50%～ 70%。 圖 汽油機(jī)燃燒室內(nèi)未燃 HC的可能來源 1潤滑油膜的吸附及解吸； 2火花塞附近的狹隙和死區(qū)； 3冷激層； 4氣門座死區(qū)； 5火焰熄滅（如混和氣太稀、湍流太強(qiáng)）； 6沉積物的吸附及解吸； 7活塞環(huán)和環(huán)岸死區(qū)； 8氣缸蓋襯墊缸蓋 孔死區(qū) (3)、潤滑油膜對燃油蒸汽的吸附與解吸：在進(jìn)氣過程中，氣缸壁面和活塞頂面上的潤滑油膜溶解和吸收了進(jìn)入氣缸的可燃混合氣中的碳?xì)浠衔镎羝?，直至達(dá)到其環(huán) 境壓力下的飽和狀態(tài)，這種溶解和吸收過程在壓縮和燃燒過程中的較高壓力下繼續(xù)進(jìn)行。在燃燒過程中，當(dāng)燃燒室燃?xì)庵械?HC 濃度由于燃燒而下降至很低時(shí)，油膜中的 HC開始向已燃?xì)饨馕?，此過程將持續(xù)到膨脹和排氣過程。一部分解吸的燃油蒸汽與高溫的燃燒產(chǎn)物混合并被氧化；其余部分與較低溫度的燃?xì)饣旌?，因不能氧化而成?HC排放源。這種類型的 HC排放與燃油在潤滑油中的溶解度成正比。使用不同的燃料和潤滑油，對 HC 排放的影響不同，使用氣體燃料則不會(huì)生成這種類型的 HC。潤滑油溫度升高，使燃油在其中的溶解度下降，于是降低了潤滑油在 HC排放中 所占的比例。由潤滑油膜吸附和解吸機(jī)理產(chǎn)生的未燃 HC 排放占其總量的 25%左右。 (4)、燃燒室內(nèi)沉積物的影響：發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，會(huì)在燃燒室壁面、活塞頂、進(jìn)排氣門上形成沉積物，從而使 HC 排放增加。對使用含鉛汽油的發(fā)動(dòng)機(jī)， HC排放可增加 7%～ 20%。沉積物的作用機(jī)理可用其對可燃混合氣的吸附及解吸作用來解釋，當(dāng)然，由于沉積物的多孔性和固 汽車污染物與發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制 共 26 頁 第 5 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 液多相性，其生成機(jī)理更為復(fù)雜。當(dāng)沉積物沉積于間隙中，由于間隙容積的減少，可能使由于狹隙效應(yīng)而生成的 HC排放量下降，但同時(shí)又由于間隙尺寸減小而可能使 HC 排放量增加。這種機(jī)理所生成的 HC 占總排放量的 10%左右。 (5)、 燃料不完全燃燒?；旌蠚膺^濃過稀 , 殘余氣體稀釋 , 使火焰?zhèn)鞑ゲ煌耆?, 甚至斷火。例如在怠速、小負(fù)荷、過度工況的時(shí)候 , 此外 ， 點(diǎn)火系不好 , 充氣溫度低和充量均勻性差 , 殘余氣體多。 (6)、碳?xì)浠衔锏暮笃谘趸涸诎l(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中未燃燒的碳?xì)浠衔?，在以后的膨脹和排氣過程中不斷從間隙容積、潤滑油膜、沉積物和淬熄層中釋放出來，重新擴(kuò)散到高溫的燃燒產(chǎn)物中被全部或部分氧化，稱為碳?xì)浠衔锏暮笃谘趸?，包括? a、 氣缸內(nèi)未燃碳?xì)浠衔锏暮笃谘趸涸谂艢忾T開啟前，氣缸內(nèi)的燃燒溫度一般 超過 950186。C。若此時(shí)氣缸內(nèi)有氧可供后期氧化（例如當(dāng)過量空氣系數(shù) a? 1時(shí)），碳?xì)浠衔锏难趸瘜⒑苋菀走M(jìn)行。 b、 排氣管內(nèi)未燃碳?xì)涞难趸号艢忾T開啟后，缸內(nèi)未被氧化的碳?xì)浠衔飳㈦S排氣一同排放到排氣管內(nèi)，并在排氣管內(nèi)繼續(xù)氧化。其氧化條件為： ① 管內(nèi)有足夠的氧氣； ② 排氣溫度高于600176。C ； ③ 停留時(shí)間大于 50ms。 影響碳?xì)浠锷傻囊蛩? （ 1） 、混合氣質(zhì)量的影響： a、混合氣的濃度過濃：當(dāng)空燃比小于理論空燃比（ ）時(shí)，因空氣量不足使燃料不能完全燃燒，隨著空燃比的下降， HC的濃度增加。 b、混合氣 過?。寒?dāng)空燃比大于理論空燃比時(shí)，隨空燃比增大，火焰?zhèn)鞑ブ袛喱F(xiàn)象越嚴(yán)重，因此 HC 的濃度增大。 c、當(dāng)混合氣的濃度正好達(dá)到理論空燃比的時(shí)候，燃燒充分 HC 的排放濃度最有利。（見 圖） 汽車污染物與發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制 共 26 頁 第 6 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 CO、 HC、 NOx的排放濃度與空燃比的關(guān)系 （ 2） 、運(yùn)行條件的影響： a、負(fù)荷的影響：發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)空燃比和轉(zhuǎn)速保持不變，并按最大功率調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)刻時(shí)，改變發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，對 HC的相對排放濃度幾乎沒有影響。但當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)， HC 排放量絕對值將隨廢氣流量變大而幾乎呈線性增加。 b、轉(zhuǎn)速的影響：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對 HC 排放 濃度的影響則非常明顯。轉(zhuǎn)速較高時(shí)， HC 排放濃度明顯下降，這是由于氣缸內(nèi)混合氣的擾流混合、渦流擴(kuò)散及排氣擾流、混合程度的增大改善了氣缸內(nèi)的燃燒過程、促進(jìn)了激冷層的后氧化，后者則促進(jìn)了排氣管內(nèi)的氧化反應(yīng)。 c、點(diǎn)火時(shí)刻的影響：點(diǎn)火時(shí)刻對 HC排放濃度的影響體現(xiàn)在點(diǎn)火提前角上。點(diǎn)火延遲（點(diǎn)火提前角減?。┛墒?HC 排放下降，這是由于點(diǎn)火延遲使混合氣燃燒時(shí)的激冷壁面面積減小，同時(shí)使排氣溫度增高，促進(jìn)了 HC 在排氣管內(nèi)的氧化。但采用推遲點(diǎn)火，靠犧牲燃油經(jīng)濟(jì)性來降低HC排放是得不償失的。因此，點(diǎn)火延遲要適當(dāng)。 d、壁溫的影響： 燃燒室的壁溫直接影響了激冷層厚度和 HC 的排氣后反應(yīng)。據(jù)研究，壁面溫度每升高 1℃ ， HC排放濃度相應(yīng)降低 10 6～ 10 6。因此提高冷卻介質(zhì)溫度有利于減弱壁面激冷效應(yīng)，降低 HC排放。 e、燃燒室面容比的影響：燃燒室面容比大，單位容積的激冷面積也隨之增大，未燃烴總量必然也增大。降低燃燒室面容比是降低汽油機(jī) HC排放的一項(xiàng)重要措施。 氮氧化物 NOX的生成機(jī)理 O2 → 2O O ＋ N2 → NO ＋ O N ＋ O2 → NO ＋ O N ＋ OH → NO ＋ H 汽車污染物與發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制 共 26 頁 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊