【正文】 烈致癌物質(zhì)。烴類成分還是引起光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)。 氮氧化物 (NOX) 氮氧化物是燃燒過程 中形成的多種氮氧化物，如 NO、 N N2O N2O5等，總稱 NOX。在內(nèi)燃機(jī)中主要是 NO，約占 95％；其次是 NO2，占 5％。 NO 是無色無味氣體，只有輕度刺激性，毒性不大。但高濃度時(shí)會(huì)造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)輕度障礙，NO 可以被氧化成 NO2。 NO2是一種棕紅色強(qiáng)烈刺激性的有毒氣體，其含量為 10－ 6時(shí)即可嗅到， 1 10－ 6～ 4 10－ 6就感到惡臭，它對(duì)人體健康毒害較大。 NO2吸入人體后，和血液中的血紅素蛋白 (Hb)結(jié)合，使血液輸氧能力下降，對(duì)心、肝、腎都會(huì)有影響，還會(huì)使植物枯黃。但 NO2較易擴(kuò)散，遇水易溶解 。 光化學(xué)煙霧 HC 和 NOx 在強(qiáng)烈的陽光下會(huì)生成臭氧 (O3)和過氧?；跛猁} (PAN)，即淺藍(lán)色的光化學(xué)煙霧，它是一種強(qiáng)烈刺激性有毒氣體的二次污染物。光化學(xué)煙霧中的O3是強(qiáng)氧化劑，能使植物變黑直至枯死，使橡膠開裂，它有特殊的臭味，其嗅覺閥值為 10－ 6 和 1 10－ 6，接觸 1 小時(shí)后會(huì)引發(fā)氣喘、慢 性中毒， 5 10－ 6濃度下 30 分鐘會(huì)使人致死。 微米微粒 (也稱顆粒 ) 對(duì)人體健康的危害程度和顆粒的大小及組成有關(guān)。微粒越小，懸浮在空氣中的時(shí)間越長，它們進(jìn)入人體肺部后停滯在肺部及支氣管中的 比例越大，危害也越大。小于 微米的顆粒能在空氣中做隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入肺部并附著在肺細(xì)胞的組織中，有些還會(huì)被血液吸收。 ~ 微米的微粒能深入肺部并黏附在肺葉表面的黏液中，隨后被絨毛所清除。大于 5 微米的微粒常在鼻部受阻，不能進(jìn)入呼吸道，大于 10 微米的微?？梢耘懦鲶w外。微粒除了對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)有害外，由于微粒存在孔隙能黏附 SO未燃 HC、 NO2等有毒物質(zhì)或苯并芘等致癌物質(zhì)，因而對(duì)人體的健康造成更大的危害。由于柴油機(jī)的微粒直徑大多小于 微米，而且數(shù)量比汽油機(jī)高出 30~60 倍，成分更復(fù)雜，因而柴油機(jī)的微 粒排放相對(duì)更大。 3 發(fā)動(dòng)機(jī)主要排放物的 生成機(jī)理 發(fā)動(dòng)機(jī)的主要燃料是汽油和柴油，在燃燒過程中由于燃燒條件及各種影響因素不同，其燃燒完善程度不同，因此排放廢氣中含有多種生成物。包括燃料燃燒后的生成物（ CO H2O）和 NOX，不完全燃燒生成物（ CO 及 HC），未燃及燃燒反應(yīng)分解生成物（ HC 和碳粒），燃料添加劑燃燒生成物，以及在高溫高壓下空氣中氧和氮的生成物 NOX等，其中 CO、 HC、 NOX及微粒就構(gòu)成了 污染物質(zhì) CO 的形成 CO 是烴燃料燃燒的中間產(chǎn)物，主要是由于燃燒時(shí)氧氣相對(duì)不足，燃由中的碳不能與足夠的氧結(jié)合而產(chǎn)生的。汽油機(jī)當(dāng)過量空氣系數(shù) Φ at1 ( a )時(shí)，燃燒時(shí)氧化不足，燃料中的碳不完全燃燒產(chǎn)生 CO。其生成量主要取決于混合氣的成分，它是汽油機(jī)排氣中有害成分濃度最大的物質(zhì)。在柴油機(jī)上，應(yīng)都是在 Φat1 的稀混合氣情況下工作，僅是在全負(fù)荷及低負(fù)荷時(shí)，由于混合氣形成不均勻，造成局部氧化不足或因燃?xì)鉁囟鹊褪寡趸磻?yīng)慢，在燃燒時(shí)能產(chǎn)生一些 CO，但總體上因是稀混合氣，過剩的氧可使 CO 在排氣 過程中氧化為 CO2，所以柴油機(jī)排氣中含 CO 很少。 HC 的形成 排氣中的 HC 主要有三個(gè)來源： （ 1） 燃料未燃燒、不完全燃燒、或部分被分解、氧化而生成的 HC,約占 55%～65%； （ 2） 曲軸箱通風(fēng)口蒸發(fā)出的 HC,占 20%～ 25%； （ 3） 燃油箱及化油器泄露出的燃油蒸氣，占 15%～ 20%。 在上述第一個(gè)來源中，由于缸壁激冷作用，在缸壁及燃燒室壁附面層的混合氣，受低溫缸壁冷卻，火焰?zhèn)鞑ゲ坏剑貌坏饺紵?，同時(shí)，火焰也不能在激冷縫隙內(nèi)傳播，一般在小于 1mm 的縫隙內(nèi)混合氣不可能完全燃燒。如活塞頂部與第一道氣環(huán)之間 的空隙，火花塞周圍的空隙，以及活 塞與缸蓋的擠氣間隙等，結(jié)果導(dǎo)致這部分混合氣未燃燒完就隨廢氣排出。 此外，由于使用中混合氣過濃、過稀、霧化不良，或混入廢氣過多，也會(huì)引起火焰?zhèn)鞑ゲ煌耆踔翑嗷?，造成燃燒不良或不能燃燒，都?huì)使 HC 的排放增加。 在二行程汽油機(jī)中，由于掃氣作用，使部分混合氣未經(jīng)燃燒就通過氣缸直接進(jìn)入排氣管，這種汽油機(jī)的 HC 排放量可能比四行程汽油機(jī)大幾倍。發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中，燃料不完全燃燒與著火前的混合氣條件、燃燒室內(nèi)的燃燒條件、膨脹行程的溫度條件及排氣系統(tǒng)的反應(yīng)條件均有密切關(guān)系，所以一切防礙燃料燃燒的 條件都是 HC 行程的原因。 NOX的形成 NOX是指 NO、 NO N2O、 N2O N2O N2O5?? 等氮氧化物的總稱。在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中主要是指 NO 和 NO2,其中 NO 占 99%。 NOX是在燃燒室高溫高壓下，空氣中氧和氮生成 NO 和少量 NO2， NO 在排入大氣后又氧化成 NO2。 其鏈反應(yīng)機(jī)理為： 在高溫條件下，首先是氧分子分解成氧原子，而后分子狀態(tài)的氮與原子狀態(tài)的氧或氧分子與氮原子碰撞生成 NO。 NOX的生成量，隨著燃燒的最高溫度升高，高溫持續(xù)時(shí)間增長，混合氣變濃，壓縮比增大等會(huì)增加，反之，可降低 NOX的生成量。 柴油機(jī)的壓縮比高，因而 NOX是柴油機(jī)排放中主要的有害成分。 柴油機(jī)在燃燒過程中，由于氧氣不足，燃燒不完全，會(huì)排出大量碳煙微粒，并且比汽油機(jī)要高 30～ 80 倍，造成柴油機(jī)排放污染嚴(yán)重。 微粒形成的發(fā)主要原因是燃油不能完全燃燒所制，柴油機(jī)在冷起動(dòng)和怠速公況時(shí)，因燃燒事溫度很低，發(fā)火不良，在高負(fù)荷時(shí)，因燃料增多空氣不足，都使燃油不能完全燃燒，則燃油以液態(tài)微粒隨排氣排出。 柴油機(jī)的排煙情況可分為白煙，藍(lán)煙和黑煙三種，煙色不同，形成的原因也不同。 白煙：通常在寒冷天氣，冷起動(dòng)和怠速時(shí) 發(fā)生，此時(shí)，氣缸中溫度低，著火不好，燃料未完全燃燒而排出白煙，當(dāng)柴油機(jī)暖車至正常狀態(tài)時(shí)就不在排出白煙。 藍(lán)煙：柴油機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃燒室溫度低，燃料著火性不好，并有潤滑油竄入燃燒室，燃料與潤滑油未完全燃燒，則排出藍(lán)煙并有臭味。 黑煙：柴油機(jī)在高負(fù)荷時(shí)，因高溫缺氧燃料裂解和脫氧而產(chǎn)生一些碳元素含量高的物質(zhì)，這些物質(zhì)聚合成黑煙。汽油機(jī)的微粒排放很少，但微粒中含有鉛化合物，對(duì)人體毒性很大。 4 發(fā)動(dòng)機(jī) 排放物生成的影響因素 影響有害排放物生成的因素很多也很復(fù)雜，但這些有害排放物畢竟是燃燒化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，因而這些影 響因素歸結(jié)起來，同影響化學(xué)反應(yīng)的因素一樣，主要是過量空氣系數(shù)（空燃比）和溫度，各種參數(shù)和降低排放的技術(shù)大都是通過這兩種基本因素來影響燃燒和有害物生成的，其中包括過量空氣系數(shù)的影響，點(diǎn)火提前角的影響，運(yùn)轉(zhuǎn)工況的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)類型的影響等。 空燃比 圖 發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣各成份與空燃比的關(guān)系 當(dāng)?shù)陀诶碚摽杖急? 時(shí) ,排出的 CO 濃度便急劇上升 。反之，空燃比從 16附近起，則趨于穩(wěn)定，并且數(shù)值很低。這說明混合氣越濃時(shí)，由于燃燒所需的氧氣不足，所以引起不完全燃燒，而引起 CO 的急劇增長。同時(shí)還說 明，要減少 CO的排放就必須采用稀混合氣。實(shí)驗(yàn)證明，發(fā)動(dòng)機(jī) CO 的排放量基本決定于空燃比，其他的影響因素都小。 HC 與 CO 不同，空燃比在 17 以內(nèi)時(shí)，隨著空燃比的增加， HC 便下降。但繼續(xù)增大時(shí)，由于混合氣過于稀薄，易發(fā)生火焰不完全傳播，甚至斷火，使 HC 排放濃度迅速增加。 空燃比對(duì) NO 的影響，當(dāng)混合氣很濃時(shí)，由于燃燒高峰溫度和可利用的氧的濃度都很低，使 NO 的生成量也較低。用空燃比 ~16 的稍稀混合氣時(shí) ,排出的濃度最高。對(duì)于空燃比稀于 16 的混合氣，雖然氧的濃度增加可以促進(jìn) NO 的生成，但這種增加卻被由于稀 混合氣中燃燒溫度和形成速度的降低所抵消，因此對(duì)于很濃或很稀的混合氣， NO 的排放濃度均不高。 推遲點(diǎn)火時(shí)刻， HC 的排放將減少，這是因?yàn)辄c(diǎn)火時(shí)刻推遲后，在燃燒室內(nèi)的燃燒時(shí)間將縮短，由于后燃，將使排氣溫度上升，促進(jìn)了 HC 和 CO 的后氧化。另外由于燃燒時(shí)降低了氣缸的面容比，使燃燒室內(nèi)的淬冷面積減少，使排出的HC 減少。但需說明的是采用推遲點(diǎn)火的結(jié)果雖然使排氣污染物有所下降，但這種下降是靠犧牲燃料經(jīng)濟(jì)性換來的。 點(diǎn)火時(shí)刻對(duì) CO 排放濃度影響不大，但過分推遲點(diǎn)火，亦會(huì)使 CO 在燃燒室內(nèi)沒有時(shí)間完 全氧化，而引起排放量的增加。 點(diǎn)火時(shí)刻對(duì) NO 濃度的影響，無論在任何轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，加大點(diǎn)火提前角，均使 NO 的排放濃度增加。這是因?yàn)辄c(diǎn)火時(shí)刻提前時(shí)，燃燒溫度升高所造成。 發(fā)動(dòng)機(jī)主要是在不穩(wěn)定工況下工作的，不同工況由于混合氣濃度不同，有害物的排放量相差很大。怠速與減速工況，是 HC 生成的主要工況。在怠速工況下，燃燒環(huán)境溫度比較低，缸內(nèi)殘余廢氣量較大，混合氣比較濃，致使燃燒惡化，HC 排放量增加，在減速工況，很高的進(jìn)氣管真空度使進(jìn)氣管內(nèi)沉積的燃料油膜大量蒸發(fā)，這是 HC 大量增加的原因。 表 不同工況下 CO、 HC、 NOx 排放濃度 單位 : Km/h 怠速 定速 加速（ 0→ 40） 減速（ 40← 0） CO(%) ～ ～ ～ ～ HC/106 300～ 2020 200～ 40