汽車尾氣排放的控制的研究

1、摘要汽車是能源消耗和污染物排放的主要來源。隨著我國汽車保有量的急劇增加， 尾氣排放問題日益嚴(yán)重。當(dāng)前我國汽車尾氣排放水平僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家 20 世紀(jì)70 年代中后期水平，汽車產(chǎn)生的大量尾氣排放污染物集中在城市道路中排放。同 時由于我國城市道路交通路網(wǎng)及配套設(shè)施的相對落后，不但使交通擁堵問題日趨 突出，而且使由于汽車排放而導(dǎo)致的環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。因此對城市汽車排放 污染綜合控制的研究已成為當(dāng)前一項非常緊迫的工作。論文介紹我國汽車尾氣排放問題的現(xiàn)狀，對比分析了國內(nèi)與國外汽車尾氣排 放標(biāo)準(zhǔn)，介紹了汽車尾氣排放物 CO、HC、NOx 、微粒(PM )及炭煙的生成機理， 論述了汽車尾氣污染物危害；以汽

2、(柴)油機及城市運行的汽車為研究對象，用理論分析的方法對汽車排放污染物的影響因素進(jìn)行研究，主要影響因素內(nèi)容包括汽油品質(zhì)，發(fā)動機負(fù)荷、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、外環(huán)境對尾氣排放物。最后提出汽車尾氣治 理的對策，包括機內(nèi)控制技術(shù)、機外控制技術(shù)、外環(huán)境控制技術(shù)。論文的研究對 我國城市交通汽車排污綜合控制研究進(jìn)行了有益探索，希望能對促進(jìn)我國城市大 氣環(huán)境污染的改善，確保城市交通的協(xié)調(diào)發(fā)展具有一定的理論和現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：城市交通；汽車排放；控制技術(shù)A bstr a ctCars are a major source of energ y consumption and pollutant emissions. W

3、ith the dramatic increase in car ow nership in Chinas increasingl y serious problem, ex haust emissions. The current level of emissions of automobile tail gas in China is onl y equivalent to the level of developed countri es in the late nineteen seventies, larg e ex haust pollutant emissions from mo

4、tor vehicles emissions in the city road. A t the same time, because of our country city road traffi c netw ork and infrastructure is relativel y backw ard, not onl y makes the traffic congestion problem has become more prominent, and the environmental pollution caused by automobile ex haust has beco

5、me more and more serious. Therefore, study on the i ntegrated control of vehi cle emission pollution in city has become an ex tremely urgent w ork.The paper introduces the status quo of Chinas automobile ex haust emissions problem, comparison and anal y sis of the domestic and forei gn automobile ex

6、 haust emission standards, introduced the automobile ex haust emissions of CO, HC, NOx , particle (PM ) and the mechanism of formation of carbon smoke, this paper discusses the harm of automobile ex haust pollutants; steam (Chai) cars run oil machine and the city as the research object, to study the

7、 factors of automobile emission by the method of theoretical anal y sis, the main factors include the quality of gasoline, the engine load, engine speed, ex ternal environment on the ex haust emissions. Finall y put forw ard the countermeasure of vehicl e ex haust governance, including machine contr

8、ol technolog y, the machine control technolog y, environmental control technolog y. This paper has carri ed on the beneficial ex ploration to the city traffic of our country automobile emission research of integrated control, hoping to promote Chinas air pollution in city improvement, ensure that ha

9、s a certain theoretical and practical significance of harmonious development of city trafficKey w or d s: city traffic; vehicle emission; control technolog y目錄第 1 章 緒 論 . 11.1 我國汽車尾氣排放的現(xiàn)狀 . 11.1.1 機動車保有量狀況 . 11.1.2 機動車污染物排放的特征 . 21.1.3 研究主要意義 . 21.2 國內(nèi)外汽車排放標(biāo)準(zhǔn)對比分析 . 31.2.1 國外汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn) . 31.2.2 我國汽車尾氣排

10、放標(biāo)準(zhǔn) . 51.3 研究的主要內(nèi)容 . 6 第 2 章汽車尾氣排放物的生成機理及危害 . 82.1 汽車尾氣排放物的生成機理 . 82.1.1 CO 的生成機理 . 92.1.2 HC 的生成機理 . 102.1.3 NOx 的生成機理 . 102.1.4 微粒(PM )及炭煙的生成機理 . 112.2 污染物的危害 . 112.2.1 一氧化碳(CO) . 122.2.2 碳?xì)浠衔?HC) . 122.2.3 氮氧化合物（NOx ） . 122.2.4 固體懸浮顆粒 . 12 第 3 章汽車尾氣排放的影響因素分析 . 143.1 汽油對排放的影響 . 143.1.1 辛烷值的影響 . 1

11、43.1.2 硫含量的影響 . 143.1.3 添加劑的影響 . 143.2 發(fā)動機負(fù)荷對尾氣的影響 . 153.2.1 發(fā)動機負(fù)荷對一氧化碳 CO 的影響 . 153.2.2 發(fā)動機負(fù)荷對碳?xì)浠衔?HC 的影響 . 153.2.3 發(fā)動機負(fù)荷對 NOx 的影響. 153.3 發(fā)動機轉(zhuǎn)速對尾氣的影響 . 153.3.1 發(fā)動機轉(zhuǎn)速對 CO 的影響 . 153.3.2 發(fā)動機轉(zhuǎn)速對 HC 的影響 . 163.3.3 發(fā)動機轉(zhuǎn)速對 NOx 的影響 . 163.4 外環(huán)境因素的影響 . 163.4.1 城市道路條件的影響 . 163.4.2 交通設(shè)施兩側(cè)工程布局的影響 . 173.4.3 不同交通

12、時段的影響 . 17 第 4 章 汽 車 尾 氣 排 放 控 制 技 術(shù) . 204.1 機內(nèi)控制技術(shù) . 204.1.1 推遲點火(噴油)時間 . 204.1.2 廢氣再循環(huán) . 214.1.3 燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計 . 244.1.4 提高點火能量和電控汽油噴射技術(shù) . 244.1.5 增壓及增壓中冷 . 254.1.6 改善噴油特性 . 254.2 機外控制技術(shù) . 264.2.1 催化凈化技術(shù) . 274.2.2 機外等離子體法凈化汽車尾氣 . 314.2.3 顆粒捕集器及再生系統(tǒng) . 314.2.4 非尾氣污染物控制技術(shù) . 324.3 外環(huán)境控制技術(shù) . 324.3.1 城市交通規(guī)劃

13、管理 . 324.3.2 城市交通控制管理 . 334.3.3 城市交通環(huán)境工程 . 344.3.4 汽車燃油的改用 . 34 第 5 章總結(jié) . 37 參考文獻(xiàn) . 38 致 謝 . 39 附 錄 . 40第1章 緒 論1. 1 我國汽車尾氣排放的現(xiàn)狀在我國，汽車排放污染大的原因除人口密度大，汽車數(shù)量劇增外，最重要的 是長時期的高度保護政策導(dǎo)致的我國汽車生產(chǎn)技術(shù)和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)落后、汽車性能差、 使用年限過長、車用燃油品質(zhì)差等問題，資料顯示，我國的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)比 大多數(shù)發(fā)達(dá)國家落后近 10 年，并且執(zhí)行情況參差不齊。即使是達(dá)到我國排放標(biāo)準(zhǔn) 的汽車，其排放的一氧化碳數(shù)量也是歐洲車輛的兩倍左右，碳

14、氫化合物和氮氧化 物排放數(shù)量是歐洲車輛的 3 倍以上。與美國標(biāo)準(zhǔn)相比，我國一氧化碳排放量上限 高出 56%，氮氧化物高出 32%，碳?xì)浠衔飫t高出 3 倍以上。而大氣污染的成本 及其造成的損失是極其高昂的。據(jù)世界銀行估計，因空氣污染導(dǎo)致的醫(yī)療成本增 加以及工人生病喪失生產(chǎn)力使中國 GDP 被抵消掉 5%。曾經(jīng)我國某城市對該市的 機動車輛尾氣污染程度作了如下簡單調(diào)查：該市目前擁有機動車輛 13 萬輛，并以 年增率 15%的速度增加。機動車年排放一氧化碳 4.4 萬噸，相當(dāng)于該市工業(yè)企業(yè) 一氧化碳排放量的 46 倍。市區(qū)主要交通道路中心點一氧化碳超標(biāo) 2 倍以上的達(dá)65%，在車流量高峰的時候，有的

15、監(jiān)測點一氧化碳濃度高達(dá)每立方米 70mg，超標(biāo)6 倍 。 在 車 流 量 相 對 比 較 集 中 的 火 車 站 ， 氮 氧 化 合 物 測 點 平 均 值 為 每 立 方 米0.059mg，超標(biāo) 0.18 倍。因此,汽車尾氣污染日趨嚴(yán)重,現(xiàn)代城市大氣污染主要來源 于汽車的尾氣。有資料表明，我國各大中型城市汽車尾氣排放物造成空氣污染占 到 50%左右，而且對在用車檢測結(jié)果來看，尾氣排放不合格的車輛占被檢測車的5060%。1. 1. 1 機動車保有量狀況我國近年來機動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，2002 年汽車產(chǎn)量 325 萬輛（1995 年為 145 萬輛，摩托車 1200 萬輛，農(nóng)用車產(chǎn)量 290 萬輛

16、）2003 年汽車產(chǎn)量達(dá)到 400 萬輛。 因此，我國機動車保有量增長較快，平均年增長率接近 15%這在城市表現(xiàn)的更為 明顯。90 年代以來，北京市機動車保有量平均年增長速度達(dá)到 17. 4%廣州市情況 與之相近。同其他國家相比，我國機動車保有量狀況有以下幾個特點：（1）輕型車特別是轎車增長速度最快近年來年平均增長速度已經(jīng)超過 30%， 但同發(fā)達(dá)國家相比，我國轎車比例仍然相對較低，僅占總保有量的 16%20%，轎 車發(fā)展還有很大潛力;2（2）柴油車比例較低且大部分為重型車重型柴油車約占重型車總量的 50%，而輕型柴油車的比例很低平均在 15%以下;（3）部分城市摩托車保有量增長較快，已成為機動

17、車保有量的重要組成部分;（4）重型車發(fā)展平緩保有量比例呈下降趨勢;（5）城市中出租車已經(jīng)占到一定的比例，由于這部分車輛行駛里程較大, 排 放相對嚴(yán)重，應(yīng)給予充分重視。（6）目前我國汽車工業(yè)正處于一種良好的環(huán)境中，作為國家重要生產(chǎn)行業(yè)之 一的汽車工業(yè)必將還會有很大的發(fā)展，我國機動車保有量在一定時期內(nèi)仍將保持 高速增長的勢頭。1. 1. 2 機動車污染物排放的特征隨著機動車輛增多, 污染物排放總量不斷增加. 從我國典型城市機動車污染物 排放分擔(dān)率( 排放分擔(dān)率能宏觀上反映機動車排氣對城市大氣環(huán)境污染的影響) 程 度的結(jié)果分析，我國機動車污染物排放有以下特征：（a ）機動車尾氣排放已成為我國城市大氣

18、污染的主要來源北京和廣州約 80%的 CO和 40%的 NOx 均來源于機動車排放源，中國 100 萬人口以上的大城市空氣污 染類型正由煤煙型向混合型或機動車污染型轉(zhuǎn)化；（b）目前我國機動車運行處于不充分燃燒狀況，其主要原因是機動車運行速 度 低，運 行工況差 ，發(fā)動 機 往往 處于富燃 料狀態(tài) 工 作， CO 污染物 排放 量 大， CO 濃度高；（c ）城市氮氧化物濃度均在上升，NOx 超標(biāo)已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重；（d）城市顆粒物污染不容忽視。目前，中國許多城市的首要空氣污染物是可 吸人顆粒物，其濃度超標(biāo)嚴(yán)重，由于可吸人顆粒物能夠直接深人人體肺部故對健 康危害最大，影響更為嚴(yán)重；（e ）城市光化學(xué)污

19、染問題也日益突出；（f ）與國外城市相比我國單車排放量高于國外。 當(dāng)汽車處于高速或加速狀態(tài)時，CO 的排放量最大?，F(xiàn)代化城市高樓林立、道路狹窄、交通擁擠，致使汽車經(jīng)常處于低速運行或怠速狀態(tài)。所以汽車排放污 染物的總量一般都很高，而且不易擴散導(dǎo)致城市上空經(jīng)常形成穩(wěn)定的污染層。在 人口和車輛密集的地段，污染尤為嚴(yán)重。1. 1. 3 研究主要意義單車排放量高、污染物排放分擔(dān)率高、污染物排放量大，這些特征在我國城 市交通路網(wǎng)中使得汽車污染對人體、動植物及環(huán)境的危害更加顯著，汽車尾氣的 排放量極大地制約著城市交通的發(fā)展。隨著城市汽車保有量的增加，路網(wǎng)容量的日去飽和，城市交通的發(fā)展也日益艱難。當(dāng)然地下交通

20、可作為大城市交通的首選，但畢竟不能取代路面交通。因此如何盡量減少汽車污染物的排放量成為發(fā)展城市 交通要解決的首要問題，汽車排放污染智力技術(shù)將成為控制城市環(huán)境污染和解決 城市交通發(fā)展的關(guān)鍵。因此，本文對汽車尾氣排放控制技術(shù)進(jìn)行了研究和分析， 從汽車排放污染物的生成機理入手，對汽車排放污染物的影響因素進(jìn)行了深入細(xì) 致的分析研究，根據(jù)影響因素程度的不通，重點對機內(nèi)、機外、外環(huán)境控制技術(shù) 進(jìn)行了研究。是對我國汽車排放控制技術(shù)的有意探索，為我國城市交通排放污染 治理提供了一種研究方法，這將對促進(jìn)我國城市大氣環(huán)境的綜合治理，確保城市 交通的協(xié)調(diào)發(fā)展具有一定的理論和現(xiàn)實意義。1. 2 國內(nèi)外汽車排放標(biāo)準(zhǔn)對比

21、分析1. 2. 1 國外汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)（1）美國汽車排放標(biāo)準(zhǔn) 美國是世界上最早執(zhí)行排放法規(guī)的國家，也是排放法規(guī)最嚴(yán)格的國家。美國的汽車排放法規(guī)分為聯(lián)邦排放法 規(guī)即環(huán)境保護局( EPA) 排放法規(guī)和 加利福尼亞州 空氣資源局( CARB) 排放法規(guī)兩個標(biāo)準(zhǔn)。美國加州 1960 年開始立法控制汽車排氣污染物，在 1963 年美國政府頒布大 氣凈化法當(dāng)年，加州便開始了控制曲軸箱燃油蒸發(fā)物排放；1966 年加州頒布實施“7 工況法”汽車排放法規(guī)，1968 年聯(lián)邦采用“7 工況法”控制汽車的排放物；1970 年加州開始控制轎車燃油蒸發(fā)物排放，美國聯(lián)邦政府從 1970 年開始制定了 一系列車輛排放控制法

22、規(guī)，1972 年采用 LA- 4C( FPT- 72) 測試循環(huán)，并增加對 NOx 的控制，1975 年改用 LA- 4CH( FPT- 75) 測試循環(huán)；從 1975 年起到 80 年代，美國排 放法規(guī)大幅度加嚴(yán)，特別強化對 NOx 的限值，同時也提高對 HC 和 CO的控制。1990 年美國國會對大氣凈化法做了重大修訂，對汽車排放提出了更高的要求。1994 年 加 利 福 尼 亞 州 制 定 了 低 污 染 汽 車 排 放 法 規(guī) ， 將 輕 型 車 分 為 了 過 渡 低 排 放 車 ( TLEV) 、低排放車( LEV) 、超低排放車( ULEV) 和零排放車( ZEV) ，并且規(guī)定從

23、 1998 年起銷售到加州的輕型車必須有 2%為無污染排放( 零排放) ，2001 年為 5%，2003年達(dá)到 10%。同時計劃在 2004 年進(jìn)一步強化汽車排放法規(guī)( SULEV) , 限值為 ULEV 的 1/4。表 1- 1 是聯(lián)邦轎車排放標(biāo)準(zhǔn)。表 1 - 1 美 國 聯(lián) 邦 輕 型 車 排 放 控 制 標(biāo) 準(zhǔn)實 施 年 份測 試 循 環(huán)COHCNOx91 9 9 38 41 0 . 64 . 11 9 9 57 工 況 法5 16 . 31 9 9 97 工 況 法3 44 . 12 0 0 1F T P - 7 22 83 . 03 . 12 0 0 2F T P - 7 51 51

24、 . 53 . 12 0 0 4F T P - 7 570 . 4 12 . 02 0 0 6F T P - 7 53 . 40 . 4 11 . 02 0 0 7F T P - 7 53 . 40 . 2 50 . 4表 1 - 2 美 國 輕 型 汽 車 排 放 限 值 （ F I P - 7 5 測 試 循 環(huán) ）（ g / k m）標(biāo) 準(zhǔn) 名 稱實 施 年 份保 證 里 程COHCN0 xT i e r 11 9 9 48 0 0 0 02 . 1 10 . 1 6（ NMHC）0 . 2 51 6 0 0 0 02 . 6 10 . 1 9（ NMHC）0 . 3 7T i e r

25、22 0 0 48 0 0 0 01 . 0 60 . 0 8（ NMOG）0 . 1 2 41 6 0 0 0 01 . 0 60 . 0 8（ NMOG）0 . 1 2 4（2） 歐洲汽車排放標(biāo)準(zhǔn)隨著歐洲一體化進(jìn)程以及汽車保有量的不斷增加，歐洲國家從 1993 年開始推 行了日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，而且從 1996 年起除了日本以外，歐洲共體和大部分汽 車工業(yè)發(fā)達(dá)的國家都相續(xù)采用了聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會（ECE）的排放標(biāo)準(zhǔn)，這是 由于此排放標(biāo)準(zhǔn)具有了實質(zhì)性的變化；ECE 擴大了限值有害氣體排放的種類，試 驗運轉(zhuǎn)循環(huán)更加接近實際使用條件，規(guī)定了汽車尾氣排放物能夠達(dá)到環(huán)保指標(biāo)的 行程，確立了按汽車環(huán)

26、保參數(shù)認(rèn)證的汽車生產(chǎn)穩(wěn)定性和質(zhì)量監(jiān)督統(tǒng)計的方法等。 汽車排放歐洲號標(biāo)準(zhǔn)（簡稱歐）是通過對 ECER83 進(jìn)行了 2 此修改后形成的更 加嚴(yán)格的排放法規(guī)，它于 1993 年正式生效。汽車排放歐洲號標(biāo)準(zhǔn)（簡稱歐） 從 1996 年開始正式在歐洲實施，該標(biāo)準(zhǔn)對使用無鉛汽油和柴油汽車的排放限值變得更加嚴(yán)格，它既規(guī)定電噴汽油機和使用氣體燃料以及雙燃料汽車排放的測定方法外，又對生產(chǎn)一致性采用了新的檢查辦法。2000 年起開始實施歐標(biāo)準(zhǔn)。2005 年開始實施歐標(biāo)準(zhǔn)。2008 年起開始實施歐標(biāo)準(zhǔn)。各階段排放標(biāo)準(zhǔn)如表 1- 3。表 1 - 3 歐 洲 汽 車 排 放 標(biāo) 準(zhǔn)年 份 標(biāo) 準(zhǔn)汽 油 機柴 油 機CO

27、NOxHCNOxPM1 9 8 6 年1 . 54 . 61 9 8 9 年1 4 . 00 . 51 9 9 2 年（ 歐 ）2 . 81 . 08 . 00 . 3 61 9 9 6 年（ 歐 ）2 . 30 . 38 . 00 . 2 52 0 0 0 年（ 歐 ）2 . 30 . 1 50 . 25 . 00 . 1 02 0 0 5 年（ 歐 ）1 . 00 . 0 80 . 15 . 00 . 0 22 0 0 8 年（ 歐 ）2 . 00 . 0 21. 2. 2 我國汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)表 1 - 2 我 國 尾 氣 排 放 標(biāo) 準(zhǔn) 里 程 圖歐 盟韓 國印 度中 國新 加 坡1

28、9 9 5歐 1歐 11 9 9 6歐 2歐 11 9 9 7歐 2歐 11 9 9 8歐 2歐 11 9 9 9歐 2歐 12 0 0 0歐 3歐 2國 1歐 12 0 0 1歐 3歐 2歐 1國 1歐 22 0 0 2歐 3歐 3歐 1國 1歐 22 0 0 3歐 3歐 3歐 1國 1歐 22 0 0 4歐 3歐 3歐 1國 2歐 22 0 0 5歐 4歐 3歐 2國 3歐 22 0 0 6歐 4歐 3歐 2國 3歐 22 0 0 7歐 4歐 3歐 2國 3歐 22 0 0 8歐 4歐 3歐 2國 3歐 22 0 0 9歐 4歐 3歐 2國 3歐 22 0 1 0歐 4歐 3歐 3國 4歐

29、 2從表 1- 2 可以看出，我國汽車排放控制水平，轎車在 2000 年達(dá)到國 1 號法規(guī)，在 2004 年前后達(dá)到國 2 號水平法規(guī)，2010 年左右爭取與國際排放控制水平接軌。2004 年 7 月 1 日，全國范圍內(nèi)開始實施“國”排放標(biāo)準(zhǔn)。2005 年 12 月 30 日，北京實施“國”排放標(biāo)準(zhǔn)，之前已經(jīng)上市并且通過“國 ”標(biāo)準(zhǔn)的車型可以延遲 1 年安裝 OBD。2006 年 1 月 1 日，北京在全國范圍內(nèi)率先實施“國”排放標(biāo)準(zhǔn)。2006 年 7 月 31 日，上海市環(huán)保局宣布，上海公交與出租車行業(yè)率先實施“國 ”排放標(biāo)準(zhǔn)。2006 年 9 月 1 日，中央國務(wù)院正式批準(zhǔn)廣州實行“國”標(biāo)

30、準(zhǔn)。2006 年 12 月 1 日，北京全面禁止在京銷售未安裝 OBD的新車。2007 年 7 月 1 日，全國范圍內(nèi)開始實施“國”排放標(biāo)準(zhǔn)。2008 年 1 月 1 日，“國”燃油在北京上市2008 年 1 月 1 日，在全國范圍內(nèi)對重型汽車上牌執(zhí)行“國”排放標(biāo)準(zhǔn)2008 年 7 月 1 日，在全國范圍內(nèi)對輕型汽車上牌執(zhí)行“國”排放標(biāo)準(zhǔn)1. 3 研究的主要內(nèi)容1.影響汽車排放污染物的因素分析 影響汽車排放污染物的主要因素有: 結(jié)構(gòu)因素、運行因素、發(fā)動機類型及外環(huán)境因素等四個方面。具體分析研究各因素對排放污染物的影響，找出這些因素的改變而導(dǎo)致排放污染物變化的規(guī)律，從而有效地控制對汽車排放不利的

31、影響因素;2.汽車排放污染控制技術(shù) 根據(jù)國外及我國對汽車排放污染物的控制法規(guī)，主要是對排放污染物中 CO,HC,NOx 及 PM 排放量進(jìn)行控制。因而本文也主要是對這四種污染物的機內(nèi)控制 技術(shù)、機外控制技術(shù)、外環(huán)境控制技術(shù)加以研究。第 2 章汽車尾氣排放物的生成機理及危害2. 1 汽車尾氣排放物的生成機理汽車污染物排放量主要和發(fā)動機混合氣的形成、燃燒及排氣過程中的化學(xué)反 應(yīng)有關(guān)，此外還與燃油的蒸發(fā)等因素有關(guān)。由于汽油車和柴油車由于使用油料不 同，發(fā)動機結(jié)構(gòu)、混合氣形成方式和燃燒方式不同，其污染物排放規(guī)律也不同。 表現(xiàn)在下列幾方面：（1） 汽油具有很強的揮發(fā)性，而柴油很難揮發(fā)，因此汽油車污染物中

32、有燃料 蒸發(fā)排放物，其組分是碳?xì)浠衔铮℉C）。（2） 汽油具有容易與空氣混合，且混合后不易分離的特性。汽油車燃料混合 氣的形成是在發(fā)動機燃燒室外進(jìn)行的（在化油器和（或）進(jìn)氣管），在點燃之前又 經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮過程，有相對較長的混合時間，因此汽油與空氣可以混合得很均 勻，基本不存在局部過濃或過稀和液態(tài)油滴的情況，汽油的分子又小，決定了汽 油車排放物中顆粒物較少。進(jìn)入發(fā)動機燃燒室的空氣與汽油的比例基本控制在理 論空燃比附近（所謂理論空燃比是指在理論計算上燃燒 1 千克的燃料所需要的空 氣量，對汽油來說通常在 14. 7 左右），采用火花塞放電點火燃燒，燃燒速度很快； 汽油機壓縮比低、燃燒最高壓力低

33、、最高溫度高，燃燒后產(chǎn)物發(fā)生高溫離解的傾 向比較嚴(yán)重，某些死區(qū)點不著火或在某些工況下斷火，使汽油機排放物中有較多 的一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）。同時發(fā)動機燃燒室內(nèi)存在很高溫，又導(dǎo)致 了氮氧化合物（NOx）的產(chǎn)生的排放。因此，汽油車排放的特點是一氧化碳（CO）、 碳?xì)浠衔铮℉C）排放量高，而顆粒物排放量低，氮氧化合物（NOx）排放與柴油 車基本相同（見表 2- 1）。（3） 柴油車燃料混合氣的形成是在發(fā)動機燃燒室內(nèi)進(jìn)行的，柴油高壓噴入燃 燒室，壓縮著火后進(jìn)行邊噴邊燃燒的擴散燃燒方式。這種工作方式，決定了柴油 與空氣的混合是不均勻的，不可避免地存在局部缺氧或局部富氧情況。油料在高 溫缺

34、氧時，易炭化形成碳煙。柴油車負(fù)荷的調(diào)節(jié)是通過改變噴油量來控制的。柴 油車混合氣始終處于比較稀的狀態(tài)下，也就是說柴油機的燃燒室內(nèi)始終存在富余 的空氣。這些富余的空氣在高溫作用下容易產(chǎn)生氮氧化物（NOx），而一氧化碳（CO） 和碳?xì)浠衔铮℉C）則不容易形成。因此，柴油車排放特點是顆粒物和氮氧化物（NOx）排放量多而一氧化碳（CO）和碳?xì)浠衔铮℉C）排放量少（見表 2- 1）。此外，柴油燃燒后會生成一些有臭味的有機氣體，因此，柴油機排放中還有臭味。表 2 - 1 汽 油 機 和 柴 油 機 污 染 物 排 放 比 較污染物種類柴油機汽油機備注CO ( %)0 . 1 - 60 . 0 - 0 .

35、 5 0汽 油 機 為 柴 油 機 的 2 0 倍 以 上HC ( p pm)5 0 03 0 0 0汽 油 機 為 柴 油 機 的 5 倍 以 上NOx ( pp m)1 0 0 0 - 4 0 0 02 0 0 0 - 4 0 0 0二 者 相 當(dāng)顆 粒 物 ( g / k m)0 . 50 . 0 1柴 油 機 為 汽 油 機 的 5 0 倍因此下面對這幾種有害排放物的生成機理進(jìn)行分析。2. 1. 1 CO的生成機理燃燒產(chǎn)物 CO是最早為人們發(fā)現(xiàn)的污染物之一，他是汽車中有還濃度最大的成 分，CO的生成主要是和混合氣的混和質(zhì)量及濃度有關(guān)。燃料燃燒時不可能全部生 成 CO2，會由于一下原因產(chǎn)

36、生部分的 CO。1. 燃料不完全燃燒 CO 是烴類燃料在燃燒過程中由于缺氧而不能完全燃燒的 中間產(chǎn)物，一般認(rèn)為，燃燒反應(yīng)經(jīng)過的幾個反應(yīng)過程為：理論上空燃比 A/F=14. 7 時，烴類燃料能完全燃燒，生成 CO2 和 H2O: CnHm+( n+m/4) O2nCO2+mH2O （2- 1）理論上空燃比 A/F14. 7 時, 氧氣過剩，排氣中不產(chǎn)生 CO，而有剩余的氧氣。2. 混合氣混合不均與 理論上在富氧狀態(tài)下燃燒（A/F14. 7）時，排氣中 CO 不存在，而代之產(chǎn)生 O2. 但實際混合氣不可能絕對均勻，總會有過渡區(qū)，加上進(jìn) 氣管壁面上有汽油油膜存在，油膜隨著進(jìn)氣過程邊流邊蒸發(fā)，也會造成

37、混合氣不 均勻，而且由于各氣缸均勻性不等現(xiàn)象，這些都會產(chǎn)生 CO。3. CO2 和 H2O在高溫時離解 即使在稀混合氣燃燒時，有足夠的氧氣，且混合 氣混合得很均勻，但由于發(fā)動機缸內(nèi)燃燒后的溫度很高，當(dāng)溫度超過 2000時，已經(jīng)生成的 CO2 也會有一小部分會產(chǎn)生高溫離解反應(yīng)：2CO22CO+O2 ( 2- 3) 溫度越高，離解反應(yīng)越劇烈，生成的 CO越多。H2O在高溫時也會分解成 H2 和 O2，H2 參加燃燒反應(yīng)，也會使 CO2 還原成 CO。2H2O2H2+O2 （2- 4）CO2+H2CO+H2O （2- 5） 綜上可見，一氧化碳在燃燒過程的原因主要可以歸結(jié)為氧氣的不足，一旦他興城以后，

38、如不能即使的在燃燒過程中獲得氧氣的補充就不能完全氧化狀態(tài)排除 機外。2. 1. 2 HC 的生成機理排氣中的 HC 是由未燃燒的燃料烴、不完全氧化產(chǎn)物以及燃燒過程中部分被 分解的產(chǎn)物所組成。他是各種沒有完全燃燒的碳?xì)溲趸锏目偡Q。HC 的生成原因 比較復(fù)雜，器生成機理可以從以下幾個方面進(jìn)行討論。（1）室壁激冷效應(yīng) 汽油機室壁激冷效應(yīng)是指當(dāng)火焰?zhèn)鞑r，由于接近燃燒 室壁面的一層混合氣被冷卻，火焰到達(dá)燃燒室壁面之前就消失的一種現(xiàn)象，汽油 機氣缸內(nèi)燃料和空氣的質(zhì)混合氣是靠火焰?zhèn)鞑ザ紵??；鹧婷媲暗?1mm2mm為 預(yù)熱層。預(yù)熱層中的燃料和部分氧化產(chǎn)物不能進(jìn)一步氧化轉(zhuǎn)化為燃燒產(chǎn)物，而以 未燃烴和含氧

39、碳?xì)溲趸锏男问脚懦?。汽油機正在正常工作情況下，排氣中的 HC 主要來自室壁激冷效應(yīng)的未然烴。（2）燃燒室的縫隙效應(yīng) 火線不能在激冷縫隙內(nèi)傳播的現(xiàn)象成為燃燒室縫隙 效應(yīng)。一般在小于 1mm的縫隙內(nèi)，如活塞頂部與第一道氣環(huán)之間的空隙混合氣因 火焰無法傳入其中而不能完全燃燒，是 HC 排放的來源之一。（3）燃料燃燒不完全 在發(fā)動機工作過程中，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、膨脹形成的溫度條件及排氣系統(tǒng)的反映條件均 有密切的關(guān)系。HC 既有未燃的燃料。也有燃料不完全燃燒的產(chǎn)物和部分被分解的 產(chǎn)物。所以一切妨礙燃料燃燒的條件都是 HC 形成的原因。例如，為了提高發(fā)動機 的最大

40、功率，常使發(fā)動機在過量空氣系數(shù)小于 1 的情況工作；在低負(fù)荷時，由于 氣缸內(nèi)的殘余氣體較多，為了不使燃燒速度，也要供給濃混合氣，從而都會因空 氣不足一直不能完全燃燒。此外，混合氣過濃、過稀、燃料霧化不良或混入廢氣 過多時，也會因滅火或半滅火狀態(tài)而使未燃燒部分的燃料以 HC 的形式排出。2. 1. 3 NOx 的生成機理NOx 是 NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5 等各種氮氧化合物的總稱。在發(fā)動機排出 的廢氣中，NO占絕大部分（約占 99%），而 NO2 含量極少（約占 1%），其他碳氧化 合物的含量的含量甚微。NO排入大氣后，又被氧化成 NO2。NO是在燃燒過程中的 高溫條件下在燃燒

41、室內(nèi)形成的，它是燃燒過程中氮和氧原子的許多基本反應(yīng)的結(jié) 果。捷爾杜維奇（Ze l dovi c h）鏈反應(yīng)機理認(rèn)為 NO的生成反應(yīng)與分解反應(yīng)主要由 下列兩個反應(yīng)支配：15O+N2NO +N（可逆） ( 2- 6)N+O2 NO+O（可逆） ( 2- 7) NO的生成量很大程度決定于的溫度，并與溫度呈指數(shù)關(guān)系。NOx 是由燃燒鎖產(chǎn)生的高溫是空氣使空氣中的氧 氣和氮氣分解并化合生成的，燃燒溫度越高， 尾氣中的 NOx 的含量越大。2. 1. 4 微粒( PM) 及炭煙的生成機理所謂微粒是指由內(nèi)燃機排出的全部廢氣，在接近于大氣條件下，除去非化合 形態(tài)的凝聚水以后收集到的全部呈固體狀和液體狀的微顆粒，

42、它包括原始及二次 顆粒。原始顆粒直接來自發(fā)動機燃燒產(chǎn)物的顆粒; 二次顆粒是在大氣條件下，因氣 態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的各化學(xué)成分之間發(fā)生化學(xué)或物理變化所產(chǎn)生的顆粒。微粒主要 是由三部分組成，即碳煙（DS）、可溶性有機物( SOF) 和硫酸鹽。碳煙是微粒的主 要組成部分。重餾分的未燃烴、硫酸鹽以及水分等在碳粒上吸附凝集，形成微粒 排放。2. 2 污染物的危害汽油主要由碳和氫組成，汽油正常燃燒時生成二氧化碳、水蒸氣和過量的氧 等物質(zhì)。但由于燃料中含有其他雜質(zhì)和添加劑，且燃料常常不能完全燃燒，常排 出一些有害物質(zhì)。研究表明，汽車尾氣成分非常復(fù)雜，有 100 種以上，其主要污 染物包括一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物和浮游微粒等，其?CO含量最多, 是 污染大氣的主要成分。汽車排出的有害氣體大部分是由排氣管排出的, 小部分從其它部位( 如曲軸 箱、燃料供給系統(tǒng)) 竄出。此外, 燃料箱蒸發(fā)的燃油蒸氣也會對空氣造成污染。 在汽車排放物中, 還有苯丙芘, 是強致癌物質(zhì)。一方面，汽車排放污染破壞生態(tài)循環(huán)