汽车排放污染及控制

5.1 汽车排放污染及控制

一、汽车排放污染物的危害

汽车排放的主要有害成分有一氧化碳(CO)、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）和碳烟，另外还有铅尘、飘尘（制动蹄片和轮胎磨损所散发的石棉尘和橡胶尘等）。在这些有害成分中CO、HC和NOx是主要的污染物质。

汽车排放的有害物质激发到空气中，通过人的呼吸系统进入人体，使人的神经系统、消化系统、呼吸系统受到损害。

1. 一氧化碳（CO）

由于CO与血色素的亲合能力是氧的300倍，能很快形成碳氧血色素，使血色素丧失输氧能力。当进人血液中的CO达到一定浓度后，人体就会因缺氧而出现各种中毒症状，如头晕、恶心、四肢无力，严重时甚至昏迷不醒，直至死亡。

2. 碳氢化合物（HC）

高浓度的HC对人体有一定的麻醉作用，HC对大气的严重污染在于与NOX产生光化学反应导致的光化学烟雾。

3. 氮氧化合物（NOX）

汽车发动机排出的NOX主要是NO和NO2。NO毒性不大，但高浓度的NO能引起神经中枢障碍，且它很容易被氧化成剧毒的NO2。NO2是棕色气体，有特殊的刺激性臭味，被吸入肺部后，与肺部的水分结合生成可溶性硝酸，严重时会引起肺气肿。

4. 碳烟

碳烟是柴油机排放的主要有害成分之一。碳烟粒本身对人体健康的直接影响不大，对人体危害大的是碳烟颗粒上夹附着的二氧化硫（SO2）和多环芳香烃。苯并芘等有害物质。它们不仅对人的呼吸系统有害，而且还会使人致癌。

二、汽车排放污染的形成

汽车排出的污染物质是指排气管排出的废气和其它部位漏出的燃料蒸气和窜出的气体，其中大部分是由排气管排出的。

1. 一氧化碳（CO）的形成

当燃料在供给的空气不充足的条件下燃烧时，便产生不完全燃烧而生成CO。此外，若燃烧后的温度很高，会使已经形成的CO2分解成CO和O2。所以排气中总会有CO存在。

2. 碳氢化合物（HC）的形成

汽车向大气排出的HC主要是发动机不完全燃烧的产物，即从排气管排出的占55％~65%，其次是曲轴箱通风口漏出的占20％~25％，由化油器和油箱蒸发的占15％~20％。

3. 氮氧化物（NOx）的形成

在发动机排出的氮氧化物中，NO占绝大部分（约占99％），而NO2的含量较少

（约占1％）,当废气排放到大气中后，部分NO与空气中的氧相结合又生成NO2，因此被汽车污染的大气同时存在着NO和NO2。

4. 碳烟的形成

碳烟的形成一般认为是燃油在高温缺氧的情况下进行燃烧，致使燃烧中间产物C-C、C-H裂化聚合成碳粒，这些碳粒氧化速度较慢，抑制着燃烧过程进行，使燃烧时间拖长。未燃碳粒一般还能在随后的燃烧中找到空气进一步燃烧。但如果空气不足或混合不好，则碳粒不能燃烧而聚合成碳烟或附于气缸内壁或随废气排入大气，形成柴油机特有的碳烟现象。

三、影响汽车排放污染的使用因素

（一）汽油机排放污染物的主要影响因素

1、空燃比的影响

1）当混合气处于比理想空燃比(14.7）浓的范围内时，随着空燃比的下降，CO和HC浓度增加，NOX的浓度下降。

2）当混合气处于比理论空燃比稀的范围内时，随着空燃比的增加，HC增加，NOx 减少,CO的浓度低且变化不大。

3）比理论空燃比大10％左右的稀混合气，对减少CO和HC的排放有利，然而此时NOX排放量最多。

2、发动机工况的影响

汽油机在怠速工况时，供给的是浓混合气，致使废气中的CO和HC高。对于柴油机来说，CO生成量增大，然而与汽油机相比，仍小得多。

在小负荷工况（节气门开度从0％~25％）下，必须供给较浓的混合气，废气中的CO和HC浓度较大。在转速提高时，混合气的混合条件得到改善，废气中的CO和HC含量降低。

在中等负荷工况（节气门开度从25%~80％）下，进入气缸的可燃混合气主要是是稀混合气，所以废气中的CO含量最少，HC的排放浓度也较低。

在接近满负荷工况（节油门开度80％~100％）时，化油器供给的是浓混合气，排气中的CO、HC浓度增大；而NO的排放浓度减少。

碳烟往往在高负荷时发生。

3、点火时刻的影响

从图中可以看出，推迟点火时间，HC的排放将减少，这是因为点火时刻推迟后，在燃烧室内的燃烧时间将缩短，由于后燃，将使排气温度上升，促进了HC和CO 的后氧化。另外由于燃烧时降低了气缸的面容比，使燃烧室内的淬冷面积减小，使排出的HC减少。点火滞后时，由于混合气进人排气管后继续燃烧，提高了排气系统温度，使废气中的HC浓度减小。

点火时刻对NOx、HC浓度的影响很大，如图所示。由图可以看出，无论在任何转速和负荷条件下，增加点火提前角，均使NO的排放浓度增加。这是因为点火

提前角增大时，循环压力和燃烧温度提高，废气中NOx的浓度随之增大；反之，NOx浓度减少。

4、火花塞间隙及分电器触点的影响

使用经验表明，火花塞电极之间间隙大于最佳值，则HC排放量将增加12％~14％，对于四缸发动机，若一个火花塞不工作HC排放量将增加0.5倍~l倍。分电器触点间隙过大或过小，对最佳点火提前角有明显影响，若间隙变化0.lmm将使点火提前角偏离6°，则HC排放量可增加3％。

（二）柴油机排放污染物的影响因素

1. 空燃比

以过量空气系数进行表示。过量空气系数越大，氧气越充分，所以CO排放较少，在接近冒烟界限时急剧增加。HC较少，当过量空气系数增加时，HC会随之上升。在φa稍大于1的区域，虽然富氧燃烧，但由于混合不均匀，当2≥φa＞1时，会产生大量碳烟，随着进一步增大会迅速下降。NOx的排放量随混合气浓度变稀温度下降而减少。

2. 柴油品质

柴油的主要成分是十六烷，其稳定性差易于裂解，容易产生碳烟，所以十六烷值过高的柴油烟度增加显著。

3. 喷油时刻

加大喷油提前角可以降低排气烟度，使滞燃期加长，使着火前喷入油量增加，加快燃烧速度，主燃期的碳颗粒有较长滞留时间，有利于碳粒氧化消失。但燃烧噪声增大，引起较大的机械负荷，发动机工作粗暴，以及较高的NOx排放。

4. 喷油压力

在循环喷油量和喷孔大小及分布不变的情况下，提高喷油压力相当于加大喷油率，直接产生两方面效果：一是烟度降低；二是降低油耗。

5. 发动机转速

转速提高，不易于混合气形成和燃料来不及燃烧，使未燃的油和局部混合气浓度增加。

6. 负荷

负荷增加，喷油量增加，燃烧温度提高，容易产生碳烟。

另外气缸尺寸，压缩比，燃烧室形状和比例，配气正时，润滑油质量和油耗，发动机温度等都会影响柴油机排放。

四、排气净化的措施

这些净化方法大致可分为：发动机本身改进与增加排放净化装置。