内燃机的排放与控制

光化学烟雾——HC和NOx在强烈的阳光下会生成臭 氧(O3)和过氧酰基硝酸盐(PAN)，即浅蓝色的光 化学烟雾，它是一种强烈刺激性有毒气体的二次 污染物。光化学烟雾中的O3是强氧化剂，能使植 物变黑直至枯死，使橡胶开裂，它有特殊的臭味， 其嗅觉阀值为0.02×10－6和1×10－6，接触1小 时后会引发气喘、慢性中毒，5×10－6浓度下30 分钟会使人致死。
（3）、采用废气再循环EGR（链接录像与动画）
——引入进气量5-20%的废气，以稀释氧浓度，减少
NOx的排放。由于废气中含有大量的CO2，它不参与燃
烧，却吸收了大量的热，因此，降低了最高燃烧温度，
又使混合气中氧的成份降低，因此减少了NOx排放。废 气再循环使发动机动力性能和经济性能下降，尤其是 废气再循环过多，会影响发动机怠速、低转速小负荷、 暖机工况的运转稳定性，因此，必须根据发动机工况的
3、NOx的生成机理（高温富氧）
（1）、主导反应：3N2+O2
N+O2
2NO+N（大部分）度大于逆向反应速度时， NOx产生， （2）、影响因素：富氧、高温、反应滞留时间长 4、MP的生成机理（碳烟凝聚、杂质）
（1）、高温缺氧形成碳烟核心
（2）、气态烃和其它物质在碳烟核心表面粘附凝聚，再 加上大小碳烟核心相互碰撞吸附，形成碳烟基元 （3）、碳烟基元再吸附、粘着其它物质形成球状或链菌 状聚合物——即大小微粒
四、有害排放物的生成机理 1、CO的生成机理（贫氧、局部混合气过浓） （1）、 RH→R→RO2→RCHO→RCO→CO
燃料中的亲氢碳氢根在常态下与氢保持牢固的结合→但在高温高压下裂 解成碳氢根→碳氢根再与氧发生反应，生成碳氢氧化物→这些物质继续争氧， 生成缺氧碳氢氧化物→进一步缺氧，氢原子脱离，生成脱氢缺氧化合物→最 后碳氢根与一氧化碳分离→ CO
关于稀薄燃烧技术
一是提高压缩比 采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流， 提高气流速度；将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离；提高压缩比至13： 1左右，促使燃烧速度加快 二是分层燃烧 如果稀燃技术的混合比达到25：1以上（最高可达40:1），按照常规是无法 点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火 花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。 浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。 为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物（NOx），现在采用燃油喷射定时与 分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内 下部随后在缸内均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花 塞四周被点燃，实现分层燃烧。 三是高能点火 高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增 快，稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到 上述目的。
颗粒物——对人体健康的危害程度和颗粒的大小及 组成有关。微粒越小，悬浮在空气中的时间越长， 它们进入人体肺部后停滞在肺部及支气管中的比 例越大，危害也越大。小于0.1微米的颗粒能在空 气中做随机运动，进入肺部并附着在肺细胞的组 织中，有些还会被血液吸收。0.1~0.5微米的微粒 能深入肺部并黏附在肺叶表面 的黏液中，随后被 绒毛所清除。大于5微米的微粒常在鼻部受阻，不 能进入呼吸道，大于10微米的微粒可以排出体外。 微粒除了对人体的呼吸系统有害外，由于微粒存 在孔隙能黏附SO2、未燃HC、NO2等有毒物质或 苯并芘等致癌物质，因而对人体的健康造成更大 的危害。由于柴油机的微粒直径大多小于0.3微米， 而 且数量比汽油机高出30~60倍，成分更复杂， 因而柴油机的微粒排放相对更大。
（2）、CO2+H2 →CO+H2O（H与C争O） 2 、HC的生成机理（泄漏、贫氧、激冷效应） （1）、曲轴箱窜气 （2）、二冲程发动机回流扫气 （3）、油系泄漏、蒸发 （4）、激冷效应（思考——冷车起动、冬季暖机时的生 油气味儿） 附着在汽缸内壁上的0.05-0.37mm 的激冷油膜不 能蒸发和燃烧。
Ⅴ 0.09 0.6
Ⅵ 0.06 0.35
HC+ NOx CO
（2）柴油机
级别 排放
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
HC+ NOx
1.36
0.90
0.56
0.30
0.20
0.10
MP
0.196
0.10
0.03
0.025
0.02
0.015
CO
2.72
1.6
0.64
0.50
0.35
0.25
三、有害排放物的危害
CO——是无色无味的气体，它是一种窒息性的有毒 气体，由于CO和血液中有输氧能力的血红素蛋白 (Hb)的亲和力，比氧气和Hb的亲和力大200～ 300倍，因而，CO能很快和Hb结合形成碳氧血红 素蛋白(CO—Hb)，使血液的输氧能力大大降低， 使心脏、大脑等重要器官严重缺氧，引起头晕、 恶心、头痛等症状。轻度是使中枢神经系统受损， 慢性中毒，严重时会使心血管工作困难，直至死 亡。为保护人类不受CO的毒害，将24小时内吸 收的CO的浓度限制在5×10－6以内。CO和Hb结 合是可逆的，如果人体吸入低浓度CO后被置于新 鲜空气中或进入高压氧舱，已经与Hb结合的CO 会被分离出来，通过呼吸系统排出体外。
氮氧化物——是燃烧过程中形成的多种氮氧化物， 如NO、N 2、N2O3、N2O5等，总称NOX。在内 燃机中主要是NO，约占95％；其次是NO2，占5 ％。NO是无色无味气体，只有轻度刺激性，毒性 不大。但高浓度时会造成中枢神经系统轻度障碍， NO可以被氧化成NO2。NO2是一种棕红色强烈 刺激性的有毒气体，其含量为0.1×10－6时即可 嗅到，1×10－6～4×10－6就感到恶臭，它对人 体健康毒害较大。NO2吸入人体后，和血液中的 血红素蛋白(Hb)结合，使血液输氧能力下降，对 心、肝、肾都会有影响，还会使植物枯黄。但 NO2较易扩散，遇水易溶解。
五、有害排放物的控制 导入： ①、日益重要——加洲、欧洲、京都、北京 ②、四大措施——法律法规、经济调控、科学使用、 完善功能（机内净化和机外净化——重点讨论） ③、有些措施之间存在矛盾 ④、不同目的不同措施 （一）、主动净化（机内处理） 1、改进燃烧状况 （1）、改善燃烧室结构：减小面容比，增加紧凑度，降 低激冷效应，减少CO 和HC的排放（但氮氧化物增多） （2）、采用稀薄混合气燃烧技术，既有过剩的氧，可减 少CO 和HC的排放，又可减少NOx的排放
碳氢化合物——(也称烃类)包括未燃和未完全燃烧 的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化物，如 苯、醛、烯和多环芳香族碳氢化合物等200多种 复杂成分。饱和烃危害不大，不饱和烃危害性很 大。其中，甲烷气体无毒性。当甲醛、丙烯醛等 醛类气体浓度超过1×10－6时，就会对眼、呼吸 道和皮肤有强烈的刺激作用，浓度超过25×10－ 6时，就会引起头晕、恶心、红血球减少、贫血， 超过1000个25×10－6时会急性中毒。苯是无色 气体，但有特殊气味。应当引起注意的是带多环 的多芳香烃，如苯丙芘及硝基烯，是强烈致癌物 质。烃类成分还是引起光化学烟雾的重要物质。
5、OBD排放控制——OBD装置监测多个系统和部件，包括发动机、 催化转化器、颗粒捕集器、氧传感器、排放控制系统、燃油系统、 GER等。 OBD是通过各种与排放有关的部件信息，联接到电控单元 （ECU），ECU具备检测和分析与排放相关故障的功能。当出 现排放故障时，ECU记录故障信息和相关代码，并通过故障灯发 出警告，告知驾驶员。ECU通过标准数据接口，保证对故障信息 的访问和处理。
先进排放控制技术 在中国应用前景探讨
汽油车
目前国内汽油整体质量尚可，基本能满足欧II 车辆的运行要求。欧III油品仍需等待！！ 更先进排气催化器的应用效果可能随运行条件 而改变，但基本可以使用。 先进汽油车排放控制技术在中国实际使用效果 （在用车排放状况）需要科学收集和评估！ 先进车辆的OBD在中国适应性仍需深入研究， 应先在条件较好的地区试点、逐步全国应用。
变化控制废气再循环率（参与废气再循环的废气比例）。
详细情况在汽车电子与电气设备中介绍
3、采用精准电控措施AEC——综合考虑各种因素，利用大量传感信 息，采取反馈控制，如：EFI, MCCI, DSC（爆震传感控制（链 接动画）等，是最有效、最主要的措施. 4、柴油机的涡轮增压与中冷技术TCMC(Turbo-Charge Midle Cooling )——既可减少 HC、CO，也可以减少NOx，还可以提高 Pe。
CO HC NOx M-particle 88-99% 63-95% 31-53% 2-30% 04Tokyo 04Beijing 04New York 04London
2、不同工况下发动机排放有害成分浓度 （1）、汽油机
工 况 怠 速
co% 4.0-10
HC(ppm) 300-2000 300-600 200-400
（3）、适当减小点火提前角，适当降低燃烧温度，适度 减少HC和NOx的排放，但过多会影响Pe （4）、怠速时，适度减小气门重叠，高速时，适当增大 气门重叠，适度减少少HC和NOx的排放，但经济性变 差 （5）、适当减小ε，可减少HC和NOx，但Pe↓ 2、改善混合气品质 （1）、选用高清洁、优质、无污染、杂质少的燃油 （2）、采用恒温进气（多用于化油器式或节气门体汽油 喷射式发动机上）：当发动机冷起动后，向发动机供给 热空气，这样，化油器即使供给稀混合气，热空气也能 保证燃油充分汽化和燃烧，从而既减少了CO和HC排放， 又能使发动机在低温下稳定工作。当发动机工作温度升 高后，恒温进气空气滤清器向发动机供给环境温度的空 气。但不利于提高充气效率。
满足新排放标准的技术措施
• 发动机改进 • 发动机改进 • 燃烧室改进 • 燃烧室改进 • 点火系统改进 • EGR • EGR •燃烧过程控制 柴油车 汽油车 • 电控喷射 •电控高压喷射 • 稀薄燃烧 •vvt •VVT • 排气后处理 • 排气后处理 • DOC • 三效催化器 • DPF • NOx催化器 • SCR， •LNT(lean NOx Trap)