内燃机有害排放物综述及其控制方法

题目：内燃机有害排放物及其控制方法综述

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内燃机有害排放物及其控制方法综述

摘要：当今世界，汽车保有量持续增加，环境保护越来越严格，作为其动力的内燃机，对其有害排放物的研究成了内燃机设计的主题。本文通过大量的调研以及查阅相关文献，对内燃机有害排放物进行了综述，以及简要介绍了控制其排放物升程的措施。

关键词：环境保护内燃机排放物控制措施

1、前言

内燃机，作为一种动力机械，是通过燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。常见的往复活塞式内燃机有柴油机和汽油机。柴油机与汽油机在运行过程中会产生一些有害的排放物，对于汽油机来说，主要是HC、NOx、CO；而对于柴油机来说，主要是HC、NOx、CO、PM。随着排放法规的日益严格，如何有效的减少内燃机有害物质的排放成了现代内燃机的主流趋势。

2、汽油机与柴油机排放物的生成机理

2.1汽油机主要排放物及其产生机理

汽油机的废气主要是由N2，CO2，O2和有害排放组成，其中有害排放主要是指CO，HC和NOx(NO2及NO)，其含量虽然只占废气总量的2%左右，却造成了极大的危害。在汽油机燃烧过程中，由于气缸内各处的温度、混合气的浓度不同，产生NOx，HC，CO的过程和部就不同。在燃烧过程中，NOx，HC，CO在各个阶生成过程大致如下：在点火和火焰传播阶段，N2和O2在高温下反应生成了NOx，当燃油混合气浓度较大时，还会生成CO。当火焰逼近燃烧室壁面时，由于温度较低，火焰淬熄，留下未燃的HC薄层。这种情况也会在火焰传播不到的第一道活塞环的环槽中产生。在膨胀过程中，环槽中未燃的HC随活塞下行而布敷在气缸壁上。同时，在高温下形成的NOx会随着膨胀过程中温度的下降进行分解反应，在高温下由CO2分解得到的CO应该在低温下进行复合反应。但由于这种分解和复合的反应速度十分缓慢，远远落后于化学平衡的排放要求，使NOx，CO的浓度在膨胀过程中处于冻结状态，因而它们的浓度要比化学平衡时高出很多。在排气过程中，已燃气体连同冻结的NOx，CO以及大部分附壁上的未燃HC 一起排出，形成了大气污染。

2.2柴油机主要排放物及其产生机理

柴油机排气中包含各种成分，其基本成分是二氧化碳(CO2)，水蒸气(H2O)，过剩的氧气（O2）以及存留下来的氮气(N2)等。他们是燃料和空气燃烧后的产物，从毒物学的观点看，排气中的这些成分是无害的，除上述基本成分外，柴油机排气中还含有不完全燃烧的产物和燃烧反应的中间产物，包括一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)，氮(NOx)，微粒(PM)及醛类等。这些成分的在柴油机排气中所占的比

例虽然还不到1%，但它们大部分是有害的，或有强烈刺激的臭味，有的还有致癌作用，因此被列为有害排放物。

柴油机工作时，由于混合气是在缸内形成的，时间短，条件差，局部难免存在较浓的混合气。浓混合气中氧气不足，燃料中的碳不能完全燃烧，因此柴油机排放物中有一定的CO。

CH化合物主要包括未完全燃烧的燃料及其中间产物。壁面激冷、不完全燃烧及燃油蒸发是CH化合物形成的主要原因。

壁面激冷是火焰向燃烧室壁面传播时所产生的一种燃烧现象。由于燃烧室壁面的温度比火焰区的温度低得多，接近燃烧室壁面的一层混合气被冷却，使氧化反应进行得缓慢或停止。其结果是火焰不能传播到燃烧室壁面上，靠近燃烧室壁面的一层混合气就不能燃烧或充分燃烧，未燃烧的燃料及其中间产物随废气排出在柴油箱盖处、曲轴箱通风处，由于柴油的蒸发和泄漏，致使排放物中也含有CH化合物。

NOx是由于混合气燃烧时，火焰区高温高压，空气中的氧和氮发生化合反应所致。

微粒是排放物中除水分以外所有分散（固液态）物质的总称。主要包括固态的碳基颗粒、液态的碳氢颗粒、无机物（如硫酸盐等）及润滑油产生的微粒。柴油机工作时，经常出现冒烟现象。其排烟分为白烟、蓝烟、黑烟三种，它们都属于微粒范畴。黑烟也称碳烟，它是柴油机在高压燃烧条件下局部高温缺氧、裂解聚合而形成的以碳为主要成分的固体微粒。微粒中碳烟所占的比例与柴油机的运行状态有关，一般柴油机高负荷运转时，微粒以碳烟为主。

2.3有害排放物的危害

一氧化碳（CO）是一种对血液，与神经系统毒性很强的污染物.，空气中的一氧化碳（CO），通过呼吸系统，进入人体血液内，与血液中的血红蛋白（hemoglobin,hb）、肌肉中的肌红蛋白、含二价铁的呼吸酶结合，形成可逆性的结合物。一氧化碳与血红蛋白的结合，不仅降低血球携带氧的能力，而且还抑制，延缓氧血红蛋白（O2hb）的解析与释放，导致机体组织因缺氧而坏死，严重者则可能危及人的生命。

氮氧化物(NOx)包括多种化合物，如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等。除二氧化氮以外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热变成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又变为二氧化氮。一氧化氮(NO)为无色气体，溶于乙醇、二硫化碳，微溶于水和硫酸，性质不稳定，在空气中易氧化成二氧化氮。二氧化氮(NO2)在21.1℃温度时为红棕色刺鼻气体;在21.1℃以下时呈暗褐色液体。在-11℃以下温度时为无色固体，加压液体为四氧化二氮。溶于碱、二硫化碳和氯仿，微溶于水。性质较稳定。

氮氧化物（NOx）种类很多，造成大气污染的主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），因此环境学中的氮氧化物一般就指这二者的总称。氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，随着降水和降尘从空气中去除。硝酸是酸雨的原因之一；它与其它污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。

碳氢化合物（HC），HC包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解和部分氧化产物，如烷烃、烯烃、芳香烃、醛、酮等数百种成分。烷烃基本上无味，对人体健康不产生直接的影响。烯烃略带甜味，有麻醉作用，对黏膜有刺激，