汽车排放污染物的生成机理和影响因素2

汽车排放污染物的生成机理和影响因素

摘要:汽车保有量的增长直接导致了石油燃料的大量消耗,并由此产生了大量的有害排放物,尤其在一些大中城市汽车排气造成的环境污染问题日趋严重。目前,大气污染已逐渐成为世界性的问题,应当引起足够重视。分析汽车排放污染物的生成机理和影响因素,提出控制的方法。

关键词：污染物生成机理影响因素

前言随着汽车的普及,汽车的排气污染问题已日益严重,它破坏了地球生态平衡环境及温室效应等。在各大城市的市区,汽车排出的污染物CO、H C占总量的6()%一70%,N o x占30%左右。为了降低汽油机的排污和燃油消耗量,我们必须了解汽车的排放污染物的形成因素,这样才能准确采取措施、或者引进先进技术来减少、治理汽车的尾气排放物。

1.污染物的生成机理

1）一氧化碳（CO）的形成机理：CO是燃料不完全燃烧的产物，主要受混合气浓度的影响。当发动机过量空气系数小于1时，混合气中氧气不足，燃料不能充分燃烧而形成。混合气浓度越大，排气中的CO含量越高。当降低混合气浓度时，排放的CO明显减少。

在稀混合气下CO产生的平衡过程为：CO2+H2O→CO+H2+O2

在浓混合气下的平衡过程为：CO2+H2→H2O+CO

2）碳氢化合物（HC）的形成机理：碳氢化合物中含有多种成份，生成原因复杂，但主要是未燃和燃烧不充分的燃料。燃料在燃烧室中燃烧时，火焰在离壁面

0.15～0.37mm处迅速熄灭，导致这一薄层内残留下未反应和反应不充分的混合气，这一现象被称为壁面激冷效应，碳氢化合物就是在这厚度仅为几十微米的激

冷层内被保存下来；发动机燃烧室中各种很狭窄的缝隙也留有未燃或未完全燃烧的气体，储存着大量的碳氢化合物；另外混合气不均匀、

过浓、过稀、点火系统不良、转速低等情况也会造成部分燃料燃烧不充分，使排出的碳氢化合物增加。

3）氮氧化合物（NOX）的形成机理：汽车燃烧过程中主要形成NO和少量的NO2。NO的形成主要受三个因素的影响，温度、氧的浓度和滞留时间。随着温度的增高，NO的形成速度加快。混合气浓度越高；氧的浓度越大，滞留时间越长，NO生成的越多。但在氧气不足的情况下，即使温度高，其生成也会被抑制；另外由于NO 的反应慢，生成时间长，如果气体停留时间短，NO和O2不能离解而引起连锁反应，NO的生成也将被抑制。0+N2→NO+N；N+O2→NO+O.

2.汽车排放污染物的影响因素

当混合气混合不均匀时,汽油机是预先混和混合气的,所以即使在>1时混合气也不可能绝对的均匀,总会有过浓区,加上进气管壁面上有汽油膜的存在,油膜也会随着进气边流动边蒸发,也会造成混合气不均匀,而且各缸的均匀性也不相等,所以实际上即使在>1时也会产生CO。

二氧化碳和水在高温时离解,即使在稀混合气燃烧时,有足够的氧气,但是由于发动机缸内温度很高,当温度超过2000C时CO2时就会发生高温离解反应;HO2在高温时也会分解成H2和O2,H2参加反应,使CO2还原成CO。

1.进气温度的影响:一般情况下,冬天气温可达零下20C以下,夏天在30

C以上,同时爬坡时发动机罩内温度有时也会超过80C。所以随着环境温度的上升,空气密度变小,但是汽油的密度几乎不变,所以化油器供给的混合气的空燃比就会随着吸入空气温度的上升而变浓,使排出的CO将增加。因此,冬

天和夏天发动机排放情况会有很大的不同。

2.大气压力的影响:通过试验证明,如果进气管压力降低,空气密度就会下降。那么空燃比就会下降,CO排放量也就将增大。进气管真空度的影响:当汽车急剧减速时,发动机真空度在68kPa以上时,停留在进气系统中的燃料,在高真空度下的作用下,急剧蒸发而进入燃烧室,造成混合气瞬时过浓,使燃烧状况恶化,CO浓度也将增加到怠速时的浓度。

3.怠速转速的影响:通过试验证明,在怠速转速为600r/m in时,CO浓度为1. 4%,700r/m in时,降为1%左右,这说明随着怠速转速的提高,可以有效地降低排气中CO浓度。

4.发动机工况的影响:通过试验证明,当发动机负荷一定时,CO的排放量会随着转速的增加而降低,当到一定的车速后,变化就不大了。

燃烧室内沉积物的影响:发动机使用一段时间后,就会在燃烧室壁面、活塞顶、进排气门上形成沉积物,沉积物具有多孔性和固液多相性,它的生成机理更为复杂。沉积物沉积于间隙中,由于间隙容积的减少,可能使由于狭隙效应而生成的HC排放量下降,但同时又由于间隙尺寸减小而可能使HC排放量增加。这种由燃烧室内沉积物所产生的占排放

总量的10%左右。

5.混合气质量的影响:混合气质量的优劣主要体现在燃油的雾化蒸发程度、混合气的均匀性、空燃比和缸内残余废气系数的大小等方面。混合气的均匀性越差,则HC排放越多。当空然比略大于理论空然比时,HC有最小值。混合气过浓或过稀均会发生不完全燃烧,废气相对过多则会使火焰中心的形成与火焰的传播受阻甚至出现断火,致使HC的排放量增加。

6.运行条件的影响:一是负荷的影响。发动机试验结果表明,当空燃比和转速保持不变,并按最大功率调节点火时刻时,改变发动机负荷,对HC的相对排放浓度几乎没有影响。但当负荷增加时,HC排放量的绝对值将随着废气流量的变大而几乎呈线性增加。二是转速的影响。发动机转速对HC排放浓度的影响非常明显。当转速较高时,HC排放浓度明显下降,这是由于气缸内的混合气扰流混合改善了燃料的燃烧过程,促进了排气管内的氧化反应。三是点火时刻的影响。点火时刻对HC排放浓度的影响体现在点火提前角上。点火提前角减小,可使HC下降,这是由于点火延迟使混合气燃烧时的激冷壁面面积减小,同时使排气温度增高,促进了HC在排气管内的氧化。四是壁温影响。燃烧室的壁温直接影响着激冷层的厚度和HC的排气后的反应。五是燃烧室面容比的影响。

目前,随着汽车走进千家万户,其所带来的环境污染问题必然会引起广泛重视。如何解决汽车所带来的污染问题是一个全球性的问题需要我们共同努力共同应对。让我们拥有一片蓝天共享美好生活是人们的共同目标。不断改进技术手段提高汽车使用效率降低尾气排放使人们共同的期待。

[1]吴建华.汽车发动机原理[M].北京:机械工业出版社,2007

[2]高吕和.汽车排放污染物的形成过程[M]北京工业职业技术学院学报，2003

[3]熊振湖,费学宁,池勇志.大气污染防冶技术及工种应用[M].北京:机械工业出版社,2003.

[4]李春明,焦传君.汽车发动机燃油喷射技术[M].北京:北京理工大学出版

社,2003.