汽车公害
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概述
汽车公害：
排放尾气、噪声、电波干扰、磨损颗粒、扬尘
尾气种类：
CO、HC、NOX、SO2、铅化合物、炭烟、油雾 光化学烟雾：
太阳光紫外线
危害：
HC NOx 臭氧＋醛等
CO阻碍血红蛋白与氧气结合，造成缺氧。
NO2吸入与水结合，引起肺气肿。
汽车排气污染物的形成及影响因素
汽油机燃烧有两个条件：
一、发动机噪声
汽车的噪声
噪声源：燃烧噪声、机械噪声、进排气噪声、风扇噪声。
1. 燃烧噪声和机械噪声 燃烧噪声——燃料燃烧而引起的声音。 机械噪声——发动机运转而引起的敲击声。 ⑴燃烧噪声 燃烧时压力升高而造成的气体冲击，汽油机较小，柴油
机较大。 柴油机，速燃期大，缓燃期小。 评价指标为压力增长率和最高压力。
芳香烃，苯并芘可致癌。
热分解
温度不太高
HC
甲烷＋乙烯
未燃碳氢化合物
高
温 氧气过剰
氧
氧化反应
气
不
足 脱氢 聚合 粒子
二、使用因素对排气中有害气体浓度的影响
1、负荷的影响 负荷——空燃比——影响有害气体
汽油机－－－量调节 柴油机－－－质调节
1）怠速——全闭，α=0.60~0.88 HC↑ CO↑
2）小负荷——0~25%开度， φ = 0.8~0.9 HC↑ CO↑
1、火花能量：40~100mJ，点着混合气。
2、混合气成分：在火焰传播界限内。
所以当燃烧室结构一定，火花能量充分时， 汽油机的排放性能主要取决于混合气浓度。
一、发动机排气污染物的形成
1、一氧化碳CO
CO是烃燃料燃烧的中间产物。
Cn Hm
n 2
O2
nCO
m 2
H2
当空气充足时
2H2+O2=2H2O 2CO+O2=2CO2 同时，CO与水蒸气H2O作：
此氧O 由1式供给 大部分
由3式供给 小部分
⑶式中的N由⑵供给，而⑵与温度有很大关系，因此2、3式 生成的NO为同一数量级，整个NO的很大程度上取决于温度。
※ NO的平衡浓度与非平衡浓度 定义：NO平衡浓度指在高温始终保持一定时，反应式2、
3中正向反应与逆向反应达到平衡的浓度。需要足够的时间。 ɑ = 14.7( φ= 1) 理论混合气 ɑ ＞ 14.7( φ＞1) 稀混合气 ɑ ＜ 14.7( φ＜1 ) 浓混合气
H2O CO H2 CO2
故空气充足时，理论上CO=0，但实际燃烧 与理论分析有区别：
⑴分布不均匀
⑵温度低造成的燃烧不完全
⑶燃烧时间短，达不到平衡浓度
2、碳氢化合物
排气管——55~65% 来源有 曲轴箱通风——20~25%
化油器、油箱蒸发——15~20%。 HC是未燃燃料、未完全燃烧燃料及部分分解 燃料的混合物。 所有妨碍燃料燃烧的条件都是HC形成的原因。
排放HC原因： (1)气缸激冷面。混合气燃烧是靠火焰传播进行的，缸 壁 0.05~0.5 mm 那层气体不能燃烧。 (2)激冷缝隙。在1.0 mm缝中，混合气也不能燃烧。 (3)燃料不完全燃烧。混合气过浓过稀，残余气体稀 释，使火焰传播不完全，甚至断火。例如在怠速、 小负荷、过度工况的时候，此外点火系不好，充 气温度低和充量均匀性差，残余气体多。 (4)二冲程扫气。由于扫气作用，一部分可燃混合气 不经燃烧就排出。
在稀区，温度起主要作用。
在浓区，氧浓度起主要作用。
压力影响：
在稀区，空气过量， N2 、 O2占大部分。 在浓区，NO总分子数与压力无关。 NO的平衡浓度随压力升高而升高。 压力下降促进热分解，O升高。
※ 在接近φ=1，达到最 大值。
※ 在稀区，因空气热容量 小，火焰温度下降。
上述只是定性分析， 用它来定量分析是不够的， 原因是达到平衡浓度时间 太长。
燃料燃烧经过一连串的反应达到，不同阶段有不同的 产物，某步骤反应不完全，造成最终产物的变化。
3、NO形成机理
NO的形成机理尚不清楚，过去认为低温下：
N2 O2 2NO
但这种过程太慢，计算值比实测值小得多。
现在认为高温下：
高温
（1） O2
2O
（2） O+N2
NO+N
（3） N+O2
NO+O
⑵式链反应从其氧O开始碰撞N2生成NO。
汽油机
爆震：36 KHz
表面点火：0.5~2 KHz
运转不平稳：燃烧室形状
气压压力频谱曲线——燃烧噪声的大小表示 。
影响因素：转速、负荷、点火喷油时间、加速。
* n↑ 漏气损失与散热损失↓ P T↑ 空气扰动↑
三种尾气与空燃比关系图
4、柴油机的碳烟 柴油机排烟: 白烟：φ＜1μm微粒，汽车怠速排出的液滴颗粒。 蓝烟：φ＜0.4μm微粒，液态微粒，燃油+润滑油。 黑烟：高温缺氧，易于裂解，聚合成碳烟。 白、蓝烟无本质差别，只是直径不同对光线反射不同而已。 碳烟对人体直接影响不大，但附着有SO2及致癌的多 环
3）中负荷——25~80%开度， φ = 0.9~1.1 HC↓ CO↓ NOx↑
4）接近满负荷——80~100%， φ = 0.8~0.9 CO↑ HC↑NOx↓
过量空气系数随发动机负荷变化关系 1－汽油机 2－柴油机
负荷对排放的影响
有害成分与汽车运行工况的关系
2、发动机转速的影响 转速——进气，混合气形成、燃烧——排放
650
250
20
30
5、汽车技术状况的影响
车龄↑ HC↑ CO↑
⑴供油系故障 化油器怠速产生变化，HC↑ CO↑
加速泵
空滤器堵塞，CO↑ HC↑
供油提前角↓，HC↓ NOx↓
⑵点火系故障 点火提前角↑ ， P T ↑ NOx ↑
Fra Baidu bibliotek
点火提前角↓ ， NOx↓
点火提前角↓↓，HC↓
⑶配气相位
⑷积炭
各种工况下发动机排放浓度表
工况排
怠速﹒中转速 有负荷的中等转速
加速
减速
放物含量 汽油机 柴油机 汽油机 柴油机 汽油机 柴油机 汽油机 柴油机
CO %
7.0
微量
2.5
0.1
HC %
0.5
0.004 0.2
0.02
NO ppm 30
60
1050
850
1.8
微量 2.0 微量
0.1
0.01
1.0 0.03
转速↑ CO↓ HC↓ NOx ↑ 3、不稳定工况
强制怠速CO↑↑ HC↑↑ 但柴油机已停止供油，无排 放。
4、发动机热工况 冷却水温度提高——缸壁温度↑——HC↓ 30℃~80℃——NO↑ 供油泵温度提高——气阻——HC↑ 罩下温度提高——充气系数↓——HC↑ CO↑ 气温低——起动困难——HC↑ 随温度↑——NOx ↑CO↓
汽车公害：
排放尾气、噪声、电波干扰、磨损颗粒、扬尘
尾气种类：
CO、HC、NOX、SO2、铅化合物、炭烟、油雾 光化学烟雾：
太阳光紫外线
危害：
HC NOx 臭氧＋醛等
CO阻碍血红蛋白与氧气结合，造成缺氧。
NO2吸入与水结合，引起肺气肿。
汽车排气污染物的形成及影响因素
汽油机燃烧有两个条件：
一、发动机噪声
汽车的噪声
噪声源：燃烧噪声、机械噪声、进排气噪声、风扇噪声。
1. 燃烧噪声和机械噪声 燃烧噪声——燃料燃烧而引起的声音。 机械噪声——发动机运转而引起的敲击声。 ⑴燃烧噪声 燃烧时压力升高而造成的气体冲击，汽油机较小，柴油
机较大。 柴油机，速燃期大，缓燃期小。 评价指标为压力增长率和最高压力。
芳香烃，苯并芘可致癌。
热分解
温度不太高
HC
甲烷＋乙烯
未燃碳氢化合物
高
温 氧气过剰
氧
氧化反应
气
不
足 脱氢 聚合 粒子
二、使用因素对排气中有害气体浓度的影响
1、负荷的影响 负荷——空燃比——影响有害气体
汽油机－－－量调节 柴油机－－－质调节
1）怠速——全闭，α=0.60~0.88 HC↑ CO↑
2）小负荷——0~25%开度， φ = 0.8~0.9 HC↑ CO↑
1、火花能量：40~100mJ，点着混合气。
2、混合气成分：在火焰传播界限内。
所以当燃烧室结构一定，火花能量充分时， 汽油机的排放性能主要取决于混合气浓度。
一、发动机排气污染物的形成
1、一氧化碳CO
CO是烃燃料燃烧的中间产物。
Cn Hm
n 2
O2
nCO
m 2
H2
当空气充足时
2H2+O2=2H2O 2CO+O2=2CO2 同时，CO与水蒸气H2O作：
此氧O 由1式供给 大部分
由3式供给 小部分
⑶式中的N由⑵供给，而⑵与温度有很大关系，因此2、3式 生成的NO为同一数量级，整个NO的很大程度上取决于温度。
※ NO的平衡浓度与非平衡浓度 定义：NO平衡浓度指在高温始终保持一定时，反应式2、
3中正向反应与逆向反应达到平衡的浓度。需要足够的时间。 ɑ = 14.7( φ= 1) 理论混合气 ɑ ＞ 14.7( φ＞1) 稀混合气 ɑ ＜ 14.7( φ＜1 ) 浓混合气
H2O CO H2 CO2
故空气充足时，理论上CO=0，但实际燃烧 与理论分析有区别：
⑴分布不均匀
⑵温度低造成的燃烧不完全
⑶燃烧时间短，达不到平衡浓度
2、碳氢化合物
排气管——55~65% 来源有 曲轴箱通风——20~25%
化油器、油箱蒸发——15~20%。 HC是未燃燃料、未完全燃烧燃料及部分分解 燃料的混合物。 所有妨碍燃料燃烧的条件都是HC形成的原因。
排放HC原因： (1)气缸激冷面。混合气燃烧是靠火焰传播进行的，缸 壁 0.05~0.5 mm 那层气体不能燃烧。 (2)激冷缝隙。在1.0 mm缝中，混合气也不能燃烧。 (3)燃料不完全燃烧。混合气过浓过稀，残余气体稀 释，使火焰传播不完全，甚至断火。例如在怠速、 小负荷、过度工况的时候，此外点火系不好，充 气温度低和充量均匀性差，残余气体多。 (4)二冲程扫气。由于扫气作用，一部分可燃混合气 不经燃烧就排出。
在稀区，温度起主要作用。
在浓区，氧浓度起主要作用。
压力影响：
在稀区，空气过量， N2 、 O2占大部分。 在浓区，NO总分子数与压力无关。 NO的平衡浓度随压力升高而升高。 压力下降促进热分解，O升高。
※ 在接近φ=1，达到最 大值。
※ 在稀区，因空气热容量 小，火焰温度下降。
上述只是定性分析， 用它来定量分析是不够的， 原因是达到平衡浓度时间 太长。
燃料燃烧经过一连串的反应达到，不同阶段有不同的 产物，某步骤反应不完全，造成最终产物的变化。
3、NO形成机理
NO的形成机理尚不清楚，过去认为低温下：
N2 O2 2NO
但这种过程太慢，计算值比实测值小得多。
现在认为高温下：
高温
（1） O2
2O
（2） O+N2
NO+N
（3） N+O2
NO+O
⑵式链反应从其氧O开始碰撞N2生成NO。
汽油机
爆震：36 KHz
表面点火：0.5~2 KHz
运转不平稳：燃烧室形状
气压压力频谱曲线——燃烧噪声的大小表示 。
影响因素：转速、负荷、点火喷油时间、加速。
* n↑ 漏气损失与散热损失↓ P T↑ 空气扰动↑
三种尾气与空燃比关系图
4、柴油机的碳烟 柴油机排烟: 白烟：φ＜1μm微粒，汽车怠速排出的液滴颗粒。 蓝烟：φ＜0.4μm微粒，液态微粒，燃油+润滑油。 黑烟：高温缺氧，易于裂解，聚合成碳烟。 白、蓝烟无本质差别，只是直径不同对光线反射不同而已。 碳烟对人体直接影响不大，但附着有SO2及致癌的多 环
3）中负荷——25~80%开度， φ = 0.9~1.1 HC↓ CO↓ NOx↑
4）接近满负荷——80~100%， φ = 0.8~0.9 CO↑ HC↑NOx↓
过量空气系数随发动机负荷变化关系 1－汽油机 2－柴油机
负荷对排放的影响
有害成分与汽车运行工况的关系
2、发动机转速的影响 转速——进气，混合气形成、燃烧——排放
650
250
20
30
5、汽车技术状况的影响
车龄↑ HC↑ CO↑
⑴供油系故障 化油器怠速产生变化，HC↑ CO↑
加速泵
空滤器堵塞，CO↑ HC↑
供油提前角↓，HC↓ NOx↓
⑵点火系故障 点火提前角↑ ， P T ↑ NOx ↑
Fra Baidu bibliotek
点火提前角↓ ， NOx↓
点火提前角↓↓，HC↓
⑶配气相位
⑷积炭
各种工况下发动机排放浓度表
工况排
怠速﹒中转速 有负荷的中等转速
加速
减速
放物含量 汽油机 柴油机 汽油机 柴油机 汽油机 柴油机 汽油机 柴油机
CO %
7.0
微量
2.5
0.1
HC %
0.5
0.004 0.2
0.02
NO ppm 30
60
1050
850
1.8
微量 2.0 微量
0.1
0.01
1.0 0.03
转速↑ CO↓ HC↓ NOx ↑ 3、不稳定工况
强制怠速CO↑↑ HC↑↑ 但柴油机已停止供油，无排 放。
4、发动机热工况 冷却水温度提高——缸壁温度↑——HC↓ 30℃~80℃——NO↑ 供油泵温度提高——气阻——HC↑ 罩下温度提高——充气系数↓——HC↑ CO↑ 气温低——起动困难——HC↑ 随温度↑——NOx ↑CO↓