流动源排放主要污染物及生成机理

圈内完成的为四行程发动机，四个过程在曲轴转一圈内完成的为
二行程发动机。
z 分类：按工作循环分为奥托循环和狄赛尔循环，按使用燃料分为 汽油机和柴油机，按点火方式分为点燃式发动机和压燃式发动机。
汽油机为奥托循环点燃式发动机，柴油机为狄赛尔循环压燃式发 动机。
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车用发动机的工作过程
z 奥托循环（Otto cycle） ：
– 由于燃烧不完善，产生的碳粒子及气相物统 称为炭烟。柴油组成中含碳原子多，燃烧不 好，排气呈灰色甚至是黑色。
z Pb的危害：
– 小颗粒沉积于肺部深处，被吸收。当积蓄到一定程度 后，可以阻碍血液中的红血球生长，使人贫血，对人心 脏、肺造成损害。造成人行为呆傻，智力降低，注意力 不集中，年龄越小危害越大。
– 铅的氧化物还因吸附在催化转化器活化涂层的表面和氧 传感器氧化锆表面，明显缩短催化转化器和氧传感器的 使用寿命。
流动源排放主要污染物生成机理
北京市机动车排放管理中心
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目录
z 车用发动机的工作过程 z 汽车排放的污染物和排放源 z 汽车排放污染物的危害 z 汽车排放污染物形成机理
z 汽车排放污染物的检测方法
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车用发动机的工作过程
z 构造：机体缸盖、曲柄连杆机构(活塞、连杆、曲轴、飞轮等)、 配气机构(进排气门、摇臂、凸轮轴、正时齿轮、皮带等)、进排
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汽车排放污染物的危害
Leabharlann Baidu
z 光化学烟雾的危害：
– 未燃烃及氮氧化物(NOx)在太阳光作用下，经过一系列的 化学反应，产生浅蓝色的刺激性烟雾。HC、NOx、太阳 光是形成光化学烟雾的必要条件，遵循J、卡博兰提出的 光化学烟雾反应生成机理。
– 主要成分为：臭氧、过氧酰基硝酸盐(PAN)以及各种自由 基、醛、酮等物质。
气系统(进排气歧管、空滤器、消声器、排气管等)、供油系统(油 箱、油泵、化油器或电喷系统、滤清器、油管、蒸发控制装置)、 点火系统(点火线圈、分电器、高压线、火花塞)、冷却系统(水泵、 水箱、水道)、润滑系统(机油泵、机油滤清器、油道等)。
z 工作原理：往复运动化作旋转运动。通过进气、压缩、膨胀、排 气四个过程完成化学能转化为机械能过程。四个过程在曲轴转两
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目录
z 车用发动机的工作过程 z 汽车排放的污染物和排放源 z 汽车排放污染物的危害 z 汽车排放污染物形成机理 z 汽车排放污染物的检测方法
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发动机的燃烧类型与产物
z 燃油的燃烧分为两类：完全燃烧和不完全燃烧。
– 完全燃烧产物为二氧化碳(C02)和水(H20)。对人体无毒性。 – 不完全燃烧产物比较复杂:有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、
– 黑炭颗粒是指燃料燃烧不完全所产生的固态 粒子、金属磨屑及灰分等。
– 硫化物等是燃油中含的硫燃烧形成的硫化物、 氧化物、硫酸盐等。
– 可溶有机成分是指未燃的碳氢化合物可用有 机溶剂如二氯甲烷溶液萃取出来的物质，因 此称之为可溶有机成分(SOF)。
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汽车排放污染物的危害
z 颗粒物的危害：
力变化不大，而温度因持续燃烧加热而继续升高。大部分燃料在此高温 高压阶段燃烧，放热量为循环总热量的70%-80%，对柴油机综合性能 有重大影响，是柴油机主要的燃烧阶段。
z 后燃期：温度最高到燃烧结束。放热速率缓慢，压力温度持续下降。后 燃期长，燃料热量利用率差，影响动力性、经济性和排放性能。
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白结合成一氧化碳血红蛋白，该物质一经形成，离解很 慢，降低血液的载氧能力，削弱血液对人体组织的供氧 量，容易造成低氧症，导致组织缺氧，人体缺氧后，中 枢神经受损，引起机能障碍。轻者引起头痛等症状，重 者窒息死亡 – 当人体血液中一氧化碳血红蛋白含量达到一定量后，会 引起头痛昏眩及反应迟钝，重者使人神经机能下降，直 至窒息死亡。一般应控制在5ppm/24小时以下。
车用发动机的工作过程
z 汽油机与柴油机的性能对比 – 柴油的燃点220℃ 汽油的燃点427℃ – 压缩比：柴油机（12-18），汽油机（6-11）； – 转速：柴油机（<4000r/min），汽油机(4000-7000r/min)； – 热效率：柴油机(0.43-0.50)，汽油机(0.24-0.33)； – 比油耗：柴油机(204-163g/kwh)，汽油机(340-252g/kwh)； – 升功率：柴油机(11-25.8kw/L)，汽油机(51.8-88kw/L)； – 过量空气系数：柴油机(1.2-2.2)，汽油机(0.85-1.1)； – 最高爆发压力：柴油机(50-140bar)，汽油机(30-85bar)； – 最高燃烧温度：柴油机(1800-2200k)，汽油机(2200-2700k)； – 主要污染物：柴油机NOx、PM，汽油机CO、HC、NOx。
– HC最大的危害是作为光化学烟雾的重要成分。其危害性 是不可忽视的
– 致癌的成分附着在碳颗粒上，增加了对人体健康的危害
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汽车排放污染物的危害
z NOx的危害：
– NOx是NO和NO2等的总称，单独存在时也有一定的毒性 – NO毒性不大，只有在高浓度时引起中枢神经系统障碍，但容
易氧化成剧毒NO2 – NO2是棕色气体，有刺激性臭味，对人的眼睛、口腔、呼吸道
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汽车排放污染物的危害
z HC的危害：
– 各种碳氢化合物总称为烃类，汽车排气中所含烃类有200 多种
– 甲醛与丙烯醛对鼻、眼和呼吸道粘膜有刺激作用，可引 起结膜炎、鼻炎、支气管炎等症状，它们还有难闻的臭 味，C2H4在大气中的浓度达0.5ppm时，能使一些植物发 育异常
– 有数十种多环芳烃，包括3,4-苯并芘等被认为致癌的物质。
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车用发动机的工作过程
z 柴油机的燃烧过程：
柴油机是高压喷油、压燃着火、然后边喷边燃的扩 散燃烧方式，采用调节每循环喷油量的多少来调节 负荷、循环进气量不变的“质调节”方式。
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车用发动机的工作过程
z 柴油机燃烧过程
– 燃烧过程分为四个阶段：
z 滞燃烧或着火延迟期：喷油开始至燃烧开始，又叫着火延迟期。只进行 燃烧前雾化、混合的物理准备和燃料和氧气化合的化学准备。其时间的 长短取决于柴油的性能和缸内压力、温度水平。
汽车排放污染物的危害
z 臭氧的危害：
– 强的氧化剂
– 臭氧、过氧化酰基酸盐和醛类对人的眼睛、咽 喉、鼻子有刺激作用，能使哮喘病发作，使慢 性呼吸系统疾病恶化
– 二氧化碳及臭氧均难溶于水、也不易被呼吸道 粘膜所阻挡，会渗入肺部，浓度大时可引起中 毒性肺气肿。
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汽车排放污染物的危害
z 速燃期：燃烧始点至缸内压力最大。着火中心燃烧，迅速带动其余部分 燃烧，这种几乎瞬时同步燃烧的特点，使缸内燃烧放热率、压力、温度 急剧上升到最大点。压力上升速度与柴油机噪声、运转平稳性甚至寿命 有直接关系。
z 缓燃期：压力最大点到温度最高点。扩散燃烧受喷油率和混合速度的限 制，放热量不会象速燃期那样猛烈，活塞转为下行，气缸容积扩大，压
黑烟、醛类,全部是对人类有害的物质。
z 空气燃烧产物:空气无论是完全燃烧还是不完全燃烧， 燃烧产物为氮氧化合物(NOx),是有害的。
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汽车发动机进、排气成分
z 发动机进气： 空气（N2+O2)+燃料
z 发动机排气： CO2+H2O+N2+CO+HC +NOx+PM（碳颗粒、微量 金属、有机颗粒、无机 盐颗粒、灰分等）。
99%以上的CO、55%的HC、100%的NOx 及无机盐类、CO2、PM（金属微粒、 有机微粒和碳颗粒）等。
– 曲轴箱排放：
20—25%的HC和约1%的CO。
– 蒸发排放：
15—20%的HC。
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柴油车排放的污染物
z 目前法规控制排放的污染物：CO、HC、NOx、PM
– 一氧化碳(CO)； – 碳氢化合物(HC)； – 氮氧化合物(NOx)； – 颗粒物：碳粒、尘埃等； – 多环芳香族碳氢化合物（PAN、PNAH），为致癌物质； – 醛类：甲醛、丙烯醛等，具有刺激性及臭味； – 臭味：芳香族化合物及其氧化物，烷基苯、奈及酚； – 硫化物：具有刺激性，酸雨的构成因素之一； – 蓝、白烟：冷启动及怠速时排出的碳氢化合物及其氧化物。
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汽车排放的污染物
z 汽车排放的有害物：CO、 HC（THC、NMHC、VOC、 TOG、NMOG 、芳香烃类、甲基叔丁基醚、1.3-丁二 烯、醛类(RCHO，甲醛，乙醛和丙烯醛)、NOx、硫 金酸属盐化、合CO物2、）烟、尘N微H3粒等（、黑轮烟胎及及油制雾动、片灰磨分损、粉某尘些、重电 磁辐射、燃烧噪声刹车噪声和轮胎噪声等。
由绝热（等熵）压缩1-2、等 体积加热2-3、绝热（等熵） 膨胀3-4和等体积排热4-1四 个可逆过程组成的理想热力 循环。
热效率为：
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车用发动机的工作过程
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狄赛尔循环 ： （鲁道夫.狄塞尔Rudolf Diesel ）
由绝热压缩1-2、定压加热2-3、 绝热膨胀3-4和定容放热4-1四 个可逆过程组成的理想热力
– 具有很强的氧化能力，对健康的危害主要表现为刺激眼 睛，引起红眼病；刺激鼻、咽喉、气管和肺部，引起慢 性呼吸系统疾病。
– 使树木枯死，农作物大量减产；降低大气的能见度，妨 物碍交，通危。害当则遇更有大S。O2时，还将生成硫酸雾而酸蚀一切可蚀
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循环。
热效率为：
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车用发动机的工作过程
z 汽油机的燃烧过程：
汽油机空气与汽油的混合是在汽缸外进行的， 利用节气门开度调节进气量进行负荷的“量调 节”，然后通过火花点火进行火焰传播燃烧。
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车用发动机的工作过程
z 汽油机燃烧过程：
– 燃烧过程分为三个阶段：
z 着火延迟期：电火花跳火到形成火焰中心。 z 急燃期：火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室达到最高压力点。 z 后燃期：最大压力点到燃烧结束。
– 火焰传播速度叫燃烧速度。压力升高率影响发动机 工作粗暴性、振动和噪声水平，最高燃烧压力达到 时刻影响发动机功率和经济性（通常在曲轴上止点 后10-15º曲轴转角）。
– 发动机排出的颗粒物，几乎都可以进入 到人体的肺泡深处，在人体内沉积，使 器官产生病变；
– 发动机产生的颗粒物组成成分中携带有 多种致癌的有机物质，可引发人体多种 病变，如癌症、各种呼吸道疾病等。
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有害物质侵入位置 鼻腔 气管 支气管
支气管末梢
肺泡
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汽车排放污染物的危害
z 排气烟度的危害：
z 颗粒物的危害：
– 通常将颗粒直径大于2nm的任何固体或液体 粒子称为微粒(Particle,简写为Part或PM)
– 由碳粒子、未燃的碳氢化合物、硫化物、氧 化物及含金属成分的灰分等组成。
– 分为三类：(1)黑炭颗粒；(2)硫化物；(3)可 溶有机成分
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汽车排放污染物的危害
z 颗粒物的危害：
z 除了人们熟知的 CO、 SO2外，目前特别引起人们关 注的是：产生温室效应的CO2及CH4等；形成光化学 烟雾的NOx及HC等以及致癌的附在碳烟微粒上的多环
芳香烃(PAN)等物质
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汽油车污染物排放源
z 汽油车目前法规控制排放的污染物：CO、HC、NOx。
z 汽油车排放源及其排放比例如下： – 尾气排放：
及肺容易造成危害，使人咳嗽、流鼻滴。吸入肺部后，能与 肺部的水分结合生成可溶性亚硝酸和硝酸，对肺组织产生剧 烈的刺激作用，增加肺毛细管的通透性，最后造成肺气肿。 亚硝酸盐则与血红蛋白结合，形成高铁血红蛋白，引起组织 缺氧
– NOx是产生光化学烟雾的重要组成成分。
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汽车排放污染物的危害
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z 车用发动机的工作过程 z 汽车排放的污染物和排放源 z 汽车排放污染物的危害 z 汽车排放污染物形成机理 z 汽车排放污染物的检测方法
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污染物的危害
z CO的危害：
– 不完全燃烧的生成物 – 无色、无味、有毒的气体 – CO经人呼吸进入肺部，被血液吸收后，能与体内血红蛋