汽油机污染物生成机理1
汽油机的有害排放物及其控制
四、点火系统
传统点火系统具有结构简单、工作可靠、 成本低等优点，基本能满足汽油机对点火系统 的要求，随着汽车工业的高速发展，要求汽车 发动机向高转速、高压缩比、大功率、低比油 耗和低排放污染发展，传统点火系统越来越不 适应新的要求，人们开始研制电子点火装置， 提高发动机的点火性能。近二十年来，各类电 子点火装置相继问世，而且种类繁多。
暖机期间要使可燃混合气、冷却液和 机油尽快热起来，例如，采用进气自动 加热系统，有助于改善暖机和寒冷天气 运转时的混合气形成条件。
二、怠速
车用汽油机在实际使用中怠速工况占 很大的比例，汽油机在怠速工况下由于 残余废气系数大，混合气不得不加浓， 结果导致CO和HC的排放很高，所以世界 各国的排放法规都是首先限制怠速排 放。
燃油蒸发控制
活性碳罐
§6 汽油机机内净化技术
汽车排气中的有害排放物的净化途径， 一般分为两大类：
机内净化：它是通过对发动机燃烧过程 的改善，防止或减少有害物在发动机燃 烧过程中的生成量，减少排气中的有害 物质；
机外净化：是用设置在发动机外部的装 置将发动机排出的废气进行净化处理， 在净化装置中减少在发动机中已经产生 的污染物.
燃烧室形状 压缩比 火花塞位置 活塞组设计 稀薄燃烧
§7 废气再循环（EGR）
废气再循环简称EGR，是目前用于降 低NOx排放的一种有效措施。它将发动机 排气的废气引入进气管与新鲜混合气混 合后送入汽缸燃烧，实现再循环。EGR系 统的作用是将部分废气引出排气系统， 将引出的废气再送入进气系统，并对送 入进气系统的废气进行最佳的控制与调 节等。
提高怠速转速，改善燃烧状态是改善 怠速排放的重要手段。
三、混合气形成和空燃比
空燃比控制精度决定了混合气形成质量 的好坏。
汽车发动机排放污染物的生成机理、影响因素及危害
汽车排放物CO、HC、NOx、PM的生成、影响因素及危害随着我国汽车工业的发展，车辆越来越多，车辆向大气排放的污染物也越来越多。
汽车排放是指从废气中排出的CO（一氧化碳）、HC、NOx（碳氢化合物和氮氧化物）、PM（微粒，碳烟）等有害气体。
它们都是发动机在燃烧作功过程中产生的有害气体。
这些有害气体在强烈阳光照射下发生光化学反应，产生大量的光化学烟雾，严重的威胁着人类的人生健康和生态环境。
一、生成：这些有害气体产生的原因各异。
CO是燃油氧化不完全的中间产物，当氧气不充足时会产生CO，混合气浓度大及混合气不均匀都会使排气中的CO增加。
HC是燃料中未燃烧的物质，由于混合气不均匀、燃烧室壁冷等原因造成部分燃油未来得及燃烧就被排放出去。
NOx是燃料（汽油）在燃烧过程中产生的一种物质。
PM也是燃油燃烧时缺氧产生的一种物质，其中以柴油机最明显。
因为柴油机采用压燃方式，柴油在高温高压下裂解更容易产生大量肉眼看得见的碳烟。
二、影响因素:汽车废气中CO、HC和NOx三种有害气体的影响因素比较多，主要为可燃混合气的空燃比，点火提前角、发动机的负荷和转速以及发动机的内部结构等。
1、可燃混合气空燃比（即混合气成分）的影响在理论空燃比附近，CO曲线有一个拐点，当A／F减少时，可燃混合气过浓，燃油无法充分燃烧，CO生成物便急剧增加；当MF增大时，氧含量充足，燃油可以充分燃烧．使CO生成量减少，而且比较稳定。
HC曲线在ME为17一18附近有一个拐点，此时废气中的HC含量最低。
除此之外．HC的生成量都有所增加。
其原因是当MF少于17时．混合气过浓，燃烧不彻底．当A／F大于18时，混合气过稀，燃烧速度缓慢同样会出现燃烧不彻底现象，HC都会增加。
NO曲线在A／F为15—16附近有—个波峰，此时生成的NO量最多，除此之外，过浓或过稀的空燃比都会降低燃烧速度和燃烧温度，使NO的生成量都有所下降。
2、点火提前角的影响点火提前角对CO的生成量影响不大。
(完整版)发动机排放污染物的生成机理
发动机排放污染物的生成机理主要内容：介绍了汽车尾气中的主要污染物CO 、HC 、NO X 和微粒的生成机理。
1、 一氧化碳1.1 一氧化碳的生成机理汽车尾气中CO 的产生是由于燃油在气缸中燃烧不充分所致，是氧气不足而生成的中间产物。
一般烃燃料的燃烧反应可经以下过程：22n m H 2n mCO O 2m H C +→+(2-1)燃气中的氧足够时有O 2H O 2H 222→+(2-2)222CO O 2CO →+(2-3)同时CO 还与生成的水蒸气作用，生成氢和二氧化碳。
可见，如果燃气中的氧气量充足时，理论上燃料燃烧后不会存在CO 。
但当氧气量不足时，就会有部分燃料不能完全燃烧，而生成CO 。
在非分层燃烧的汽油机中，可燃混合气基本上是均匀的，其CO 排放量几乎完全取决于可燃混合气的空燃比α或过量空气系数a φ。
图2-1所示为11种H/C 比值不同的燃料在汽油机中燃烧后，排气中CO 的摩尔分数x CO 与α或a φ的关系。
空燃比α 过量空气系数a φa ） b)图2-1汽油机CO 排放量x CO 与空燃比α及过量空气系数a φ的关系由图2-1可以看出，在浓混合气中（a φ<1），CO 的排放量随a φ的减小而增加，这是因缺氧引起不完全燃烧所致。
在稀混合气中（a φ>1），CO 的排放量都很小，只有在a φ=1.0～1.1时，CO 的排放量才随a φ有较复杂的变化。
在膨胀和排气过程中，气缸内压力和温度下降，CO 氧化成CO 2的过程不能用相应的平衡方程精确计算。
受化学反应动力学影响，大约在1100K 时，CO 浓度冻结。
汽油机起动暖机和急加速、急减速时，CO 排放比较严重。
在柴油机的大部分运转工况下，其过量空气系数a φ都在1.5～3之间，故其CO 排放量要比汽油机低得多，只有在大负荷接近冒烟界限（a φ=1.2～1.3）时，CO 的排放量才大量增加。
由于柴油机燃料与空气混合不均匀，其燃烧空间总有局部缺氧和低温的地方，以及反应物在燃烧区停留时间较短，不足以彻底完成燃烧过程而生成CO 排放，这就可以解释图2-2在小负荷时尽管a φ很大，CO 排放量反而上升。
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+CO2）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。
车用汽油机HC生成机理及排放控制技术
螁前言莆车用汽油发动机是大气的主要污染源之一，由于其燃烧方式与柴油机不一样，造成较大的未燃HC排放。
随着环境污染的日益严重，人们对发动机的排放提出了严格的法规，促使对未燃HC的生成机理与排放进行更加深入的研究。
本文在比较和归纳前人研究成果的基础上，论述了车用汽油机HC有害排放物的生成机理和降低排放的措施。
羆1 汽油机HC的生成机理袄(1)不完全燃烧(氧化)。
发动机运转时，若混合气过浓或过稀，或者废气被严重稀释，或者点火系统发生故障，则火花塞可能不跳火，或者跳火后不能使混合气着火，或者着火后又在传播过程中熄灭，致使混合气中部分燃料，甚至全部燃料以未燃HC形式排出，使HC排放明显升高。
芈(2)壁面淬熄效应。
壁面淬熄效应是指温度较低的燃烧室壁面对火焰的迅速冷却(也称激冷)，使活化分子的能力被吸收，链式反应中断，在壁面形成0.1～0.2mm的不燃烧或不完全燃烧的火焰淬熄层，产生大量未燃的HC。
莈(3)狭缝效应。
狭缝主要指活塞头部、活塞环和气缸壁之间的狭小缝隙，火花塞中心电极的空隙，火花塞的螺纹、喷油器周围的间隙等处。
汽油机工作时总有一些液态油滴或燃油蒸气隐藏在这些缝隙中，因火焰无法传人其中而不能燃烧，于是成为未燃烧HC的一个来源。
肄(4)壁面油膜和积炭吸附。
在进气和压缩过程中，气缸壁面上的润滑油膜，以及沉积在活塞顶部、燃烧室壁面和进气门、排气门上的多孔性积炭，会吸附未燃混合气和燃料蒸气，在膨胀和排气过程中这些吸附的燃料蒸气柱随之进入气态的燃烧产物中。
这样HC的少部分被氧化，大部分则随已燃气体排出气缸。
芃2 影响HC生成的因素羈2.1 空燃比的影响膅空燃比对HC排放浓度的影响甚大。
通常HC排放浓度和数量有随混合气变稀而下降的趋势，但是，当混合气空燃比大于17：1时，混合气过分稀薄，易发生火焰不完全传播以至断火，使HC排放量迅速增加。
因此，凡影响空燃比和排气后反应的因素，如大气压力、进气温度、排气温度、排气中的含氧量等，也必然影响HC的排放。
汽油机污染物的生成及影响
第三节 影响汽油机排气污染物生成的因素
四、汽油机结构参数的影响
对汽油机排放影响较大的结构参数有气缸工作容积、行程缸径比 (S/D)、燃烧室形状、压缩比、活塞顶环隙容积、配气定时以及排气系 统等。
这些参数的影响遵循下列两点： 第一点是在上止点时燃烧室的面容比F/V越大、进入活塞的间隙的 混合气越多，排气氧化不多时HC的排出量增大； 第二点是若使由燃烧室壁面散失的热量减少、残留气体减少，则 NOx的排放量增大。 1.气缸工作容积与行程缸径比的影响 (1)汽油机气缸工作容积越大，气缸面容比F/V变小，气缸相对散热 面积较小，因此HC的排放和油耗越低。
紊流适宜和紊流过强时燃烧压 力变化比较
挤流间隙
汽油机产生紊流的方法有进气涡流和挤流两种: (1)进气涡流；(2)挤流
(1)进气涡流 进气涡流是利用进气口和
进气道的形状在进气过程中造 成气流绕气缸中心线的旋转运 动，由于进气涡流加快了火焰 传播速度，提高了燃烧速率， 使热效率提高。
组织进气涡流的同时会使 进气阻力增加，充气效率下降， 在低速低负荷时难以获得良好 的进气涡流。故只依靠进气涡 流的燃烧室非常少，通常配合 组织进气挤流。
活塞顶环隙容积对HC排放的影响
7、火花塞位置的影响 火花塞在燃烧室的位置不同时，发动 机的燃烧放热速率不同，故火花塞的 位置对排放有重要影响。
火花塞的布置应使火焰传播距离 短，若火花塞距燃烧室的缝隙较远， 则汽油机HC排放增加，反之亦然。
火花塞对HC排放的影响还与燃烧 室的结构形状有关：一般说，对非紧 凑型燃烧室的影响比对紧凑型燃烧室 的影响大。如在圆盘型燃烧室上，由 于火花塞位置的不同可使发动机HC排 放产生35％差别。
火花塞位置与燃烧室形状共同决 定了质量燃烧率，在燃烧前期燃烧质 量增加，会使NO排放增加，但对改善 油耗有利。
第二章 汽车排放污染物的生成机理
烟粒的生成机理
烟粒生成阶段： （1）在高温富油缺氧区，通过裂解和脱氢 过程，经过核化形成先期产物； （2）在低于1500K的低温区，通过聚合和冷 凝生成碳烟微粒。 烟粒长大阶段： （1）表面生长；
（2）柴油机未燃HC的生成机理
燃料在气缸 内停留的时 间较短，生 成HC的相对 时间也短， 故柴油机HC 排放量比汽 油机少。
（3)
影响碳氢化合物生成的因素
混合气质量 的影响 运行条件的 影响
影响 碳氢 化合 物生 成的 因素
混合气的均匀性越 差 则 HC 排 放 越 多 。
汽油机运行条件的 影响
三、柴油车排放污染物的影响因素
1、柴油机的运转参数（转速、负荷、进气涡流） 2、外界环境（空气的温度、湿度及压力） 3、供油系统：喷油提前角 喷油速率和喷油压力。 4、柴油十六烷的数值。（课本35页） 5、EGR（废弃再循环） 6、增压。
喷油提前角（课本33页）
喷油器开始喷油时，活塞距 离压缩达上止点的曲轴转角， 称为喷油提前角 喷油提前角过大，燃烧开始 得过早，气缸压力升高率过 大，柴油机噪声增大，工作 粗暴；反之若喷油提前角过 小，燃烧滞后并延伸到膨胀 过程中进行，柴油机燃烧效 率下降，未燃碳氢化合物 （HC）与烟度增加
2、碳氢化合物HC的生成机理
未燃 HC生 成与 排放 的途 径
燃烧过程中未燃烧或燃烧不完全 的碳氢燃料 漏入曲轴箱的窜气中含有大量未 燃燃料
燃油蒸汽
（1）汽油机未燃HC的生成机理
汽油机有害排放物的危害与控制措施
汽油机在燃烧过程中产生的有害物质，如一氧化碳、碳氢化合物、 氮氧化物等。
有害排放物产生机理
汽油机燃烧过程中，空气和汽油混合后进入燃烧室，在点火后进行 燃烧。由于燃烧不充分或燃烧不完全等原因，会产生有害排放物。
有害排放物种类
一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、颗粒物 （PM）等。
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降低颗粒物排放的措施
使用低硫燃料
使用低硫燃料可以减少颗 粒物的排放，因为硫会促 进机油和燃油蒸气的裂解 。
优化燃烧室设计
优化燃烧室设计可以提高 汽油机的燃烧效率，从而 降低颗粒物的排放。
采用催化转化器
催化转化器可以将颗粒物 转化为无害物质，从而降 低颗粒物的排放。
颗粒物过滤与净化技术
颗ห้องสมุดไป่ตู้物过滤器
01
颗粒物过滤器可以有效地过滤空气中的颗粒物，从而减少颗粒
物进入发动机的机会。
颗粒物净化器
02
颗粒物净化器可以进一步净化过滤后的空气，以减少进入发动
机的颗粒物数量。
定期维护和更换过滤器
03
定期维护和更换过滤器可以确保其有效性，并减少颗粒物进入
发动机的机会。
06
CATALOGUE
汽油机有害排放物控制技术的发展趋势
的一氧化碳。
使用催化剂
在汽油机排放系统中安装催化剂， 促进一氧化碳与氧气反应转化为二 氧化碳，从而降低一氧化碳排放。
空气喷射
通过将空气喷射到汽缸中，增加氧 气供应量，降低一氧化碳的产生。
一氧化碳捕获与处理技术
吸附法
利用活性炭等吸附剂将一氧化碳 从废气中吸附出来，然后进行进
一步处理。
浅谈汽油机的有害排放物及其控制
浅谈汽油机的有害排放物及其控制摘要：现如今汽车产业的发展已经成为国家经济战略的重要组成部分，并且随着国民经济收入的提高和人们对美好生活的追求，汽车已经进入了千家万户。
目前我国汽油及汽车保有量保持两位数增长。
随着汽油机汽车的不断增多，其由汽油机排放的有害物质引起了人们的高度关注，并采取一系列措施控制有害物质排放。
本文通过分析汽油机的有害排放物及产生机理，提出控制有害物质排放的措施，从而使人们对汽油机污染产生全面了解并对其污染做出相应控制与防范。
关键词：汽油机；有害排放物；产生机理；控制1.汽油机的有害排放物及其产生机理汽车发动机以碳氢化合物燃料为主，通过燃料与空气的混合燃料方式将燃料的化学能转化成热能，再将热能通过曲柄连杆机构转化为机械能对外输出做功。
汽油机的使用燃料为汽油，汽油的主要排放物有CO2、H2O、CO、NOx而有害排放物主要有以下几种：1.1NO产生机理及影响因素忽略空气中的微量元素不计，空气中的O2的体积分数为21%，N2的体积分数为79%。
NO是空气中的N2在高温下分解后与空气中O2化合的结果。
根据汽油机的均匀混合气火焰传播方式的特点，用Zeldovich的理论来解释NO的生成机理。
即认为NO是空气中的N2在1800K以上的高温条件下按式（1-1）反应而生成的。
{N2+O=NO+NN+O2=NO+O（1-1）N+OH=NO+H（扩大）}氮分子需要较大的活化能才可分解，因此N2只能在高温条件下进行分解反应，这就决定了NO形成的高温条件。
基于zeledovich理论NO生成的三要素是燃烧温度，氧含量和整个燃烧的反应时间。
燃烧温度越高，氧含量越充裕，燃烧反应时间越长，其NO的生成量则就越多。
1.2CO的产生机理及影响因素汽油机中当过量空气系数Φa<1时，在较浓的混合气下燃烧，由于混合气中缺氧而造成碳氢燃料不完全燃烧，进而导致生成CO；当过量空气系数Φa>1时，在较稀的混合气下燃烧，可是由于混合气的混合不均匀而导致局部区域Φa<1，这就导致了局部碳氢燃料的不完全燃烧生成少量CO；另外燃烧生成的CO2在高温的环境中，会部分分解成O2和CO。
车用汽油机排放污染物的生成机理及影响因素
发动机过热，使润滑效果变差，使磨损加剧。
4、积碳增多
高温裂解产生的碳粒形成积炭，
5、Ne下降、ge上升
另外，高温裂解使燃烧产物分解为CO、H2、O2、NO及游离 碳增多，排气冒烟严重。 CO、H2、O2等膨胀过程中重新燃 烧，使排温增高。
（四）影响爆燃的因素
有燃料因素、使用因素、结构因素等。 为便于分析，假定：
最高压力过早使压缩功增大，过迟散热损 失增大；过大产生振动、噪音，过小使膨胀 功减少。 压力升高率：即曲轴每转1度时，缸内气体 压力的平均升高量：
λP =△P/△θ
λP表征压力变化的急剧程度。 λP过大，发 动机振动和噪声大，工作粗暴； λP在１７ ５～２５０ＭＰa/℃A，汽油机工作柔和，性 能好。
是燃烧的准备阶段，主要进行热量的积累，缸内的压力 线与纯压缩线基本重合。
当反应的混合气的温度升高到一定程度后，形成发火
区，即火焰中心。
从火花塞跳火瞬时到活塞行至上止点时的曲轴转角， 称为点火提前角，用表示。一般为20—35ºCA。 各种因素对滞燃期长短的影响：
混合气浓度合适（=0.8~0.9最短）、火花塞跳火时缸 内压力及温度高、电火花强度大，着火延迟时间将减小。 另外，与残余废气量、缸内混合气的运动等因素有关。
3）由于火焰传播燃烧是一系列的等压燃烧，气缸内压 力越来越高，未燃气体受已 燃气体膨胀作用的压力， 其密度也越来越大。
已燃气体的质量与体积的关系
汽油机的排气成分
1.大气成分——N2和剩余的O2 2.完全燃料产物——CO2和H2O 3.不完全燃烧产物——CO、H2 4.未燃烃及燃烧分解生成物HC 5.燃烧中间产物——醛类 6.氮氧化合物——NOx 7.颗粒物
2．高温离解反应
浅谈汽油机污染物排放及净化措施
浅谈汽油机污染物排放及净化措施论文导读：随着汽车数量的持续增长，我国汽车污染物排放总量持续攀升，这对我国的空气环境质量带来很大的影响，如何让人们即享受到经济发展后的交通便利，又能有效地降低汽车污染物排放对环境的危害，越来越成为摆在各级环境保护工作者面前的严峻问题。
汽油机尾气成分非常复杂，有一百种以上，其主要污染物包括：一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、铅(Pb)、苯并芘(B8P)等。
关键词：汽油机，污染物排放，净化措施进入21世纪以来，中国汽车需求量和保有量呈现加速增长的趋势，而且随着国民经济的快速发展、居民收入的提高、汽车价格的下降和消费环境的改善，中国汽车市场规模将继续扩大。
随着汽车数量的持续增长，我国汽车污染物排放总量持续攀升，这对我国的空气环境质量带来很大的影响，如何让人们即享受到经济发展后的交通便利，又能有效地降低汽车污染物排放对环境的危害，越来越成为摆在各级环境保护工作者面前的严峻问题。
一、汽油机排放污染物的来源、危害和生成机理汽油机尾气成分非常复杂，有一百种以上，其主要污染物包括：一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、铅(Pb)、苯并芘(B8P)等。
1. 汽油机排放污染物的来源汽油机排放污染物的来源有三个方面。
一是排气污染，是由排气管中排出的废气引起的，废气中含有CO、HC、NOx、铅化物、硫化物等污染物；二是窜缸混合气，它是从活塞环与气缸的间隙漏入曲轴箱，再由曲轴箱通风管排出的未燃烧的燃料混合物，主要成分是HC；三是汽油蒸发，从汽油箱、浮子室、油管接头挥发的汽油蒸发后进入大气，主要成分也是HC。
2. 汽油机排放污染物的危害CO是一种化学反应能力低的无色无味的窒息性有毒气体，它与人体血液中的血红素有很强的亲和力，使血液丧失对氧的输送能力而产生缺氧中毒。
当环境中CO的浓度超过100 ppm(100×10-6)时，人体就会产生头晕、乏力等不适感；随着CO浓度的增加，会进一步产生头痛、呕吐、昏迷等症状；当CO浓度超过600 ppm时，短期内会引起窒息死亡。
发动机主要有害物生成机理与防治
发动机主要有害物生成机理与防治一、引言发动机是现代交通工具的核心部件，但其燃烧过程会产生一系列的有害物质。
这些有害物质对环境和人类健康带来严重威胁。
为了保护环境和人类健康，研究发动机主要有害物生成机理以及相应的防治措施至关重要。
二、发动机有害物生成机理2.1 氮氧化物（NOx）的生成氮氧化物是发动机尾气中的主要有害物之一。
其生成机理主要包括两个过程：1.热反应：在发动机燃烧室中，高温下的氮气和氧气发生反应，生成一氧化氮（NO）。
2.氧化反应：一氧化氮进一步与氧气发生反应，生成二氧化氮（NO2）。
2.2 碳氢化合物（HC）的生成碳氢化合物是未完全燃烧的燃料残留物，也是发动机尾气中的有害物质。
其生成机理主要与燃料混合不均匀、燃烧效率低下等因素有关。
2.3 颗粒物（PM）的生成颗粒物是发动机尾气中固体和液体微粒的总称。
其生成机理与燃料不完全燃烧、润滑油燃烧、燃油添加物的存在等因素有关。
三、防治措施针对发动机主要有害物的生成机理，可以采取以下防治措施：3.1 氮氧化物（NOx）的防治1.优化燃烧室设计：通过改变燃烧室的结构和形状，减少燃料和氧气的接触时间，降低氮氧化物的生成。
2.使用催化转化器：在排气系统中添加催化转化器，将一氧化氮和二氧化氮转化为无害的氮气和水蒸气。
3.2 碳氢化合物（HC）的防治1.改进燃油喷射系统：优化燃油喷射系统，使燃料均匀混合，提高燃烧效率，减少碳氢化合物的生成。
2.使用催化转化器：催化转化器不仅可以减少氮氧化物的生成，还可以将未完全燃烧的碳氢化合物转化为二氧化碳和水。
3.3 颗粒物（PM）的防治1.安装颗粒捕集器：在排气系统中添加颗粒捕集器，可以有效捕集颗粒物，使其不被释放到大气中。
2.使用低硫燃料：低硫燃料可以减少颗粒物的生成，降低对环境的污染。
四、结论发动机主要有害物生成机理与防治是一个复杂而重要的研究领域。
通过深入理解有害物生成的机理，采取相应的防治措施，可以减少有害物质对环境和人类健康的影响。
车用汽油机排放污染物的生成修改
汽油的平均质量成分：gC=0.855;gH=0.145;go=0 柴油的平均质量成分gC=0.855;gH=0.145;go=0.004 将 平 均 质 量 成 分 代 入 得 ： 汽 油 L0=14.8kg/kg ， 柴 油 L0=14.5kg/kg 当空燃比A/F＜14.8时，不完全燃烧生成气态化合物：
以质量成分计，O2占23.2% N2占76.8%1kg燃油完全燃烧需 Nhomakorabea论空气量L0
L0
1 0.232 (2.667gC
8gH
gO )(kg/kg)
或
L0
1 0.21
(
g
c
12
gH
4
g0 32)(kmol / kg)
标态下以体积表示的理论空气量
L0
22.4 0.21
(gC
/12
g
H
/4
g
O
/32)（Nm3/kg燃油）
不均 现象。
3）由于火焰传播燃烧是一系列的等压燃烧，气 缸内压力越来越高，未燃气体受已燃气体膨胀作用 的压力，其密度也越来越大。
• 图2-2已燃气体的质量与体积的关系
2.1.3 汽油机的排气成分
1.大气成分——N2和剩余的O2 2.完全燃料产物——CO2和H2O 3.不完全燃烧产物——CO、H2 4.未燃烃及燃烧分解生成物——HC 5.燃烧中间产物——醛类 6.氮氧化合物——NOx 7.颗粒物——氧化铅、碳化物、金属化合物等。
第二章 汽油机排放污染物的生成机理 及影响因素
2.1 燃料燃烧过程概述 2.2 汽油机污染物生成机理 2.3 影响汽油机排气污染物生成的因素
2.1 燃料燃烧过程概述 2.1.1燃料燃烧化学反应
一、完全燃烧的化学反应 燃料中可燃成分C、H、S、CO、CnHm。燃料完全 燃烧，这时的化学反应：
汽车排放污染物的形成和生成机理
排气温度低于500 ℃时，烟粒会吸附和 凝聚多种有机物，称为有机可溶成份。
烟粒旳生成机理
烟粒生成阶段： （1），在高温富油缺氧区，经过裂解和脱 氢过程，经过核化形成先期产物； （2）在低于1500K旳低温区，经过聚合和 冷凝生成碳烟微粒。
烟粒长大阶段： （1）表面生长； （2）汇集。
烟粒旳氧化及有机可溶成份旳吸附与凝结
烟粒旳氧化： 氧化作用需要有一定旳温度，至少在700～ 800℃。
有机可溶成份旳吸附与凝结： 构成SOF旳重质有机化合物向烟粒汇集物旳 凝结与吸附。
影响微粒生成旳原因
负荷旳影响：
（1）高速小负荷时，稀薄混合气区较大， 微粒排放量较高； （2）低速大负荷时，轻易产生裂解和脱氢， 排放量有所升高。
负 转点 壁 燃比荷速火温烧影旳旳时室影响影刻面响响旳容
负转转流混燃点壁降减燃冷必是措点负 随 长荷 速施烧 火 弱面 降火合 然速 烧 面混 低。荷废影旳 旳。过 提 壁温 低时程 也较 室 积。合增气响影 影程 前 面度 汽刻高 面 也度 增、 提长流响 响角 激，升 油旳时 容 随旳 大升涡时量减 冷H高 机增比 之冷流， 。，变C小 效， H大 增大却扩气 降H排大CC可 应H大改介散低缸，放排而排C使，善质燃内及单 ，浓排放几放降H了温混烧排位未度旳放乎量C低气度合室气容燃明排一浓呈绝H缸有面气扰烃积显放项度线对C内利旳容流总旳下排下主相性值降旳放于降扰比量要激应、增将。。。 壁温旳影响
NOX生成量随温度升高而迅速增大。
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量 燃适 现， 烧量峰增温旳值大度点氧。了下火浓Φ混降a时度进合，刻，一气N故步旳O旳排N增影比O放大X响热排降，容放低温，浓。度使度下最出降高
(环境管理)发动机排放污染物的生成机理和影响因素
发动机排放污染物的生成机理和影响因素主要内容：介绍了汽车尾气中的主要污染物CO、HC、NO X和微粒的生成机理及其影响因素。
1 一氧化碳1.1 汽车尾气中CO的产生是由于燃油在气缸中燃烧不充分所致，是氧气不足而生成的中间产物。
影响一氧化碳生成的因素理论上当α在14.7以上时，排气中不存在CO，而只生成CO2。
实际上由于燃油和空气混合不均匀，在排气中还含有少量CO。
即使混合气混合的很均匀，由于燃烧后的温度很高，已经生成的CO2也会由于一小部分分解成CO和O2，H2O也会部分分解成O2和H2，生成的H2也会使CO2还原成CO，所以，排气中总会有少量CO存在。
可见，凡是影响空燃比的因素，即为影响CO生成的因素。
1. 进气温度的影响一般情况下，冬天气温可达零下20℃以下，夏天在30℃以上，爬坡时发动机罩内进气温度超过80℃。
随着环境温度的上升，空气密度变小，而汽油的密度几乎不变，化油器供给的混合气的空燃比α随吸入空气温度的上升而变浓，排出的CO将增加。
因此，冬天和夏天发动机排放情况有很大的不同。
图2-3为一定运转条件下，进气温度与空燃比的关系，大致和绝对温度的方根成反比的理论相一致。
进气温度/℃海拔高度/m 怠速转速/(r/min)图2-3 进气温度与空燃比的关系图2-4 海拔高度与大气压力的关系图2-5 怠速转速对CO和HC排放的影响V/(km/h)图2-6 某汽油机等速工况排气成分实测结果2. 大气压力的影响大气压力P 随海拔高度而变化，由经验公式()5.256010.02257 kPa P P h =- (2-4)式中：h 一海拔高度，km 。
当海平面0P =100kPa 时，可作出海拔高度和大气压力变化关系的曲线，如图2-4所示。
当忽略空气中饱和水蒸气压时，空气密度ρ可用下式表示：()32731.293 kg/m 273760P T ρ=+ （2-5） 式中：T －温度，℃。
可以认为空气密度ρ和大气压力P 成正比，从简单化油器理论可知，空燃比和空气密度的平方根成正比，所以进气管压力降低时，空气密度下降，则空燃比下降，CO 排放量将增大。
汽油机污染物生成机理1
淬熄层厚度随发动机工况、混合气湍流程度和壁温的不同而不同，小负荷时较厚，
特别是冷启动和怠速时，燃烧室壁温较低，形成很厚的淬熄层。 3）狭缝效应 狭缝主要是指活塞头部、活塞环和气缸壁之间的狭小缝隙，火花塞中心电极 的空隙，火花塞的螺纹、进排气门与气门座面形成的密封带狭缝、气缸盖垫片处的 间隙等处。 1、润滑油膜的吸附及解吸； 2、火花塞附近的狭隙和死区； 3、激冷层； 4、气门座死区； 5、火焰熄灭； 6、沉积物的吸附和解吸； 7、活塞环和环岸死区；
（1）大气成分 N2和剩余氧气O2；
（2）完全燃烧产物 水蒸气H2O和二氧化碳CO2； （3）不完全燃烧产物 一氧化碳CO和氢气H2；
（4）未燃燃料及燃烧分解生成物 碳氢化合物HC；
（5）燃烧的中间产物 醛类； （6）氮氧化物NOX； （7）燃料和润滑油添加物的混合物（氧化铅、碳化物、金属化合物）等。
胀和排气过程中这些吸附的燃料蒸汽逐步脱附释放出来进入气态的燃烧产物中。
像上述淬熄层一样，这些HC的少部分被氧化，大部分则随已燃气体排出汽缸，据 研究，这种由油膜和积炭吸附产生的HC排放占总量的35%～50%。实验表明，发
动机使用含铅汽油时燃烧室积炭可使HC排放增加7%~20%，消除积炭后，HC排
放明显降低。
烷烃 烯烃 27 15 炔烃 8 2 芳香烃 32 16
未装催化装置 装有催化装置
33 57
由排气管排入大气的污染物是在汽缸内形成的。缸内HC的成因主要有下列几种： 一、多种原因造成的不完全燃烧； 二、燃烧室壁面的淬熄作用； 三、热力过程中的狭缝效应； 四、壁面油膜和积碳的吸附作用。
1）不完全燃烧（氧化）
对于上述的V6发动机在2000r/min,节气门全开时，在所有缝隙里的气体总质
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淬熄层厚度随发动机工况、混合气湍流程度和壁温的不同而不同，小负荷时较厚，
特别是冷启动和怠速时，燃烧室壁温较低，形成很厚的淬熄层。 3）狭缝效应 狭缝主要是指活塞头部、活塞环和气缸壁之间的狭小缝隙，火花塞中心电极 的空隙，火花塞的螺纹、进排气门与气门座面形成的密封带狭缝、气缸盖垫片处的 间隙等处。 1、润滑油膜的吸附及解吸； 2、火花塞附近的狭隙和死区； 3、激冷层； 4、气门座死区； 5、火焰熄灭； 6、沉积物的吸附和解吸； 7、活塞环和环岸死区；
第二节 一、概述
汽油机污染物的生成机理
汽油机排放污染物的排放途径分为曲轴箱窜气、燃料蒸发泄露和燃烧排气
三部分。
曲轴箱窜气主要是指在压缩或燃烧过程中汽缸中的混合气或燃气从活塞环 间隙泄漏到曲轴箱，并由曲轴箱通风口排入大气的气体，其主要成分是未燃的 碳氢化合物ＨＣ。在没有控制曲轴箱排放时，这部分排放量占汽油机排放量的 ２５％左右。 汽油是一种容易蒸发的高挥发性液体，燃油供给系统的蒸发排放主要产生 于燃油箱和化油器等通大气入口。燃油蒸发一般有一下几种形式： 一、当燃油箱内压力高于环境压力时，汽油蒸汽从油箱盖内的通风口泄露 出来。如果油箱太满时，燃油膨胀将会从通风口溢出，地漏到地面迅速蒸发造 成ＨＣ污染。
图 6 排气中的HC随曲轴转角的变化
三、NOX的生成机理 汽油机燃烧过程中生成的氮氧化物主要是NO，另外有少量的NO2，统称为NOX。 燃烧过程生成的NO，除了可与含N原子中间产物反应还原为N2外，还可与各类含氮
化合物生成NO2。燃烧生成 NO2的反应过程非常复杂，如甲烷燃烧生成NO2的相关化
学反应就有162个。相关的原子团等达40种，但生成NO2的主要化学反应可认为是 NO与HO2之间的反应。燃烧过程中NO的生成方式有3种,根据产生机理的不同分别称 为热力型NO也称热NO或高温NO、激发NO以及燃料NO。热力NO主要由于火焰温 度下大气中的氮被氧化而成，当燃烧的温度下降时，高温NO的生成反应会停止，即 NO会被“冻结”。激发NO主要是由于燃料产生的原子团与氮气发生反应所产生。 燃料NO是含氮燃料在较低温度下释放出来的氮被氧化而成的。参与NO生成的化学 原子团很多，反应十分复杂。以甲烷燃烧生成NO为例，参加化学反应的物质达52种， 正逆化学反应方程总数达235个，此处叙述NO生成机理时仅列出主要化学反应。
汽缸中HC的排放过程可由透明燃烧室的高速摄影结果予以说明： 图a)表示在燃烧过程中，汽缸盖底面1、汽缸壁面2、活塞顶部3以及第1道活 塞环以上的狭缝4等处，存在不燃烧的淬熄层。 图b)表示在膨胀冲程过程中，由于活塞下行，后期汽缸压力下降，故上止点
和活塞顶之间HC气体膨胀并沿着汽缸壁铺开；
图c)表示在排气行程中，由于活塞上行，汽缸壁附近的HC被刮离汽缸壁卷行 成的漩涡。
胀和排气过程中这些吸附的燃料蒸汽逐步脱附释放出来进入气态的燃烧产物中。
像上述淬熄层一样，这些HC的少部分被氧化，大部分则随已燃气体排出汽缸，据 研究，这种由油膜和积炭吸附产生的HC排放占总量的35%～50%。实验表明，发
动机使用含铅汽油时燃烧室积炭可使HC排放增加7%~20%，消除积炭后，HC排
放明显降低。
对于上述的V6发动机在2000r/min,节气门全开时，在所有缝隙里的气体总质
量可以占到缸内气体总质量8.2%，可重新流回燃烧室的气体占到缸内气体总质量 的7%，流回燃烧室的气体HC的体积分数可达（5000~9400）×10-6。 部分由壁面淬熄效应和狭缝效应所产生的HC，在排气和膨胀过程中被氧化。 这个氧化反应需要高温和足够的氧气，因此，HC浓度在过量空气系数 时最小， 过量空气系数太小，由于缺氧，HC不能得到充分氧化；过量空气系数太大，则温 度较低，氧化反应的速率不够。 4）壁面油膜和积炭吸附作用 在进气和压缩过程中，汽缸壁面上的润滑油膜，以及沉淀在活塞顶部、燃烧 室壁面和进气门、排气门上的多孔积炭，会吸附未燃混合气和燃料蒸汽，而在膨
图 7 NO浓度与过量空气系数、 停留时间的关系
图3-9为汽油机汽缸内气体平均温度、NO的化学平衡浓度以及按照化学反应速 度计算出来的NO浓度随曲轴转角的变化。温度不仅影响NO的化学平衡浓度，更重 要的是影响生成速度，因为NO的生成速度要比其他的成分慢很多。 内燃机是一种高速燃烧的热能机械， 其整个燃烧过程一般不超过5~10ms， 因而在燃烧期间，NO的浓度低于化学 平衡浓度。在膨胀过程中，NO浓度很
（1）大气成分 N2和剩余氧气O2；
（2）完全燃烧产物 水蒸气H2O和二氧化碳CO2； （3）不完全燃烧产物 一氧化碳CO和氢气H2；
（4）未燃燃料及燃烧分解生成物 碳氢化合物HC；
（5）燃烧的中间产物 醛类； （6）氮氧化物NOX； （7）燃料和润滑油添加物的混合物（氧化铅、碳化物、金属化合物）等。
烷烃 烯烃 27 15 炔烃 8 2 芳香烃 32 16
未装催化装置 装有催化装置
33 57
由排气管排入大气的污染物是在汽缸内形成的。缸内HC的成因主要有下列几种： 一、多种原因造成的不完全燃烧； 二、燃烧室壁面的淬熄作用； 三、热力过程中的狭缝效应； 四、壁面油膜和积碳的吸附作用。
1）不完全燃烧（氧化）
二、采用传统的化油器式发动机时，化油器浮子室的外部及内部通风口也是 燃油蒸汽泄露的一个途径。当发动机长时间运转后停下来时，发动机机体的温度 高于环境温度，浮子室内的燃油蒸发形成燃油蒸汽，这些燃油蒸汽由内部通风口 进入空气滤清器，其中一部分泄露进入大气造成污染。在不加控制的情况下，这 部分排放占汽油机HC总排放量的20%左右。 汽油机的排放污染物主要是从排气管中排除的。汽油机排放气体的主要成分 有以下几种：
各种烃类燃料的燃烧实质是烃的一系列氧化反应，这一系列的氧化反应有 着随温度而拓宽的一个浓限和稀限。混合气过浓或过稀都可能燃烧不完全或失 火，因而HC排放与空燃比A/F有密切关系。怠速及高负荷工况时，可燃混合气 浓度处于过浓状态，加之怠速时残余废气系数大，造成不完全燃烧或失火；另 外,汽车在加速或者减速时，造成的暂时的混合气过浓或者过稀现象,也会产生不 完全燃烧或失火。即使在A/F>14.8时，由于油气混合不均匀，造成局部过浓或 者过稀现象，也会因不完全燃烧产生HC排放。 2）壁面淬熄效应 燃烧过程中,燃气温度高达2000℃以上。而气缸壁面300℃以下，因而靠近 壁面的气体，受低温壁面的影响，温度远低于燃气温度，并且气体的流动比较 弱。壁面淬熄效应是指温度较低的燃烧室壁面对火焰的迅速冷却作用(也称激冷)， 使活化分子的能量杯吸收，链式反应中断，在壁面形成约0.1～0.2mm厚的不燃 烧或者不完全燃烧的火焰淬熄层，产生大量未燃HC。
CO在火焰中或火焰后区的主要氧化反应为：
燃比
过量空气系数
上述反应的正向和逆向反应的速率都很高，一般情况下可以达到瞬时化学平
衡，因此在内燃机膨胀过程中，只要氧化活化基OH供应充分，高温下形成的CO 在温度下降时仍能很快转变为CO2。然而在供供氧不足的浓混合气情况下，由于
OH基的H基被夺走而束缚在H2O中，高温下形成的CO就会留在燃气中而最终排出
1、高温NO
在 燃料空气混合气的燃烧过程中，分子氮被氧化成NO的机理首先是由泽尔多 维奇与1946年提出的，其后又被进一步完善。高温下O2分子裂解成O原子，将 N2和N氧化成NO， 都是强烈的吸热反应，只有在大于1900K的高温下才能进行， 因此也称为高温NO生成机理。 图7是用扩展的泽氏反应机理对甲 烷和空气混合物的计量结果。由 图可见，在过量空气系数的条件 下，NO的生成量随氧气浓度的增 大而增大；过量空气系数较大时， NO的生成量下降。NO的峰值总 是出现在过量空气系数稍大于1处。 从图中还可以看出，高温停留时 间越长，NO的生成量越多。
烃燃料在空气中燃烧生成CO的详细机理目前尚在研究之中。一般认为，烃燃
料在燃烧过程中要经过一系列的中间过程，产生一连串的中间生成物。这些中间 生成物不能被进一步氧化，就可能以部分氧化的形式排出。CO就是烃燃料燃烧过
程中形成的一种不完全氧化物，其形成过程可表示如下：
式中：RH——烃燃料分子； R——烃基； RO2——过氧烃基； RCHO——醛； RCO——酰基。 其中，RCO自由基生成CO，或者通过热分解，或者通过下列方式实现：
发动机外。由此可见，CO排出浓度基本上受空燃比所支配。下图是汽油机CO的 排放量与空燃比和过量空气系数的关系。
空燃比 α
过量空气系数ϕa
图
2
汽油机CO的排放量与空燃比和过量空气系数的关系
当混合气过浓时，即在理论空燃比以下时，随着空燃比的减少，CO浓度上
升很快。理论上，当混合气空燃比大于理论空燃比时，在氧气过剩的稀混合气情 况下，，排气中不存在CO，而代之产生的是O2。实际上由于各缸混合比不一定 均匀一致，燃烧室各处的混合也不均匀，出现的局部的浓混合气，在排气中仍会 有少量的CO产生。即使燃料和空气混合很均匀，由于燃烧后的高温，已生成的 CO2也会有一小部分分解成CO和O2。另外排气中的H2和未燃HC也可能将排气中 的一部分CO2还原成CO。
下图为一台不加排气催化转化器夫人汽油机在欧洲标准测试循环中的排气组 成。排气中比例的绝大部分是来自空气的不参与燃烧的N2和完全燃烧的产物， 污染物只占到1%左右。
图 1 欧洲标准测试循环中汽油机排气的组成
二、有害排放物的生பைடு நூலகம்机理
汽油机排放污染物主要有：排气污染物主要有CO、HC、NOX、SO2和微粒； 曲轴箱窜气和燃料蒸发形成的HC。 1、CO的生成机理 CO是烃燃料燃烧的中间产物，排气中的CO是由于烃的不完全燃烧所致。根 据燃烧化学，理论上，当过量空气系数（空燃比A/F≈14.8）时，燃料完全燃烧， 其产物为CO2和H2O，即 —— 3-1 当空气量不足是，过量空气系数 小于1时，则有部分燃料不能完全燃烧，生成 CO和H2 ——3-2
图 5 HC排放过程 1、汽缸盖底面；2、汽缸壁面；3、活塞顶部；4、狭缝
在排气门出口处采用快速采样阀测量的结果表明，未燃HC排出汽缸是有如图6所