汽车排放污染及控制技术
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E节能环保 CONCMY & EMISSION
汽车排放污染及控制技术
文/李希川
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。为了抑 制这些有害气体的产生，促使汽车生产 厂家改进产品以降低这些有害气体的产 生源头，欧洲和美国都制定了相关的汽 车排放标准。其中欧洲标准是我国借鉴 的汽车排放标准，目前国产新车都会标 明发动机废气排放达到的欧洲标准。
铅（Pb）为一种有毒的金属，它由 燃油中的铅化物添加剂（如四乙铅）经高 温燃烧后还原而成的铅微粒。铅与血液中 的血红素结合后，使血红素产生异变。会 积聚到肝、肾、大脑和脊髓中，严重地破 坏人体的神经系统和造血功能。
碳微粒和其他杂质粉尘是柴油机 的主要排放物，其粒径能长期悬浮于空 气中，易于通过呼吸系统而沉积于肺泡 内，极具致癌作用。
同一水平。此外，汽车排放的铅也是 城市大气中重要的污染物。根据郝吉 明读百亿北京市大气污染的研究，在 1995年，北京市机动车辆排放对CO和 NOx的年浓度分担率分别达到76.5%和 68.4%。而在城市中心区，机动车排放 对空气的影响更大，在二环路以内，机 动车排放对CO和NOx的年浓度分别达 到86.3%和72%。随着我国经济不断增 长，加之我国广大的消费市场，我国汽 车的数量将高速增长。这样看来，我国 已经面临严峻的由于汽车排气污染带来 的一系列问题。
等，应严格控制，确保符合标准的限值 要求。
对燃料中影响排放净化系统正常 工作的杂质，如硅、锰、铁、钒等，必 须确保低于限值要求。
极发展优质无铅汽油，其品质必 须达到国家标准规定的要求。
可燃混合气空燃比的影响
空燃比（A/F）对CO、HC和NOx 的影响见图1。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A/F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。
速度和燃烧温度，使NO的生成量都有 所下降。
点火提前角的影响
点火提前角对CO的生成量影响不 大，但对HC和NOx的影响较大，其结 果分别见图2和图3。
汽车废气中排出多种氮氧化物 （NOx），其中一氧化氮（NO）与人 体血液中血红素的亲和力比CO还强， 两者结合后会对人体的眼睛、鼻子、咽 喉、支气管和肺部等会带来损害，严重 时至人于死地。
碳氢化合物（HC）为燃油未经完 全燃烧后排出的气体，具有一定的毒性 和易燃易爆的特性，其中的苯类物质又 具有致癌作用。
HC曲线在A/F为17~18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A/F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附近有一个 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
铅、碳微粒和其他杂质粉尘等因 粒径极小，SO2又具有胶粘性，特别是 铅微粒，因无法燃烧，一旦被吸附在催 化剂的表面上，便令三元催化净化器丧 失催化功能，此即为三元催化净化器的 铅中毒。
汽车废气排放物的影响因素
汽车废气中CO、HC和NOx三种 有害气体的影响因素比较多，主要为燃 料品质对排放的影响；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。
汽车排放污染物的成份和危 害性
汽车排放污染物中含有大量的 一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物 （NOx）、二氧化硫、铝、碳微粒和其 他杂质粉尘等，这些物质对人类和整个 生态环境危害极大。
一氧化碳（CO）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CO 浓度超过600 ppm时，短期内会引起窒 息死亡。
燃料品质对排放的影响
车用油品的质量对车辆的排放性 能有大影响，尤其是对采用死循环三 元催化净化技术的先进车型，应从以下 方面提高油品的质量。
针对影响机动车排放性能的燃料 特性如饱和蒸汽压、硫含量、铅含量
116 TRANSPOWORLD 2012 No.16 (Aug)
图1 空燃比对有害气体的影响
我国汽车排气污染的现状
近几年来，我国主要大城市机动 车的数量大幅度增长，机动车尾气已成 为城市大气污染的一个重要来源。有关 研究结果表明，北京、上海等大城市机 动车排放的污染物已占大气污染负荷的 60%以上，其中，排放的一氧化碳对大 气污染的分担率达到80%，氮氧化物达 到40%，这表明我国特大城市的大气 污染正由第一代煤烟型污染向第二代汽 车型污染转变。而目前我国机动车污染 控制水平低，相当于国外七十年代中期 水平，单车污染排放水平是日本的10 !20倍，美国的1!8倍。如北京市机 动车数量仅为洛杉矾或东京的1/10，但 这三个城市的汽车污染排放却大致处于
HC与NOx在阳光下极易发生光化 学反应，形成以臭氧（O3）和以醛类为 主的光化学烟雾。当O3达到一定浓度 时，会令生物在短期内发生高温氧化而
脱水死亡；醛类有机物带有毒性，对眼 睛和呼吸系统有强烈的刺激作用，严重 的会导致中毒死亡。
二氧化硫（SO2）为燃油中的硫燃 烧后的生成物，人体大量吸入SO2后， 即产生支气管炎、肺炎和心脏病等，严 重的会导至人畜死亡。SO2还极易与大 气中的水蒸气结合生成亚硫酸烟雾后形 成酸雨，使水土酸化，破坏林木、植物 的生长。
汽车排放污染及控制技术
文/李希川
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。为了抑 制这些有害气体的产生，促使汽车生产 厂家改进产品以降低这些有害气体的产 生源头，欧洲和美国都制定了相关的汽 车排放标准。其中欧洲标准是我国借鉴 的汽车排放标准，目前国产新车都会标 明发动机废气排放达到的欧洲标准。
铅（Pb）为一种有毒的金属，它由 燃油中的铅化物添加剂（如四乙铅）经高 温燃烧后还原而成的铅微粒。铅与血液中 的血红素结合后，使血红素产生异变。会 积聚到肝、肾、大脑和脊髓中，严重地破 坏人体的神经系统和造血功能。
碳微粒和其他杂质粉尘是柴油机 的主要排放物，其粒径能长期悬浮于空 气中，易于通过呼吸系统而沉积于肺泡 内，极具致癌作用。
同一水平。此外，汽车排放的铅也是 城市大气中重要的污染物。根据郝吉 明读百亿北京市大气污染的研究，在 1995年，北京市机动车辆排放对CO和 NOx的年浓度分担率分别达到76.5%和 68.4%。而在城市中心区，机动车排放 对空气的影响更大，在二环路以内，机 动车排放对CO和NOx的年浓度分别达 到86.3%和72%。随着我国经济不断增 长，加之我国广大的消费市场，我国汽 车的数量将高速增长。这样看来，我国 已经面临严峻的由于汽车排气污染带来 的一系列问题。
等，应严格控制，确保符合标准的限值 要求。
对燃料中影响排放净化系统正常 工作的杂质，如硅、锰、铁、钒等，必 须确保低于限值要求。
极发展优质无铅汽油，其品质必 须达到国家标准规定的要求。
可燃混合气空燃比的影响
空燃比（A/F）对CO、HC和NOx 的影响见图1。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A/F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。
速度和燃烧温度，使NO的生成量都有 所下降。
点火提前角的影响
点火提前角对CO的生成量影响不 大，但对HC和NOx的影响较大，其结 果分别见图2和图3。
汽车废气中排出多种氮氧化物 （NOx），其中一氧化氮（NO）与人 体血液中血红素的亲和力比CO还强， 两者结合后会对人体的眼睛、鼻子、咽 喉、支气管和肺部等会带来损害，严重 时至人于死地。
碳氢化合物（HC）为燃油未经完 全燃烧后排出的气体，具有一定的毒性 和易燃易爆的特性，其中的苯类物质又 具有致癌作用。
HC曲线在A/F为17~18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A/F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附近有一个 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
铅、碳微粒和其他杂质粉尘等因 粒径极小，SO2又具有胶粘性，特别是 铅微粒，因无法燃烧，一旦被吸附在催 化剂的表面上，便令三元催化净化器丧 失催化功能，此即为三元催化净化器的 铅中毒。
汽车废气排放物的影响因素
汽车废气中CO、HC和NOx三种 有害气体的影响因素比较多，主要为燃 料品质对排放的影响；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。
汽车排放污染物的成份和危 害性
汽车排放污染物中含有大量的 一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物 （NOx）、二氧化硫、铝、碳微粒和其 他杂质粉尘等，这些物质对人类和整个 生态环境危害极大。
一氧化碳（CO）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CO 浓度超过600 ppm时，短期内会引起窒 息死亡。
燃料品质对排放的影响
车用油品的质量对车辆的排放性 能有大影响，尤其是对采用死循环三 元催化净化技术的先进车型，应从以下 方面提高油品的质量。
针对影响机动车排放性能的燃料 特性如饱和蒸汽压、硫含量、铅含量
116 TRANSPOWORLD 2012 No.16 (Aug)
图1 空燃比对有害气体的影响
我国汽车排气污染的现状
近几年来，我国主要大城市机动 车的数量大幅度增长，机动车尾气已成 为城市大气污染的一个重要来源。有关 研究结果表明，北京、上海等大城市机 动车排放的污染物已占大气污染负荷的 60%以上，其中，排放的一氧化碳对大 气污染的分担率达到80%，氮氧化物达 到40%，这表明我国特大城市的大气 污染正由第一代煤烟型污染向第二代汽 车型污染转变。而目前我国机动车污染 控制水平低，相当于国外七十年代中期 水平，单车污染排放水平是日本的10 !20倍，美国的1!8倍。如北京市机 动车数量仅为洛杉矾或东京的1/10，但 这三个城市的汽车污染排放却大致处于
HC与NOx在阳光下极易发生光化 学反应，形成以臭氧（O3）和以醛类为 主的光化学烟雾。当O3达到一定浓度 时，会令生物在短期内发生高温氧化而
脱水死亡；醛类有机物带有毒性，对眼 睛和呼吸系统有强烈的刺激作用，严重 的会导致中毒死亡。
二氧化硫（SO2）为燃油中的硫燃 烧后的生成物，人体大量吸入SO2后， 即产生支气管炎、肺炎和心脏病等，严 重的会导至人畜死亡。SO2还极易与大 气中的水蒸气结合生成亚硫酸烟雾后形 成酸雨，使水土酸化，破坏林木、植物 的生长。