汽车节能减排技术 第五章 汽车排放污染物及控制技术
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1.汽车排放污染物的生成机理
（1）CO的生成。CO是燃烧过程中碳氢燃料的中间产物的不完全燃烧。对于汽 油机，若空气量充足，理论上不会产生CO；但实际工作过程中，排气中都存在 0.01%~0.5%的CO，原因是汽油机燃烧室内的部分区域存在空燃比小于14.7的 过浓区，部分未燃碳氢化合物在排气过程中发生不完全燃烧；温度低或滞留时 间短等，燃烧未能完全进行；若燃烧后的温度很高，会使正常燃烧情况下生成 的CO2分解为CO和O2。对于柴油机，在喷注贫油火焰区，由于氧浓度和燃气温 度合适，CO只作为中间化合物而生成，在喷注核心和壁面附近，CO的形成速 率很高，其消失速率主要取决氧化的局部浓度、混合、燃气局部温度以及有效 的氧化时间，在贫油火焰外围区边界附近生成的CO，取决于空燃比。小负荷时， CO排放较高，因为燃气温度低而且氧化反应少；负荷或空燃比增加时，燃气温 度增加，CO排放较少；当空燃比超过一定界限时，不管燃气温度是否增加，由 于氧化物浓度低和反应时间短，随负荷增加，CO排放增加。
汽车节能减排技术
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
概述 燃油汽车整车节能技术 燃油汽车发动机节能技术 汽车使用节能技术 汽车排放污染物及控制技术 新能源汽车节能减排技术
第五章
活汽塞车连排杆放组污故染障物诊断及与控修制复技术
汽车是能源消耗和污染物排放的主要根源，随着汽车保有量的急剧增 加，环境排污问题日益严重。世界各国制定相应法规和出台相应政策，严格 实施排放标准，对排污超标的汽车加以处罚，加大对汽车排放控制研究扶持 力度，鼓励支持改进汽车设计，优化发动机结构，研发汽车排放控制技术。 发展趋势是研发新能源汽车。
第一节
活汽塞车连排放杆污组染故物障的诊危断wk.baidu.com与与修生复成机理
一、汽车排放污染物及其危害
汽车排放污染物主要包括一氧化碳（CO）、总碳氢化排放（THC，包括甲 烷）、氮氧化物，（NOx）、铅（Pb）、细微颗粒物及硫化物等，其污染环境， 危害人体健康（表5-1）。上述污染物还会通过大气化学反应，生成光化学烟雾、 酸沉降等二次污染物，另外汽车排放中的二氧化碳（CO2）是引发“温室效应” 的重要原因。全球大气污染的42%源于交通车辆，随着城市机动车数量的快速 增长，机动车排放已成为城市大气污染的主要污染源。汽车排放控制，不仅是 环保问题，其排放量也反映汽车使用过程中对能源的浪费情况。汽车绿色低碳 转型已成为保障国家能源安全、推动区域环境治理和应对气候变化的综合战略 要求。
一、汽车排放污染物及其危害
一、汽车排放污染物及其危害
科学家预测：未来100年全球平均地表温度将上升1.4~5.8℃。CO2和其他 温室气体引发温室效应，温室效应导致全球变暖。地球温度升高会破坏生态系 统，引发影响人类的许多自然灾害，加剧气候变化风险。国际能源机构（EA） 估计：城市机动车CO2总排放量将从1990年的29亿吨增加到2020年的60亿吨。 为减少机动车对全球气候变暖的影响，削减CO2的排放量，机动车应尽量采用 小排量发动机和稀薄燃烧发动机，最大限度地提高能源利用效率。目前，各国 已开始制定并实施城市机动车CO2排放法规。2008年，欧盟要求小型汽车CO2 排放量不高于140g/km，2012年不高于120g/km，2020年不高于100g/km。 我国将大力推广新能源技术，包括电动汽车、天然气汽车和以天然气为燃料的 内燃机技术，到2030年我国机动车的CO2排放总量有望降低45%。
发动机缸内混合气通过火焰传播而燃烧，由于低温缸壁的冷却作用，火焰 传播到紧靠缸壁的气体层，使该层混合气中的THC随废气排出。为提高发动机 最大功率，通常使其在空燃比小于14.7的情况下工作，低负荷时缸内残余气体 较多，为了不使燃烧速度过低，需要供给浓混合气，这些情况都会因空气不足 导致燃烧不完全；此外，缸内混合气过浓或过稀、燃料雾化不良或混入废气过 多时，都可能产生灭火或半灭火状态，使部分未燃燃料（THC）排出。
炭烟是碳氢化合物高温缺氧条件下燃烧的产物，由于热分解，碳氢化合物 生成甲烷和乙烯等低分子碳氢化合物。当燃烧气体温度较高且富氧时，这些产 物进行氧化反应；当氧气不足时，甲烷和乙烯进行脱氢反应，并聚合成直径为 20~30μm的炭烟粒子，小粒子进一步聚合，长成直径为50~200μm的大粒子。 汽油机与柴油机排放的微粒不同，汽油机排放微粒主要是铅化物、硫酸盐和一 些低分子物质，只有发动机技术状况变差，润滑油窜入燃烧室燃烧时，才有大 量炭烟排出；柴油机排放微粒是类似石墨的含碳物质，并凝聚和吸附了大量的 高分子可溶性有机物和SO2等，这些有机物包括未燃的燃油、润滑油及其不同 程度的氧化和裂解产物。柴油机排出的微粒浓度要比汽油机排出的微粒浓度高 30~80倍。
二、汽车排放污染物的生成机理及影响因素
1.汽车排放污染物的生成机理
汽车排放中的有害气体成分和浓度取决于发动机混合气形成条件、燃烧室 结构和排气系统的反应条件。CO、THC和NOx的生成条件不同，CO和THC是 燃油不完全燃烧的产物，NOx是在燃烧高温、富氧的条件下形成的。
二、汽车排放污染物的生成机理及影响因素
二、汽车排放污染物的生成机理及影响因素
1.汽车排放污染物的生成机理
（2）THC的生成。THC是燃料没有完全燃烧的中间产物和部分被分解的产物的 混合物。发动机在任何工况下运转时，排气中总含有一定量的THC，且汽油机 远大于柴油机。THC的生成受发动机混合气过浓、过稀或雾化不良，点火能量 低或点火过迟，火焰难以传播到低温缸壁等因素影响。
燃料燃烧过程要经过完整的化学反应才能生成最终产物（CO2和H2O）， 在反应过程进行的不同阶段存在不同的中间产物，若这些中间产物进一步氧化 的条件不适宜，会因氧化不彻底而使THC的排量增加。
二、汽车排放污染物的生成机理及影响因素
1.汽车排放污染物的生成机理
（3）NOx的生成。发动机排放中，NO约占99%，NO2约占1%。NO排入大气 后，进一步氧化成NO2。
高温条件下，N2和O2发生化学反应生成NOx。燃烧气体的温度和氧的浓度 是影响NOx浓度的重要因素，温度越高，氧气越足，则NOx浓度越大。此外， 燃烧气体停留在高温、高压下的时间越长，NOx生成越多。
二、汽车排放污染物的生成机理及影响因素
1.汽车排放污染物的生成机理
（4）微粒的形成。微粒通常由炭烟、可溶性有机成分和硫酸盐组成，其中炭烟 是微粒的主要组成部分。
（1）CO的生成。CO是燃烧过程中碳氢燃料的中间产物的不完全燃烧。对于汽 油机，若空气量充足，理论上不会产生CO；但实际工作过程中，排气中都存在 0.01%~0.5%的CO，原因是汽油机燃烧室内的部分区域存在空燃比小于14.7的 过浓区，部分未燃碳氢化合物在排气过程中发生不完全燃烧；温度低或滞留时 间短等，燃烧未能完全进行；若燃烧后的温度很高，会使正常燃烧情况下生成 的CO2分解为CO和O2。对于柴油机，在喷注贫油火焰区，由于氧浓度和燃气温 度合适，CO只作为中间化合物而生成，在喷注核心和壁面附近，CO的形成速 率很高，其消失速率主要取决氧化的局部浓度、混合、燃气局部温度以及有效 的氧化时间，在贫油火焰外围区边界附近生成的CO，取决于空燃比。小负荷时， CO排放较高，因为燃气温度低而且氧化反应少；负荷或空燃比增加时，燃气温 度增加，CO排放较少；当空燃比超过一定界限时，不管燃气温度是否增加，由 于氧化物浓度低和反应时间短，随负荷增加，CO排放增加。
汽车节能减排技术
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
概述 燃油汽车整车节能技术 燃油汽车发动机节能技术 汽车使用节能技术 汽车排放污染物及控制技术 新能源汽车节能减排技术
第五章
活汽塞车连排杆放组污故染障物诊断及与控修制复技术
汽车是能源消耗和污染物排放的主要根源，随着汽车保有量的急剧增 加，环境排污问题日益严重。世界各国制定相应法规和出台相应政策，严格 实施排放标准，对排污超标的汽车加以处罚，加大对汽车排放控制研究扶持 力度，鼓励支持改进汽车设计，优化发动机结构，研发汽车排放控制技术。 发展趋势是研发新能源汽车。
第一节
活汽塞车连排放杆污组染故物障的诊危断wk.baidu.com与与修生复成机理
一、汽车排放污染物及其危害
汽车排放污染物主要包括一氧化碳（CO）、总碳氢化排放（THC，包括甲 烷）、氮氧化物，（NOx）、铅（Pb）、细微颗粒物及硫化物等，其污染环境， 危害人体健康（表5-1）。上述污染物还会通过大气化学反应，生成光化学烟雾、 酸沉降等二次污染物，另外汽车排放中的二氧化碳（CO2）是引发“温室效应” 的重要原因。全球大气污染的42%源于交通车辆，随着城市机动车数量的快速 增长，机动车排放已成为城市大气污染的主要污染源。汽车排放控制，不仅是 环保问题，其排放量也反映汽车使用过程中对能源的浪费情况。汽车绿色低碳 转型已成为保障国家能源安全、推动区域环境治理和应对气候变化的综合战略 要求。
一、汽车排放污染物及其危害
一、汽车排放污染物及其危害
科学家预测：未来100年全球平均地表温度将上升1.4~5.8℃。CO2和其他 温室气体引发温室效应，温室效应导致全球变暖。地球温度升高会破坏生态系 统，引发影响人类的许多自然灾害，加剧气候变化风险。国际能源机构（EA） 估计：城市机动车CO2总排放量将从1990年的29亿吨增加到2020年的60亿吨。 为减少机动车对全球气候变暖的影响，削减CO2的排放量，机动车应尽量采用 小排量发动机和稀薄燃烧发动机，最大限度地提高能源利用效率。目前，各国 已开始制定并实施城市机动车CO2排放法规。2008年，欧盟要求小型汽车CO2 排放量不高于140g/km，2012年不高于120g/km，2020年不高于100g/km。 我国将大力推广新能源技术，包括电动汽车、天然气汽车和以天然气为燃料的 内燃机技术，到2030年我国机动车的CO2排放总量有望降低45%。
发动机缸内混合气通过火焰传播而燃烧，由于低温缸壁的冷却作用，火焰 传播到紧靠缸壁的气体层，使该层混合气中的THC随废气排出。为提高发动机 最大功率，通常使其在空燃比小于14.7的情况下工作，低负荷时缸内残余气体 较多，为了不使燃烧速度过低，需要供给浓混合气，这些情况都会因空气不足 导致燃烧不完全；此外，缸内混合气过浓或过稀、燃料雾化不良或混入废气过 多时，都可能产生灭火或半灭火状态，使部分未燃燃料（THC）排出。
炭烟是碳氢化合物高温缺氧条件下燃烧的产物，由于热分解，碳氢化合物 生成甲烷和乙烯等低分子碳氢化合物。当燃烧气体温度较高且富氧时，这些产 物进行氧化反应；当氧气不足时，甲烷和乙烯进行脱氢反应，并聚合成直径为 20~30μm的炭烟粒子，小粒子进一步聚合，长成直径为50~200μm的大粒子。 汽油机与柴油机排放的微粒不同，汽油机排放微粒主要是铅化物、硫酸盐和一 些低分子物质，只有发动机技术状况变差，润滑油窜入燃烧室燃烧时，才有大 量炭烟排出；柴油机排放微粒是类似石墨的含碳物质，并凝聚和吸附了大量的 高分子可溶性有机物和SO2等，这些有机物包括未燃的燃油、润滑油及其不同 程度的氧化和裂解产物。柴油机排出的微粒浓度要比汽油机排出的微粒浓度高 30~80倍。
二、汽车排放污染物的生成机理及影响因素
1.汽车排放污染物的生成机理
汽车排放中的有害气体成分和浓度取决于发动机混合气形成条件、燃烧室 结构和排气系统的反应条件。CO、THC和NOx的生成条件不同，CO和THC是 燃油不完全燃烧的产物，NOx是在燃烧高温、富氧的条件下形成的。
二、汽车排放污染物的生成机理及影响因素
二、汽车排放污染物的生成机理及影响因素
1.汽车排放污染物的生成机理
（2）THC的生成。THC是燃料没有完全燃烧的中间产物和部分被分解的产物的 混合物。发动机在任何工况下运转时，排气中总含有一定量的THC，且汽油机 远大于柴油机。THC的生成受发动机混合气过浓、过稀或雾化不良，点火能量 低或点火过迟，火焰难以传播到低温缸壁等因素影响。
燃料燃烧过程要经过完整的化学反应才能生成最终产物（CO2和H2O）， 在反应过程进行的不同阶段存在不同的中间产物，若这些中间产物进一步氧化 的条件不适宜，会因氧化不彻底而使THC的排量增加。
二、汽车排放污染物的生成机理及影响因素
1.汽车排放污染物的生成机理
（3）NOx的生成。发动机排放中，NO约占99%，NO2约占1%。NO排入大气 后，进一步氧化成NO2。
高温条件下，N2和O2发生化学反应生成NOx。燃烧气体的温度和氧的浓度 是影响NOx浓度的重要因素，温度越高，氧气越足，则NOx浓度越大。此外， 燃烧气体停留在高温、高压下的时间越长，NOx生成越多。
二、汽车排放污染物的生成机理及影响因素
1.汽车排放污染物的生成机理
（4）微粒的形成。微粒通常由炭烟、可溶性有机成分和硫酸盐组成，其中炭烟 是微粒的主要组成部分。