汽油机污染物生成机理1

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。

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。

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。

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。