汽车发动机排放污染物的生成机理、影响因素及危害.doc

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。但对HC和 NOx的影响较大。 由图2和图3可看出。随着点火提前角的增大，HC 和NOx生成物都会急剧增加．其原因与燃烧时的速度、压 力、温度等有关，当点火提前角增大到一定值后，由于燃 烧时间过短，HC和NOx生成置便有所下降。当然．正确 的调整点火正时是非常必要的，过迟的点火提前角会使 发动机动力下降、油耗增大、工作不稳。
 3、发动机转速和负荷（即工况）的影响 
由于NOx是高温燃烧时的生成物，当发动机的转速 和负荷提高时，使气缸的燃烧温度升高．NOx生成量随之 增大，CO和HC的生成量稍有增加。但影响较小。 碳微粒的影响因素主要有空燃比、发动机的温度、转 速和负荷以及燃烧室的形状．燃油的雾化情况等。空燃比 过浓，温度过低，均不利于燃油的雾化和燃烧，使碳微粒 生成量增加；发动机转速和负荷增大．使燃烧温度提高。 有利于完全燃烧。使碳微粒的生成量减少。 SO和Pb微粒的生成主要与燃油中的含硫量和铅化 合物的加入量有关。因此，往往对燃油中的最大含硫量作 了限制，推行使用无铅汽油。
三、危害： 
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索有很强的亲和力．使血液丧失对氧的输送能力而产生缺氧中毒。当环境中C0的浓度超过100 ppm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。
氮氧化物中，一氧化氮(N0)与人体血液中血红素的亲和力比C0还强，两者结合后会产生与CO相似的症状．一般情况下对人体的眼睛、鼻子、咽喉、支气管和肺部等会带来更大的损害，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与NOx在阳光下极易发生光化学反应．形成以臭氧和以醛类为主的光化学烟雾。当达到一定浓度 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 生的会导致中毒死亡。 二氧化硫(s02)为燃油中的硫燃烧后的生成物，人体 吸入后。即产生咳嗽、咽喉肿痛、呼吸困难、胸闷、四 肢乏力，进一步会引起支气管炎、肺炎和心脏病等，严重 的会导至人畜死亡。该物质还极易与大气中的水蒸气结合生 成亚硫酸烟雾，达到一定积聚量后便形成酸雨，使水土酸 化，破坏林木、植物的生长。故此，应尽量减少燃油中的含 硫量。
  碳微粒和其他杂质粉尘是柴油机的主要排放物，由 于其粒径极小．约为0．01—0．2um，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。 
四、汽车废气的控制：
 早于90年代初，汽油车已基本上普遍采用了电控燃油喷射发动机．使废 气中的有害气体大为减少．动力性和燃料经济性均有所 提高．再加上其他多种措施的综合应用。使汽油车的废气 污染得到了有效的控制。
目前，国外 对于废气排放的控制和治理主要有如下几种措施。 
(1)废气再循环。已查明NOx是燃油在高温燃烧中的 生成物。废气再循环就是根据发动机的不同工况。将废气 中的一部分(3％一15％)引人燃烧室，用以降低气缸的燃烧 和温度速度。从而进一步减少NOz的排放量。
(2)二次空气供给。二次空气供给系统是在排气管的 上段设置一个反应器，通过空气泵、控制阀、单向阀和喷 射管等引入适量的新鲜空气，在高温下，令CO和EIC在 热反应器内继续燃烧(生成H20和C02)，从而进一步减 少了CO和HC的排放量。
(3)低硫份柴油。硫主要存留于柴油中，燃烧后生成毒 性极大的S02。降低柴油中的含硫量已成为炼油行业的重要任务。 
（4)富氧燃料和燃油添加剂。甲醇、乙醇、异丁醇、叔丁 醇、乙基叔丁基醚等许多含氧化合物具有很高的辛烷值。 是良好的抗爆剂。汽油中加入少量的含氧化合物可以改 善燃料的燃烧性能。可明显地减少CO和HC的生成。