第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素
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模块二汽车排放污染物的形成及生成机理
模块二汽车排放污染物的形 成及生成机理
导入新课：
• 汽车尾气是目前环境污染中最重要的污染之一。 那么汽车尾气有哪些成分？它们对大气或者人体 造成什么样的危害？在实际生活中，该如何降低 这些废气呢？
教学目标
• 知识目标：汽车尾气中的主要污染物CO、HC、 NOX和微粒的生成机理及其影响因素。
• 能力目标：懂汽车尾气中主要污染物CO、HC、 NOX和微粒的生成机理知道降低汽车主要污染物 CO、HC、NOX和微粒的方法
汽油机运行条件的影响
负转壁燃荷速 烧面的较 室温影高 面度响时 容升比，高大气 ，H，缸C单内排混位放合容浓气积度的相扰激应 转流混燃。点。降减。冷必是措点负 随 加速混 烧 火 低 弱 面 降 施合 然火荷 。废影的。 。合 过 提 壁 积 低程 也时增气响影程 前 面 也 汽度 增、 提刻加流响角 激 随 油涡 ，高的 大的时量减 冷 之 机流冷H。增，变C小 效 增却大降扩H大H排CC可 应 大介改低散而排放排使质，，善燃及几放浓放温了烧降未排H乎度的量C度气室低燃气呈一排明绝有缸烃H面扰线项放显对C利内容总流性下重下排值于的量比、增要降降放将 壁温的影响
Φa >1的稀混合气区，xNOe
随温度的升高而迅速增大 。
Φa <1，xNOe随Φa 的减小 NO的平衡摩尔分数xNOe
而急剧下降。
与过量空气系数Φa的关系
NO的生成机理
结论：
在稀混合气区NO的生成 主要是温度起作用；在浓 混合气区主要是氧浓度起 作用。
NO2的生成机理 汽油机排气中的NO2浓度与NO的浓度 相比可忽略不计，但在柴油机中NO2 可占到排气中总NOX的10%～30%。
当排气温度超过500℃时，碳质微球的 聚集体，称为碳烟，也称为烟粒；
导入新课：
• 汽车尾气是目前环境污染中最重要的污染之一。 那么汽车尾气有哪些成分？它们对大气或者人体 造成什么样的危害？在实际生活中，该如何降低 这些废气呢？
教学目标
• 知识目标：汽车尾气中的主要污染物CO、HC、 NOX和微粒的生成机理及其影响因素。
• 能力目标：懂汽车尾气中主要污染物CO、HC、 NOX和微粒的生成机理知道降低汽车主要污染物 CO、HC、NOX和微粒的方法
汽油机运行条件的影响
负转壁燃荷速 烧面的较 室温影高 面度响时 容升比，高大气 ，H，缸C单内排混位放合容浓气积度的相扰激应 转流混燃。点。降减。冷必是措点负 随 加速混 烧 火 低 弱 面 降 施合 然火荷 。废影的。 。合 过 提 壁 积 低程 也时增气响影程 前 面 也 汽度 增、 提刻加流响角 激 随 油涡 ，高的 大的时量减 冷 之 机流冷H。增，变C小 效 增却大降扩H大H排CC可 应 大介改低散而排放排使质，，善燃及几放浓放温了烧降未排H乎度的量C度气室低燃气呈一排明绝有缸烃H面扰线项放显对C利内容总流性下重下排值于的量比、增要降降放将 壁温的影响
Φa >1的稀混合气区，xNOe
随温度的升高而迅速增大 。
Φa <1，xNOe随Φa 的减小 NO的平衡摩尔分数xNOe
而急剧下降。
与过量空气系数Φa的关系
NO的生成机理
结论：
在稀混合气区NO的生成 主要是温度起作用；在浓 混合气区主要是氧浓度起 作用。
NO2的生成机理 汽油机排气中的NO2浓度与NO的浓度 相比可忽略不计，但在柴油机中NO2 可占到排气中总NOX的10%～30%。
当排气温度超过500℃时，碳质微球的 聚集体，称为碳烟，也称为烟粒；
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。
现代汽车排放与控制技术课件 第二章 汽车 排放污染物的生成机理和影响因素
•
汽油为C4—C11的碳氢燃料，易挥发，化学稳定性好，
着火温度高，不易自燃，是依靠点火使其燃烧。因此，汽
油机需要燃油和空气在外部形成比较均匀的混合气进入气
缸后，用火花塞点燃，形成火焰中心，化学反应加速，开
始进行火焰传播。所以其燃烧方式为预混合燃烧。
•
柴油机为C12~C23的碳氢化合物，不易挥发，着火温
汽车排放与控制
第二章 汽车排放污染物
的生成机理和影响因素
北京建筑工程学院
• 学习目标
理解汽车排放物与柴油车排放物有何异同，理解汽车排 放物的生成机理及其影响
• 知识要点
汽油车排放污染物的生成机理 汽油车排放污染物的影响因素 柴油车排放污染物的生成机理 柴油车排放污染物的影响因素
• 引例
某市环保局机动车尾气排放管理处对机动车尾气的进行 24小时测试。结果表明尾气浓度最高时间是上下班时间， 地点是在高架入口和十字路口处。
度低，化学稳定性差，但易自燃。因此，柴油机靠压缩提
高缸内混合气的温度，使其自燃。由于柴油机是在极短的
时间内靠高压将柴油喷入气缸，经过喷雾、蒸发，混合过
程形成非均质的可燃混合气，当压缩达到自然温度就会有
多处着火而燃烧，燃烧时，仍有燃料正在进行喷射、雾化、
蒸发和混合，因此其燃烧方式为扩散燃烧。
由表2-1可见：汽油机污染物主要是CO，HC和NOx。 柴油机污染物主要是微粒和NOx。
对于增压的四冲程汽油机，一般采用较大的气门重叠角。 当进排气门重叠开启时，扫气作用虽然有助于降低发动机 热负荷，但也使HC排放增加。
2)从燃烧室通过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱的 窜气，含有大量未燃烧料。曲轴箱窜气如果排入大气也构 成HC排放物，称为曲轴箱排放物。
第2章 车用汽油机排放污染物的生成修改
图2-11 NO、HC、CO的生成过程简图
2.3 影响汽油机排气污染物生成的因素
图2-12 影响汽油机有害排放物的因素
2.3.1 空燃比的影响
图2-13 汽油机空燃比对有害排放物生成的影响
• 空燃比对CO的影响:随着空燃比的增加，CO排放的浓度 逐渐下降，这是因为空气量增加，燃料能充分燃烧。 • 当空燃比大于理论空燃比后，CO能保持一定的浓度，主 要是由于混合气空燃比分布不均、高温分解及反应冻结而 成。空燃比进一步增加，混合气变稀，使燃烧温度降低， 减少了高温分解，因此，CO的浓度进一步下降。空燃比 是影响CO排放的主要因素，一切影响空燃比的因素都影 响CO的排放。 • 空燃比对HC的影响:与CO有类似的倾向，但在过稀混合 比的情况下，因为火焰传播不充分和断火，HC排放浓度 有所增加。与油耗有相同的趋势。 • 空燃比对NOx的影响:当空燃比为16左右时，燃烧温度高， 燃气中氧含量充分，此时NOx排放出现峰值。 • 比这浓的混合气，由于燃烧后的温度和氧的浓度较低， NOx浓度下降； • 比这稀的混合气，由于火焰传播速度减慢，燃气温度较低， 也使NOx浓度下降。
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。
图2-3 欧洲标准测试循环Байду номын сангаас不加三元催化器汽油机排气的组成 思考：粗略估算1kg汽油在完全燃烧和不完全燃烧情况下排放的污染物？
2.2 汽油机污染物生成机理
• 2.2.1 CO的生成机理
2.2.2 HC的生成机理 2.2.3 NOx的生成机理
• 图2-10反应区附近NO与HCN的含量变化
3．燃料NO（Fuel NO） 含氮燃料中的氮化合物分解后生成HCN和NH3等 中间产物，并逐步生成NO，这一反应过程在≤1600K 条件下就可进行。 综上所述，NO产生的三个途径中，燃料NO生 成量极小，因而可以忽略不计；激发NO生成量也 较少，且反应过程尚不完全明了，也可暂不考虑。 因此可以认为：高温NO是NO生成的主要来源。
汽车排放及控制技术试题答案
一、填空题1、汽车排放的污染物主要有_ 一氧化碳_、氮氧化合物_、_ 碳氢化合物__和__微粒____。
2、柴油机氮氧化物的生成主要受三个要素的影响,分别是_ 喷油定时_、 放热规律___和 负荷与转速的影响_。
3、三元催化转化器的起燃特性有两种评价方法,对于催化剂常用__ 起燃温度 __来评价,而对于整个催化转化系统则用__ 起燃时间 _来评价。
4、微粒捕集器的过滤机理存在四种,即_ 扩散机理、 拦截机理_、 惯性碰撞机理_、 重力沉积机理_。
5、电控柴油喷射系统已发展了三代，第一代是 位置控制_ 系统，第二代是_ 时间控制__系统，第三代是 电控高压共轨 系统。
6、目前控制汽油机氮氧化物排放最主要的措施是_ 废气再循环技术_。
7、常用排放污染物取样系统有 直接取样系统___、_稀释取样系统_和_定容取样系统_。
8、汽油发动机中未燃HC 的生成主要来源于_ 燃烧室未燃燃料、 窜入曲轴箱的未燃燃料和 燃油系统蒸发的燃油蒸汽_ 三种途径。
9、缸内直接喷射汽油机与其它汽油机相比，最大区别是_ 汽油喷射的位置_。
10、EGR 率是指 ×100%+返回废气量进气量返回废气量11、为使三元催化转化器的净化效率达到80%以上，其过量空气系数(Φa) “窗口”应达到的要求是“窗口”很窄，宽度只有_ 0.01~0.02__。
12、生成氮氧化物的三个要素是_ 混合气浓度_、 温度_和 氧浓度_。
13、目前微粒捕集器被动再生的方法主要有 化学催化的方法_。
14、排气成分分析中，CO 和CO2用_ 不分光红外线气体分析仪_测量，NO 用_ 化学发光分析仪_测量，HC 用 _ 氢火焰离子型分析仪_测量，氧多用 顺磁分析仪_测量。
15、烟度的测量方法主要有两类： 滤纸法__和 消光度法__。
16、目前,各国正纷纷开发各种代用燃料以解决未来石油能源枯竭的问题,其中最主要的代用燃料是 天然气__、液化石油气_、醇类燃料__和 植物油__。
第二章 汽车排放污染物的生成机理
柴油机排气微粒由很多原生 微球的聚集体而成，总体结 构为团絮状或链状。 当排气温度超过500℃时，碳质微球的 聚集体，称为碳烟，也称为烟粒； 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
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
朱明-汽车排放污染物
表10-1所示为汽油机与柴油机排放污染 物的比较。汽油机污染物主要是CO、HC和NOx 而柴油机污染物主要是PM和NOx
表10-1 汽油机与柴油机排放污染物的比较
朱明工作室 zhubob@
汽车排放污染主要有3个排放源（图10-1）：
朱明工作室 zhubob@
朱明工作室 zhubob@
汽车排放污染和控制
汽车排放污染物及其危害 一、汽车排放污染物 汽车排放物是汽车的排气排放物、蒸发排 放物和曲轴箱排放物的总称，习惯上指其 中的污染物。 汽车排放污染物是汽车排放物中污染环境 的各种物质、主要有: 一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮 氧化物（NOx）和微粒物（PM）等。
尾气里都有什么：
科学分析发现： 汽车尾气中有上百 种不同化合物，当 中污染物有固体悬 浮微粒、一氧化碳、 碳氢化合物、氮氧 化合物、铅及硫氧 化合物等。
朱明工作室 zhubob@
朱明工作室 zhubob@
尾气里都有什么：
微量一氧化碳的吸入，给人 造成可怕的缺氧性伤害。轻者眩晕 、头痛，重者脑细胞将受到永久性 损伤； 尾气中氮氢化合物所含苯并 芘是致癌物质，它是一种高散度的 颗粒，可在空气中悬浮几昼夜，被 人体吸入后不能排出，积累到临界 浓度便激发形成恶性肿瘤。
、排气公害
朱明工作室 zhubob@
排放污染物的主要成分
CO（一氧化碳） HC（碳氢化合物） NOx（氮氧化物） 微粒（炭烟、铅氧化物、重金属氧化物、烟灰） 硫化物
汽车发动机排气管 曲轴箱 燃油供给系统
排放途径
排放物的名称
排气污染物 曲轴ห้องสมุดไป่ตู้污染物 燃油蒸发污染物
车用汽油机排放污染物的生成机理及影响因素
3、润滑变差
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
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
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❖ 冬天和夏天发动机排 放情况有所区别。
2、大气压力的影响
❖ 当忽略空气中饱和水蒸气压时，空气密度ρ
可表示为：
❖ ρ= 1.293
273p
kg/m3
(273+T)760
❖ 式中：p——大气压力，kPa；
T——温度，℃
❖ 结论：进气管压力降低时，空气密度下降，则空 燃比下降，导致CO排放量增大。
3、进气管真空度的影响
柴油机一氧化碳的生成机理
Φa =1.5～3，
CO排放量要比汽油机低得多。
Φa =1.2～1.3，
CO的排放量才大量增加。
由图可以看出 Φa =1.5～3， CO排放量要比汽油机 低得多。 Φa =1.2～1.3， CO的排放量才大量增 加。 小负荷时尽管Φa很大， CO排放量反而上升。
柴油机CO排放量xCO与 过量空气系数 Φa的关系
➢ CO、HC、NOX（NO、N2O、NO2等） ➢ CO2、CH4 ➢ PM ➢ SOX、醇类、醛类(RCHO)﹑3,4－苯并芘 ➢ 其他未知污染物，e.g. odor, et al.
二、内燃机排放的二次污染Secondary Pollution
➢ 光化学烟雾 photochemical smog ➢ 空气能见度 visibility ➢ 酸雨 acid rain ➢ 地表水酸化 water acidification
……
三、汽油车排放的来源（目前标准限制 的有害排放物）
四、评定标准：
❖ 排放物体积分数(％和ppm)和质量浓度(mg/m3) ❖ 质量排放量（g/h或g/㎏ ） ❖ 比排放量（ g/kw.h ） ❖ g/km ，g/test
2.1 一氧化碳(CO)
❖ 2.1.1 CO的生成机理 CO是碳氢化合物燃料在燃烧过程中生成的主
柴油机CO排放分析
❖ 柴油机的大部分运转工况下，其过量空气 系数Φa都是在1.5~3之间，其CO排放量要 比汽油机低很多，只有在接近冒烟界限（ Φa=1.2~1.3）时，CO排放量急剧增加。
❖ 柴油机CO排放增加的原因：
（1）燃料与空气混合不均匀，局部缺氧，存 在低温区；
（2）反应物在燃烧区停留的时间不足于完全 燃烧。
进气管压力降低，空气密度下降， 空燃比下降，CO排放量增大。
影响一氧化 碳生成因素
发动机 工况
怠速转速
高真空度下，混和气瞬时过浓， CO浓度将显著增加。
提高怠速转速，空气流量增加， CO浓度降低
进气管真 发动机负荷一定，CO排放量随转
空度
速增加（空气流量增加）而降低。
1、进气温度的影响
❖ 随着环境温度的上升 ，空气密度变小，而 汽油密度基本不变， 所供给的混合气随进 气温度的上升而变浓 ，CO排放增加。
汽油机各工况的 CO排放
❖ 怠速
缸内残余废气很多，混合不充分，需加浓混合气，导致 CO排放严重。这是常规的均匀混合气点燃式内燃机总的 CO排放量大的一个主要原因。
❖ 常用工况（即部分负荷）
混合气的过量空气系数φa略大于1，CO排放不多。但在 多缸发动机中，各缸之间空燃比的变动也导致CO排放量 的增加。
❖ 当汽车急减速时，发动机真空度在68kPa以上， 停留在进气系统中的燃料，在高真空度下急剧蒸 发而进入燃烧室，造成混合气瞬时过浓，燃烧状 况恶化，CO浓度增加。
4、怠速转速的影响
从图中可以看出：怠速 转 速 为 600r/min ， CO 浓 度 为 1.4% ， 700r/min时，浓度降为 1%左右。
要中间产物，是由于燃料在汽缸中燃烧不充分、 氧气不足所致。 一般烃燃料的燃烧反应：
CmHn+(m/2)O2 mCO+(n/2)H2 O2充足时有：
2H2+O2 2H2O 2CO+O2 2CO2 CO+H2O H2+CO2
O2不足时 CO
结论：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φa。
柴油机CO排放特点
1.柴油机的CO排放总体比较低。 2.燃烧接近或超过冒烟极限后，由于燃烧过程局部
混合气过浓，缺氧造成CO排放迅速增加。 3.柴油机小负荷时，稀混合气区体积增加，燃气温
度降低，CO排放略微增加。
影响一氧化碳生成的因素
进气温度
进气温度上升，空燃比α变浓， 排出的CO将增加。
大气压力
燃料不完全燃烧：
C + O CO [ + O ] CO
[ 中间产物 ] 产生的原因是缺氧：当反应着的气体①突然缺
乏氧化剂, ②温度过低,③反应时间过短达不到化学 平衡状态时，CO就以中间产物的形式生成了。
Φa<1（浓）， CO排放量随Φa的 减小而增加； Φa>1（稀）， CO排放量都很小； Φa=1.0~1.1， CO排放量变化复 杂。
第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素
➢ 2.0 概述 ➢ 2.1 一氧化碳（CO）生成机理及其影响因素 ➢ 2.2 碳氢化合物（HC）生成机理及其影响因素 ➢ 2.3 氮氧化物（NOX）生成机理及其影响因素 ➢ 2.4 微粒（PT）生成机理及其影响因素
2.0 概述
一、汽车排气中的污染物 POLLUTANTS
说明提高怠速转速可有 效降低排气中CO浓度。
2.2 碳氢化合物（HC）
❖ 压燃式内燃机中，未燃HC都是在缸内的燃烧过 程中产生，并随排气排放。
❖ 点燃式内燃机中，未燃HC的生成与排放有如下 三个渠道：
1) HC的排气排放物：在气缸内的工作过程中生成 并随排气排出，主要是在燃烧过程中未燃烧或未 完全燃烧的HC燃料。
❖ 全负荷
发动机全负荷运转时的功率输出，往往把可燃混合气加 浓到Φa=0.8~0.9，导致CO排放增大。
❖ 冷起动
燃料和空气的温度均很低，汽油蒸发率很小，雾化不良 ，发动机要求供给很浓的混合气，以保证混合气中有足够 的汽油蒸气，导致CO排放增加。
❖ 暖机
温度较低、燃油雾化较差，也需要较浓的混合气，而且 随着温度增加而逐渐减小，直至达到正常工作温度时发动 机进入怠速工况，也导致CO排放增加。
❖ 急加速
节气门开度突然加大，进气管压力随之增加，大量的 汽油颗粒被沉积在进气管壁面上，进入缸内的实际混合 气则被瞬时稀释，Байду номын сангаас发动机转速下降。这时应加浓混合 气，以获得良好的加速性，导致CO排放增加。
❖ 急减速
进气管真空度急剧增高，促使附着在进气管壁面上的 汽油蒸发气化， 并在空气量不足的情况下进入气缸内， 造成混合气过浓，严重时甚至熄火，导致CO排放增加。
2、大气压力的影响
❖ 当忽略空气中饱和水蒸气压时，空气密度ρ
可表示为：
❖ ρ= 1.293
273p
kg/m3
(273+T)760
❖ 式中：p——大气压力，kPa；
T——温度，℃
❖ 结论：进气管压力降低时，空气密度下降，则空 燃比下降，导致CO排放量增大。
3、进气管真空度的影响
柴油机一氧化碳的生成机理
Φa =1.5～3，
CO排放量要比汽油机低得多。
Φa =1.2～1.3，
CO的排放量才大量增加。
由图可以看出 Φa =1.5～3， CO排放量要比汽油机 低得多。 Φa =1.2～1.3， CO的排放量才大量增 加。 小负荷时尽管Φa很大， CO排放量反而上升。
柴油机CO排放量xCO与 过量空气系数 Φa的关系
➢ CO、HC、NOX（NO、N2O、NO2等） ➢ CO2、CH4 ➢ PM ➢ SOX、醇类、醛类(RCHO)﹑3,4－苯并芘 ➢ 其他未知污染物，e.g. odor, et al.
二、内燃机排放的二次污染Secondary Pollution
➢ 光化学烟雾 photochemical smog ➢ 空气能见度 visibility ➢ 酸雨 acid rain ➢ 地表水酸化 water acidification
……
三、汽油车排放的来源（目前标准限制 的有害排放物）
四、评定标准：
❖ 排放物体积分数(％和ppm)和质量浓度(mg/m3) ❖ 质量排放量（g/h或g/㎏ ） ❖ 比排放量（ g/kw.h ） ❖ g/km ，g/test
2.1 一氧化碳(CO)
❖ 2.1.1 CO的生成机理 CO是碳氢化合物燃料在燃烧过程中生成的主
柴油机CO排放分析
❖ 柴油机的大部分运转工况下，其过量空气 系数Φa都是在1.5~3之间，其CO排放量要 比汽油机低很多，只有在接近冒烟界限（ Φa=1.2~1.3）时，CO排放量急剧增加。
❖ 柴油机CO排放增加的原因：
（1）燃料与空气混合不均匀，局部缺氧，存 在低温区；
（2）反应物在燃烧区停留的时间不足于完全 燃烧。
进气管压力降低，空气密度下降， 空燃比下降，CO排放量增大。
影响一氧化 碳生成因素
发动机 工况
怠速转速
高真空度下，混和气瞬时过浓， CO浓度将显著增加。
提高怠速转速，空气流量增加， CO浓度降低
进气管真 发动机负荷一定，CO排放量随转
空度
速增加（空气流量增加）而降低。
1、进气温度的影响
❖ 随着环境温度的上升 ，空气密度变小，而 汽油密度基本不变， 所供给的混合气随进 气温度的上升而变浓 ，CO排放增加。
汽油机各工况的 CO排放
❖ 怠速
缸内残余废气很多，混合不充分，需加浓混合气，导致 CO排放严重。这是常规的均匀混合气点燃式内燃机总的 CO排放量大的一个主要原因。
❖ 常用工况（即部分负荷）
混合气的过量空气系数φa略大于1，CO排放不多。但在 多缸发动机中，各缸之间空燃比的变动也导致CO排放量 的增加。
❖ 当汽车急减速时，发动机真空度在68kPa以上， 停留在进气系统中的燃料，在高真空度下急剧蒸 发而进入燃烧室，造成混合气瞬时过浓，燃烧状 况恶化，CO浓度增加。
4、怠速转速的影响
从图中可以看出：怠速 转 速 为 600r/min ， CO 浓 度 为 1.4% ， 700r/min时，浓度降为 1%左右。
要中间产物，是由于燃料在汽缸中燃烧不充分、 氧气不足所致。 一般烃燃料的燃烧反应：
CmHn+(m/2)O2 mCO+(n/2)H2 O2充足时有：
2H2+O2 2H2O 2CO+O2 2CO2 CO+H2O H2+CO2
O2不足时 CO
结论：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φa。
柴油机CO排放特点
1.柴油机的CO排放总体比较低。 2.燃烧接近或超过冒烟极限后，由于燃烧过程局部
混合气过浓，缺氧造成CO排放迅速增加。 3.柴油机小负荷时，稀混合气区体积增加，燃气温
度降低，CO排放略微增加。
影响一氧化碳生成的因素
进气温度
进气温度上升，空燃比α变浓， 排出的CO将增加。
大气压力
燃料不完全燃烧：
C + O CO [ + O ] CO
[ 中间产物 ] 产生的原因是缺氧：当反应着的气体①突然缺
乏氧化剂, ②温度过低,③反应时间过短达不到化学 平衡状态时，CO就以中间产物的形式生成了。
Φa<1（浓）， CO排放量随Φa的 减小而增加； Φa>1（稀）， CO排放量都很小； Φa=1.0~1.1， CO排放量变化复 杂。
第2章 汽车排放污染物的生成机理和影响因素
➢ 2.0 概述 ➢ 2.1 一氧化碳（CO）生成机理及其影响因素 ➢ 2.2 碳氢化合物（HC）生成机理及其影响因素 ➢ 2.3 氮氧化物（NOX）生成机理及其影响因素 ➢ 2.4 微粒（PT）生成机理及其影响因素
2.0 概述
一、汽车排气中的污染物 POLLUTANTS
说明提高怠速转速可有 效降低排气中CO浓度。
2.2 碳氢化合物（HC）
❖ 压燃式内燃机中，未燃HC都是在缸内的燃烧过 程中产生，并随排气排放。
❖ 点燃式内燃机中，未燃HC的生成与排放有如下 三个渠道：
1) HC的排气排放物：在气缸内的工作过程中生成 并随排气排出，主要是在燃烧过程中未燃烧或未 完全燃烧的HC燃料。
❖ 全负荷
发动机全负荷运转时的功率输出，往往把可燃混合气加 浓到Φa=0.8~0.9，导致CO排放增大。
❖ 冷起动
燃料和空气的温度均很低，汽油蒸发率很小，雾化不良 ，发动机要求供给很浓的混合气，以保证混合气中有足够 的汽油蒸气，导致CO排放增加。
❖ 暖机
温度较低、燃油雾化较差，也需要较浓的混合气，而且 随着温度增加而逐渐减小，直至达到正常工作温度时发动 机进入怠速工况，也导致CO排放增加。
❖ 急加速
节气门开度突然加大，进气管压力随之增加，大量的 汽油颗粒被沉积在进气管壁面上，进入缸内的实际混合 气则被瞬时稀释，Байду номын сангаас发动机转速下降。这时应加浓混合 气，以获得良好的加速性，导致CO排放增加。
❖ 急减速
进气管真空度急剧增高，促使附着在进气管壁面上的 汽油蒸发气化， 并在空气量不足的情况下进入气缸内， 造成混合气过浓，严重时甚至熄火，导致CO排放增加。