汽油机排放污染物的生成和处理技术
汽油机的有害排放物及其控制
四、点火系统
传统点火系统具有结构简单、工作可靠、 成本低等优点，基本能满足汽油机对点火系统 的要求，随着汽车工业的高速发展，要求汽车 发动机向高转速、高压缩比、大功率、低比油 耗和低排放污染发展，传统点火系统越来越不 适应新的要求，人们开始研制电子点火装置， 提高发动机的点火性能。近二十年来，各类电 子点火装置相继问世，而且种类繁多。
暖机期间要使可燃混合气、冷却液和 机油尽快热起来，例如，采用进气自动 加热系统，有助于改善暖机和寒冷天气 运转时的混合气形成条件。
二、怠速
车用汽油机在实际使用中怠速工况占 很大的比例，汽油机在怠速工况下由于 残余废气系数大，混合气不得不加浓， 结果导致CO和HC的排放很高，所以世界 各国的排放法规都是首先限制怠速排 放。
燃油蒸发控制
活性碳罐
§6 汽油机机内净化技术
汽车排气中的有害排放物的净化途径， 一般分为两大类：
机内净化：它是通过对发动机燃烧过程 的改善，防止或减少有害物在发动机燃 烧过程中的生成量，减少排气中的有害 物质；
机外净化：是用设置在发动机外部的装 置将发动机排出的废气进行净化处理， 在净化装置中减少在发动机中已经产生 的污染物.
燃烧室形状 压缩比 火花塞位置 活塞组设计 稀薄燃烧
§7 废气再循环（EGR）
废气再循环简称EGR，是目前用于降 低NOx排放的一种有效措施。它将发动机 排气的废气引入进气管与新鲜混合气混 合后送入汽缸燃烧，实现再循环。EGR系 统的作用是将部分废气引出排气系统， 将引出的废气再送入进气系统，并对送 入进气系统的废气进行最佳的控制与调 节等。
提高怠速转速，改善燃烧状态是改善 怠速排放的重要手段。
三、混合气形成和空燃比
空燃比控制精度决定了混合气形成质量 的好坏。
浅谈汽车排放污染物生成机理及控制技术研究
１２ Ｈ ． Ｏ生成机 理 Ｈ ｃ与 Ｃ ０一样 ，也 是 一种 不完 全 燃烧 的产 物 ，与 过量 空 气 系数 有密 切 关 系。但即使 在空气 系数 ≥ ｌ 的条件 下 ，也会 产生 很高 的 Ｈ 排放 ，这是 因为 ｃ Ｈ 化 合物还 有淬 熄和 吸附等 生成 原 因。 ｃ １ ３ Ｎ ｘ 成机理 ． Ｏ 生 汽 油机燃 烧过 程 中主要 生成 Ｎ ０，另 有少 量 Ｎ ２ Ｏ ，统称 Ｎ ｘ Ｏ ，其 中 Ｎ ０占 绝大 部分 ，约 占 Ｎ ｘ Ｏ 总排放 量 的 ９ ％ 。在经排 气管 排入 大气后 ，缓慢 地与 Ｏ ５ ２
发动机原理之有害排放物的生成与控制
9.1有害排放物的生成机理
9.1.1有害排放物的种类及危害
6.硫氧化物（SO x） ●成分：内燃机排放的硫氧化物主要是SO 2,也有少量的SO3，总称 SOx。 ●危害：Sox直接对人体有毒害作用，排放到大气中的Sox出了是形 成酸雨的主要成分外，还会有50%变成硫酸盐，形成二次微粒。
9.1有害排放物的生成机理
发动机原理之有害排放物的 生成与控制
9.7非排放污 染物控制技术
9.6柴油机排 放后处理技术
9.1有害排放物的 生成机理
有害排放 物的生成 与平控制
9.2排放法规及 测试法
9.3汽油机的 机内净化技术
9.5汽油机排 放后处理技术
9.4柴油机的 机内净化技术
9.1有害排放物的生成机理
9.1.1有害排放物的种类及危害
9.1有害排放物的生成机理
9.1.1有害排放物的种类及危害
1.一氧化碳（CO） ●成分：CO是一种无色、无臭、窒息性很强的气体。 ●危害：CO与血液中作为输氧载体的血红素蛋白（Hb）的亲和力比 O2 高200~300倍很容易结合成碳氧血红丝蛋白（CO-Hb），使血液的输 氧能力大大降低，导致心脏、大脑等重要器官严重缺氧。轻度CO中毒 时，会出现头晕、头痛、呼吸障碍等症状，中枢神经系统将受到损害 ；严重CO中毒时，会出现恶心、心痛、昏迷等症状、甚至死亡。大气 中的CO浓度超过0.3%时，30min之内可致人死亡。
9.1有害排放物的生成机理
9.1.3有害排放物的生成机理
1）柴油机微粒的基本特征
①微粒的构成及主要成分 柴油机微粒主要由三部分构成，即 （干）碳烟、可溶性有机物和硫酸 盐。
②PM的粒径和排放数量 20世纪80年代前的车用柴油机微 粒粒径在1~10μm范围内，后来随 高压喷射技术的采用和汽油混合过 程的改善，粒径已基本在1μm以 下。
毕业设计----汽油机HC排放的生成机理及净化措施
毕业设计----汽油机H C排放的生成机理及净化措施-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN汽油机HC排放的生成机理及净化措施摘要汽车作为现代化交通工具，给人们的生产与生活带来了极大方便。
可是它的尾气排放物却给大气环境造成了严重污染。
通过对汽车尾气中的固体悬浮微粒、一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、铅和黑烟等有害成份及其危害机理进行分析。
探讨了治理汽车尾气污染的主要原因，提出了汽车尾气污染防治的若干对策。
本文主要论述了车用汽油机HC排放物控制的必要性，探讨了HC的生成机理及其影响因素，介绍了各种车用汽油机HC排放的控制技术，分析了各种净化技术的特点和存在的问题。
关键词：汽油机；碳氢化合物；生成机理；净化措施Generation Mechanism of HC from Vehicle Gasoline Engine and ItsEmission Control TechniqueAbstractAs the modern means of transportation, automobiles bring great convenience to peoplep's life and production. However, the exhaust emissions cause terrible pollution to atmospheric environment. Analyzing harmful components: solid suspended particles, Carbonmonoxide, Nitrogen oxides, Hydrocarbons, Lead and smoke and it’s hazards analyses of the mechanism, the author discusses the main reasons of managing vehicle exhaust pollution and puts forward a number of countermeasures of controlling and prevention of automobile exhaust pollution.The article discusses the necessity of HC emissions control from vehicle gasoline engine, as well as the generation mechanism of HC and it’s influence factors. HC emission control techniques of all kinds of vehicle gasoline engines are introduced along with the features and problems of respective purification technique.Key word: gasoline engine; HC; generation mechanism; purification measures目录1 绪论 ....................................................................................................... 错误!未定义书签。
(环境管理)发动机排放污染物的影响因素
发动机排放污染物的生成机理和影响因素主要内容：介绍了汽车尾气中的主要污染物CO、HC、NO X和微粒的生成机理及其影响因素。
1 一氧化碳1.1 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。
影响一氧化碳生成的因素理论上当α在14.7以上时，排气中不存在CO，而只生成CO2。
实际上由于燃油和空气混合不均匀，在排气中还含有少量CO。
即使混合气混合的很均匀，由于燃烧后的温度很高，已经生成的CO2也会由于一小部分分解成CO和O2，H2O也会部分分解成O2和H2，生成的H2也会使CO2还原成CO，所以，排气中总会有少量CO存在。
可见，凡是影响空燃比的因素，即为影响CO生成的因素。
1. 进气温度的影响一般情况下，冬天气温可达零下20℃以下，夏天在30℃以上，爬坡时发动机罩内进气温度超过80℃。
随着环境温度的上升，空气密度变小，而汽油的密度几乎不变，化油器供给的混合气的空燃比α随吸入空气温度的上升而变浓，排出的CO将增加。
因此，冬天和夏天发动机排放情况有很大的不同。
图2-3为一定运转条件下，进气温度与空燃比的关系，大致和绝对温度的方根成反比的理论相一致。
进气温度/℃海拔高度/m 怠速转速/(r/min)图2-3 进气温度与空燃比的关系图2-4 海拔高度与大气压力的关系图2-5 怠速转速对CO和HC排放的影响V/(km/h)图2-6 某汽油机等速工况排气成分实测结果2. 大气压力的影响大气压力P 随海拔高度而变化，由经验公式()5.256010.02257 kPa P P h =- (2-4)式中：h 一海拔高度，km 。
当海平面0P =100kPa 时，可作出海拔高度和大气压力变化关系的曲线，如图2-4所示。
当忽略空气中饱和水蒸气压时，空气密度ρ可用下式表示：()32731.293 kg/m 273760P T ρ=+ （2-5） 式中：T －温度，℃。
可以认为空气密度ρ和大气压力P 成正比，从简单化油器理论可知，空燃比和空气密度的平方根成正比，所以进气管压力降低时，空气密度下降，则空燃比下降，CO 排放量将增大。
浅谈汽油机污染物排放及净化措施
多气 门发动机是指一个气 缸气 门数 目超过两个发动机 ，在 采用 多 气 门技术后 ， 能保证较大 的换气通 流面积 ， 减少泵气损失 ， 大充气 量 ， 增 保证较大 的燃烧速率 ， 降低汽油机污染物 的排放量。 ３汽油机排放污染物 的后处理净化 ． 后 处理净化就是 对已经排 出燃烧 室而 尚未排 人大气 中的废气 ， 在 排气 系统 中进行净化处理 。 主要采用三元催化转化器 、 热反应器和空气 喷射 系统 等来 降低 汽 油 机 污 染 物 的排 放 量 。 （ ） 元催化转化器 １三 三元催化转化 器是安装在汽 油机排气系统 中最重要 的净化装 置 ， 当 高 温 的 汽油 机 尾气 通 过净 化 装 置 时 ，三 元 催 化 器 中 的 净化 剂 将 增 强 Ｃ Ｈ Ｏ、 Ｃ和 Ｎ 三种气体的活性 ， Ｏｘ 促使其进行一定的氧化 一还原化学反 应， 中 Ｃ 其 Ｏ在高温下氧化成 为无 色 、 无毒的二氧化碳气 体 ； Ｃ化合 物 Ｈ 在 高温下 氧化成水（ Ｏ 和二 氧化碳 ； Ｏ Ｈ ） Ｎ ｘ还原成氮气和氧气 。 三种有害 气体变成无害气体 ， 从而降低汽油机污染物的排放。 （） 反应器 ２热 热反应器通 常是一种大 型容器 ， 备有绝热 良好 的隔热套 ， 取代了常 规排气歧 管， 被安装在 紧靠发动机排气道 出口处 。 它是通过均质气体的 非催 化反应来氧化汽油机排气 中烃 和 Ｃ Ｏ的装置 。当排 出的废气 经过 热反应器时 ， Ｃ 使 Ｏ和 ＨＣ在其 中保持 高温（ ０ — ０ ￣ 并停 留一段 时 ８ ０ ９ ０Ｃ） 间（ 平均为 １０ ）使之 能得到 充分 的氧化 ， 而降低 Ｃ ０ ｍｓ ， 从 Ｏ和 ＨＣ的排
汽油机排放污染及控制措施
的 浓 度 达 ０５ ｐ （ 万 分 之 一 ） ， ．ｐ ｍ 物 碳
氮 氧 化 合 物 约 ５ ～１ ０ ｇ 汽 车 尾 气 ０ ５ｋ ，
可 谓 大 气 污 染 的 “ 凶 ” 元 。 这 些 有 害气 体 的 主 要 释 放 途 径 有 三种 ： 是排 气 管 ， ９％ 的一 氧 一 约 ９
造 血 功能 。
千 辆 汽 车 每 天 排 出 一 氧 化 碳 约
３ ０ ｋ ， 碳 氢 化 合 物 约 ２ ０ ４ ０ ｇ， ００ ｇ ０ ～ ０ｋ
二 、 油机 排放污 染控 制措 施 汽
由 于 汽 车 的 排 放 物 对 动 植 物 的
生 存 产 生 了 许 多 危 害 性 ， 个 国 家 和 各 地 区都 在 采 取 措施 以 控 制 汽车 所 带
氧 化 碳 、 ％ 的 氮 氧 化 合 物 和 ２ ％ 的 ｌ ０ 碳 氢 化 合 物 ， 三 是 燃 料 蒸 发 ， 约 有 ２ ％的 碳 氢 化 合 物 。 ０ １ 一 氧 化 碳 的 成 因 及 危 害 ．
一
都 有 严 重 的 损 坏 作 用 。 氢 化 合 物 形 碳 成 酸 雨 ， 染 湖 泊 、 壤 ， 响林 业 渔 污 土 影
、
汽 油机 排放 污染 物 的成 因及
危害
汽 油 机 尾 气 排 放 污 染 物 成 分 非
常 多 ， 要 是 ： 氧 化 碳 、 氢 化 合 主 一 碳
物 、 氧 化合 物 、 氧 化碳 、 尘 微粒 氮 二 烟 （ 些重 金 属化合 物 、 化 合 物 、 烟 某 铅 黑
及 油 雾 ）臭 气 （ 醛 等 ） 据 统 计 ， 、 甲 。 每
如何控制汽油机排放污染危害
汽油机排放污染物会有哪些危害?一、汽油机排放污染物的成因及危害汽油机尾气排放污染物成分非常多，主要是：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化碳、烟尘微粒（某些重金属化合物、铅化合物、黑烟及油雾）、臭气（甲醛等）。
据统计，每千辆汽车每天排出一氧化碳约3000kg，碳氢化合物约 200~400kg，氮氧化合物约50~150kg，汽车尾气可谓大气污染的“元凶”。
这些有害气体的主要释放途径有三种：一是排气管，约 99%的一氧化碳、99%的氮氧化合物和 60%的碳氢化合物；二是曲轴箱，约有 1%的一氧化碳、1%的氮氧化合物和 20%的碳氢化合物；三是燃料蒸发，约有20%的碳氢化合物。
1．一氧化碳的成因及危害一氧化碳是燃料不完全燃烧后产生的一种无色、无味、无刺激性的有害气体。
一氧化碳是汽油机排放浓度最高的有害气体，人吸入一氧化碳后，非常容易和血液中的血红蛋白结合，他的结和力是氧的300倍，因此肺里的血红蛋白不与氧结合而与一氧化碳结合，人就会出现中毒现象，如反应能力、视敏度下降等，一氧化碳中毒的中期症状是咳嗽、头晕、恶心、呕吐、胸痛、呼吸困难，严重时会发生虚脱昏迷甚至死亡。
2. 碳氢化合物的成因及危害碳氢化合物排放物的生成除了曲轴箱通风口漏出和油箱蒸发外，主要是不完全燃烧、壁面淬熄等原因。
实践证明，汽油机在过量空气系数小于1 时，氧气不足，燃料燃烧不完全，未燃烧的碳氢化合物便随废气排出，使排气中的碳氢化合物含量增加；当过量空气系数大于1 时，混合气在气缸内处于低温区域时，附在燃烧室表面的激冷层也会燃烧不完全，使排气中的碳氢化合物增加。
碳氢化合物是具有刺激性的气体，其浓度量小于一氧化碳，碳氢化合物中大部分对人体健康的直接影响并不明显。
汽车尾气中的碳氢化合物有 200 多种，其中 C2H4在大气中的浓度达 0.5ppm（十万分之一）时，能使一些植物发育异常。
碳氢化合物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，对人的呼吸系统、神经系统、造血系统都有严重的损坏作用。
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汽油机排放污染物的生成和处理技术摘要：目前环境污染严重，而汽车作为化石燃料的重要消耗途径，有着不可推卸的责任。
因此本文分析汽油机排放的CO,HC,NO X和微粒等污染的生成，还讨论了目前汽车常用的机内净化和排放后处理技术。
在这里技术的指导下，希望进一步改善汽车的排放特性。
关键词：汽油机；排放；机内净化；排放后处理0 引言近年来环境污染日益严重，很大程度上是由化石燃料的不清洁燃烧方式引起的。
酸雨，雾霾，沙尘暴，温室效应甚至厄尔尼诺现象的出现频率越来越高，环境问题与经济发展的冲突越来越严峻。
据英国石油公司（BP）的统计，中国是目前世界上能源消耗量最大的国家，占世界一次能源消耗的22.4%[1]。
其中，不可再生的化石能源占了我国能源结构的绝大部分。
化石能源的大量消耗不仅威胁国家的能源安全问题，同时也制约了社会的稳定高速发展。
从图1中可以看到，随着我国汽车保有量的不断增长[2]，汽车行业作为交通运输的主要构成部分消耗的大量石油资源占据了很大比例。
其次，粗放式地燃烧化石燃料已造成了严重的空气污染。
随着空气污染的不断加重，PM 2.5数值不断攀升，雾霾天气已经严重影响了人们的正常工作生活。
控制空气污染并减少雾霾天气以保障我国民众的身体健康和日常生活已经刻不容缓。
图1 世界汽车增长趋势尽管内燃机具有效率高、体积小、续航里程高等优点，但是其每年消耗大量宝贵的化石燃料并排放危害环境和人体健康的物质。
研究表明，汽车尾气的排放物是大气污染物的一个主要来源[3-5]，其中包含未燃碳氢（HC）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、固体颗粒物、二氧化硫、含铅化合物等多种有害物质[6]。
然而内燃机作为成熟的动力源在短时间内无法被彻底取代，研究内燃机排放物是如何生成，并探寻合适的排放控制手段，使亟待解决的。
目前城市绝大多数乘用车都是汽油机，所以本文主要讨论汽油机排放物的生成和控制。
1 汽车排放污染物的生成和影响因素1.1一氧化碳的生成机理和影响因素汽车排放物中的CO的生成主要是由于燃油在汽缸内燃烧不充分所致，是由氧气不足所引起的。
一般烃燃烧燃烧都是先与氧气反应生成CO和H2，再由二者与O2进一步反应生成H2O和CO2，同时CO还和生成的水蒸气反应生成H2和CO2。
由此可见，当汽缸内氧气充足燃料完全燃烧的情况下，是没有CO生成的，而当O2不足的情况下，就会有部分燃料不能完全燃烧而生成CO。
理论上当空燃比α在14.7以上时候，燃料完全燃烧，没有CO生成。
但由于燃料空气混合不均匀，在排气中还含有不少CO。
因此CO主要受空燃比的影响，因此，影响空燃比的因素都会影响CO生成。
例如，进气温度、大气压力、进气管真空度、怠速转速、发动机工况等。
如图2可以看到不同转速和负荷对CO排放的影响[7]。
图2 1800 r/min(左边)和2500 r/min(右)下的CO排放特性1.2碳氢化合物的生成机理和影响因素汽油发动机中的未燃HC的生成主要可分为三种方式：燃烧过程中未完全燃烧的碳氢燃料随废气排入大气，其可能通过火焰在壁面淬熄、狭隙效应、燃烧室内沉积物和油膜等对燃油蒸汽的吸附和解吸、体积淬熄和后期氧化等原因引起；未燃燃料从活塞组和汽缸之间的缝隙漏入曲轴箱，形成蹿气；燃油从汽油机的燃油系统直接蒸发形成燃油蒸汽。
未燃HC排放主要是由于缸内混合气过浓、过稀或者局部混合不均匀引起燃烧不完全而导致的，造成燃烧不完全的因素大致有混合气质量、发动机运行条件、燃烧室结构参数及点火和配气正时等。
其运行条件可以细分为负荷、转速、点火时刻、燃烧室面容比等的影响。
如图3可以看到不同转速和负荷对CO排放的影响[7]。
图3 1800 r/min(左边)和2500 r/min(右)下的HC排放特性1.3氮氧化物的生成机理和影响因素车用发动机排气中的NO X主要包括NO和NO2，其中大部分是NO，它们是N2在高温下的产物。
1.3.1NO的生成机理根据扩展的Zeldovitch 机理，在化学计量比Φa=1附近导致生成NO和使其消失的主要反应为：O2→2OO+ N2→NO+ON+O2→NO+ON+OH→NO+HNO的生成不仅与温度和过量空气系数有关，还由局部高温的持续时间决定。
1.3.2NO2的生成机理汽油机排气中的NO2浓度与NO相比可以忽略不计，且目前对其生成机理研究还不太透彻，大致上认为如下：NO+HO2→NO2+OH然后NO2又通过下述反应转变为NONO2+O→NO+O2只有在NO2生成后，火焰被冷的空气激冷，NO2才会得以保存，因此汽油机长期怠速会产生大量NO2。
氮氧化物的生成主要受过量空气系数，残余废气分数，点火时刻等的影响。
过量空气系数直接影响混合物的氧浓度，残余废气可以增大缸内气体比热和减小可燃气放热，点火时刻则可以控制燃烧温度。
1.4微粒的生成机理和影响因素汽油机的排气微粒有三种来源：含铅汽油中的铅、有机微粒（包括炭烟）、来自汽油中硫元素所产生的硫酸盐。
硫酸盐的排放主要涉及排气系统中有氧化催化剂的车用发动机。
汽油中硫酸盐的排放直接取决于汽油中的硫含量。
炭烟排放只在使用很浓的混合气才会遇到，对调整良好的汽油机不是主要问题。
相反，微粒则是柴油机主要考虑的排放问题。
1.5其他排放物汽车排放污染物除了主要的CO,HC,NO X和微粒以外，还包括重金属污染物和硫氧化合物等。
其中重金属污染物主要包括铅、锌、铜等，主要来自于含铅汽油、润滑油的燃烧、汽车轮胎和制动系统的机械磨损等。
2汽油机排放控制2.1机内净化所谓机内净化就是从有害排放物的生成机理和影响因素出发，以改进汽油机燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。
机内净化被公认为是治理车用汽油机排气污染的治本措施。
汽油机主要的机内净化技术有：（1）大力推广汽油喷射电控系统，它利用各种传感器检测发动机的信息反馈，进过ECU的判断和计算，使发动机在不同工况下均能获得合适的空燃比的混合气。
（2）改善点火系统，提高点火能量和点火可靠性，对点火正时进行最佳调节，改善燃烧过程。
（3）采用废气再循环（EGR），能够有效的控制汽油机NO X排放，改善排放特性。
EGR过程如图4所示。
图4 EGR示意图（4）采用增压技术，对提高汽油机功率和改善其燃油经济性质及排放都有好处。
图5是典型的汽油机增压涡轮。
图5 汽油机增压涡轮（5）采用可变气门正时技术（VVT），通过汽油机状态控制进气凸轮轴，通过调整凸轮轴转角对配气时间进行调整，以获得最佳配气正时，从而在所有速度范围提高转矩和燃油经济性。
如图6所示即为VVT的示意图。
图6 VVT示意图2.2后处理净化技术机内净化虽然能对降低排气污染起较大作用，但始终效果有限，且不同程度的给动力性和经济性带来影响。
世界各国先后开发废气后处理净化技术，在不影响或者少影响发动机其他性能的同时，在排气系统上安装各种净化装置。
目前主要应用的是三效催化转化和稀燃催化技术。
车用三效催化转化器主要由载体、催化剂和壳体组成。
其中载体和催化剂是转化器的关键部分，对转化器的性能起决定作用，而壳体的外形设计、转化器在排气管中的安装位置等对转化器性能的影响也不可小觑[8]。
图7为三效催化转化器示意图。
图7 VVT三效催化转化器稀薄燃烧技术是降低CO排放的有效手段，通过让发动机在空燃比大于化学计量比的情况下燃烧，以改善其排放特性。
但目前的瓶颈在于空燃比的操作窗口太窄，要求燃油中硫含量低，目前难以广泛应用。
3总结汽车作为目前主要城市交通工具，消耗了大量化石能源，也带来了大量污染。
本文详细分析了目前汽油机的主要排放物质未燃碳氢（HC）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、固体颗粒物等的生成原因和影响因素。
并且讨论了目前主流的排放控制手段，包括机内净化，排放后处理等方面。
简单介绍了EGR,VVT,涡轮增压，三效催化转化等主流技术，深入了解了汽车排放与控制的过程。
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