摩托车排气污染

1、摩托车排气污染的现状
摩托车尾气排放给城市的空气带来污染，已经变成一个世界性的问题，尤其在亚洲地区。由
于近年来亚洲地区的经济迅速发展，人口迅速膨胀，因而交通工具的发展也非常迅速，而摩
托车作为一种方便、快捷、而且又很经济的交通工具，深受大众的欢迎。
在泰国的曼谷，1999年挂牌注册的摩托车就有170万辆，其中有80％的摩托车是二冲
程的摩托车1 71。因为二冲程相比四冲程的摩托车便宜，体积小及功率大，所以相对较多，
但是二冲程的摩托车排放污染物却比四冲程摩托车多，对大气污染更严重。同时由于这些地
区的摩托车使用很差的润滑油，以及很差的维修技术，使得排放的尾气中冒大量的白烟，使
空气中增加颗粒悬浮物，因此给曼谷造成很大的环境污染。
在我国的台湾地区， 1995年机动车排放的C0、NO；、NMHC及悬浮颗粒分别是172
万吨、42万吨、84万吨及53万吨，其中摩托车的排放量分别占到排放量的38％、3％、64％
及30％“1。而根据台湾“交通部”的最新统计，过去十年间台湾即摩托车数量持续以4．6％
的幅度成长，平均每人拥有摩托车数和每公里道路摩托车数均高居亚洲第一位。到去年底为
止，全台湾摩托车登记数计1279万辆，但实际使用率约为79．5％，有高达247万辆已不
使用。根据具体数据我们能了解到摩托车尾气排放对台湾地区的大气造成一定程度的污染。
在祖国大陆地区，1980年只有区区8万辆摩托车，现在的摩托车保有量将逼近l亿辆。
如果按工况法限值及每车每年平均运行fiOOOkm进行粗略估算，1980年摩托车排放出C0
有害物为0．825万吨，排出的HC有害物为0．26万吨；1997年新生产摩托车在1998年
底排出CO为413万吨，HC为131万吨；若考虑1997年底在用车为2500万辆，则1998
年底排放cO总量为103l万吨、HC总量为328万吨。现在近1亿辆的保有量，对我国大气
的造成多大的污染可想而知，难怪许多城市禁止摩托车。
总之，摩托车尾气排放对大气造成很严重污染，然而现在摩托车大量进入农
村，可能会成为农村最主要的大气污染源，所以我们应重视摩托车排气污染，寻求切实可行
的办法，解决此难题。
摩托车的主要的排放污染物
摩托车主要排放污染物：一氧化碳(CO)、 碳氢化合物(HC)及氮氧化合物(NOx)，在氮氧化
合物污染物中的99％为一氧化氮(NO)，其次是二氧化氮(NO。)以及铅尘、烟尘和石棉尘等
微粒物。此外，尚有少许二氧化硫(SO。)、醛类(RCHO)、三四笨芘(3、4BaP)等有害气体。
2、排气污染物的生成机理
2．1一氧化碳(CO)的生成机理
一氧化碳(CO)是烃燃料燃烧的中间产物。排气中的cO主要是在局部缺氧或低温下由于烃的
不完全燃烧造成的。理论上讲，当空燃比为化学当量比时(A／F=14．7)，将实现完全燃烧，
生成CO：(二氧化碳)。
烃的燃烧反应经过如下过程：

氧气足够时：
同时C0还与生成的水蒸气起反应：
当空气不足，A／F<14．7时，有部分燃料不能完全燃烧而生成CO，然而，A／F只是一
个比较宏观的概念，实际上，即使在总的A／F<14．7的情况下，燃烧生成物仍然含有微量
的剩余的氧；A／F>14．7的情况下，燃烧生成物仍然包含CO和H2(氢气)。其原因在于混
合气形成的不均匀和分配不均造成的。
除此以外，由于燃烧高温引起的气体离解可使已经形成的CO2和H20(水)中一小部分发生
离解反应：

离解反应产生的H2又会使C02还原成CO：
2．2碳氢化合物(HC)的生成机理
摩托车发动机碳氢化合物(HC)产生的机理：
由于汽油机中混合气体的燃烧是靠火焰的传播进行的，当火焰传播到接近气缸壁面附近时，
由于壁面的冷却作用，火焰不能完全传播到壁面，大约0．5mm厚度的混合气不能燃烧，
通常把这层烧不着的气体层叫做淬冷层。淬冷层是HC产生的主要来源。
2．3氟氧化合物(NOx)的生成机理
NOx(氮氧化合物)的生成机理与上述CO和Hc的生成机理不同，它不是来自于燃料，而是
空气在燃烧室的高温条件下，由氧和氮反应所形成的，高温富氧和高温持续时间是生成NOx
的重要条件。发动机排出的氮氧化合物大部分是NO(一氧化氮)，少量为NO。(二氧化氮)，
通常把NO。、N0和N。O等等统称为NOx。
按照策尔多维奇理论解释：无论所进行的是完全的燃烧还是不完全燃烧反应，其最初燃烧
反应所产生的热必将使空气中的02(氧分子)裂解为氧原子0，并且与空气中的氮分子N：发
生反应而生成N0和N，而氮原子N又与空气中的氧分子0。发生反应形成一氧化氮NO和
氧原子0。这部分氧原子O又与空气中的氮分子N。重复作用，产生一氧化氮NO。具体的
反应方程式如下：

式中k。+，k-，k：+，k。一，k。+，k。一分别为反应速率常数，见表。
这些反应中，温度越高、氧气浓度越大、高温持续时间越长，NOx生成的量就越大。当空
燃比为16时，NOx的排放量最多。但是摩托车发动机一般处于偏浓的状态，加之排量很小、
压缩比小(一般为6)、燃气散热面积较大、高转速使得高温持续时间很短，所以摩托车氮氧
化物的生成浓度很小。因此，我国摩托车排放法规对摩托车氮氧化物排放不加控制，欧洲直
到1999年6月执行EURO--1之前的ECE R40和ECE R40．01也没有提出对氮氧化物NOx
的控制要求。至于摩托车的EURO--1虽然提出了对NOx的限值，但是这个限值很松。一般
摩托车来说，在原机没有进行任何改造的情况下，NOx的实测数值比限值低许多。
N0生成机理方程式中的反应速率常数

3.1摩托车多功能排气净化装置的基本结构
3.2摩托车催化转化的技术
摩托车催化剂的催化反应原理：
在影响摩托车排气污染物浓度的诸多因素中，进入发动机气缸的燃油(Fuel)和空气(Air)的比
例，简称为空燃比(A／F)，是最显著的因素。A／F为理论空燃比14．7时，混合气燃烧最
完全；当A／F(14．7时，混合气偏浓，称为贫氧燃烧，C0，HC排放增加，而NO。较少；
当A／F>14．7时，混合气偏稀，为富氧燃烧，此时C0，Hc排放减少，但NO，增加。在
应用摩托车催化剂时，其转化率与尾气中的氧含量即MF密切相关。
在催化剂的作用下，发动机的排气发生以下氧化和还原反应：
当排气中的氧含量和NO。浓度比较低，不足以氧化CO和HC时，C0、HC将进行以下反
应：

水煤气反应：
烃一一水蒸气重整反应：
催化剂在以上化学反应中，对参与化学反应的分子起一种活化作用，使反应物分子的化学
结构发生有利于化学反应变化，催化剂本身并不参与最终反应产物，借助催化作用，使上述
反应的活化能降低，从而加快反应速度，其原理如图

3.33摩托车二次空气的技术
因摩托车尾气排放主要为C0和HC，所用催化剂为氧化型。为了保证氧化反应的催化效果，
除了调整匹配化油器外，许多情况需要引入二次空气，当热反应器内有足够的氧时，Hc和
c0的净化效果较好，因而要提高氧气的浓度，需向排气中喷入适量的二次空气。
二次空气供给装置是将新鲜空气直接引入高温的排气中，促进C0和HC在排
气系统内氧化成cO。和H：O，提高热反应净化效果。此外，二次空气对促进催化转
化器净化CO和HC主要有两个作用：一是二次空气提供过量的氧供CO和Hc反应；
二是贵金属催化剂对C0和HC的催化活性由于在反应气体中增加了氧气的浓度而
得到促进，这种效果在诸如怠速和缺氧的工况较为明显。为了使热反应器能够正
常工作，排气中必须有合适的氧浓度，否则将不能使Hc和cO很好的净化。因此
可根据排气中的HC和C0的含量来计算二次空气的供给量，其计算公式：

4.1．热反应器的种类
热反应器通常有，直流式、侧流式和回流式三种，它们的结构简图如图所示。
1.保护层 2.热反应室