汽车排放与控制技术

第 2 章 内燃机排放污染物的生成机理和影响因素

2.1 一氧化碳的生成机理

• 2.2 碳氢化合物的生成机理 2.3 氮氧化物的生成机理

• 2.4 微粒的生成机理

2.5 影响排放污染物生成的因 太原理工大学车辆工程系 素

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2.1 一氧化碳的生成机理

汽车尾气中 CO 的产生是燃烧不充分所致， 是氧气不足而生成的中间产物。 形成原因 汽油机 — 主要是由可燃混合气过浓造成的。 柴油机 — 主要是由燃烧室内部缺氧或温度过低造 成的

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一般烃燃料的燃烧反应可经以下过程：

燃气中的氧足够时有 ：

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 太原理工大学车辆工程系 。

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CO 化学反应机理 （ 生成机理 ） ： 1. 认为 ，CO 生成步骤如下 （R 代表烃基 ）： 代）

2个着火理论：热着火（早期）、 链式反应着火（30年

烃分子 烃基 过氧烃基 醛基

酰基

RCO 通过热分解或氧化生成 CO：

2.CO 是碳氢化合物燃料在燃烧过程中生成的主要中间 太原理工大学车辆工程系 产物 ， 最终生成情况视氧气浓度而定

CO继续氧化成CO2：

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化学反应机理 （ 控制因素 ）：

CO 是不完全燃烧的产物之一 。 若能组织良好的燃烧过 程 ， 即具备充足的氧气 、 充分的混合 ， 足够高的温度和较 长的滞留时间 ， 中间产物 CO 最终会燃烧完毕 ， 生成 CO2 和 H2O 。

因此控制 CO 的排放不是企图抑制它的形成 ， 而是努力 使之完全燃烧 。

燃料的氧化速率取决于 ： 1 、 可用的氧浓度 2 、 反应的温度 太原理工大学车辆工程系 3 、 化学反应占有的时间 （ 决定于发动机的转速 ）

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空燃比 (A/F) ：是指可燃混合气中空气与燃料的质量比。理 论上， 1kg 汽油完全燃烧需要空气 14.7kg 。故对于汽油机而 言，空燃比为 14.7 的可燃混合气可成为理论混合气。若可 燃混合气的空燃比小于 14.7 ，则意味着其中汽油含量有余 （亦即空气量不足），可称之为浓混合气。同理，空燃比 大于 14.7 的可燃混合气则可称为稀混合气，应当指出，对 于不同的燃料，其理论空燃比数值是不同的。

过量空气系数 Φa ：燃烧 1kg 燃料所实际供给的空气质量／ 完全燃烧 1kg 燃料所需的理论空气质量。由此定义表达式可 太原理工大学车辆工程系 知：无论使用何种燃料，凡过量空气系数 Φa =1 的可燃混合 气即为理论混合气； Φa ＜ 1 的为浓混合气； Φa ＞ 1 的则 为稀混合气。

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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或过量空气系数 。

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汽油机 CO 排放量 x CO 与空燃比 α 及过量空气系数 Φa 的关系

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由上图可以看出

Φa <1 时，因缺氧引起不完全燃烧， CO 体积 分数 co 随 a 的减小不断增加。 _Φa_ >1 时， CO 体积分数 co 很小。 太原理工大学车辆工程系 Φa =1.0 ～ 1.1 时， co 随 a 略微变化。

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注意 ： 点燃式内燃机排气中的 CO 水平低于燃烧室中的最大值 ： 部分 CO 在排气和膨胀工程中发生再次燃烧被消耗导致 。 不同工况的 CO 排放 ：

汽油机部分负荷(常用工况)： a接近l，CO排放量不高。但 多缸机如各缸 a不同，有的气缸 a＜1，CO排放量增加。 全负荷、冷起动时：混合气很浓， a 可小到 0.8 甚至更低， CO 排放量很大。

加速时：如果加浓过多，或者减速时不断油，即在瞬态运转 太原理工大学车辆工程系 工况下供油量控制不精确，会导致 CO 排放量剧增。 怠速时：加浓过多会排放大量 CO 。

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2.2 碳氢化合物的生成机理

汽油机未燃 HC 的生成与排放有三个渠道：

1. 排气排放物：在燃烧过程中生成并随排气排出 。 组织气缸扫气时，部分混合气直接进入排气 。 2) 曲轴箱排放物：通过活塞与气缸之间的各间隙漏 入曲轴箱的窜气，如果排入大气也构成 HC 排放物 。 3) 蒸发排放物：从汽油箱等处蒸发的汽油蒸气，如 果排入大气同样构成 HC 排放物 。 太原理工大学车辆工程系

柴油机排出的未燃 HC 全由燃烧过程产生 。

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