汽車尾氣中一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化合物的生成機制目錄TOC\o"1-2"\h\u9924汽車尾氣中一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化合物的生成機制 1197591.1一氧化碳的生成機制 1192101.1.1發(fā)動機怠速的影響 121301.1.2發(fā)動機負荷的影響 2198061.1.3發(fā)動機點火時刻的影響 2254081.2碳氫化合物的生成機制 280551.2.1發(fā)動機空燃比的影響 3108601.2.2發(fā)動機負荷的影響 3243661.2.3發(fā)動機轉(zhuǎn)速的影響 4170791.2.4發(fā)動機排氣背壓的影響 4191071.3氮氧化合物的生成機制 4131751.3.1發(fā)動機空燃比的影響 4283251.3.2發(fā)動機點火時刻的影響 4137711.1.3發(fā)動機轉(zhuǎn)速的影響 5105541.1.4發(fā)動機負荷的影響 51.1一氧化碳的生成機制在汽油燃燒過程中，隨著空燃比的增加，一氧化碳排放量逐漸減少。這主要是由于供氧量的增加，使汽油燃燒產(chǎn)生的一氧化碳迅速氧化成二氧化碳。實驗表明，空燃比每增加1%，一氧化碳排放量減少3%。因此，空氣與燃料的混合比是影響一氧化碳形成的主要因素。當(dāng)氧含量足夠時，理論上當(dāng)空燃比控制在14.7:1或過高時，不應(yīng)產(chǎn)生一氧化碳。然而，在現(xiàn)實生活中，由于存在局部稠密的混合氣，汽油燃燒產(chǎn)物中的二氧化碳和水在高溫下分解，會導(dǎo)致汽油車正常工作時產(chǎn)生少量一氧化碳，這也是汽油車尾氣中一氧化碳的主要來源。影響一氧化碳形成的主要因素有三個：1.1.1發(fā)動機怠速的影響同一輛汽油車的怠速直接影響其廢氣中一氧化碳的含量。怠速越高，一氧化碳排放越少。主要原因是隨著怠速的增加，發(fā)動機進氣管的進氣節(jié)氣門減小，進氣量增大，汽油機在怠速時的空燃比增大，汽油燃燒充分，一氧化碳排放量降低。然而，發(fā)動機空轉(zhuǎn)速度的提高還受到其他因素的制約，因此在保證發(fā)動機合理油耗和平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的前提下，增加車輛怠速轉(zhuǎn)速，能有效減少一氧化碳產(chǎn)生量。1.1.2發(fā)動機負荷的影響發(fā)動機負荷對一氧化碳排放的影響包括兩個方面：一是一氧化碳濃度；二是一氧化碳排放。在發(fā)動機負荷從小到大的過程中，發(fā)動機進氣歧管的進氣壓力將由小逐漸增大。在此過程中，汽油機混合氣的空燃比也經(jīng)歷了由濃到稀再到濃的變化。這主要是由于發(fā)動機在小負荷和大負荷下提供的濃混合氣，以及在中等負荷下提供的稀混合氣。因此，發(fā)動機在大、小負荷時一氧化碳排放濃度較高，在中負荷時一氧化碳排放濃度較低。如上所述，發(fā)動機在裝載時的一氧化碳濃度較低，但隨著裝載量的增加和發(fā)動機最后一段時間內(nèi)一氧化碳的總排放量隨著裝載量的逐步增加而增加。1.1.3發(fā)動機點火時刻的影響發(fā)動機點火時間影響混合氣燃燒的最終產(chǎn)物。研究表明，適當(dāng)推遲發(fā)動機點火時間可以減少一氧化碳的排放，但效果不明顯。尤其是點火時間延遲的大小不容易發(fā)現(xiàn)，點火時間延遲容易增加車輛油耗。同時，如果延遲時間控制不當(dāng)，將會適得其反。點火時間過遲會增加汽車的一氧化碳排放量，這是由于點火時間太遲，混合氣燃燒不足造成的?？梢钥闯?，延遲點火提前角并不是減少一氧化碳排放的最佳選擇。除上述三個主要因素外，一氧化碳產(chǎn)生的影響還包括進氣溫度、大氣壓力、進氣真空度等因素。為了控制一氧化碳排放，應(yīng)綜合考慮發(fā)動機的性能。當(dāng)利益與一氧化碳排放控制發(fā)生沖突時，應(yīng)選擇利益最大的一方。1.2碳氫化合物的生成機制汽油車排放的碳氫化合物主要來源于未完全燃燒或燃燒的汽油蒸氣，部分來源于機油的不正常燃燒。因此，廢氣中的碳氫化合物成分是復(fù)雜的。與一氧化碳一樣，它們是不完全燃燒的產(chǎn)物，但區(qū)別在于當(dāng)空燃比較大時一氧化碳的含量能量。雖然足夠低，但碳氫化合物含量仍然很高，這主要是由于發(fā)動機內(nèi)缸壁存在冷表面和冷間隙以及火焰?zhèn)鞑ゲ煌耆隆飧妆诶浔砻媸侵赴l(fā)動機正常燃燒到2000攝氏度時的溫度，氣缸壁的溫度約為300攝氏度。這種溫差使氣缸壁處于冷表面狀態(tài)。熱火焰接觸到氣缸壁時會迅速冷卻，形成火焰無法到達氣缸壁約0.2mm處的空間。冷間隙是指燃燒室中小于1mm的間隙，火焰無法到達。在狹窄的縫隙里。在這些地方，積聚了大量不可燃可燃可燃混合物。在發(fā)動機的工作過程中，這些未燃燒的可燃混合物隨著發(fā)動機的排氣排放，導(dǎo)致碳氫化合物排放量增加。1.2.1發(fā)動機空燃比的影響從碳氫化合物的來源可以看出，發(fā)動機的空燃比對碳氫化合物含量有很大的影響。碳氫化合物是供氧不足和汽油燃燒的產(chǎn)物。隨著空燃比的增加，碳氫化合物的排放呈下降趨勢，直至空燃比為18:1，然后碳氫化合物含量隨空燃比的增加而增加。其主要原因是當(dāng)空燃比小于18:1時，隨著空燃比的增大，可燃混合氣變薄，冷表面汽油含量和發(fā)動機內(nèi)缸壁冷間隙減小，氣缸內(nèi)氧含量增加，循環(huán)中空氣中氧含量增加。發(fā)動機內(nèi)缸壁排氣溫度的升高，加速碳氫化合物氧化為二氧化碳。這些原因可以降低碳氫化合物的排放量，當(dāng)空燃比達到18:1時，隨著空燃比的不斷增大，可燃混合氣變得稀薄，可燃混合氣過薄容易導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ゲ煌耆踔疗鸹?，同時也降低了排氣溫度，使碳氫化合物的排放量空燃比過大時會增大。1.2.2發(fā)動機負荷的影響隨著發(fā)動機負荷的增加，碳氫化合物排放量降低。當(dāng)進氣管的進氣壓力在低負荷下較低時，發(fā)動機提供較濃的可燃混合氣。此時，由于冷表面汽油含量高，氣缸壁冷間隙大，碳氫化合物排放量較高。當(dāng)壓力很低時，由于火焰?zhèn)鞑ゲ煌耆細浠衔锱欧艜黠@增加。普通汽油車節(jié)氣門開度的瞬時減小會使混合氣變稠，同時也會導(dǎo)致碳氫化合物排放量的瞬時增加。相反，當(dāng)發(fā)動機在中等負荷時進氣壓力較高時，可燃混合氣變稀，碳氫化合物排放量大大降低。當(dāng)發(fā)動機處于重負荷或甚至滿負荷時，即使提供了稠密的可燃混合氣，碳氫化合物排放量也不會增加。這主要是由于發(fā)動機的排氣溫度較高，提高了排放過程中碳氫化合物的氧化性，減少了碳氫化合物的排放。1.2.3發(fā)動機轉(zhuǎn)速的影響隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加，碳氫化合物排放量明顯下降。轉(zhuǎn)速主要影響燃燒室內(nèi)可燃混合氣的擾動和渦流。轉(zhuǎn)速越高，擾動和渦流越明顯。強擾動和渦流可以使混合氣更加均勻，改善燃燒，降低冷表面汽油含量和氣缸壁冷間隙，加速廢氣中碳氫化合物的氧化。1.2.4發(fā)動機排氣背壓的影響發(fā)動機排氣背壓是指發(fā)動機排氣管后面的壓力。較低的排氣背壓可增加燃燒室內(nèi)的廢氣存量，稀釋可燃混合氣，減少碳氫化合物排放。然而，這種方法需要得到很好的控制。在保證發(fā)動機燃燒過程不惡化的前提下，只有在新的可燃混合氣被適量的殘余廢氣稀釋后，碳氫化合物排放才會減少。否則，過量的殘余廢氣和新的可燃混合物的過度稀釋將導(dǎo)致不完全燃燒，并進一步增加碳氫化合物的排放。排氣背壓過大會導(dǎo)致發(fā)動機經(jīng)濟性下降，功率下降，排放增加。碳氫化合物的來源反映了產(chǎn)生碳氫化合物過程中原因的復(fù)雜性。綜合考慮上述因素是必要的。首先，應(yīng)考慮發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)的需要。因此，本文不采用延遲發(fā)動機點火時間的方法來減少碳氫化合物的產(chǎn)生，這不僅會影響汽車的動力和燃油經(jīng)濟性，而且會導(dǎo)致其他有害氣體增多。1.3氮氧化合物的生成機制1.1.1發(fā)動機空燃比的影響從空燃比與氮化物形成的關(guān)系可以看出，在空燃比由低變高的過程中，氮化物的排放速率經(jīng)歷了由低到高再到低的過程。這主要是由于當(dāng)空燃比低、混合氣強時，氧含量較低，燃燒溫度較低。當(dāng)空燃比較高時，雖然氧含量增加、富集，但燃燒溫度降低。顯然，這兩種條件不利于氮化物的形成。然而，當(dāng)空燃比接近理論空燃比時，燃燒溫度較高，氧含量充足，此時氮氧化物的產(chǎn)量大大增加。1.1.2發(fā)動機點火時刻的影響結(jié)合空燃比的影響，合理推遲點火時間，控制空燃比較低或較高。需要提醒的是，這兩個方面的調(diào)整首先要考慮到發(fā)動機的正常運轉(zhuǎn)，不能降低發(fā)動機的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性等方面的性能。1.1.3發(fā)動機轉(zhuǎn)速的影響應(yīng)結(jié)合空燃比考慮發(fā)動機轉(zhuǎn)速對氮氧化物形成的影響。實驗表明，空燃比越高，混合氣越稀薄，燃燒速度越快，燃燒速度越慢，速度越高，火焰越向溫度膨脹區(qū)移動，從而降低了燃燒溫度，減少了氮氧化物的排放。反之，空燃比越小，混合氣的速度越快，氮氧化物的排放量越高。這是因為當(dāng)混合物被濃縮時，燃燒速度加快，速度加快，從而加劇火焰?zhèn)鞑ィ瑴p少熱損失，并提高燃燒溫度，從而增加氮氧化物的產(chǎn)生。1.1.4發(fā)動機負荷的影響當(dāng)發(fā)動機在低負荷下運行時，工作溫