浅谈汽油机的有害排放物及其控制

摘要：现如今汽车产业的发展已经成为国家经济战略的重要组成部分，并且随着国民经济收入的提高和人们对美好生活的追求，汽车已经进入了千家万户。目前我国汽油及汽车保有量保持两位数增长。随着汽油机汽车的不断增多，其由汽油机排放的有害物质引起了人们的高度关注，并采取一系列措施控制有害物质排放。本文通过分析汽油机的有害排放物及产生机理，提出控制有害物质排放的措施，从而使人们对汽油机污染产生全面了解并对其污染做出相应控制与防范。

关键词：汽油机；有害排放物；产生机理；控制

1.汽油机的有害排放物及其产生机理

汽车发动机以碳氢化合物燃料为主，通过燃料与空气的混合燃料方式将燃料的化学能转化成热能，再将热能通过曲柄连杆机构转化为机械能对外输出做功。汽油机的使用燃料为汽油，汽油的主要排放物有CO2、H2O、CO、NOx而有害排放物主要有以下几种：

1.1NO产生机理及影响因素

忽略空气中的微量元素不计，空气中的O2的体积分数为21%，N2的体积分数为79%。NO是空气中的N2在高温下分解后与空气中O2化合的结果。根据汽油机的均匀混合气火焰传播方式的特点，用Zeldovich的理论来解释NO的生成机理。即认为NO是空气中的N2在1800K以上的高温条件下按式（1-1）反应而生成的。

{N2+O=NO+N

N+O2=NO+O（1-1）

N+OH=NO+H（扩大）}

氮分子需要较大的活化能才可分解，因此N2只能在高温条件下进行分解反应，这就决定了NO形成的高温条件。基于zeledovich理论NO生成的三要素是燃烧温度，氧含量和整个燃烧的反应时间。燃烧温度越高，氧含量越充裕，燃烧反应时间越长，其NO的生成量则就越多。

1.2 CO的产生机理及影响因素

汽油机中当过量空气系数Φa<1时，在较浓的混合气下燃烧，由于混合气中缺氧而造成碳氢燃料不完全燃烧，进而导致生成CO；当过量空气系数Φa>1时，在较稀的混合气下燃烧，可是由于混合气的混合不均匀而导致局部区域Φa<1，这就导致了局部碳氢燃料的不完全燃烧生成少量CO；另外燃烧生成的CO2在高温的环境中，会部分分解成O2和CO。

1.3HC的产生机理及影响因素

在汽油机的燃烧过程中HC的生成主要有以下几个方面：

（1）缸内壁面淬冷效应

缸内壁面的淬冷效应也即当火焰传播到气缸壁的表面时，由于气缸壁表面温度低，而当其温度低于混合气的自燃点以下时，火焰会熄灭。这会致使在燃烧室的壁面上留下未燃烧的完全的混合气，其厚度在0.1～0.3mm，此时会产生大量HC。

（2）缝隙效应

由于汽车燃烧室内的活塞头与气缸壁之内，气缸盖、气缸垫与气缸体之间、进气门、排气门与气门座之间等加工配合精度和使用磨损会出现缝隙，导致混合气与缝隙处的壁面接触较大，使混合气温度下降，淬冷效应明显进而产生大量HC。

（3）不完全燃烧

当过量空气系数Φa<1时，汽油机在较浓的混合气状态下进行燃烧，会导致因燃料的不完全燃烧而产生HC，而当过量空气系数Φa>1时，汽油机即使在较稀的混合气状态下进行燃烧，然而由于混合气混合不均匀同样会导致局部燃料不完全燃烧，进而产生HC。

（4）积炭和壁面油膜吸附效应

在活塞顶部、燃烧室壁面、进排气门上等多处都存有积炭，积炭与气缸壁上的润滑油膜对燃料的蒸气和未燃烧的混合气都具有吸附作用。在排气过程中这些吸附的未燃混合气会随之排出，导致排气中的HC含量增加。

2.汽油機的有害排放物的控制措施及技术

汽油机的排放控制从两个大方面入手分析。分为机内存措施和机外措施。通过控制有害气体的产生及排放为机内措施。而机外措施则是当有害气体产生以后，利用催化装置来降低有害物质向空气中的排放。

2.1机内净化技术

通过汽油机的有害排放物的生成机理进行分析控制，改善汽油机的燃烧过程。从而降低发动机内有害排放物的生成。而其机内净化措施很多，大体分为以下几种：

2.1.1改善混合气形成

由于汽油具有较好的发挥性，所以汽油机常利用外部形成混合气的方法，在此之前，大部分采用化油器式的混合气形成，将燃料自动喷入到盲速为此可以通过改善化油器的结构，来调整控制混合气形成，来控制有害物质产生，而现如今，由于化油器式混合气形成方式存在多方面缺点。电控汽油喷射技术得到了开发与广泛应用，电子技术的控制，可以实现空燃比的精确控制，有效改善混合气形成，降低了有害排放的产物产生。

2.1.2改进燃烧系统

汽油机正在向缸内直喷化发展，在传统的燃烧模式上，目前均质压燃已经广泛得到应用。均质压燃技术，采用均质混合气的低温稀薄燃烧。由于混合气均匀稀薄，燃烧不产生碳烟，而由于混和气的燃烧，湿度低，降低燃烧温度，从而降低了NO的产生。

2.1.3利用废气再循环系统

在内燃机的换气过程中，将已经排放的部分废气再次引入进气管，与新鲜气体一体进入气缸，调节混合器的组成部分，提高混合器的总热容控制燃烧速率，降低燃烧温度，为此降低NOx的生成量

2.2机外净化处理技术

机外净化是将汽车的排气进行净化处理，常采用催化转化器来控制有害排放物向空气中的排放。目前可以采用两级排气管或两级催化转化器来提高有害排放物的催化转化，净化排气。对于催化剂的选择采用“蜂窝”状高密度催化剂来增大催化剂与排放物的接触面积来提高转化效率。

3.结语

汽油机的有害物质排放影响着人们的生活，虽然目前有害物质排放已得到部分有效控制，但是仍需从实际出发探究控制有害物质排放的技术措施。这对于节能减排，关爱民生，有着非同凡响的意义。

参考文献：

[1]张永强.油机排放性能分析[J].科技信息.2009.29

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