机动车尾气污染危害的生成机理与治理发展

摘要： 本文介绍了汽车尾气对人类健康和生态环境的危害，及其生成机理和影响因素并简述汽车尾气治理与发展。

Abstract： This paper introduces automobile exhaust hazards on human health and the ecological environment as well as its generation mechanism and influence factors， then briefly introduces exhaust governance and development.

关键词： 机动车尾气污染危害；生成机理；治理；发展

Key words： vehicle exhaust pollution hazards；generation mechanism；governance；development

中图分类号：X734.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）11-0324-02

0 引言

汽车尾气中CO、HC和NOX等有毒有害气体给人类赖以生存的大气带来了严重污染。曾发生过多起光化学烟雾事件，因汽车污染造成居民中毒、患病、死亡事件。我国汽车工业快速发展，汽车使用非常普及，但车型落后，使用管理不完善，工况较差，车辆超期服役多，致尾气污染物比国外同款车高数十倍。故汽车尾气治理任务十分紧迫。

1 汽车排气污染的危害和生成机理

1.1 汽车尾气对人类健康和生态环境的危害 汽车尾气是流动污染源，往往在居民集中的地区散发污染物，常造成局部污染浓度过高，因此汽车尾气造成的大气污染对人体健康影响很大。

汽车尾气中CO、HC和NOX是三种主要污染物。CO是燃料缺氧燃烧产物，是汽车排气中有害浓度最大成份。CO与人体血红蛋白结合能力是氧的300倍，能阻止血红蛋白向人体组织输送氧气。氮氧化物包括NO、NO2、N2O3、N2O、N2O5等化合物，汽车排气中氮氧化物是指NO和NO2。NOX使人中毒症状是在发生肺水肿同时引起独具特点的闭塞性纤维性细支气管炎，导致呼吸道感染和哮喘等症状，尤其是儿童，短时间接触NOX也可造成咳嗽、流鼻涕、喉痛。在阳光的作用下NO2能分解为NO原子氧〔O〕，促使O3的生成，并进一步烃类反应形成光化学二次污染，对人类健康危害更大。同时NOX还是造成酸雨和引起气候变化的主要原因之一。

1.2 汽油车有害排放物的来源 汽油车有害物的排放源主要有三个：排气管排气、曲轴箱换气、化油器与燃油箱的蒸发，其中最大的污染源是汽车排气管。

1.3 机动车尾气污染物的生成机理

1.3.1 一氧化碳的生成机理 汽油机排放CO污染物是因燃料燃烧时空气量（主要是O2）不足致燃料不能完全燃烧，导致CO生成。燃料缺氧燃烧反应方程式为：

CmHn+（m/2+n/4）O2=mCO+（n/2）H2O（1）

空气量充足燃料燃烧完全时反应方程式为：

CmHn+（m +n/4）O2=mCO2+（n/2）H2O（2）

将（1）与（2）比较可发现（1）左边氧气量较（2）式中少m/2，燃烧后便产生大量有害物CO。

发动机中燃料燃烧时空气量不足，是因可燃混介过浓所致，其空燃比（A/F）低于理论空燃比（14.7）。从理论上讲 A/F>14.7时，混合气中氧气量不定，燃料在氧气中能够完全燃烧生成CO2和H2O，不会有CO。但汽油机在工作时，尽管A/F比14.7大出许多但仍然会有少量的CO生成。这是因整个混合气中存在局布浓度缺氧，故产生CO。

1.3.2 碳氢的生成机理 汽油机排放HC主要是汽油混合气未被完全燃烧的产物和没有被燃烧的燃料，其产生有三个原因：①气缸激冷面作用；②燃料燃烧时空气量不足；③二行程发动机扫气。对于四行程汽油机来说，气缸壁激冷是产生HC的主要原因。对于二行程发动机来说，由于发动机排气时需要用一部分汽油混合气对气缸进行扫气，这样就使部分混合气未经燃烧便直接排入大气。故二行程汽油机排放HC浓度是四行程汽油机的好几倍。

气缸中混合气燃烧是靠火焰层层向前推进的。由于气缸壁温度过低，在气缸壁上总有一层混合气烧不着，活塞壁与气缸壁之间距离太小，混合气在这里不能燃烧。故气缸壁激冷层与第一道活塞环以上的活塞壁、气缸壁之间未燃混合气都直接排入大气。

发动机工作时，如果混合气过浓或过稀、或气缸内残余废气过多，轻则可阻碍火焰正常传播，重则完全断火使排放的HC浓度增加。混合气过浓氧气不足时，使部分油燃料没有机会同氧发生反应，即使与氧发生反应，由于氧气量不足，也不能完全燃烧，故使部分燃料转化成了其他结构形式的碳氢化合物。

1.3.3 氮氧化物生成机理 氮氧化物〔NO和NO2〕的总称。汽油机排放的NOX中大部分是NO，而NO2含量很少。气油机工作燃料在气缸内燃烧产生高温，高温又将气体中的氧分子分解成氧原子，原子状态氧与氮分子作用生成NO和氮原子，氮原子又与氧分子作用生成NO和氧原子，可用如下反应方程式表示：O2？圳2O（1）；O+N2？圳NO+N（2）；N+O2？圳NO+O（3）

上述反应在高温下都是向右进行的，而在低温下平衡几乎完全向左，但NO生成及分解反应速率是相对缓慢的，达到反应平衡时间相对较长。一旦温度突然下降会使已生成的NO来不及分解，这时NO浓度不会随温度降低而立刻明显下降。故高温气缸内生成的NOX从排气管排出时，仍基本保持原来浓度，并不会随温度降低而下降，高温只使少量NO转化成NO2，排出大量NO进入大气后在阳光照射下很快与O3结合生成大量的毒性较强的NO2。

1.4 汽油机有害物排放的影响因素 对于汽油机来说，影响其有害物质排放的主要因素有混合气空燃比、发动机转速、点火时间、燃烧室结构等。

2 汽车尾气的净化处理技术

2.1 汽车燃油的改用 ①选用恰当的润滑添加剂-机械摩擦改进剂。在机油中添加一定量石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯粉末等固体添加剂，可节约发动机燃油5%左右。此外固体润滑剂可使汽车发动机汽缸密封性能大大改善，汽缸压力增加，燃烧完全。②采用多种燃料作为汽车燃料来源。汽车中可广泛使用新的配方汽油（无铅汽油、乙醇汽油等）、电力、压缩的天然气、太阳能及生态燃料的蓄电池等。

2.2 汽车发动机内部的调试，可减少尾气污染物排放量。①减少喷油提前角，可降低发动机工作最高温度（1500℃），使NOX生成量减少。②改善喷油器的质量，控制燃烧条件（燃比、燃烧温度、燃烧时间），可使燃料燃烧完全，减少CO、HC和油烟的排放。③调整喷油泵的供油量，可降低发动机的功率，使雾化燃料有足够的氧气进行完全燃烧，减少CO、HC和油烟的生成。

2.3 发动机外部尾气净化措施 把汽车尾气变成无毒气体后再排放大气中，减少对大气环境污染。①采用催化剂：将CO氧化成CO2、HC氧化成CO2和H2O、NOx被还原成为N2等。采用的催化剂有氧化锰-氧化铜；氧化铬-氧化镍-氧化铜等金属氧化物和白金属（铂）等贵金属。催化反应器设置在排气系统中排气歧管与消音器之间。②水洗：通过水箱使汽车尾气中碳烟粒子经过水洗和过滤及蒸气淋浴，使碳粒胀大去除有毒物质。

2.4 发动机内部净化处理措施 ①正曲轴箱通气系统的设计：把汽缸窜入曲轴箱的气体（主要是未燃气体）再循环进入进气歧管再次燃烧。②排气再循环设计：发动机排气口用控制阀与进气歧管相连接，使排出的气体经过再次循环，以降低氮氧化物的排放量。③蒸发排放控制系统的设计：将化油器浮子室中汽油蒸发汽引入进气系统，而将油箱中蒸发汽引入储存系统。

2.5 加强行政管理，减少和消除汽车尾气对大气环境污染 ①淘汰旧车，报废迎新。开发并采用多种燃料的新型汽车，以氢为燃料的电池电动车、太阳能汽车、电动汽车、复式汽车、液化气汽车、甲醇汽车等。②严格执行国家质量技术标准，控制燃油标准，不合质量的燃油不能使用。

参考文献：

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