汽车尾气排放的影响及治理对策.doc

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1、内蒙古工业大学毕业设计说明书目 录第一章 绪 论41.1 选题的背景及意义41.1.1 前言41.1.2 我国汽车工业的发展41.2 汽车排放的主要污染物对环境的影响51.2.1 一氧化碳的危害51.2.2 HC化合物的危害61.2.3 氮氧化合物的危害61.3 现代汽车控制技术的现状及发展趋势71.4 我国现行的车辆尾气排放标准8第二章 汽车排放的污染物92.1 公害的概述92.2 汽车大气污染源92.2.1 汽车尾气排放92.2.2 曲轴箱窜气102.2.3 汽油蒸汽112.3发动机工作原理112.3.1 四冲程发动机112.3.2 二冲程发动机122.4 汽车排放污染物的生成机理122.

2、4.1 一氧化碳（CO）132.4.2 碳氢化合物（HC）142.4.3 氮氧化合物（）142.4.4 光化学烟雾152.4.5 二氧化硫（）152.4.6 颗粒（微粒、PM）162.5 影响汽油机排气污染物生成的因素162.5.1 空燃比172.5.2 喷油速率及喷油提前角的影响172.5.3 点火提前角182.5.4 汽油机运转状态18第三章 现代汽车排放污染物的控制技术203.1 电子控制燃油喷射系统203.1.1 EFI系统的结构203.1.2 EFI系统工作原理213.1.3 EFI系统分类233.1.4 EFI系统的作用243.2 点火控制253.2.1点火系统的分类263.2.2

3、 推迟点火提前角263.3 三元催化器273.3.1 三元催化器的结构273.3.2 三元催化器的分类及工作原理273.3.3 影响三元催化器失效的原因283.4 怠速控制293.4.1速控制系统的组成293.4.3 控制策略293.5 废气再循环控制（EGR）303.5.1 EGR的控制原理303.5.2 EGR的控制策略31第四章 现代汽车控制技术对尾气排放的影响334.1 DA462与2VQS对比334.1.1 DA462式化油器发动机334.1.2 2VQS相对DA462式发动机的优势344.2 汽油车尾气排放检测方法354.2.1 怠速检测法354.2.2 双怠速检测法354.2.3

4、 其它尾气检测法364.3 实验结果分析364.3.1 实验前准备364.3.2实验数据处理38第五章 混合动力汽车445.1 混合动力汽车发展史445.2 混合动力系统的组成455.3 混合动力车的工作原理455.4 混合动力系统的分类465.4.1 联合方式分类465.4.2 混合度分类475.5 混合动力汽车的优点4853第一章 绪 论1.1 选题的背景及意义1.1.1 前言现代汽车电子控制技术实质上是汽车技术和电子技术的相结合，是现代汽车工业高速发展与高新技术发展的产物。它在历经近40年左右的发展，已经达到了很高的性能，在安全、环保、节能和低成本等方面均取得很大成果。但是，随着全球汽车

5、的保有量的急剧增加，汽车行业受到了能源日益枯竭、油价不断上涨、全球气候变暖及与之相对应的二氧化碳排放的困扰。因此，为了挽救十分恶劣的大气环境，世界各国相继制定了汽车排放的法规，来控制汽车排放污染。据研究，汽车有害排放主要来源于尾气的排放。有效的抑制汽车尾气有害成分的排放，是治理汽车尾气污染的关键。为了降低尾气排放污染，世界各领域的相关专家和研究机构，从产生污染物的原因着手，在提高发动机的燃烧性能及有害废气净化处理等方面展开研究，并取得了不错的成效。1.1.2 我国汽车工业的发展汽车正在改变中国人的生活。中国改革开放的近30年间，汽车已走入普通居民家庭。图1-1 2001-2010年民用汽车保有

6、量（单位：万辆）近年来，随着汽车工业的迅速发展，我国汽车的保有量急剧增加（如图1-1）。汽车尾气已成为社会公害。它直接影响了人们正常的工作、学习和身心健康，同时极大的影响了城市大气环境状况，已经成为导致光化学烟雾的主要因素之一。在中国大中城市的空气污染已经逐渐由煤烟型污染转化为汽车尾气型污染，汽车排放污染已经成为城市环境的主要问题之一。这也决定了汽车控制技术的飞速发展，并且我们已经在尾气控制方面取得了重要的进步。但是，我们还需要通过进一步研究汽车的控制技术，来减少尾气的排放对大气环境的影响。因此，安全、环保、节能是中国汽车行业可持续发展面临的主要问题，也是中国汽车技术发展的主要方向。1.2 汽

7、车排放的主要污染物对环境的影响汽车尾气的排放是目前增长最快的大气污染源，在发达的国家级城市区域，汽车是CO、HC、NOX等空气污染物的主要来源。汽车排放的尾气对我们健康造成严重的危害。下面我们分别介绍各污染物的生成和危害。1.2.1 一氧化碳的危害一氧化碳对人体的毒害程度大小，有许多因素决定。空气中一氧化碳的浓度大小、同一氧化碳的接触时间长短、呼吸速度，以及有无吸烟习惯（吸烟者羧基血红素的本底含量约为5%，不吸烟者约为0.5%）等对人们受害程度有很大影响。人体中CHOb的含量随接触一氧化碳的见增长而增多，经过大约79小时后COHb的含量稳定后不再增加，稳定值随着空气中一氧化碳含量的增加而增加。

8、表1-1 不不同含量的CO对人体健康的影响CO含量（体积分数 ）（）对人体健康的影响CO含量（体积分数 ）（）对人体健康的影响510对呼吸道患者有影响2502h接触，头晕血液中COHb=40%。30人滞留8h，视力及神经机能出现障碍血液中COHb=5%。5002h接触，剧烈心痛、眼花、虚脱。40人滞留8h，出现气喘。1201h接触，中毒，血液中COHb10%300030min即死亡。可见人在一氧化碳含量（体积分数）为15的空气中呆大约8小时后，便发生有害影响。表1-1是不同浓度CO对人体健康的影响。1.2.2 HC化合物的危害饱和烃的危害不大，相反不饱和烃的危害性则很大。即空气中甲醛、丙烯醛等

9、醛类气体含量不同对人体造成的伤害不同。如表1-2所示。表1-2 不同含量的醛类气体对人体健康的影响醛类气体含量（体积分数）（）对人体健康的影响1眼、呼吸道、皮肤有强烈刺激作用。25头晕、恶心、红白血球减少、贫血。1000急性中毒。烃类还是引起光化学烟雾的重要物质。NO的危害和CO相似，此外，NO还对呼吸道有影响（占95%）。NO2是棕色气体，有特殊的刺激性臭味（占5%）。氮氧化物的影响会在短时间内迅速表现出来，交通高峰时人们如果正好在污染浓度高的要道边及路口，会很快感觉眼、口、鼻难受。它被吸入肺部后，能与肺部的水分结合生成可溶性硝酸，有可能导致肺气肿。1.2.3 氮氧化合物的危害NO是无色、无

10、味气体，稍溶于水，只有轻度刺激性，毒性不大，高浓度时会造成中枢神经轻度障碍，NO可被氧化成，是一种棕褐色强生理刺表1-3 对人及生物的影响浓度（ppm）影 响0.5连续312个月，换支气管炎部位有肺气肿出现。1.0闻到臭味。2.5超过7h，西红柿、植物等作物叶子变白色。5.0闻到强烈臭味。501min内人呼吸困难，鼻受刺激。8035min引起胸痛。100150人在3060min，就因肺水肿而死亡。250很快死亡。激性的有毒气体，是引起急性呼吸道疾病的主要物质。它使人中毒是在发生水肿同时，引起独具特点的闭塞性纤维性细支气管炎。对健康人，大约在16ppm，10min期间，肺气流阻力明显上升。大气中

11、不同浓度对人及生物影响如表1-3所示。由于在大气中几天内就扩散，下雨时就溶解，其累计浓度不会过高，因此，对大气的污染不像CO那样严重。1.3 现代汽车控制技术的现状及发展趋势汽车电子控制技术是从发动机控制开始的，而发动机的电子控制技术，又是从控制点火开始的。现代汽车电子控制已从单一项目的控制发展到多项内容的集中控制，从单一的点火时刻开始，逐步扩展到控制废气在循环、空燃比、怠速转速等多项内容的发动机的综合控制，即所谓的发动机的集中控制系统。发动机控制系统的核心技术电子控制汽油喷射（EFI）系统，该系统是用计算机控制燃油供应量的装置。国外电子控制燃油喷射系统（简称电喷系统）的雏形是Bendix公司

12、在1957年研制出来的。1965年7月美国加州开始推行汽车污染物排放法规，于是在1967年Bosch研制出速度密度式（EFID）的电控喷射系统，并于1972年又研制出质量流量式（EFIL）的电控喷射系统。自此以后，电子喷射系统随着电子技术的发展而不断更新，从而使汽车的燃油喷射性能不断的提升。在发动机的工作方式和喷油方式确定后，发动机的进化之路并没有终止，在发动机技术的完善上一代一代的汽车人在做着不懈的努力。有些完善甚至都没办法记录。很显然现在的发动机运转更加平顺了，抖动也不是那么激烈了。燃油经济性也更好了，马力更足了。而这些都是依赖于新技术的运用。为了改善进气就有了：本田的ECVT,丰田的VV

13、T-I,现代的CVVT，通用的DVVT等可变气门正时技术；为了获得更好的空燃比，就有了大众的TFSI分层喷射技术，VIS可变进气道技术，涡轮增压中冷技术等等；为了使环境污染最小在排气管里又增加了氧传感器，三元催化转化器，以及废弃在循环技术。目前，我国汽车电子控制技术处于初级阶段，只有部分汽车厂家且主要集中在中外合资生产的汽车上开始采用电子控制装置。如北京切诺基、一汽奥迪、上桑塔纳、东风富康、上海通用别克、广州本田、四川丰田、一汽丰田、海南马自达、三星、三峰等汽车上不同程度的安装了电子控制装置。随着中外合资、合作项目的增加及国内的广阔市场，相信在不久的将来国内汽车电子控制装置的应用水平也会有较大

14、的提高。由于环境污染的恶劣影响，对汽车尾气排放的要求也越来越高，老气的发动机技术淘汰已经成了必然，更多充分利用能源的技术也在不停的研发当中。同时由于全球能源危机的巨大影响，更加节能的新能源技术必将在发动机技术的发展上书写重重的一笔。1.4 我国现行的车辆尾气排放标准为了抑制这些有害气体的产生，促使汽车生产厂家改进产品以降低这些有害气体的产生源头，欧洲和美国都制定了相关的汽车排放标准，如表1-4所示。其中欧洲标准是我国借鉴的汽车排放标准，目前，国产新车都会标明发动机废气排放达到的欧洲标准。表1-4 我国轻型汽车与欧洲标准的实施日期比较标准中国实施年份欧洲实施年份相差时间国前（欧）19001973

15、17国（欧）200019928国（欧）200419968国（欧）200720007国（欧）201020055随着我国汽车拥有量的飞速增长，国家的排放标准也在水涨船高般的不断更新。据有关专家披露，一辆国汽车的排放量相当于两辆国汽车的排放量。因此，汽车生产厂家如要生存，就得不断地开发新的控制技术来减少排放有害气体的排放量。由此看来，现代汽车控制技术显得尤为重要。 第二章 汽车排放的污染物2.1 公害的概述目前，大气污染、水污染及噪声污染已成为世界的三大公害。尤其在工业化国家已发展成普遍性问题，引起人们对环境保护的重视。大气污染主要来自燃料（煤、石油、天然气等）燃烧生成的烟气、工业生产和汽车排放的尾

16、气。随着工业的发展和能源的变化，大气污染已相继经过三个时期：一是煤炭烟气时期；二是二氧化硫污染时期；第三时期就是所的光化学烟雾的污染。60年代起，世界汽车保有量剧增，汽车尾气对大气造成了严重影响。其特点不仅是数量大的流动污染源，而且在在居民稠密处，容易发生局部地区污染物浓度过高，即导致了洛杉矶光化学烟雾事件。世界不断发生公害事件迫使人们重视环境保护工作。1975年由美、日、欧等国家参加的世界经济合作与发展组织国家在关于自然环境恶化的令人不安的总结中指出：“汽车交通是造成大气污染的罪魁祸首，对环境的损坏是巨大的。”美国也于1970年制订了大气清净法修正案马斯基法，对汽车排放污染物作了严格的限制。

17、 随着我国工业化的进展和交通现代化的发展，我国的大气污染也由煤炭烟气污染期进入光化学烟雾的污染。据资料统计，1987年我国汽车保有量是400万辆，到2010年这一数字就变成了6500万辆，翻了16倍还要多。汽车保有量的急剧增加，造成的大气污染可想而知。于是，我国在1983年制订了汽车污染物排放标准，并于1993年重新修订国家标准汽车大气污染排放标准。相信在有关部门的领导下，我国的大气污染会降到最低程度。2.2 汽车大气污染源汽车的有害气体主要通过汽车尾气排放、曲轴箱窜气和汽油蒸汽等三个途径进入大气中，造成对大气的污染。2.2.1 汽车尾气排放尾气排放是汽车最主要的大气污染源，排放物包含许多的成

18、分，并且随着发动机的类型及运行条件的改变而变化。若燃料和空气完全燃烧时，其排气主要成分是二氧化碳、水蒸汽，过剩的氧气及残余的氮气。它们均是无毒的；当燃料和空气不完全燃烧时，其排气的主要成分是一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、颗粒物等。这些污染物基本上都是有毒的，而且它们随着汽车运行工况的不同变化较大。其排放总量，在柴油机排气中占不到总量的1%，而汽油机中所占比例最高可达5%以上。如表2-1所示。表2-1 不同工况下汽车排气有害成分的含量车类工况(km/h)CO(%)HC(ppm)NOx(ppm)碳烟(g/m)排气量汽 油车怠速 04.010.03002000501000.005少加速0400.

19、75.030060010004000增多定速 400.51.020040010003000高速最多减速4001.54.510003000550减少柴油车怠速 0030050050700.10.30少加速04000.502008001000增多定速 4000.10901502001000高速最多减速40000.053004003035减少有害成分中，、和碳烟是造成大气污染的主要物质，汽车和内燃机的净化措施就是研究如何控制汽车排气中的这些物质的含量。2.2.2 曲轴箱窜气在发动机工作的压缩行程和作功行程，燃烧室的气体由活塞与气缸之间的间隙窜入曲轴箱内，由于曲轴箱内必须有新鲜空气不断循环，早期的曲轴

20、箱与空气滤清器连通，外界新鲜空气从加机油管口盖的空气滤清器进入，和窜气混合后，由进气歧管真空度吸入空气滤清器，过滤后进入气缸烧掉。但是，在发动机高负荷运转时，窜气量增加，进气歧管的真空度减小，不能全部吸走窜气，就导致窜气从加机油管口盖处逸出，造成污染。其主要污染物是，也有部分的、等。自从有了密闭式带PCV阀的曲轴箱强制通风装置后，这部分污染得到了有效的控制。2.2.3 汽油蒸汽油箱、化油器浮子室等盛油容器，由于温度的升降产生呼吸作用，使油蒸汽向大气中排放；油管接头处得渗漏也向大气中排放HC。目前采用活性炭罐吸附使油箱和化油器浮子室呼吸作用产生的HC排放得到了一定控制，但未从根本上解决这一污染源

21、的污染问题。2.3发动机工作原理发动机是汽车的动力装置，相当于人的心脏。它通过燃料燃烧，输出动力，在经过底盘的传动系统来驱动汽车行驶。经过多年的发展，现在有四冲程发动机和二冲程发动机。2.3.1 四冲程发动机四冲程发动机经过进气、压缩、燃烧膨胀及排气四个过程完成动力输出。1进气过程。在此过程开始时，活塞位于上止点（活塞在气缸中运动到曲轴中心最远处），这时进气门打开、排气门关闭。若曲轴以顺时针方向旋转时，从而带动活塞由上止点向下止点（活塞在气缸中运动到曲轴中心最近点）移动，这时气缸内的容积变大，缸内的压力小于大气压力而形成真空度，外界空气被吸入缸内。2.压缩过程。当进气过程结束时，进气门和节气门

22、皆关闭。此时曲轴继续旋转，带动活塞由下止点向上止点运动，气缸内的混合气被压缩，继而缸内的温度和压力都有所增加。此过程不仅为燃烧准备了条件，还为膨胀作功奠定了基础。此过程决定因素为压缩比(），一般汽油机的压缩比为=6-10。3.燃烧膨胀过程。压缩过程结束时，进、闭气门仍然处于关闭状态，缸内的压力和温度已经很高，但是混合气不能自燃。这时，必须用装在缸内的火花塞发出火花进行点火，使缸内的混合气迅速燃烧。燃料放出的热量使缸内的压力和温度迅速上升。一般的汽油发动机此时压力为3-5MPa，温度约为2200-2700K。高温高压燃气以很大的力推动活塞向下止点运动，经过曲轴连杆机构向外界输出动力。4.排气过程

23、。膨胀作功过程结束后，排气过程的动力仍由曲轴旋转提供。带动活塞由下止点向上止点运动，此时，进气门关闭而排气门打开。缸内的废气排出内燃机。该过程结束后，新一轮的工作循环重新开始。由于废气不能再燃烧，为不影响下次的燃烧，要尽量减小缸内残余废气量。在现在汽车控制技术中采用了废气再循环系统（EGR），从而改善排气成分。2.3.2 二冲程发动机二冲程发动机的一个工作过程也是由进气、压缩、燃烧膨胀及排气四个过程构成的。不同的是这四个过程在活塞的两个行程内完成，即曲轴旋转一周。与四冲程发动机相比，二冲程发动机的换气方式有很大不同。第一行程包括进气和压缩两个过程。活塞由下止点向上止点运动。行程开始时，进、闭气

24、门处于打开状态，利用扫气泵提供的空气使气缸换气，有时空气会从排气管中排出。此时活塞向上运动，进气门被活塞关闭，排气门也由配气机构关闭，气缸开始压缩。当活塞达到上止点时，压缩过程结束。这时缸内的压力为3MPa以上，温度升至850-950K。第二行程由燃烧和排气过程组成，这时活塞由上止点向下止点运动，当活塞在上止点附近时，火花塞点燃混合气体，燃气膨胀推动活塞向下止点运动并作功。此时进气门关闭，密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩；当活塞接近下止点时，排气门打开，排出废气；随后换气门打开，受顶压的可燃混合气冲入气缸，进行换气过程。二冲程发动机于四冲程发动机相比更加轻便、简易、制造成本低廉。二冲程发动机还

25、有将双倍的动力装进同一空间的潜力，因为它在每一回转具有双倍动力冲程，因而它具有惊人的“推重比”。2.4 汽车排放污染物的生成机理对大气污染的影响，绝不是一种物质构成的，而应该看作是各污染物的综合结果。但是，对于汽车及内燃机排气的影响，目前为止，人们还仅处于分别探索各种污染物单独影响的阶段。汽车排放的污染物对世界各地的大气环境造成了很大的危害，特别是对儿童、老人、孕妇以及患有心脏疾病和呼吸系统疾病的人群的健康造成了严重的威胁。2.4.1 一氧化碳（CO）一氧化碳是烃燃料燃烧的中间产物，排气中的CO是由于烃类不完全燃烧所致，根据化学理论，当过量空气系数a=1（空燃比A/F=14.8）时，燃料完全燃

26、烧，其产物为二氧化碳和水，即： (2-1)当空气量不足时，过量空气系数a1（A/F14.8）时，则有部分燃料不能完全燃烧，生成CO和H，即： (2-2)烃燃料在燃烧过程中要经过一系列中间过程，产生一连串的中间产物。这些中间产物如不能进一步氧化，就可能以部分氧化形式排出。CO就是烃燃料在不完全燃烧过程中形成的一种不完全氧化产物，其形成过程如下：RH R RO RCHO RCO CO式中： RH烃燃料分子； R烃基； RO过氧烃基； RCHO醛； RCO酰基。其中，RCO自由基生成CO。CO在火焰中或火焰后区的主要氧化反应为： CO+OH+H (2-3)上述反应的正向和逆向反应的速率都很高，一般情

27、况可以达到瞬间平衡，然而在供氧不足时，OH基被H夺走而束缚在水中，高温下形成CO就会留在燃气中，最终排到发动机外。当混合气过浓，即A/F在理论空燃比下时，随着A/F的减小，CO浓度上升的很快，而且由于各缸混合比不一定均匀一致，燃烧室各处混合也不均匀，会出现局部的混合气浓度上升，排气中自然就会有CO产生。2.4.2 碳氢化合物（HC） 碳氢化合物主要是未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物。汽车排放的碳氢化合物主要有烷烃或饱和烃、环烷烃、烯烃、芳香族化合物和含氧化合物醛、醇、醚类和酮类。含有较多碳原子的不易挥发的碳氢化合物经常形成气溶胶或吸附在微粒物上。由排气管排入大气的污染物是在气缸内形成

28、的。缸内HC成因主要有：不完全燃烧、壁面淬熄效应、狭缝效应、壁面油膜和积炭吸附作用。不完全燃烧（氧化）。为了提高发动机的最高功率，常常使发动机在1的混合气情况下工作。在低负荷时，气缸内残余气体较多，为了不降低气缸内的燃烧速度，也不得在a1工况下工作。因为a1时空气的供给量不足，所以要发生不完全燃烧。壁面淬熄效应。燃烧过程中，燃气温度高达2000以上，但汽缸壁面只有300左右。由于汽油机中用电火花点火，燃料的燃烧是由火焰传播的。因为靠近气缸壁面的混合气体与燃气温差较大，而使火焰传播终止而熄灭。因此，激冷层的混合气不能完全燃烧，从而有许多未然的HC产生。狭缝效应。是指在发动机零部件之间的缝隙对排放

29、的影响。比如，活塞头部、活塞环和气缸壁之间的狭小的缝隙等，当压缩过程中气缸压力升高时，未燃混合气体和空气就会进入各个狭缝区域；随着气缸内压力的继续上升，未然的混合气也不断的进入狭缝，最终在发动机膨胀和排气过程中，为燃气体再次回到缸体内，与燃气相混合一起排出。继而，HC的排放是不可避免的。总之，排气中的HC是燃料没有燃烧的HC或是不完全燃烧，或部分被分解产物。它含有饱和烃、不饱和烃、芳香烃及部分含氧化合物，成分复杂且大部分对人体健康有伤害。2.4.3 氮氧化合物（）氮氧化合物是燃料高温燃烧过程中剩余的氧与氮化合形成的产物，其主要成分有等，总称为。汽车主要排放的事，约占95%，其次是，约占5%。关

30、于氮氧化合物的生成机理，我们已经做了大量的研究，研究结果不仅仅对汽油机而且对柴油机也很有作用，所以摘要介绍如下：在较低温度下，氮气和氧气生成一氧化氮的机理可以认为是简单的双分子反应，即 (2-4)在高温时，一氧化氮的生成机理按泽尔多维奇反应支配，有以下两个反应： (2-5) (2-6)汽油机燃烧过程中生成的氮氧化合物主要是NO另有少量的，统称为。燃烧过程中NO的生成有三种方式，高温、激发和燃料。高温NO主要是由于火焰温度下大气中的氮被氧化而形成，当燃烧温度下降时，NO的反应会停止，即NO会被“冻结”；激发NO主要是由于燃料产生的原子团与氮气发生反应所产生的，它只占燃烧过程中NO很小的比重；燃料

31、NO是含氮燃料在较低温度下释放出来的氮被氧化而成。由于本文主要叙述控制技术对排放的影响，因此，在这里就不过多的介绍NO的生成机理。2.4.4 光化学烟雾汽车内燃机排气中，作为起因物质的和CH在太阳光能（紫外线30004000m）的作用下进行光化学反应，生成的光化学过氧化产物而形成的烟雾成为光化学烟雾。其基本原理已由哈根-斯密特（Huagen-Smit）在实验室里给予证明。光化学反应是一个及其复杂的过程，它主要产物是氧化能力很强的臭氧（）及PAN（Peroxyacyl Nitrates 过氧酰基硝酸盐）等光化学过氧产物。此外还生成各种游离基、醛、酮、硫酸烟雾等。以现在科学角度来衡量，其中最主要的

32、物质是臭氧（）。光化学产生的过氧化产物和烟雾，只有在夏季、并且当汽车废气（包括工厂废气）排量多的地方，在太阳照射下、在特殊大气对流不通畅的地理环境情况下，才有可产生。一般每天日出后开始激增，午后1-2h最多，而夜间则不产生。光化学过氧化产物主要是臭氧（），它是一种极强的氧化剂，具有独特的臭味，其嗅觉值在0.02ppm以下。其余次要的反应物是否对人体有影响是值得考虑的。2.4.5 二氧化硫（）燃料中的硫分是在燃烧过程中的氧化产物，主要是二氧化硫。排气中二氧化硫的含量由燃料中的硫量决定的。一般来说，柴油机比汽油机的排气中二氧化硫多得多，当使用进化催化装置时，很少量的二氧化硫也会逐渐在催化剂表面堆积

33、起来，使其恶化，危害使用寿命。但是，总的来说跟其它发生源（烧煤）相比，汽车所排放的二氧化硫所占比例是很少的。所以，从大气污染角度来看，汽车排放不是主要问题。2.4.6 颗粒（微粒、PM）汽车排放到大气的微粒绝大多数是直径1um以下的固态和液态物质，以气溶胶、烟雾、尘埃等状态存在于大气中。汽油机和柴油机所排放的微粒是不同的，汽油机主要是铅化物、硫酸盐以及一些低分子物质，只有技术状况变坏，烧机油时，才有大量烟气排出；柴油机微粒的排放要比汽油机高3060倍，成分也较为复杂，它是一种类似石墨形式的含碳物质（碳烟）并凝聚和吸附了相当数量的高分子可溶有机物和二氧化硫等，有些有机物包括未然的燃油、润滑油及其

34、不同程度的氧化和裂解产物。铅化物是发动机燃用含铅汽油时，抗暴剂四乙基铅的燃烧产物，其微粒直径小于0.2um。排放到大气中的铅化物除燃烧直接排放出的小颗粒外，多数附着于排气管道及消声器而逐渐长的颗粒，大部分散落在地面上。铅化物对人体健康的危害十分严重，尤其是处在生长发育期的儿童。于是我国在2007年7月1日开始全面禁止使用含铅汽油。碳烟是柴油在高温（2000-2200）局部缺氧的条件下,经过热裂解、脱氢，再聚合、环构化和进一步脱氢形成具有多环结构的不溶性碳烟晶核，然后不断的聚集、长大成为大的颗粒。即由于柴油机是压燃式燃烧，所以，排放的尾气中会有许多的碳烟颗粒产生。2.5 影响汽油机排气污染物生成

35、的因素汽油机的设计和运行参数、燃料设备、分配及成分等因素都与排气污染物的排出量有很大关系。为了降低汽油机排气中污染物的有害排出物，必须了解这些因素对有害排放物生成的影响。2.5.1 空燃比空燃比是指可燃混合气中空气质量与燃油质量之比为空燃比，空燃比A/F(A：air-空气，F：fuel-燃料)表示空气和燃料的混合比。空燃比是发动机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。空燃比大于理论值的混合气叫做稀混合气，气多油少，燃烧完全，油耗低，污染小，但功率较小。空燃比小于理论值的混合气叫做浓混合气，气少油多，功率较大，但燃烧不完全，油耗高，污染大。汽油机的空燃比在12

36、13时功率最大，在16时油耗最低，在18左右污染物浓度最低。因此，为了降低油耗和减少污染，应当尽量使用空燃比大的稀混合气，只在需要时才提供浓混合气。如图2-1所示，随着空燃比的增加，CO的排放浓度逐渐下降，原因是空气量得不断增加，混合气变稀，致使燃料在气缸内充分的燃烧；HC排放浓度两头高、中间低，因为若在混合气过低的情况下，火焰传播会出现不充分和断火的情况，若在过高的情况下，空气量不足，燃料不能完全燃烧，致使HC的排放浓度增加；的排放浓度中间高、两端低，其原因是在中间时，燃气中的氧的含量较高，此时燃烧温度处于峰值，自然的排放浓度也处于峰值。图2-1 CO、HC、NOx的排放浓度与空燃比的关系2

37、.5.2 喷油速率及喷油提前角的影响喷油速率和喷油提前角是供油系统的两个主要参数，它们也是影响污染物排放的主导因素之一。这两个参数的变动，可能只降低某种污染物的排放量，却使另一种增加，即在这一过程中，改变这两个参数虽然降低了有害排放物的量，但是会使燃油的经济性及动力性下降。1.喷油速率，是指喷油器在单位时间内喷入燃烧室内的燃油量。喷油速率的变化对氮氧化物、碳氢化物及一氧化碳都有一定的影响。若提高喷油速率，减少喷油的持续时间，并可在喷油终点时推迟喷油，这样不仅降低了氮氧化物的排放量，而且又保证了发动机的动力性和燃油经济性。但是，如果喷油率过高，会导致HC的排放量增加。这里所说的喷油率增加并不是指

38、整个过程的喷油速率的提高。通俗的说，初期的喷油速率不能过高，用以抑制着火后期内混合气的生成量，降低初期的燃烧速率，从而降低内燃机内的温度和噪声以及抑制氮氧化合物的生成；中期急速喷油，即通过高喷油压力和高喷油速率来加速扩散燃烧速度，从而降低微粒的排放量及防止热效率的恶化；后期应迅速结束喷油，这样可避免低的喷油压力和雾化质量变差带来的不完全燃烧和微粒排放的增加。2.喷油提前角。它与点火提前角相似，对NOx、CO和HC排放的影响较大，不同的是喷油点火提前角的影响对象主要是柴油机；相同的是推迟喷油提前角，可降低这些污染物的排放量，但是，过分的推迟就会导致初期喷油速率增大，从而使NOx的排放量攀升。因为

39、本文研究的主要对象是汽油机，这里就不做过多的介绍。除了喷油速率和喷油提前角，供油系统的参数还有很多，如喷油压力、喷口直径喷孔数目等。它们对污染物的排放量都有一定的影响，比如，在喷油速率和压力等因素不变时，增加喷口的直径或是减少喷孔的数目，都可以降低NOx的排放量。2.5.3 点火提前角在空燃比一定的情况下，点火提前角对CO排放浓度影响不大，除非它过分的提前，致使CO没有充分的时间被氧化而引起CO排放量增加。但是，对HC和的影响较大。随着最佳点火提前角的推迟，和HC同时减低，后燃加重，热效率变差，燃油消耗明显恶化；如果最佳点火提前角提前，就会导致排气温度上升，使得在排气行程以及排气管的HC加速氧

40、化，使最终排出的HC减少。2.5.4 汽油机运转状态汽油机的运转状态分为稳定运转和非稳定运转。稳定运转状态是指发动机的零部件、冷却水及润滑油的温度趋于平衡，发动机在恒定的转速和负荷下运转；相反，非稳定运转状态是指发动机在实际运行中，零部件、冷却水及润滑油的温度不可能恒定不变，发动机的转速和负荷也需要随时调整以适合不同的外界条件。在稳定运转状态下影响污染物排放的主要因素是转速和负荷。转速对排放的影响较为复杂，因为转速n的变化，将引起充气系数、点火提前角、混合气的形成、空燃比等等因素的变化。但是，当n增加时，汽油机内的温度升高，利于燃料的燃烧，减低CO和HC的排放。但是汽油机怠速时，由于转速低、汽

41、油雾化差、混合气很浓，CO和HC的排放浓度较高；同样，随着负荷的增加对污染物排放的影响减小。若在非稳定运转状态下影响污染物的排放主要因素是冷启动、加速、减速等。冷启动时，汽油机不仅转速及温度低，而且过量空气系数小于1，致使汽油机内混合气过浓，从而导致较高浓度的CO排放；加速时，发动机部分负荷迅速增加，使内燃机内的混合气过浓，从而增加了废气的排放量；减速时，发动机由于汽车倒拖的过程。在汽油机内，处于怠速状态，即污染物的排放量增加。第三章 现代汽车排放污染物的控制技术在汽车诞生整整一个世纪中，世界汽车保有量已达到近8亿辆，而且还在不断的增加。汽车尾气大量的排放造成大气环境的严重污染，这已经成为了世

42、界性的重要问题。消减汽车排放污染物的最根本途径，是通过不断开发和应用汽车排放控制技术。汽车排放控制技术可分为三类：以发动机为核心的机内控制技术；在排气系统中，对排放有害气体净化的后处理技术；来自曲轴箱和供油系统的非排气污染控制技术。后俩者统称机外控制技术。机内控制技术主要包含电子控制燃油喷射系统、废气再循环系统和推迟点火提前角。这些控制技术是机内燃烧达到最佳状态，从而减少了汽车尾气中有害气体的排放。3.1 电子控制燃油喷射系统汽油机降低排气污染和提高热效率的关键问题之一是精确的控制空燃比。电子控制汽油喷射系统（Electronic Fuel Injection System）简称EFI，它能利用各种传感器检测发动机不同工况下的状态，再经过计算机的判断、计算，使发动机在不同状态下均能获得合适空燃比的混合气。3.1.1 EFI系统的结构电控燃油喷射系统主要由三个系统组成，即进气系统、燃油系统和电子控制系统。如表3-1所示。表3-1 电控燃油喷射系统的组成系统名称组 成进气系统空气流量计，节气门位置传感器、燃油压力传感器、空气阀燃油系统燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器、喷油器、冷启动喷油器、油管电子控制系统电子控制装置、各种传感器、执行器。电子控制单元（ECU）是整个系统的核心，它要根据进气管、转速、温度及氧传感器的信号，进行运