发动机排放 污染物的生成机理和影响因素主要内容：介绍了汽车尾气中的主要污染物 CO 、HC 、NO x 和微粒的生成机理及其影响因素。

1 一氧化碳1.1汽车尾气中CO 的产生是由于燃油在气缸中燃烧不充分所致，是氧气不足而生成的中间产物。

影响一氧化碳生成的因素理论上当a 在14.7以上时，排气中不存在 CO ，而只生成CO 2。

实际上由于燃油和空气 混合不均匀，在排气中还含有少量 CO 。

即使混合气混合的很均匀， 由于燃烧后的温度很高，已经生成的CO 2也会由于一小部分分解成 CO 和O 2, H 2O 也会部分分解成 02和H 2,生成 的H 2也会使CO 2还原成CO ,所以，排气中总会有少量 CO 存在。

可见，凡是影响空燃比的因素，即为影响 CO 生成的因素。

1. 进气温度的影响一般情况下，冬天气温可达零下20 C 以下，夏天在30 C 以上，爬坡时发动机罩内进气温度超过80C 。

随着环境温度的上升，空气密度变小，而汽油的密度几乎不变，化油器供 给的混合气的空燃比 a 随吸入空气温度的上升而变浓， 排出的CO 将增加。

因此，冬天和夏天发动机排放情况有很大的不同。

图 2-3为一定运转条件下，进气温度与空燃比的关系，大致和绝对温度的方根成反比的理论相一致。

怠速图2-4海拔高度与大气压力的关系进气温度 图2-3进气温度与空燃比的关系 图2-5怠速转速对CO 和HC 排放的影响当海平面P0=100kPa 时，可作出海拔高度和大气压力变化关系的曲线, 当忽略空气中饱和水蒸气压时，空气密度P 可用下式表示：P =1.293——273P —— kg/m 3(273 +T )760式中：T —温度，C 。

可以认为空气密度 P 和大气压力P 成正比，从简单化油器理论可知， 度的平方根成正比，所以进气管压力降低时，空气密度下降，则空燃比下降， 增大。

3. 进气管真空度的影响当汽车急剧减速时，发动机真空度在68kPa 以上时，停留在进气系统中的燃料，在高真 空度下急剧蒸发而进入燃烧室，造成混和气瞬时过浓，致使燃烧状况恶化。

CO 浓度将显著增加到怠速时的浓度。

4. 怠速转速的影响图2-5表示了怠速转速和排气中 CO 、HC 浓度的关系。

怠速转速为600r/min 时，CO 浓 度为1.4%, 700r/min 时，降为1%左右，这说明提高怠速转速，可有效地降低排气中 CO 浓度，但是，怠速过高会加大挺杆响声，对液力变扭汽车，还可能发生溜车的危险。

如果这些 问题得到解决，一般从净化的观点，希望怠速转速规定高一点较好。

5. 发动机工况的影响发动机负荷一定时，CO 的排放量随转速增加而降低，到一定的车速后，变化不大。

图 2-6为某汽油机负荷一定、匀速工况下的 CO 浓度的变化。

当车速增加时， CO 很快降低， 至中速后变化不大，这是由于化油器供给发动机的空燃比， 随流量增加接近于理论空燃比的 结果。

图2-6 2.大气压力的影响大气压力P 随海拔高度而变化, 由经验公式5.256P = Po(1—0・kPa(2-4)式中：h一海拔高度,km 。

如图 2-4所示。

(2-5)空燃比和空气密 CO 排放量将 0g2V/(km/h)某汽油机等速工况排气成分实测结果2 碳氢化合物车用柴油机中的未燃 HC 都是在缸内的燃烧过程中产生并随排气排放。

燃 HC 的生成与排放主要有以下三种途径。

（1）在气缸内的燃烧过程中产生并随废气排出，此部分 或燃烧不完全的碳氢燃料。

（2）从燃烧室通过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱的窜气中含有大量未燃燃料， 如果排入大气中也构成 HC 排放物。

（3）从汽油机的燃油系统蒸发的燃油蒸汽。

影响碳氢化合物生成的因素 未燃 HC 排放主要是由于缸内混合气过浓、 过稀或局部混合不均引起燃烧不完全而导致 的，造成燃烧不完全的因素大致有混合气的质量、 发动机的运行条件、燃烧室结构参数及点 火与配气正时等。

1. 混合气质量的影响 混合气质量的优劣主要体现在燃油的雾化蒸发程度、 混合气的均匀性、空燃比和缸内残 余废气系数的大小等方面。

混合气的均匀性越差则 HC 排放越多。

当空燃比略大于理论空燃 比时， HC 有最小值；混合气过浓或过稀均会发生不完全燃烧，废气相对过多则会使火焰中 心的形成与火焰的传播受阻甚至出现断火，致使 HC 排放量增加。

2. 运行条件的影响 1）汽油机运行条件的影响（1）负荷的影响：发动机试验结果表明：当空燃比和转速保持不变，并按最大功率调 节点火时刻时，改变发动机负荷，对 HC 的相对排放浓度几乎没有影响。

但当负荷增加时， HC 排放量绝对值将随废气流量变大而几乎呈线性增加。

（2）转速的影响：发动机转速对HC 排放浓度的影响则非常明显。

转速较高时， HC排放浓度明显下降，这是由于气缸内混合气的扰流混合、 涡流扩散及排气扰流、 混合程度的 增大改善了气缸内的燃烧过程、 促进了激冷层的后氧化，后者则促进了排气管内的氧化反应。

（ 3）点火时刻的影响：点火时刻对 HC 排放浓度的影响体现在点火提前角上。

点火延 迟（点火提前角减小）可使 HC 排放下降，这是由于点火延迟使混合气燃烧时的激冷壁面面 积减小，同时使排气温度增高，促进了 HC 在排气管内的氧化。

但采用推迟点火，靠牺牲燃 油经济性来降低 HC 排放是得不偿失的。

因此，点火延迟要适当。

（4）壁温的影响：燃烧室的壁温直接影响了激冷层厚度和HC 的排气后反应。

据研究，壁面温度每升高1 C, HC 排放浓度相应降低 0.63 XI0-6〜1.04 XW -6。

因此提高冷却介质温度 有利于减弱壁面激冷效应，降低 HC 排放。

（5）燃烧室面容比的影响：燃烧室面容比大，单位容积的激冷面积也随之增大，激冷 层中的未燃烃总量必然也增大。

因此，降低燃烧室面容比是降低汽油机 HC 排放的一项重要 措施。

2）柴油机运行条件的影响（1） 喷油时刻的影响：柴油机喷油时刻（喷油提前角）决定了气缸内的温度。

喷油提 前角0增大，缸内温度较高，使 HC 排放量下降。

在一台自然吸气式直喷柴油机上进行的 试验证实：在13工况下，当0偏离最佳值时，缸内温度及反应区的气体环境均发生变化。

0平均减小仁CA , HC 的体积分数平均增加 8.97% ; 0平均增加1 °CA , HC 平均下降1.97%。

（2） 喷油嘴喷孔面积的影响： 当循环喷油量及喷油压力不变时， 改变喷孔面积不仅改 变了喷油时间的长短，并且同时改变了油雾颗粒大小和射程的远近， 即影响油气混合的质量， 必将导致HC 排放量的变化。

有试验结果证实：在13工况下，以喷孔直径为 0.23 mm 的四孔汽油发动机中未HC 主要是燃烧过程中未燃烧喷油嘴的喷孔面积为参考基础，当面积减小 1%时，HC 的体积分数相应减小 1.23% ;当面积增加1%时，HC 的体积分数相应增大 7.71%。

这说明喷孔面积加大时，雾化和混合质量 变差，HC 排放量增加幅度较大；反之，燃烧得到改善，但HC 排放量降低幅度较小。

(3)冷却水进水温度的影响：冷却水温相对降低，将导致气缸内温度降低， HC 排放 量会相对增加。

试验证明：以冷却水进水温度 75C 为比较标准，当进水温度下降到 65C 时, 13工况下的HC 体积分数平均增加 37.21%。

(4) 进气密度的影响：进入柴油机的空气密度降低，使缸内空气量减少，燃烧不完善， HC 排放量一般会增加。

试验证明：进气压力在 0.0967〜0.0947MPa 的变化范围内，空气密度每下降1% , 13工况下HC 平均减少0.99%。

3氮氧化物3.1车用发动机排气中的氮氧化物 NO x 包含NO 和NO 2,其中大部分是 NO ,它们是 N 2在燃烧高温下的产物。

影响NO x 生成的因素1.影响汽油机NO x 排放的因素1) 过量空气系数和燃烧室温度的影响由于*a 直接影响燃烧时的气体温度和可利用的氧浓度，所以对 的。

当站小于1时，由于缺氧即使燃烧室内温度很高 NO x 的生成量仍会随着 站的降低而降低，此时氧浓度起着决定性作用；但当*a 大于1时，NO x 生成量随温度升高而迅速增大,此时温度起着决定性作用。

由于燃烧室的最高温度通常出现在 ~ 1.1且此时也有适量的氧 浓度，故NO x 排放浓度出现峰值。

如果鴨进一步增大，温度下降的作用占优势， 则导致NO 生成量减少。

2)残余废气分数的影响汽油机中燃烧室内的混合气由空气、 已蒸发的燃油蒸气和已燃气组成， 后者是前一工作循环留下的残余废气，或由废气再循环系统 (EGR )中从排气管回流到进气管并进入气缸的 燃烧废气。

残余废气分数 X 定义为：缸内残余废气质量 m i 与进气终了气缸内充量质量 m e 之比，即NO x 生成的影响是很大图2-10排气中NO 的体积分数随点火提前角的变化X =m i /m c（2-12）式中：m c =m e + m ^ m r , m e 和m r 分别为进入气缸的空气和燃油质量。

残余废气分数主要取决于发动机负荷和转速。

减小发动机负荷即减小节气门开度和提高 转速，均加大了进气阻力，使残余废气分数增大。

压缩比较高的发动机残余废气分数较小。

通过废气再循环可大大增加气缸中的残余废气分数。

当可燃混合气中废气分数增大时， 小了可燃气的发热量又增大了混合气的比热容， 都使最高燃烧温度下降， 从而使NO 排放降 低。

3）点火时刻的影响由于点火时刻对燃烧室内温度和压力有明显影响，故其对 NO 生成的影响也很大。

图2-10表示了三种空燃比下排气中 NO 的体积分数随点火提前角 e 的变化趋势。

从该图可以看 出：随着0的减小，NO 排放量不断下降；当 0值很小时，下降速率趋缓。

增大点火提前角使较大部分燃料在压缩上止点前燃烧， 增大了最高燃烧压力值，从而导致较高的燃烧温度，并使已燃气在高温下停留的时间较长， 这两个因素都将导致 NO 排放量 增大。

因此延迟点火和使用比理论混合气较浓或较稀的混合气都能使NO 排放降低，但同时也会导致发动机热效率降低， 严重影响发动机经济性、 动力性和运转稳定性， 因此应慎重对 待。

2. 影响柴油机NOx 排放的因素柴油机与汽油机的主要差别之一在于燃油是在燃烧刚要开始前才喷入燃烧室的，间燃油分布不均匀，引起已燃气体中温度和成分不均匀。

上述影响汽油机 分因素也适用于柴油机。

与汽油机一样，柴油机气缸内达到的最高燃烧温度也有控制 NO 生成的作用。

在燃烧过 程中最先燃烧的混合气量（紧接着滞燃期的预混合燃烧）对 NO 的生成量有很大影响 。

因 为这部分混合气在随后的压缩过程中由于被压缩， 使温度升到较高值， 从而导致NO 生成量 的增加。

然后这些燃气在膨胀过程中膨胀并与空气或温度较低的燃气混合，冻结已生成的既减燃烧期NO x 排放的大部 co 、NOx 、HC 随喷油提前角j的变化NO。