汽車(chē)及其他機(jī)動(dòng)車(chē)排放的污染物與燃料性質(zhì)和燃燒方式有關(guān)。對(duì)于預(yù)混燃燒的點(diǎn)燃式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)主要是NOx、CO和碳?xì)浠衔颒C，而采用擴(kuò)散燃燒的壓燃式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)還會(huì)產(chǎn)生碳煙及顆粒物等。NOx是高溫燃燒時(shí)的熱力型，CO、HC和碳煙則是因燃燒不完全所產(chǎn)生。

    影響污染物產(chǎn)生的適合重要因素是燃燒時(shí)的燃空當(dāng)量比φ(實(shí)際油氣比/理論油氣比)，汽油內(nèi)燃機(jī)中NO，CO和HC的濃度與φ的變化關(guān)系如右圖所示。發(fā)動(dòng)機(jī)在接近理論空燃比或略富燃料條件下，才能保證平穩(wěn)可靠。雖然污染物隨著混氣變貧而減少，但當(dāng)空燃比約大于17時(shí)，過(guò)貧的混氣就不易著火，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作，并使大量燃料未經(jīng)排放，則未燃HC急劇增大。在富燃料條件下，由于缺氧，NO減少而CO和HC增加。一般，巡航狀態(tài)下采用較貧混氣燃燒，則NO適中，HC和CO較少；冷發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，因系統(tǒng)溫度低必須增加供油量，處于富燃狀態(tài)，致使CO和HC濃度增大；發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到適合大功率時(shí)在理論空燃比下工作，此時(shí)NO濃度有適合大值?？梢?jiàn)，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣的排放控制十分復(fù)雜和困難，主要是通過(guò)控制燃燒、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)和尾氣凈化等技術(shù)來(lái)解決。

    1 . 分層燃燒

    分層燃燒的實(shí)質(zhì)是采用上述的濃淡燃燒原理，其基本結(jié)構(gòu)如右圖所示的直接噴射（如德士古公司TCP系統(tǒng)，福特公司PROCO系統(tǒng)）和副燃燒室（如本田公司CVCC系統(tǒng)，大眾公司PCI系統(tǒng)）兩種型式。圖中(a)是依靠進(jìn)氣渦流或采用機(jī)械方式，使進(jìn)入氣缸內(nèi)的混合氣實(shí)現(xiàn)濃度的依次分層；圖中(b)則是設(shè)置預(yù)燃室達(dá)到分層進(jìn)氣目的。在燃燒室內(nèi)，空燃比為12～13.5易于點(diǎn)燃的濃混合氣聚積在火花塞周?chē)?，以確保可靠的著火條件，而其余大部分區(qū)域充滿稀混合氣，使總的平均空燃比保持在18以上。汽油機(jī)工作時(shí)，火花塞首先點(diǎn)燃濃混合氣，然后利用燃燒后產(chǎn)生的高溫、高壓和氣流運(yùn)動(dòng)，使火焰迅即向稀混合氣區(qū)域傳播和擴(kuò)散，從而保證穩(wěn)定的燃燒。

    由于采取缺氧的過(guò)濃燃燒和大空氣量的過(guò)稀燃燒，分層燃燒降低了燃燒溫度，使得NOx降低。貧燃區(qū)域氧量充分、混合良好，使得CO減少，HC的排放被抑制。為了進(jìn)一步降低污染物的排放，分層燃燒系統(tǒng)通常與廢氣再循環(huán)和尾氣凈化裝置配合使用。

    2 . 稀混合氣燃燒技術(shù)

    該技術(shù)用于現(xiàn)有汽油機(jī)的改造。它對(duì)原燃燒室的結(jié)構(gòu)略作變動(dòng)，改善混合氣的形成和分配，實(shí)現(xiàn)平均空燃比在20以上的稀混合氣的穩(wěn)定燃燒，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和減少排污。一種方法是在氣缸蓋上增設(shè)副室，火花塞位于主燃燒室和副室的連接通道處，壓縮過(guò)程中的均勻稀混合氣從主燃燒室進(jìn)入副室，在那里燃燒后再以火焰噴流形式噴向主燃燒室。另一種方法是在一個(gè)燃燒室內(nèi)設(shè)置兩個(gè)火花塞，同時(shí)點(diǎn)火使其燃燒，增大整體燃燒速率。

    3．控制燃燒的其他技術(shù)

    控制燃燒條件的措施還有：①采用汽油噴射技術(shù)。采用噴射供油方式，尤其是電控噴射系統(tǒng)，可以按照發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況精確控制混合氣的空燃比，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的低排放水平。②改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)。延長(zhǎng)火花持續(xù)時(shí)間或采用高能點(diǎn)火系統(tǒng)，增大點(diǎn)火能量，則可擴(kuò)大著火范圍以實(shí)現(xiàn)稀混合氣穩(wěn)定燃燒，有利于減少CO和HC的排放。③廢氣再循環(huán)。將一部分廢氣從排氣管引入進(jìn)氣系統(tǒng)，可以降低燃燒溫度，有效抑制NOx的生成。廢氣再循環(huán)率一般應(yīng)小于(20～25)％，否則汽油機(jī)的工作性能會(huì)急劇惡化。

    4．尾氣凈化

    由于燃料燃燒條件隨汽車(chē)行駛狀態(tài)的變化很大，為保證汽油機(jī)高效穩(wěn)定的工作，一般都離不開(kāi)對(duì)尾氣的凈化。尾氣凈化的方法有：

    （1）空氣噴射。在排氣門(mén)出口注入新鮮空氣，使高溫尾氣中的CO和HC與空氣混合而被燃燒凈化。噴射的空氣要適量，與混合氣的濃度有關(guān)，過(guò)多會(huì)使排氣冷卻降溫，達(dá)不到凈化效果。此方法常與下面兩種方法結(jié)合使用。

    （2）熱反應(yīng)器。這是一個(gè)設(shè)置在排氣管出口上促進(jìn)氧化反應(yīng)的絕熱裝置。尾氣進(jìn)入熱反應(yīng)器后，在充分有氧條件下，CO和HC生成CO2和H2O。溫度在600℃以上時(shí)，凈化效率很高。此方法可直接用于稀混合氣。在濃混合氣的條件下，向排氣口噴入二次空氣，可以進(jìn)一步提高熱反應(yīng)器的凈化效率。

    (3)催化反應(yīng)器。在有氧條件下，氧化催化反應(yīng)器可以使排氣中的CO及HC在較低溫度(約300℃)時(shí)進(jìn)行快速的氧化反應(yīng)：

    HC＋O2→CO2＋H2O

    2CO＋O2→2CO2

    催化反應(yīng)工藝如圖所示。氧化催化劑一般采用以AlO3為載體的鉑、鈀等貴金屬或其氧化物，它不能使NOx減少，因此一般發(fā)動(dòng)機(jī)在過(guò)富或過(guò)貧的空燃比條件下工作以抑制NOx的生成。貧燃條件下，排氣中一般都有剩余的氧氣，只需供給少量空氣即可；富燃條件時(shí)，必須向排氣噴入二次空氣，以保證反應(yīng)順利進(jìn)行。由于上述反應(yīng)為放熱反應(yīng)，催化劑一般采用以Al2O3為載體的鉑、鈀等貴金屬或其氧化物。當(dāng)溫度超過(guò)400℃時(shí)，該裝置對(duì)HC和CO的凈化效率可達(dá)95％～98％。但在溫度低于250～300℃時(shí)，催化劑的轉(zhuǎn)換效率急劇下降。

    采用三元催化反應(yīng)器可以對(duì)汽油機(jī)排氣中的CO，HC及NOx進(jìn)行綜合處理。催化劑的活性成分為銠和鉑，銠對(duì)NOx的還原性能適合高，而鉑則對(duì)CO和HC的氧化活性好。因此，鉑－銠系催化劑同時(shí)具有氧化和還原作用，可以使排氣中的CO和HC作為還原劑使NOx還原成N2，其本身氧化為CO2和H2O：

    4NO＋CH4→2N2＋CO2＋2H2O

    2NO＋2CO→2CO2＋N2

    三元催化反應(yīng)器的凈化效率與空燃比密切相關(guān)，右圖所示。由圖可見(jiàn)，當(dāng)空燃比處于富燃料時(shí)，HC和CO凈化效率變差，而當(dāng)空燃比處于貧燃料時(shí)，則NO凈化效率下降。因此，為了能同時(shí)高效凈化三個(gè)成分，空燃比的允許范圍較窄，要求精確控制在±0.25左右，如果配備電控燃料噴射可獲得適合佳的凈化效果。該裝置凈化效果及經(jīng)濟(jì)性較好，但成本較高，精密控制空燃比的方法還需深入研究。

    柴油機(jī)一般采用選擇性催化還原系統(tǒng)(SCR)降低NOx。將適量的濃度為40％的尿素水溶液噴入排氣管的催化反應(yīng)器中，與NOx反應(yīng)生成H2O和N2。在適合佳反應(yīng)溫度300～450℃時(shí)，SCR系統(tǒng)可使顆粒減少50％，NOx降低(90～95)％。

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