汽車廢氣的生成及其影響因素、內燃機排放污染物的測定

廢氣污染物的主要成分及其危害

目前，大氣污染已不僅僅是在幾個工業化國家中，他已逐漸發展成為世界性的問題，尤其是在一些大中城市。隨著汽車保有量的增加（年遞增率達到10%以上），汽車排氣污染物造成的環境污染情況將日趨嚴重。所以對汽車排氣污染物的監控預防治，已處於刻不容緩的地步。要搞好汽車排氣污染物的監控與防治，首先必須做好防治工作。用廢氣分析儀和煙度計測定排氣污染物的濃度，目的是控制排氣污染物的擴散，使其限定在被允許的范圍內，已達到保護生態環境和自然界生態平衡的目的。TOP

一、廢氣污染物的主要成分

汽車排放的主要污染物是：一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）硫化物和微粒物（又碳煙、鉛氧化物等重金屬氧化物和煙灰等組成）。

就CO來說，如果把汽油發動機CO排放量當作1的話，則液化氣發動機的CO排放量為1/2，而柴油發動機的CO排放量為1/100。可以看出，柴油發動機與其有發動機相比，其CO排出量要小得多。而且，柴油發動機的HC排出量也較少，但NOx排出量則和汽油機差不多，且會排出令人討厭的黑煙。

汽車有害氣體主要從下述途徑排入大氣：

以HC為主要成分（約占HC總排量的25%），並含有CO等其他成分的竄氣，從曲軸箱排出； 在不同運行工況，從發動機廢氣排出不同成分的CO、HC（約占HC總排量的55%）及NOx等有害氣體； 汽油從油箱、化油器浮子室及油泵接頭處蒸發，散發出HC（約占HC總排量的20%）。TOP

二、廢氣污染物的危害

一氧化碳（CO）

在內然發動機中，CO是空氣不足或其他原因造成不完全燃燒時，所產生的一種無色、無味的氣體。CO吸入人體後，非常容易和血液中的血紅蛋白結合，它的親和力是氧的300倍。因此，肺裡的血紅蛋白不與氧結合而與CO結合，致使人體缺氧，引起頭痛、頭暈、嘔吐等中毒症狀，嚴重是造成死亡。

CO的容許限度規定為8h內100ppm。如1h內吸入500ppm的CO，就會出現中毒症狀，並危害中樞神經系統，造成感覺、反應、理解、記憶等機能障礙，嚴重時引起神經麻痺。如1h內吸入1000ppm的CO，就會發生死亡。

碳氫化合物（HC）

HC是指發動機廢氣中的未燃部分，還包括供油系中燃料的蒸發和滴漏。單獨的HC只有在濃度相當高的情況下才會對人體產生影響，一般情況下作用不大，但它卻是產生光化學煙霧的重要成分。

氮氧化合物（NOx）

NOx是發動機大負荷工作時大量產生的一種褐色的有臭味的廢氣。發動機廢氣剛一排出時，氣內存在的NO毒性較小，但NO很快氧化成毒性較大的NO2等其他氮氧化合物。這些氮氧化合物，我們統稱為NOx。NOx進入肺泡後能形成亞硝酸和硝酸，對肺組織產生劇烈的刺激作用。亞硝酸鹽則能與人體內的血紅蛋白結合，形成變性血紅蛋白，可在一定程度上導致組織缺氧。3.5ppm的NO2作用1h即可對人產生有害影響，而0.5ppm的NO2作用1h可對自然界中的某些敏感植物產生毒害作用。

NOx與HC受陽光中紫外線照射後發生化學反應，形成光化學煙霧。當光化學煙霧種的光化學氧化劑超過一定濃度時，具有明顯的刺激性。它能刺激眼結膜，引起流淚並導致紅眼症，同時對鼻、咽、喉、器官積肥不均有刺激作用，能引起急性喘息症。光化學煙霧還具有損害植物、降低大氣能見度、損壞橡膠制品等危害。

鉛化合物

發動機廢氣中的鉛化合物是為了改善汽油的抗暴性而加入的，他們以顆粒裝排入大氣中，是污染大氣的有害物質。當人們吸入含有鉛微粒的空氣時，鉛逐漸在人體內積累。當積累量達到一定程度時，鉛將阻礙血液中紅血球的生長，使心、肺等處發生病變；侵入大腦時則引起頭痛，出現一種精神病的症狀。

炭煙

炭煙是柴油發動機燃料燃燒不完全的產物，其內含有大量的黑色炭顆粒。炭煙能影響道路上的能見度，並因含有少量的帶有特殊臭味的乙醛，往往引起人們惡心和頭暈。為此，包括我國在內的不少國家都規定了最大允許的煙度值，並規定了測量方法。

硫氧化物

汽車內燃機尾氣中硫氧化物的主要成分為二氧化硫（SO2）。當汽車使用催化淨化裝置時，就算很少量的SO2也會逐漸在催化劑表面堆積，造成所謂催化劑中毒，不但危害催化劑的使用壽命，還危害身體健康，而且SO2還是造成酸雨的主要物質。

二氧化碳

世界工業化進程引起的能源大量消耗，導致大氣CO2的劇增。其中30%約來自汽車排氣。CO2為無色無毒氣   體，對人體無直接危害，但大氣中的CO2大幅度增加，因其對紅外熱輻射的吸收而形成的溫室效應，會使全球氣溫上升、南北極冰層溶化；海平面上升；大陸腹地沙漠趨勢加劇，是人類和動植物賴以生存的生態環境遭到破壞。因此近年來對CO2的控制也已上升為汽車排放研究的重要課題。

除以上幾種物質外，還有臭氣。它由多種成分組成，除了、有臭味外，主要就是燃料的不完全燃燒產物，如甲醛、丙烯醛等。當汽車停留在街道路口時，產生這些物質較多，它能刺激眼睛的粘膜。除了燃燒條件有關外，臭氣的產生還與燃料的組成有關。隨著燃料中芳香烴的增加，排氣種的甲醛略有減小，而芳醛少許增加，從而可以適當減少臭氣，但卻增加了更容易產生光化學煙霧的芳烴。TOP

廢氣污染物的生成及其影響因素

汽車內燃機排氣所造成的公害，對汽油機而言，CO、HC和NOX是主要的有害成分，而光化學煙霧是由HC和NOX轉化而成的；對柴油機而言，CO和HC比汽油機少得多，NOX約為汽油機的，而炭煙卻比汽油機大得多，是主要的有害成分。

空燃比(AF)：是指可燃混合氣中空氣與燃料的質量比。理論上，1kg汽油完全燃燒需要空氣14.7kg。故對於汽油機而言，空燃比為14.7的可燃混合氣可成為理論混合氣。若可燃混合氣的空燃比小於14.7，則意味著其中汽油含量有余（亦即空氣量不足），可稱之為濃混合氣。同理，空燃比大於14.7的可燃混合氣則可稱為稀混合氣，應當指出，對於不同的燃料，其理論空燃比數值是不同的。 過量空氣系數（α）：α燃燒1kg燃料所實際供給的空氣質量／完全燃燒1kg燃料所需的理論空氣質量 由此定義表達式可知：無論使用何種燃料，凡過量空氣系數α1的可燃混合氣即為理論混合氣；α＜1的為濃混合氣；α＞1的則為稀混合氣。 TOP

一、一氧化碳（CO）

對於汽油機，根據燃燒化學反應，在不同空燃比AF下，燃燒產物各成分的計算值如圖1所示。

理論上當過量空氣系數α1（AF≈14.8）時，燃料完全燃燒，其產物為CO2和H2O。

當空氣不足，AF＜14.8時，則有部分燃料不能完全燃燒，生成CO。

所以，CO的排出濃度基本上受空燃比所支配，圖2為汽油機空燃比與排氣濃度變化關系，與圖1是一致的。

理論上當α1以上時，排氣中不存在CO，而代之產生O2。實際上由於混合、分配不均勻，在排氣中還含有少量CO。即使混合氣混合的很均勻，由於燃燒後的溫度很高，已經生成的CO2也會由於一小部分被分解成CO和O2，H2O也會部分被分解成O2和H2，生成的H2也會使CO2還原成CO，所以，排氣中總會有少量CO存在。

可見，凡是影響混合比的因素，即為影響CO的因素。

1．進氣空氣溫度T。的影響

一般情況下，冬天氣溫可達-20℃以下，夏天在30℃以上，爬坡時發動機罩內To>80℃。隨著環境溫度的上升，空氣密度ρ變小，而汽油的密度幾乎可認為不變,因此使化油器供給的混合比R（即AF）隨吸入空氣溫度的上升而變濃，圖3為一定運轉條件下，進氣空氣溫度與混合比的關系，大致和絕對溫度的方根成反比的理論相一致。

2．大氣壓力p的影響

大氣壓力隨海拔高度而變化，由經驗公式

PP0（1-0.02257h）5。256（kPa）

式中 h一海拔高度（km）。

當海平面p0100kpa時，可作出海拔高度和大氣壓力變化關系的曲線，見圖4。

當忽略空氣中飽和水蒸氣壓時，空氣密度可用下式表示：

ρ1.293×273p/(273+T)750(kg/m3)

可以認為空氣密度ρ和P成正比，從簡單化油器理論可知，混合比和空氣密度的平方根成正比，即混合比                    RR0

這樣，可求得進氣空氣壓力變化時，引起混合比的變化，見圖5。由圖示出，當進氣管壓力降低時，空氣密度下降，使混合比R(AF)下降，從而使混合氣過濃百分率提高，這將影響CO的排放。圖中實驗值稍高於理論值。