汽車及其他機動車排放的污染物與燃料性質和燃燒方式有關。對于預混燃燒的點燃式汽油發(fā)動機主要是NOx、CO和碳氫化合物HC，而采用擴散燃燒的壓燃式柴油發(fā)動機還會產生碳煙及顆粒物等。NO_x是高溫燃燒時的熱力型，CO、HC和碳煙則是因燃燒不完全所產生。

影響污染物產生的最重要因素是燃燒時的燃空當量比φ(實際油氣比/理論油氣比)，汽油內燃機中NO，CO和HC的濃度與φ的變化關系如右圖所示。發(fā)動機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，但當空燃比約大于17時，過貧的混氣就不易著火，影響發(fā)動機的穩(wěn)定工作，并使大量燃料未經排放，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)動機起動時，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)動機達到最大功率時在理論空燃比下工作，此時NO濃度有最大值�？梢�，機動車尾氣的排放控制十分復雜和困難，主要是通過控制燃燒、改進發(fā)動機和尾氣凈化等技術來解決。

1 . 分層燃燒

分層燃燒的實質是采用上述的濃淡燃燒原理，其基本結構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)是依靠進氣渦流或采用機械方式，使進入氣缸內的混合氣實現(xiàn)濃度的依次分層；圖中(b)則是設置預燃室達到分層進氣目的。在燃燒室內，空燃比為12～13.5易于點燃的濃混合氣聚積在火花塞周圍，以確�？煽康闹饤l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。汽油機工作時，火花塞首先點燃濃混合氣，然后利用燃燒后產生的高溫、高壓和氣流運動，使火焰迅即向稀混合氣區(qū)域傳播和擴散，從而保證穩(wěn)定的燃燒。

由于采取缺氧的過濃燃燒和大空氣量的過稀燃燒，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

該技術用于現(xiàn)有汽油機的改造。它對原燃燒室的結構略作變動，改善混合氣的形成和分配，實現(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)動機的經濟性和減少排污。一種方法是在氣缸蓋上增設副室，火花塞位于主燃燒室和副室的連接通道處，壓縮過程中的均勻稀混合氣從主燃燒室進入副室，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燃燒室內設置兩個火花塞，同時點火使其燃燒，增大整體燃燒速率。

3．控制燃燒的其他技術

控制燃燒條件的措施還有：①采用汽油噴射技術。采用噴射供油方式，尤其是電控噴射系統(tǒng)，可以按照發(fā)動機的運轉工況精確控制混合氣的空燃比，以實現(xiàn)發(fā)動機的低排放水平。②改進點火系統(tǒng)。延長火花持續(xù)時間或采用高能點火系統(tǒng)，增大點火能量，則可擴大著火范圍以實現(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氣系統(tǒng)，可以降低燃燒溫度，有效抑制NO_x的生成。廢氣再循環(huán)率一般應小于(20～25)％，否則汽油機的工作性能會急劇惡化。

4．尾氣凈化

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

（1）空氣噴射。在排氣門出口注入新鮮空氣，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，過多會使排氣冷卻降溫，達不到凈化效果。此方法常與下面兩種方法結合使用。

（2）熱反應器。這是一個設置在排氣管出口上促進氧化反應的絕熱裝置。尾氣進入熱反應器后，在充分有氧條件下，CO和HC生成CO₂和H₂O。溫度在600℃以上時，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，可以進一步提高熱反應器的凈化效率。

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

HC＋O₂→CO₂＋H₂O

2CO＋O₂→2CO₂

催化反應工藝如圖所示。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)動機在過富或過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，必須向排氣噴入二次空氣，以保證反應順利進行。由于上述反應為放熱反應，催化劑一般采用以Al₂O₃為載體的鉑、鈀等貴金屬或其氧化物。當溫度超過400℃時，該裝置對HC和CO的凈化效率可達95％～98％。但在溫度低于250～300℃時，催化劑的轉換效率急劇下降。

采用三元催化反應器可以對汽油機排氣中的CO，HC及NOx進行綜合處理。催化劑的活性成分為銠和鉑，銠對NO_x的還原性能最高，而鉑則對CO和HC的氧化活性好。因此，鉑－銠系催化劑同時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NO_x還原成N₂，其本身氧化為CO₂和H₂O：

4NO＋CH₄→2N₂＋CO₂＋2H₂O

2NO＋2CO→2CO₂＋N₂

三元催化反應器的凈化效率與空燃比密切相關，右圖所示。由圖可見，當空燃比處于富燃料時，HC和CO凈化效率變差，而當空燃比處于貧燃料時，則NO凈化效率下降。因此，為了能同時高效凈化三個成分，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最佳的凈化效果。該裝置凈化效果及經濟性較好，但成本較高，精密控制空燃比的方法還需深入研究。

柴油機一般采用選擇性催化還原系統(tǒng)(SCR)降低NO_x。將適量的濃度為40％的尿素水溶液噴入排氣管的催化反應器中，與NO_x反應生成H₂O和N₂。在最佳反應溫度300～450℃時，SCR系統(tǒng)可使顆粒減少50％，NO_x降低(90～95)％。
 

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