摘 要：汽车内燃机排气所造成的公害，对汽油机而言，CO、HC和NOX是主要的有害成分，而光化学烟雾是由HC和NOX转化而成的。
关键词：汽车排放污染物 碳氢化合物 一氧化碳 汽油机微粒
空燃比（AF）：是指可燃混合气中空气与燃料的质量比。理论上，1kg汽油完全燃烧需要空气14.7kg。故对于汽油机而言，空燃比为14.7的可燃混合气可成为理论混合气。若可燃混合气的空燃比小于14.7，则意味着其中汽油含量有余（亦即空气量不足），可称之为浓混合气。同理，空燃比大于14.7的可燃混合气则可称为稀混合气，应当指出，对于不同的燃料，其理论空燃比数值是不同的。
过量空气系数（ €%Z）：€%Z =燃烧1kg燃料所实际供给的空气质量/完全燃烧1kg燃料所需的理论空气质量 由此定义表达式可知：无论使用何种燃料，凡过量空气系数 €%Z=1的可燃混合气即为理论混合气； €%Z<1的为浓混合气； €%Z>1的则为稀混合气。
1影响一氧化碳生成的因素
当混合气混合不均匀时，汽油机是预先混和混合气的，所以即使在€%Z>1时混合气也不可能绝对的均匀，总会有过浓区，加上进气管壁面上有汽油膜的存在，油膜也会随着进气边流动边蒸发，也会造成混合气不均匀，而且各缸的均匀性也不相等，所以实际上即使在€%Z>1时也会产生CO。CO2和水在高温时离解，即使在稀混合气燃烧时，有足够的氧气，但是由于发动机缸内温度很高，当温度超过2000℃时CO2时就会发生高温离解反应；H2O在高温时也会分解成H2和O2，H2参加反应，使CO2还原成CO。
（1）进气温度的影响
一般情况下，冬天气温可达-20℃以下，夏天在30℃以上，爬坡时发动机罩内T>80℃。随着环境温度的上升，空气密度变小，而汽油的密度几乎可认为不变，因此使化油器供给的混合比R（即AF）随吸入空气温度的上升而变浓，一定运转条件下，进气空气温度与混合比的关系，大致和绝对温度的方根成反比的理论相一致。即空燃比随吸入空气温度的上升而变浓，排出的一氧化碳将增加。因此，冬天和夏天发动机排放情况会有很大的不同。
（2）大气压力的影响
通过试验证明，如果进气管压力降低，空气密度就会下降。那么空燃比就会下降，CO排放量也就将增大。
（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，在高真空度下的作用下，急剧蒸发而进入燃烧室，造成混合气瞬时过浓，使燃烧状况恶化，CO浓度也将增加到怠速时的浓度。
（4）怠速转速的影响
通过试验证明，在怠速转速为600r/min时，CO14%，700r/min时，降为1%左右，这说明随着怠速转速的提高，可以有效地降低排气中CO浓度。
（5）发动机工况的影响
发动机负荷一定，一氧化碳的排放量随转速增加（空气流量增加）而降低，到一定的车速后，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。
2影响碳氢化合物形成的因素
（1）燃烧室内沉积物的影响
发动机使用一段时间后，就会在燃烧室壁面、活塞顶、进排气门上形成沉积物，沉积物具有多孔性和固液多相性，它的生成机理更为复杂。沉积物沉积于间隙中，由于间隙容积的减少，可能使由于狭隙效应而生成的HC排放量下降，但同时又由于间隙尺寸减小而可能使HC排放量增加。这种由燃烧室内沉积物所产生的占排放总量的10%左右。
（2）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。当空然比略大于理论空然比时， 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的排放量增加。
（3）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排放量的绝对值将随着废气流量的变大而几乎呈线性增加。
② 转速的影响。发动机转速对HC排放浓度的影响非常明显。当转速较高时，HC排放浓度明显下降，这是由于气缸内的混合气扰流混合改善了燃料的燃烧过程，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。点火提前角减小，可使HC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。
④ 壁温的影响。燃烧室的壁温直接影响着激冷层的厚度和HC的排气后反应。
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，未燃烃总量必然也增大。降低燃烧室面容比是降低汽油机HC排放的一项重要措施。
3 影响氮氧化物形成的因素
（1）过量空气系数和燃烧室温度的影响
由于过量空气系数 直接影响燃烧时的气体温度和可利用的氧浓度，所以对NOX生成的影响是很大的。当 €%Z小于1时，由于缺氧，即使燃烧室内温度很高，NOX的生成量仍会随着的降低而降低，此时氧浓度起着决定性作用；但当€%Z 大于1时，NOX的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 €%Z≈1.1，且此时也有适量的氧浓度，因此NOX排放浓度出现峰值。如果€%Z 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xi定义为：缸内残余废气质量mi与进气终了气缸内充气质量mc之比：
xi=mi/mc
式中： mc=me+mi+mr，me和mr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，既减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，因此其对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 €%aig的变化趋势。从该图可以看出：随着€%aig 的减小，NO排放量不断下降；当€%aig 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农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。
4 汽油机微粒
汽油机中的排气微粒有三种来源：含铅汽油中的铅、有机微粒（包括炭烟）和来自汽油中的硫所产生的硫酸盐。
车用汽油机用含铅量0.15g/L的含铅汽油运转时，微粒排放量在100～150mg/km范围内，其主要成分为铅化物，铅质量分数占25%～60%，微粒尺寸分布为80%的直径小于0.2m，这种微粒是由排气中的铅盐冷凝生成的。因此，以质量计的排放量在发动机冷起动时较高。目前，由于含铅汽油的淘汰及贵金属三元催化剂的应用，铅微粒当然也不再排放。
硫酸盐排放主要涉及排放系统中有氧化催化剂的车用发动机。汽油中的硫在燃烧中转化为SO2，被排气系统中催化剂氧化成SO3后，与水结合生成硫酸雾。因此，汽油机硫酸盐的排放量直接取决于汽油中的硫含量。
炭烟排放只在使用很浓的混合气时才会遇到，对调整良好的汽油机不是主要问题。
此外当发动机技术状态不良（例如气缸活塞组严重磨损）导致润滑油消耗很大时，会使排气冒蓝烟，这是未燃烧润滑油微粒构成的气溶胶。此时发动机性能明显恶化，需立即检修。
作者简介：张金友， 汽车维修技师， 主讲 ：发动机、底盘、汽车专业英语。