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摘要：本文首先介绍了汽车上汽油机对大气污染的影响现状，然后介绍了汽油机的有害排放物有哪些并指出了它们的危害，接着讲解了主流汽油机的排放控制装置有哪些，最后总结了全篇文章的作用及意义。
Abstract： This paper first introduces the current situation of the influence of gasoline engine on air pollution， then introduces the harmful emissions of gasoline engine and points out their harm， then explains the emission control device of mainstream gasoline engine， and finally summarizes the function and significance of the whole article.
关键词：汽油机;有害排放物;控制装置
Key words： gasoline engine;hazardous emissions;control device
中图分类号：U464.171 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）14-0044-02
1 汽油机排放的有害物质
汽车汽油机有害排放物主要有尾气排放物、燃油系统蒸发物和噪声。其中尾气排放物，对汽油机主要指CO、HC和NOX;而对柴油机而言，除CO、HC、NOX，以外，还有烟度及微粒。
1.1 一氧化碳（CO）
一氧化碳是汽油机燃料中燃烧不完全的物质，是一种没有颜色没有臭味的产物。它的熔化温度为是-199.0°C，沸腾温度是-191.5°C，点火温度是651.0°C[1]。其和人体血液当中的血红素的结合力与氧气相比较，有300倍之多，所以一旦人体吸入一氧化碳以后，就会导致人体血液运送、吸收氧气的功能受损，从而引发一系列中毒症状，比如头晕、头痛等。最终能够致人于死亡的CO气体的含量是占总气体的0.3%左右。
汽油机排放一氧化碳的最显著因素是由不能够完全燃烧的CH燃料产生的。同样的原因，燃烧当中产生的部分又热又高温的分解反应是同样重要的因素。如果反应的温度到达2000K及其以上的温度度数时，即便是在大于1的过量空气系数气体混合物中反应，反应排放物里面的相对不活跃的二氧化碳和水的分子的一部分，按式（1）通过高温分解反应为一氧化碳、氮氧化合物以及氢、氧、氢氧根等相对活性高的分子，并且在上诉所有分子共同存在的情况下到达一种平衡状态，也就是
由于式（1）的右向热分解反应均为吸热反应，所以燃烧温度越高，热分解度越大，形成CO的可能性也就越大。因此，在控制CO时，有必要相应地控制燃烧温度。
1.2 碳氢化合物（HC）
HC作为反应产生的物質，整体上可分为醛类等含有氧分子的碳氢化合物和不含有氧分子的碳氢化合物两大类。
碳氢化合物在普通阳光照射条件下就能引发光化学反应，产生O3、多环芳香族碳氢化合物等自身保有非常强的氧化性质的产物，从而生成光化学的烟雾。其不但能够使大气能见度降低，使植物受到伤害如橡胶裂开，损害我们的眼睛、喉咙，并且在碳氢产物中的PAH是可以导致癌症的东西[2]，也可生成副产物碳烟。
碳氢化合物生成的最重要因素是有不完全反应产生的碳氢化合物、因为供给燃料的系统发生渗透作用生成的碳氢化合物和汽油从汽油机还未反应就排放出的碳氢化合物等三种。它们三者中引发不完全反应的缘由是汽油机内的O2量供应缺乏、汽油机机体温度很低、形成的汽油和空气的气体不均匀或者是汽油机里面部分位置有过浓的混合气体等。
1.3 氮氧化合物（NOX）
氮氧化合物同样是一种反应排出的物质，一氧化氮、二氧化氮都叫做氮氧化合物。形成的气体中95%左右都是一氧化氮，但反应后面的部分和排出气体的行程中，有小比例的一氧化氮可以发生氧化反应从而生成二氧化氮。
氮氧化合物，很大程度上损害了我们生存的空气、动植物的生活乃至我们自身的体质。一氧化氮如果存在在我们生活的空气当中，它会和臭氧迅速发生氧化反应生成二氧化氮，对我们生存的大气层会产生毁灭性的损害。除了这些，二氧化氮是一种有害的红褐色气体，它存在非常浓烈的异常气味，对于我们的身体器官有着非常重大的损伤。并且，氮氧化合物和碳氢化合物相同都是产生光化学烟雾的主要原因。
2 汽油机的排放控制设备
2.1 催化转化设备
催化转化设备是通过使用催化剂，把汽油机排出产物里面的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物变成对于我们自身来说完全没有危害的产物的一种净化汽油机生成物设备，也可以叫它催化净化转化设备[3]。催化转化设备是在催化剂的作用下通过氧化反应、还原反应、水性气体反应和水蒸气改质反应，将排气中的CO、HC及NOX三种有害气体转换成无害气体CO2、N2、H2和H2O。
依据催化净化转化设备的工作原理，能够分为下面两种设备。
2.1.1氧化催化转化设备 氧化催化转化设备的作用是让废气里面的一氧化碳、碳氢化合物发生氧化反应变成二氧化碳、水蒸气。氧化催化转化设备最重要的原料是钯（Pt）、铂（Pd）之类的贵重金属。氧化HC和CO的条件，是将Pt、Pd独立或二者组合为催化剂。实际使用的Pt/Pd组合之比是在2.3/1附近，一般多使用Pt/Pd之比等于2/1或2.5/1的催化剂[4]。贵金属Pd易受Pb（铅）的侵蚀，而贵金属Pt容易受热劣化。
影响催化反应的基本因素是反应物质的浓度、温度以及空间速度（单位时间内的气体流量）。因此，为了提高反应效率，需要适当控制这些因素。一般催化剂的工作温度为300℃以上[5]，空间速度为每小时数万升以下。作为反应物的浓度，很重要的因素就是氧气的浓度和被氧化物质（CO、HC、H2）浓度之间的平衡关系。因此，让氧化催化转化设备把汽油机产生的碳氢化合物、一氧化碳等生成物进行氧化反应的条件，另外对于尾气处理设备来说，使用催化设备或者是热的排放物转换设备的时候，都应该向汽油机尾气处理系统提供吸入的未经处理的空气，并称之为2次空气。
2次空气的供给方式，分为空气喷射方式和排气管内压力脉动方式两种。其中，排气管内压力脉动方式是采用逆向单向阀通过排气管内的负压直接吸入大气空气的方法。空气喷射方式是利用空气泵按一定压力将一定量的空气喷入排气管内。空气泵是由发动机曲轴驱动的，所以其供给的空气量与发动机转速成正比，而与发动机负荷无关。因此，为了根据发动机不同工况的要求，应控制最适合的2次空气量。为此设置2次空气控制阀两个、溢流阀、单向阀等空气流量控制。2次空气经空气泵滤清器、空气泵、单向阀、空气回流管喷入排气管，或经2次空气控制阀喷入催化转化设备。当所供给的空气过多时，经2次空气控制阀、溢流阀流入空气滤清器并随进气进入气缸。这种2次空气供给方式主要适用于要求2次空气量较多的6缸机以上的大排量發动机。
2.1.2 三元催化转化设备
三元催化转化设备是能同时净化汽车尾气排放中的CO、HC和NOX的后处理设备。可是此三元催化转化设备的实现处理尾气的条件与空气和燃料的比例有关，也就是说产生有价值的处理尾气的结果是在理想空气和燃料的比例变化很小的范围内才可以，因此反应过程中对空气和燃料的比例的把控很严格。由于目前已开发应用催化剂技术和氧传感器以及电控燃料喷射技术，使汽油机使用时的空燃比可严格控制在理论空燃比上，所以目前在汽油机上广泛应用三元催化转化设备。
三元催化转化设备最重要的是由壳体、垫层、载体和催化剂等部分构成的。这里面，催化反应药剂主要包括主催化成分（也称活性成分）和催化反应辅助成分。把催化反应药剂固定的放在载体上面组成催化反应的主要场所。最常见的活性成分包括Rh（铑）、Pd（钯）、Pt（铂）及其他贵重金属，它们的成本很高，但它们也是催化成分里面担当催化目地的最重要的组成部分;可是钯容易受到铅的腐蚀，而且铂在高温条件下非常容易改变自己的性质，因此在现实生活的使用中是把铂和钯同时按比例掺和在一起的。针对汽油机的催化反应药剂，都是在药剂表面上进行催化氧化反应的，因此以提高主活性成分的实际反应程度为目的，都是把镍、铜、钒、铬等不硬的金属当作辅助药剂添加在里面。在催化转化设备中采用催化助剂的目的，是为了改善催化剂的催化性能，提高主催化剂的选择性和耐久性。
具有代表性的催化助剂是二氧化铈，它具有在氧化（稀薄）侧吸藏氧气、在还原（浓）侧放出氧气的特性;还具有扩大高效率净化HC、CO、NOX三成分的空燃比范围的效果。
2.2 降低低温碳氢化合物排放设备
有三元催化转化设备处理完排出的气体之后，汽油机对外产生的碳氢化合物大都是在冷态下产生的温度还没有到达催化药剂能够进行净化之前的。它的净化方式主要有在药剂的作用下进行氧化反应、使催化转化设备提前预热、二次燃烧装置、采用HC捕捉器等[6]。
3 总结
由于我国在发展汽车行业时越来越重视汽车污染物对大气的影响，所以本文主要针对汽油机有害排放物及系统的控制方法进行了详细的分析。指出了现阶段对汽车汽油机排放的有害污染物的成分的研究方向，对怎样控制排放的污染物进行了详细介绍。是汽车汽油机污染物控制在研究领域的改善与进一步探究。
参考文献：
[1]严锐.浅谈汽油机汽车有害排放物降低措施[J].科教文汇（上旬刊），2009（06）：275-276.
[2]戴村供.车用汽油机有害排放物的形成、影响因素及控制探讨[J].中国科技信息，2006（24）：20，22.
[3]黄坚.改善内燃机的燃烧以降低油耗和减少有害物排放的技术措施[J].科技资讯，2006（20）：247-248.
[4]邱先文.降低车用稀燃汽油机有害排放物NOX的排气再循环的研究[D].天津大学，2003.
[5]刁维芹.汽油机有害排放物的形成机理及排气净化措施[J].农业机械，2002（05）：63.
[6]陈家瑞.汽车构造[M].三版.北京：机械工业出版社，2009：197-203.
Abstract： This paper first introduces the current situation of the influence of gasoline engine on air pollution， then introduces the harmful emissions of gasoline engine and points out their harm， then explains the emission control device of mainstream gasoline engine， and finally summarizes the function and significance of the whole article.
关键词：汽油机;有害排放物;控制装置
Key words： gasoline engine;hazardous emissions;control device
中图分类号：U464.171 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）14-0044-02
1 汽油机排放的有害物质
汽车汽油机有害排放物主要有尾气排放物、燃油系统蒸发物和噪声。其中尾气排放物，对汽油机主要指CO、HC和NOX;而对柴油机而言，除CO、HC、NOX，以外，还有烟度及微粒。
1.1 一氧化碳（CO）
一氧化碳是汽油机燃料中燃烧不完全的物质，是一种没有颜色没有臭味的产物。它的熔化温度为是-199.0°C，沸腾温度是-191.5°C，点火温度是651.0°C[1]。其和人体血液当中的血红素的结合力与氧气相比较，有300倍之多，所以一旦人体吸入一氧化碳以后，就会导致人体血液运送、吸收氧气的功能受损，从而引发一系列中毒症状，比如头晕、头痛等。最终能够致人于死亡的CO气体的含量是占总气体的0.3%左右。
汽油机排放一氧化碳的最显著因素是由不能够完全燃烧的CH燃料产生的。同样的原因，燃烧当中产生的部分又热又高温的分解反应是同样重要的因素。如果反应的温度到达2000K及其以上的温度度数时，即便是在大于1的过量空气系数气体混合物中反应，反应排放物里面的相对不活跃的二氧化碳和水的分子的一部分，按式（1）通过高温分解反应为一氧化碳、氮氧化合物以及氢、氧、氢氧根等相对活性高的分子，并且在上诉所有分子共同存在的情况下到达一种平衡状态，也就是
由于式（1）的右向热分解反应均为吸热反应，所以燃烧温度越高，热分解度越大，形成CO的可能性也就越大。因此，在控制CO时，有必要相应地控制燃烧温度。
1.2 碳氢化合物（HC）
HC作为反应产生的物質，整体上可分为醛类等含有氧分子的碳氢化合物和不含有氧分子的碳氢化合物两大类。
碳氢化合物在普通阳光照射条件下就能引发光化学反应，产生O3、多环芳香族碳氢化合物等自身保有非常强的氧化性质的产物，从而生成光化学的烟雾。其不但能够使大气能见度降低，使植物受到伤害如橡胶裂开，损害我们的眼睛、喉咙，并且在碳氢产物中的PAH是可以导致癌症的东西[2]，也可生成副产物碳烟。
碳氢化合物生成的最重要因素是有不完全反应产生的碳氢化合物、因为供给燃料的系统发生渗透作用生成的碳氢化合物和汽油从汽油机还未反应就排放出的碳氢化合物等三种。它们三者中引发不完全反应的缘由是汽油机内的O2量供应缺乏、汽油机机体温度很低、形成的汽油和空气的气体不均匀或者是汽油机里面部分位置有过浓的混合气体等。
1.3 氮氧化合物（NOX）
氮氧化合物同样是一种反应排出的物质，一氧化氮、二氧化氮都叫做氮氧化合物。形成的气体中95%左右都是一氧化氮，但反应后面的部分和排出气体的行程中，有小比例的一氧化氮可以发生氧化反应从而生成二氧化氮。
氮氧化合物，很大程度上损害了我们生存的空气、动植物的生活乃至我们自身的体质。一氧化氮如果存在在我们生活的空气当中，它会和臭氧迅速发生氧化反应生成二氧化氮，对我们生存的大气层会产生毁灭性的损害。除了这些，二氧化氮是一种有害的红褐色气体，它存在非常浓烈的异常气味，对于我们的身体器官有着非常重大的损伤。并且，氮氧化合物和碳氢化合物相同都是产生光化学烟雾的主要原因。
2 汽油机的排放控制设备
2.1 催化转化设备
催化转化设备是通过使用催化剂，把汽油机排出产物里面的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物变成对于我们自身来说完全没有危害的产物的一种净化汽油机生成物设备，也可以叫它催化净化转化设备[3]。催化转化设备是在催化剂的作用下通过氧化反应、还原反应、水性气体反应和水蒸气改质反应，将排气中的CO、HC及NOX三种有害气体转换成无害气体CO2、N2、H2和H2O。
依据催化净化转化设备的工作原理，能够分为下面两种设备。
2.1.1氧化催化转化设备 氧化催化转化设备的作用是让废气里面的一氧化碳、碳氢化合物发生氧化反应变成二氧化碳、水蒸气。氧化催化转化设备最重要的原料是钯（Pt）、铂（Pd）之类的贵重金属。氧化HC和CO的条件，是将Pt、Pd独立或二者组合为催化剂。实际使用的Pt/Pd组合之比是在2.3/1附近，一般多使用Pt/Pd之比等于2/1或2.5/1的催化剂[4]。贵金属Pd易受Pb（铅）的侵蚀，而贵金属Pt容易受热劣化。
影响催化反应的基本因素是反应物质的浓度、温度以及空间速度（单位时间内的气体流量）。因此，为了提高反应效率，需要适当控制这些因素。一般催化剂的工作温度为300℃以上[5]，空间速度为每小时数万升以下。作为反应物的浓度，很重要的因素就是氧气的浓度和被氧化物质（CO、HC、H2）浓度之间的平衡关系。因此，让氧化催化转化设备把汽油机产生的碳氢化合物、一氧化碳等生成物进行氧化反应的条件，另外对于尾气处理设备来说，使用催化设备或者是热的排放物转换设备的时候，都应该向汽油机尾气处理系统提供吸入的未经处理的空气，并称之为2次空气。
2次空气的供给方式，分为空气喷射方式和排气管内压力脉动方式两种。其中，排气管内压力脉动方式是采用逆向单向阀通过排气管内的负压直接吸入大气空气的方法。空气喷射方式是利用空气泵按一定压力将一定量的空气喷入排气管内。空气泵是由发动机曲轴驱动的，所以其供给的空气量与发动机转速成正比，而与发动机负荷无关。因此，为了根据发动机不同工况的要求，应控制最适合的2次空气量。为此设置2次空气控制阀两个、溢流阀、单向阀等空气流量控制。2次空气经空气泵滤清器、空气泵、单向阀、空气回流管喷入排气管，或经2次空气控制阀喷入催化转化设备。当所供给的空气过多时，经2次空气控制阀、溢流阀流入空气滤清器并随进气进入气缸。这种2次空气供给方式主要适用于要求2次空气量较多的6缸机以上的大排量發动机。
2.1.2 三元催化转化设备
三元催化转化设备是能同时净化汽车尾气排放中的CO、HC和NOX的后处理设备。可是此三元催化转化设备的实现处理尾气的条件与空气和燃料的比例有关，也就是说产生有价值的处理尾气的结果是在理想空气和燃料的比例变化很小的范围内才可以，因此反应过程中对空气和燃料的比例的把控很严格。由于目前已开发应用催化剂技术和氧传感器以及电控燃料喷射技术，使汽油机使用时的空燃比可严格控制在理论空燃比上，所以目前在汽油机上广泛应用三元催化转化设备。
三元催化转化设备最重要的是由壳体、垫层、载体和催化剂等部分构成的。这里面，催化反应药剂主要包括主催化成分（也称活性成分）和催化反应辅助成分。把催化反应药剂固定的放在载体上面组成催化反应的主要场所。最常见的活性成分包括Rh（铑）、Pd（钯）、Pt（铂）及其他贵重金属，它们的成本很高，但它们也是催化成分里面担当催化目地的最重要的组成部分;可是钯容易受到铅的腐蚀，而且铂在高温条件下非常容易改变自己的性质，因此在现实生活的使用中是把铂和钯同时按比例掺和在一起的。针对汽油机的催化反应药剂，都是在药剂表面上进行催化氧化反应的，因此以提高主活性成分的实际反应程度为目的，都是把镍、铜、钒、铬等不硬的金属当作辅助药剂添加在里面。在催化转化设备中采用催化助剂的目的，是为了改善催化剂的催化性能，提高主催化剂的选择性和耐久性。
具有代表性的催化助剂是二氧化铈，它具有在氧化（稀薄）侧吸藏氧气、在还原（浓）侧放出氧气的特性;还具有扩大高效率净化HC、CO、NOX三成分的空燃比范围的效果。
2.2 降低低温碳氢化合物排放设备
有三元催化转化设备处理完排出的气体之后，汽油机对外产生的碳氢化合物大都是在冷态下产生的温度还没有到达催化药剂能够进行净化之前的。它的净化方式主要有在药剂的作用下进行氧化反应、使催化转化设备提前预热、二次燃烧装置、采用HC捕捉器等[6]。
3 总结
由于我国在发展汽车行业时越来越重视汽车污染物对大气的影响，所以本文主要针对汽油机有害排放物及系统的控制方法进行了详细的分析。指出了现阶段对汽车汽油机排放的有害污染物的成分的研究方向，对怎样控制排放的污染物进行了详细介绍。是汽车汽油机污染物控制在研究领域的改善与进一步探究。
参考文献：
[1]严锐.浅谈汽油机汽车有害排放物降低措施[J].科教文汇（上旬刊），2009（06）：275-276.
[2]戴村供.车用汽油机有害排放物的形成、影响因素及控制探讨[J].中国科技信息，2006（24）：20，22.
[3]黄坚.改善内燃机的燃烧以降低油耗和减少有害物排放的技术措施[J].科技资讯，2006（20）：247-248.
[4]邱先文.降低车用稀燃汽油机有害排放物NOX的排气再循环的研究[D].天津大学，2003.
[5]刁维芹.汽油机有害排放物的形成机理及排气净化措施[J].农业机械，2002（05）：63.
[6]陈家瑞.汽车构造[M].三版.北京：机械工业出版社，2009：197-203.