汽油机工作原理及污染来源-大气污染控制工程

1.汽油机工作原理

通常使用的汽油发动机为火花点火的四冲程汽油机，如图6-1所示为油机的一个缸体。典型的汽车发动机装有4个缸，6缸和8缸发动机也比较常见。

图6-1　四冲程汽油机缸体结构示意图

1.进气门；2.火花塞；3.排气门；4.缸体；5.活塞；6.活塞销；7.连杆；8.曲轴箱；9.曲轴；10.曲轴柄

汽油机工作过程中，发动机推动活塞做上下往复运动，通过连杆、曲轴柄带动曲轴旋转，向外输出功率。活塞位于最上端时，曲轴角θ=0°，这时活塞的位置叫上止点；活塞位于最下端时，θ=180°，这时活塞的位置叫下止点。火花点火发动机的一个工作循环（也叫奥托循环）包括四个冲程（见图6-2）。

图6-2　四冲程火花点火发动机工作循环示意图

（1）进气冲程。进气冲程开始时，活塞位于上止点，进气门打开，排气门关闭，曲轴旋转带动活塞向下移动，燃烧室容积加大，空气和燃料的混合物通过进气门进入缸体。活塞到达下止点时，进气过程结束。

（2）压缩冲程。进气门和排气门关闭，活塞上移，进入燃烧室的空气和燃料被压缩，在接近上止点时，火花塞点火，使缸内气体燃烧。汽缸总容积Va与燃烧室容积Vc之比，称为压缩比ε

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一般汽油机ε=6～10，而柴油机ε=16～24。

（3）做功冲程。高压燃烧气体推动活塞下移，对外做功。

（4）排气冲程。排气门打开，活塞上升，燃烧后的气体从汽缸中排出。排气冲程结束时，活塞位于上止点，接着进行下一个循环。

2.汽油机的污染来源

汽油机排气中的有害物质是燃烧过程产生的，主要有CO、NOx和HC（包括酚、醛、酸、过氧化物等），以及少量的铅、硫、磷。其中，硫氧化物和含铅化合物排放可以通过降低燃料中的含硫量以及采用无铅汽油来有效控制。目前，排放法规限制的是CO、HC、NOx和柴油车颗粒物4种污染物。

汽油车的曲轴箱通风系统的泄漏会排放一定量的污染物，此外，汽油箱通风、化油器泄漏和其他蒸发过程也会排放一定量的HC化合物。

汽车产生空气污染的根源，在于驱动汽车运动的能量产生过程。虽然1 L汽油约含有3.5×107J的能量，但最终传递到汽车轮胎上的动力，却只是其中很小一部分，60%～70%的能量都转化为热能而被浪费了。通常可以定义发动机的指示热效率ηit为指示功Wi（kJ）与发动机实际所消耗的燃料热量Q1（kJ）之比；而发动机的有效功We（kJ）与所消耗燃料热量Q1（kJ）之比称为有效热效率ηet。设汽车传动系统的机械效率为ηm，则

由此可见，通过提高发动机的热效率或者其他减少汽车发动机燃料消耗的方法（例如减少车辆自重），对于减少汽车污染物排放总量是很重要的。更为关键的是，提高汽车燃料经济性是削减汽车排放温室气体总量的根本措施。