1、四川工业管理职业学院毕业作业（设计）论文题目 浅谈如何有效控制汽油机 CO 排放学生姓名 刘俊 学 号 201111370097 指导教师 左良培 专 业 汽车检测技术与维修 年 级 2011 级 系 部 汽车工程系 四川工业管理职业学院 毕业论文（设计）第 1 页 共 19 页诚信承诺一、 本论文是本人独立完成；二、 本论文没有任何抄袭行为；三、 若有不实，一经查出，请取消本人论文成绩。承诺人：2013 年 月 日四川工业管理职业学院 毕业论文（设计）第 2 页 共 19 页四川工业管理职业学院 毕业作业（设计） 提纲指导教师旁批位置浅谈如何有效控制汽油机 CO 排放刘俊我国已经面临严峻的由
2、于汽车排气污染带来的一系列问题。如何有效的控制盒降低汽油机有害物质的排放已成为决定汽车业发展的重大课题。汽油发动机的理想燃烧是指混合气完全燃烧，汽车的排放物应为二氧化碳（CO 2） 、氮（N 2）和水（H 2O） 。但汽油发动机在实际工作过程中，混合气燃烧往往是不完全的，燃烧生成物除了以上三种之外，还有炭氢化合物（HC） 、一氧化碳（CO） 、氮氧化合物（NO X） 、铅化物以及二氧化硫等，这几种排放物会对大气环境造成污染、对人体造成危害。其中，一氧化碳的危害尤为普遍。因此，要对一氧化碳有一个简单的认识，了解一氧化碳的产生原理及对人体危害、环境的污染。对汽车尾气中一氧化碳的检测及方法要有一定的
3、了解，了解一氧化碳的排放量对于控制尾气排放有帮助。应该对有害气体、物质的排放做好有效的控制措施。例如：大力推广汽油喷射电控系统 ，改善点火系统 ，积极开发分层充气及均质稀燃的新型燃烧系统 ，采用废气再循环控制等等。四川工业管理职业学院 毕业论文（设计）第 3 页 共 19 页指导教师尾批位置：浅谈如何有效控制汽油机 CO 排放摘要：汽油发动机的理想燃烧是指混合气完全燃烧，汽车的排放物应为二氧化碳（CO 2） 、氮（N 2）和水（H 2O） 。但汽油发动机在实际工作过程中，混合气燃烧往往是不完全的，燃烧生成物除了以上三种之外，还有炭氢化合物（HC） 、一氧化碳（CO） 、氮氧化合物（NO X）
4、、铅化物以及二氧化硫等，这几种排放物会对大气环境造成污染、对人体造成危害。因此应该对有害气体、物质的排放做好有效的控制措施。例如：大力推广汽油喷射电控系统 ，改善点火系统 ，积极开发分层充气及均质稀燃的新型燃烧系统 ，采用废气再循环控制等等。汽车产业节能减排现状将大幅度提高，治理尾气排放刻不容缓，为改善日益恶化的人类生存空间，也为了能够拥有一个绿色的家园为后代提供一个更好的生活环境世界各国都在做出不断的努力，治理尾气排放刻不容缓。关键词：一氧化碳 危害认识 检测方法 控制措施四川工业管理职业学院 毕业论文（设计）第 4 页 共 19 页引言目前，世界总石油消耗量 50%的是由汽车消耗，整个运输
5、部门 30%的二氧化碳排放来自于汽车。同时，汽车已成为最大的污染源，大气污染中 43%来自于汽车;在大城市，则有 70%的空气污染来自于汽车。在全球汽车保有量中，汽车发动机车辆的数目远大于柴油机车辆，而一台汽油机的排放问题也严重于柴油机。在我国随着国民经济的不断增长，加之我国广大的消费市场，我国汽车的数量每年都在高速增长。但据世界资源研究所和中国环境检测总站测算，全球 10 个大气污染最严重的城市中，我国就占了 4 个。这样看来，我国已经面临严峻的由于汽车排气污染带来的一系列问题。如何有效的控制盒降低汽油机有害物质的排放已成为决定汽车业发展的重大课题。汽车给人们的工作和生活带来了极大的便利,已
6、成为人类不可或缺的交通运输工具;但是在汽车产业得到高速发展,汽车产量和保有量不断增加的同时,汽车在运行过程中给人们带来了副产品汽车排放物,也带来了越来越严重的大气污染。为了改善人们的居住环境充分利用汽油机排除物。本文着重讨论了汽油机排气排放物的形成机理和设计因素及使用因素的影响并提出控制措施。四川工业管理职业学院 毕业论文（设计）第 5 页 共 19 页目录1 浅谈一氧化碳的产生 .61.1 对一氧化碳的了解 .61.2 一氧化碳的产生 .62 一氧化碳的危害 .72.1 对一氧化碳的危害进行深刻的认识 .72.2 一氧化碳的摄入量对人体的危害 .83 一氧化碳的检测 .93.1 传感器检测
7、.93.2 光谱分析法 .104 一氧化碳的控制 .114.1 汽油机机内净化技术 .114.2 汽油机机外净化技术 .114.3 采用清洁代用燃料 .134.4 稀薄燃烧技术与缸内直接喷射技术 .134.5 燃油控制 .145 对未来汽油机的展望 .15结论 .17四川工业管理职业学院 毕业论文（设计）第 6 页 共 19 页参考文献 .181 浅谈一氧化碳的产生1.1 对一氧化碳的了解一氧化碳（carbon monoxide, CO）纯品为无色、无臭、无刺激性的气体，分子量 28.01，密度 1.250g/l，冰点为-207，沸点-190。在水中的溶解度甚低。空气混合爆炸极限为 12.5%
8、74%。一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，从而引起机体组织出现缺氧，导致人体窒息死亡。因此一氧化碳具有毒性。一氧化碳是无色、无臭、无味的气体，故易于忽略而致中毒。常见于家庭居室通风差的情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井中的一氧化碳吸入而致中毒。物理性质：在通常状况下，一氧化碳是无色、无臭、无味、难溶于水的气体，剧毒，熔点-207，沸点-191.5。标准状况下气体密度为 1.25g/L，和空气密度(标准状况下 1.293g/L）相差很小，这也是容易发生煤气中毒的因素之一。属于中性气体。化学性质有：可燃性和还原性和毒性。一氧化碳分子中碳元素的化合价是+2，能进
9、一步被氧化成+4 价，从而使一氧化碳具有可燃性和还原性，一氧化碳能够在空气中或氧气中燃烧，生成二氧化碳：2CO+O 2=点燃=2CO 21.2 一氧化碳的产生一氧化碳是大气中分布最广和数量最多的污染物，也是燃烧过程中生成的重要污染物之一。大气中的 CO 主要来源是内燃机排气，其次是锅炉中化石燃料的燃烧。一氧化碳是含碳燃料燃烧过程中生成的一种中间产物，最初存在于燃料中的所有碳都将形成 CO。一氧化碳的形成和破坏过程都是受化学反应动力学机理所控制，是碳氢燃料燃烧过程中基本反应之一，它的生成机理为：RH R RO2 RCHO RCO CO 式中 R 为碳氢自由基团。反应中的 RCO 原子团主要通过热
10、分四川工业管理职业学院 毕业论文（设计）第 7 页 共 19 页解生成 CO，也可以氧化碳氢基团 R 后生成 CO。燃烧过程中 CO 氧化成 CO2的速率要比 CO 生成速率低，因此在碳氢化物火焰中 CO 的基本氧化反应为：CO + H2O=高温=CO 2 + H2一氧化碳是不完全燃烧的产物之一。若能组织良好的燃烧过程，即具备充足的氧气、充分的混合，足够高的温度和较长的滞留时间，中间产物一氧化碳最终会燃烧完毕，生成二氧化碳或水。因此，控制一氧化碳的排放不是企图抑制它的形成，而是努力使之完全燃烧。研究表明，碳氢燃料和空气的预混燃烧火焰中，由于一氧化碳的生成速率很快，在火焰区一氧化碳浓度迅速上升到
11、最大值，该最大值通常比反应混合物在绝热燃烧时的平衡值要高，随后一氧化碳浓度缓慢地下降到平衡值。因此，从燃烧设备的排气中检测的一氧化碳含量要比在燃烧室中最大值低，但明显地大于排气状态下平衡值。这表明化学反应动力学控制着一氧化碳的生成和破坏。2 一氧化碳的危害 2.1 对一氧化碳的危害进行深刻的认识一氧化碳(CO)是一种对血液和神经系统毒性很强的污染物。空气中的一氧化碳（CO） ，通过呼吸系统，进入人体血液内，与血液中的血红蛋白（Hemoglobin，Hb） 、肌肉中的肌红蛋白、含二价铁的呼吸酶结合，形成可逆性的结合物。 在正常情况下，经过呼吸系统进入血液的氧，将与血红蛋白（Hb）结合，形成氧血红
12、蛋白（O 2Hb）被输送到机体的各个器官和组织，参与正常的新陈代谢活动。如果空气中的一氧化碳浓度过高，大量的一氧化碳将进入机体血液。进入血液的一氧化碳，优先与血红蛋白（Hb）结合，形成碳氧血红蛋白 （COHb） ，一氧化碳与血红蛋白的结合力比氧与血红蛋白的结合力大200300倍。碳氧血红蛋白 （COHb）的解离速度只是氧血红蛋白（O 2Hb）的1/3600。 一氧化碳与血红蛋白的结合，不仅降低了血球携带氧的能力，而且还抑制、延缓氧血红蛋白（O 2Hb）的解析和释放，导致机体组织因缺氧而坏死，严重者则可能危及人的生命。 此外，机体内的血红蛋白（Hb）的代谢过程，也能产生一氧化碳，形成内源性的碳氧
13、血红蛋白（COHb） 。正常机体内，一般碳氧血红蛋白（COHb）只占0.41.0%，贫血患者则会更高一些。 一氧化碳对机体的危害程度，主要取决于四川工业管理职业学院 毕业论文（设计）第 8 页 共 19 页空气中的一氧化碳的浓度和机体吸收高浓度一氧化碳空气的时间长短。一氧化碳中毒者血液中的碳氧血红蛋白 （COHb）的含量与空气中的一氧化碳的浓度成正比关系，中毒的严重程度则与血液中的碳氧血红蛋白（COHb）含量有直接关系。 2.2 一氧化碳的摄入量对人体的危害心脏和大脑是人的生命最密切的组织和器官，心脏和大脑对机体供氧不足的反应特别敏感。因此，一氧化碳中毒导致的机体组织缺氧，对心脏和大脑的影响最
14、为显著。 空气中的一氧化碳浓度达到 50ppm 时，健康成年人可以承受 8 小时; 达到200ppm 时，健康成年人 2-3 小时后，轻微头痛、乏力;达到 400ppm 时，健康成年人 1-2 小时内前额痛，3 小时后威胁生命; 到 800ppm 时，健康成年人 45 分钟内，眼花、恶心、痉挛，2 小时内失去知觉，2-3 小时内死亡;达到 1600ppm 时，健康成年人 20 分钟内头痛、眼 花、恶心，1 小时内死亡;达到 3200ppm 时，健康成年人 5-10 分钟内头痛、眼花、恶心，25-30 分钟内死亡; 达到 6400ppm 时，健康成年人 1-2 分钟内头痛、眼花、恶心，10-15
15、 分钟死亡; 达到 12800ppm 时，健康成年人 1-3 分钟内死亡。由于一氧化碳在肌肉中的累积效应，即使在停止吸入高浓度的一氧化碳后，在数日之内，人体仍然会感觉到肌肉无力。一氧化碳中毒对大脑皮层的伤害最为严重，常常导致脑组织软化、坏死。 一氧化碳中毒对心脏也能造成严重的伤害。当碳氧血红蛋白（COHb）达到 5%以上时，冠状动脉血流量显著增加；COHb 达到10%时，冠状动脉血流量增加 25%，心肌摄取氧的数量减少，导致某些组织细胞内的氧化酶系统活动停止。一氧化碳中毒还会引起血管内的脂类物质累积量增加，导致动脉硬化症。动脉硬化症患者，更容易出现一氧化碳中毒。2.5%，甚至 1.7%的碳氧血
16、红蛋白（COHb） ，就可能使心绞痛患者的发作时间大大缩短。 人体内正常水平的 COHb 含量为 0.5%左右，安全阈值约为 10%。当 COHb 含量达到 25%30%时，显示中毒症状，几小时后陷入昏迷。当 COHb 含量达到 70%时，即刻死亡。血液中的 COHb 含量达到 30%40% 时，血液呈现樱红色，皮肤、指甲、粘膜及口唇部均有显示。同时，还出现头痛、恶心、呕吐、心悸等症状，甚至突然昏倒。深四川工业管理职业学院 毕业论文（设计）第 9 页 共 19 页度中毒者出现惊厥，脑和肺部出现水肿，心肌受到损害等症状，如不及时抢救，极易导致死亡。 美国卫生部门把碳氧血红蛋白（COHb）不超过
17、2%作为制定空气中的一氧化碳（CO）限值标准的依据。考虑到老人、儿童和心血管疾病患者的安全，我国环境卫生部门规定：空气中的一氧化碳（CO）的日平均浓度不得超过 1毫克/立方米（0.8ppm） ；一次测定最高容许浓度为 3 毫克/立方米（2.4ppm） 。3 一氧化碳的检测3.1 传感器检测3.1.1 一氧化碳传感器一氧化碳气体传感器与报警器配套使用，是报警器中的核心检测元件，它是以定电位电解为基本原理。当一氧化碳扩散到气体传感器时，其输出端产生电流输出，提供给报警器中的采样电路，起着将化学能转化为电能的作用。当气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化，经报警器的中间电路转换放大
18、输出，以驱动不同的执行装置，完成声、光和电等检测与报警功能，与相应的控制装置一同构成了环境检测或监测报警系统。一氧化碳传感器基本工作原理：当一氧化碳气体通过外壳上的气孔经透气膜扩散到工作电极表面上时，在工作电极的催化作用下，一氧化碳气体在工作电极上发生氧化。其化学反应式为：CO+H2OCO 2+2H+2e- 在工作电极上发生氧化反应产生的 H+离子和电子，通过电解液转移到与工作电极保持一定间隔的对电极上，与水中的氧发生还原反应。其化学反应式为：1/2O 2+2H+2e-H 2O 因此，传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。其化学反应式为：2CO+2O 2 2CO 2 这个氧化-还原的可逆反应在工作电极与对电极之间始终发生着，并在电极间产生电位差。但是由于在两个电极上发生的反应都会使电极极化，这使得极间电位难以维持恒定，因而也限制了对一氧化碳浓度可检测的范围。为了维持极间电位的恒定，我们加入了一个参比电极。在三电极电化学气体传感器中，其输出端所反应出的是参比电极和工作电极之间的电位变化,由于参比电极不参与氧化或还原反应，因此它可以使极间的电位维持恒定（即恒电位） ，此时电位的变化就同一氧化碳浓度的变化直接有关。当气体传感器产生输出电流时，其大小与气体的浓度成正比。通过电极引出线用外部电路测量传感器输出电流的大小，便可检测出一氧化
