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07第七章内燃机污染物的生成与控制
第七章内燃机污染物的生成与控制
第一节概述
内燃机用碳氢化合物燃料在燃烧室内完全燃烧时，将只产生CO2和H2O，没有其他有害产物。
不过，高速内燃机燃烧过程占有的时间极短，可燃混合气不是完全均匀，燃料的氧化反应不可能完全。
排气中会出现不完全燃烧产物，例如CO和未完全燃烧甚至完全未燃烧的碳氢化合物HC。
在点燃式内燃机中，在某些工况（例如全负荷运转时），为了获得最大功率而不得不用浓混合气，导致CO排放大大增加；为了提高冷起动的可靠性，也得加浓混合气。
内燃机最高燃烧温度达2000℃以上，又使空气中的氮在高温下氧化生成各种氮的氧化物：
压燃式内燃机中，由于可燃混合气是在燃烧前和燃烧中的极短时间内形成的，混合不均匀程度比较严重，在高温高压环境下缺氧的燃油会发生裂解、脱氢，最后生成碳烟粒子。
这些碳烟粒子又吸附了各种各样的末燃烧或不完全燃烧的重质碳氢化合物，称为排气微粒。
此外，燃油中含有的硫使内燃机排放构成酸雨因素之一的SO2和SO3，用含铅汽油的汽油机会排出对神经系统有严重毒性的铅化物。
对大气环境和人类健康影响最大的内燃机排放物是一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物和微粒。
这些污染物对人体的危害简述如下：
（1）一氧化碳COCO是—种无色无味的气体，它和血液中输送氧的载体血红蛋白的亲和力是氧的240倍。
CO与血红蛋白结合生成碳基血红蛋白，就剥夺了血红蛋白对人体组织的供氧能力。
空气中CO的体积分数超过0．1％时．就会导致人体中毒；超过0．3％时，则可在30min内使人致命。
（2）碳氢化合物HCHC包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解和部分氧化产物。
如烷烃、烯烃、芳香烃、醛、酮、酸等数百种成分。
烷烃基本上无味，对人体健康不产生直接影响。
烯烃略带甜味，有麻醉作用，对粘膜有刺激，经代谢转化会变成对基因有毒的氧化衍生物。
烯烃是与氮氧化物一起在太阳光的紫外线作用下形成有毒的“光化烟雾”的罪魁祸首之一。
芳香烃对血液和神经系统有害，特别是多环芳香烃（PAH）及其衍生物有致癌作用。
醛类是刺激性物质，对眼、呼吸道、血液有毒害。
（3）氮氧化物内燃机排放的氮氧化物绝大部分是一氧化氮NO，少量是二氧化氮NO2。
—般用NOx表示。
NO是无色气体，本身毒性不大，但在大气中缓慢氧化成NO2。
NO2呈褐色，具有强烈的刺激味。
对肺和心肌有很强的毒害作用。
NOx是在地面附近形成光化烟雾的主要因素之一。
（4）微粒排气中的微粒是指经空气稀释、温度降到52℃后用涂有聚四氖乙烯的玻璃纤维滤纸收集的除水以外的物质。
柴油机排出的微粒大多小于0.3μm，其主要成分是碳及其吸附的有机物质。
吸附物中有多种PAH，具有不同程度的致癌作用。
为了评定内燃机对环境的污染程度或排放特性，常用下列指标：
（1）排放物体积分数和质量浓度单位排气体积中排放污染物的体积，称为排放物的体积分数，通常以％和10-6（百万分比）表示，质量浓度常用mg／m3等计量。
（2）质量排放量在环境保护实践中，要求对污染物进行总量控制。
因此，作为污染源的内燃机或装内燃机的车辆，要确定运转单位时间、按某标准进行一次测试或车辆按规定的工况组合行驶后折算到单位里程的污染物排放置。
质量排放量用g/h、g／测试或g/km等单位表示。
（3）比排放量内燃机每作单位功所排放的污染物质量，用g／（kW·h）作单位表示，当然可以更客观地评价内燃机的排放性能。
这个指标与燃油消耗率类似，也可以称为污染物排放率。
第二节污染物的生成机理和主要影响因素
一、一氮化碳
CO是碳氢化合物燃料在燃烧过程中生成的重要的中间产物。
控制CO排放量的主要因素是可燃混合气的过量空气系数φa（图7—1）。
在浓混合气中，（φa<1），CO体积分数φco随Φa的减小不断增加；在稀混合气中（Φa＞1），φco很低，只是在Φa＝1.0—1.1之间，CO随Φa略微变化。
点燃式内燃机部分负荷运转时，混合气的Φa接近l，CO排放量不高。
但多缸机如各缸Φa不同．仍会有的气缸Φa＜1，增加CO排放量。
全负荷运转特别是冷起动时，混合气是浓的，Φa可小到0.8甚至更低，CO排放量很大。
发动机加速时如果加浓过多，或者减速时不断油，即在瞬态运转工况下供油量控制不精确，会导致CO排放量剧增。
柴油机总是在稀混合气下运转（指平均过量空气系数大于1），CO排放量要比点燃机低得多，只有在负荷很大接近冒烟界限时才急剧增加（图7—2）。
二、未燃碳氢化合物
点燃式内燃机未燃HC的生成与排放有三个渠道：
1）在气缸内的燃烧过程中生成并随排气排出。
在二冲程汽油机中，由于用汽油空气混合气对气缸扫气，部分混合气通过气缸直接进入排气，导致未燃HC排放量比四冲程汽油机大好几倍。
增压四冲程汽油机的HC排放量中有一部分也来源于气门叠开时的扫气。
2）从燃烧室通过活塞与气缸之间的各间隙漏人曲轴箱的窜气，含有大量HC，如果排入大气也构成HC排放物（称为曲轴箱排放物）。
3）从发动机和汽车的燃油系统，即汽油箱、化油器等处蒸发的汽油蒸气，如果排入大气同样构成HC排放物（称为蒸发排放物）。
柴油机排故的未燃HC则完全由燃烧过程产生。
下面简述内燃机燃烧排放HC的机理。
（一）点燃式内燃机
汽油与空气的均匀混合气在过量空气系数Φa=1时燃烧时，根据化学反应动力学，基本上不产生未燃HC，但实际发动机中不是这样（图7—3）。
即使Φa=1，φHc也有相当大的数值，并随Φa的减小而迅速增加。
当混合气过稀，由于燃烧恶化，甚至有些循环缺火会使HC急剧增加，只有采取特殊措施（如组织快燃）才可能缓和这种趋势。
均匀混合气生成未燃HC有下述多种机理。
1．冷激效应
燃烧室壁面对火焰的迅速冷却（称为冷激或淬冷）使火焰中产生的活性自由基复合，燃烧链反应中断，使化学反应缓慢或停止。
结果，火焰不能一直传播到缸壁表面，在表面上留下一薄层未燃烧的或不完全燃烧的混合气。
冷激效应造成的火焰淬熄层厚度在0.05—0.4mm间变动，小负荷时较厚。
不过在正常运转工况下，冷激层中的未燃HC在火焰掠过后会扩散到已燃气体主流中，在缸内已基本被氧化，只有极少一部分成为未燃HC排放。
但在冷起动、暖机和怠速工况时．因燃烧室壁温较低，形成淬熄层较厚，同时已燃气体温度较低及较浓的混合气使后期氧化作用较弱，因此壁面冷激是此类工况未燃HC的重要来源。
狭隙效应是冷激效应的主要表现。
汽油机燃烧室中各种狭窄的缝隙，例如活塞、活塞环与气缸壁之间的间隙，火花塞中心电极周围、进排气门头部周围以及气缸盖衬垫气缸扎边缘等地方，由于面容比很大，壁面的冷激作用特别强烈，火焰根本不能在其中传播，从而使在压力升高的压缩、燃烧过程中被挤入狭隙内的未燃混合气错过主要燃烧过程，在压力降低的膨胀、排气过程又返回气缸内温度已较低的已燃气体中，部分被氧化，其余以未燃HC形式排出。
虽然缝隙容积较小，仅因其中气体压力高，温度低，密度大，流回气缸时温度已下降，氧化比例小，所以能生成相当多的HC排放，据研究可占总量的50％—70％。
2．油膜和沉积物吸附
在进气和压缩过程中，气缸套壁面和活塞顶面上的润滑油膜会吸附未燃混合气的燃油蒸气，随后当混合气中燃油浓度由于燃烧而降到零时，油膜就释放出油气。
由于释放时刻较迟，这部分油气只有少部分被氧化。
据研究，这种机理产生的HC占总量的25％—30％。
在燃烧室壁面和进、排气门上生成的多孔性含碳沉积物也会吸附燃料及其蒸气，并通过后期释放造成HC排放，这部分约占总量的10％左右。
3．容积淬熄
在冷起动和暖机工况下，因发动机温度较低致使燃油雾化、蒸发和混合气形成变差。
从而导致燃烧变慢或不稳定，有可能使火焰在到达壁面前因膨胀使缸内气体温度和压力下降造成可燃混合气大容积淬熄，使HC排放激增。
这种情况在混合气过稀或过浓时，或排气再循环率大时，或怠速和小负荷工况下发生。
加、减速瞬态工况更易发生容积淬熄，使HC排放量大增。
4．碳氢化合物的后期氧化
错过发动机主要燃烧过程的碳氢化合物，会重新扩散到高温的已燃气体主流中，很快被氧化，至少是部分被氧化。
所以，排放的HC是未燃的燃油及其部分氧化产物的混合物。
前者大约要占40％左右。
碳氢化合物也在排气管路中被氧化，占离开气缸的碳氢化合物的万分之几到40％。
发动机产生最高排气温度（Φa=1的混合气，高转速，迟点火，大负荷）和最长停留时间（低转速）的运转工况，使HC排放降低最多。
推迟点火提高排气温度，将有利于HC后期氧化。
促进这种后期氧化的另一途径是降低排气歧管处的热损失，如增大横断面积，对壁面进行绝热（例如用陶瓷涂层）等。
（二）柴油机
由于柴油机的工作原理是喷油压燃，燃油停留在燃烧室中的时间比汽油机短很多．因而受壁面冷激效应、狭隙效应、油膜吸附、沉积物吸附作用很小。
这是柴油机HC排放较低的原因
柴油机燃烧室小由喷油器喷入的柴油与空气形成的混合气可能太稀或太浓，使柴油不能自燃．或火焰不能传播。
如在喷油初期的滞燃期内，可能因为油气混合太快使混合气过稀，造成未燃HC。
在喷油后期的高温燃气气氛中，可能因为油气混合不足使混合气过浓，或者由于燃烧淬熄产生不完全燃烧产物随排气排出，但这时较重的HC多被碳烟微粒吸附，构成微粒的一部分。
因此，柴油机未燃HC的排放主要来自柴油喷注的外缘混合过度造成的过稀混合气地区，结果造成柴油机怠速或小负荷运转时的HC排放高于全负荷工况（参见图7—2）。
这里还要专门讨论一下喷油器的残油腔容积对HC排放的影响，该容积是指喷油器嘴部针阀座下游的压力室容积，加上各喷油孔道的容积（详见图7—31）。
在喷油结束时，这个容积仍充满柴油。
在燃烧后期和膨胀初期，这部分被加热的柴油部分汽化，并以液态或气态低速穿过喷嘴孔进入气缸，缓慢地与空气混合，从而错过主要燃烧期。
研究证明，残油腔容积中的柴油大概有1／5左右以未燃HC的形式排出。
这是因为一部分较重的HC仍留在喷嘴中，而有些离开的柴油发生了氧化（后燃）。
最后应该指出，与点燃式内燃机一样，火焰在壁面上淬熄也是柴油机HC排放的一个来源，它取决于柴油喷注与燃烧室壁面的碰撞情况。
采用油膜蒸发混合的柴油机，尽管在特定工况下有较好的性能，但在冷起动时，大且未燃HC以微粒状排出，排气冒“白烟”，因此已基本被淘汰。
三、氮氯化物
内燃机排故的氯氧化物NOx主要是一氧化氮NO。
NO的主要来源是参与燃烧的串气中的氮。
汽油和轻柴油本身含氯很少，不足以产生显著的NOx排放。
只有重质燃料可能台有千分之几（质量分数）的氯。
可能在排气中排放一小部分“燃油NO”。
从大气氮生成NO的化学机理是泽耳多维奇（Zeldovitch）机理。
在化学当量混合比（Φa＝1）附近，导致生成和消失NO的主要反应为：
上面最后—个反应主要发生在非常浓的混合气中。
由于NO的生成反应比燃烧反应慢，所以只有很少一部分NO产生于很薄（≈0.1mm）的火焰反应带中，大部分NO在离开火炽的燃气中生成。
NO的生成强烈地依赖温度。
化学动力学研究表明，当反应物温度从2500K提高到2600K时，NO的生成速率几乎翻一番。
氧浓度提高也使NO生成量增加。
化学平行计算表明，在一般火焰温度下，已燃气中NO2的体积分数与NO相比应可忽略不计。
在点燃式内燃机中，当Φa＝1．15时，比值NO2/NOx不超过2％。
柴油机在大部分工况下，这个比值在0．1以下，但在小负荷下此比值最高可达0．3左右c事实上．火焰中生成的NO可以通过反应
迅速转变为NO2，但NOx又会通过反应
重新变为NO，除非在火焰中生成的NO2通过与较冷的气体混合而冻结。
因此，汽油机长期怠速运转产生相对较多的NO2，小负荷的柴油机也是这样。
（一）点燃式内燃机
控制点燃式内燃机NO排放量的主要因素是空燃比、缸内未燃混合气中已燃气的分量以及点火定时。
1．空燃比的影响
图7-3已表示了过星空气系数Φa的变化对NO排放星的影响。
已燃气体的最高温度对应Φa≈0．9的略浓混合气。
不过这时氧浓度低．抑制厂NO的生成。
当Φa提高时，氧增加的效果抵消燃气温度下降使NO生成减少而有余。
因此，NO排放量峰值出现在Φa≈1.1左右的略稀混合气中。
如果Φa进—步增加，温度下降的效果占优势，导致NO下降。
2．已燃气体量的影响
点燃式内燃机燃烧前，燃烧室中的混合气由空气、已蒸发的燃油蒸气和已燃气组成。
后者是前一循环留下的残余废气，或加上采用排气再循环（ExhaustGasRecalculation简称EGR）时回流的废气。
引人进气管的废气可大大增加新鲜混合气中的已燃气比例。
当已燃气比例增大时，一方面减少可燃气的发热量，另一方面增大了混合气的热容，均使最高燃烧温度下降，从而使NO2排放下降。
图7—4表示三种空燃比α下再循环废气量与气缸总充量的质量比率（EGR率）对排气中NO体积分数φNO的影响。
图7—5表示发动机负荷和EGR率对NOx排放的影响。
可见，当EGR率达到发动机部分负荷下的最大允许值15％一20％时，NOx排放显著下降。
不过，过分稀释新鲜可燃气使燃烧恶化，导致缓慢燃烧、不完全燃烧甚至缺火（图7—6）、循环变动增加和HC排放增加。
为了保证油耗低，应在过量空气系数Φa≈1的条件下用燃烧品质允许的最大EGR率获得尽可能低的NOx排放。
3．点火定时的影响
点火定时强烈影响点燃式内燃机的NOx排放量。
推迟点火、降低最高燃烧温度并缩短己燃气停留在高温下的时间，可减少NOx排放。
图7—7表示不同空燃比下的φNO随点火提前角的变化情况。
试验表明，在常用转速和负荷工况下，减小点火提前角（θig）1°（CA），可以在输出功率不变的条件下削减NOx排放量2％一3％。
用欧洲测试排放的标准循环测试时，θig每变动1°（CA），NOx变化0．3g／测试。
推迟点火、提高排气温度，也有利于HC的后氧化，但有损发动机的燃油消耗率和比功率。
（二）柴油机
与点燃式内燃机的情况—样，柴油机气缸内达到的最高燃烧温度也控制NOx生成在燃烧过程中。
最先燃烧的混合气比例（预混合燃烧比例）对NOx的生成有很大影响。
研究表明，柴油机几乎所有NOx都是在燃烧开始后20°（CA）内生成的。
喷油较迟时φNO较低，因为最高燃烧温度较低。
推迟喷油是降低柴油机NOx排放的简便有效的办法，但代价是燃油消耗率有所提高，排气烟度增大。
与点燃式内燃机一样，燃烧的稀释剂（例如再循环的废气）也能降低柴油机已燃气体的温度．从而减小NO的排放量。
四、微粒
在点燃式内燃机中，含铅汽油的铅和汽油中硫造成的硫酸盐，是排气微粒的主要成分。
用含铅0．15g/L的汽油时．会排放微粒100一150mg／km，其中一半左右是铅。
如果用无铅汽油，加
上汽油含硫量一般都很低，可以认为点燃式内燃机基本上不排放微粒。
柴油机的微粒排放量要比汽油机大几十倍。
这种微粒由在燃烧时生成的含碳粒子（碳烟）及其表面上吸附的多种有机物组成，后者称为有机可溶成分（SOF）。
碳烟生成的条件是高温和缺氧。
由于柴油机混合气极不均匀，尽管总体是富氧燃烧，但局部的缺氧还是导致碳烟的生成。
一般认为碳烟形成的过程如下：
燃油中烃分子在高温缺氧的条件下发生部分氧化和热裂解，生成各种不饱和烃类，如乙烯、乙烯及其较高的同系物和多环芳香烃。
它们不断脱氢、聚合成以碳为主的直径2nm左右的碳烟核心。
气相的烃和其他物质在这个碳烟核心表面的凝聚，以及碳烟核心互相碰撞发生凝聚，使碳烟核心增大，成为直径20—30nm的碳烟基元。
最后，碳烟基元经过聚集作用堆积成直径1μm以下的球团状或链状的聚集物。
图7—8表示一些碳氢化合物如乙烯、丙烷、甲苯等在实验室燃烧器条件下预混合火焰中生成碳烟的温度和过量空气系数条件。
组成柴油的各种烃生成碳烟的条件基本上也都在这个范围内。
由图可见，碳烟生成数量随Φa降低而增加。
温度对碳烟生成数量的影响，则在1600一1700K之间达到最大值。
压力对碳烟生成条件影响很小，但碳烟生成数量随压力提高而增加。
图7-9表示了柴油机碳烟生成的温度和Φa条件，以及柴油机上止点附近各种Φa的混合气在燃烧前后的温度。
可见，Φa＜0．5的混合气，燃烧以后必定产生碳烟。
在图7-9a右上角上也标出了在各种温度和Φa下燃烧0．5ms后的φNOx。
要使燃烧后碳烟和NOx很少，混合气的Φa应在0．6—0．9之间。
空气过多则NOx增加，空气过少则碳烟增加。
柴油机混合气在预混合燃烧中的状态变化见图7—9a上的箭头方向。
在预混合燃烧中，由于燃油分布不均匀，既生成碳烟，也生成NOx，只有很少部分燃油Φa=0．6—0．9，不产生碳烟和NOx。
所以，为降低柴油机污染物排故，应缩短滞燃期和控制滞燃期内的喷油量，使尽可能多的混合气的Φa控制在0．6一0．9之间。
扩散燃烧中混合气的状态变化见图7-9b上的箭头方向。
曲线上的数字表示燃油进入气缸时所直接接触的缸内混合气的Φa。
从图上可以看出，喷入Φa＜4．0的混合气区的燃油都会生成碳烟。
在温度低于碳烟生成温度的过浓混合气中，将生成不完全燃烧的浓态HC。
为减少扩散燃烧中生成的碳烟，应避免燃油与高温缺氧的燃气混合。
强烈的气流运动及燃油的高压喷射都有助于燃油与空气的混合。
喷油结束后，燃气和空气进一步混合，其状态变化如图7—9b上的虚线箭头所示。
在燃烧过程中，已生成的碳烟也同时被氧化。
图7—9b的右上角表示了直径0．04μm的碳烟粒子在各种温度和Φa条件下被完全氧化所需要的时间τ。
可见，这种碳烟在0．4一1．0ms之间被氧化的条件与图7—9a右上角表示的大量生成NOx的条件基本相向。
可见，加速碳烟氧化的措施，往往同时带来NOx的增加。
因此，为了同时降低NOx的排放。
控制碳烟排放应着重控制碳烟的生成。
第三节内燃机的排放特性
一．点燃式内燃机
1．稳定运转状态
在稳定运转状态下，各种污染物排放量随发动机主要运转参数即转速n和平均有效压力Pme的变化称为发动机的排放特性。
图7—10是一台具有代表性的2L排量4气门车用汽油机的CO、HC和NO2排放特性图。
该机在常用的部分负荷区，为了满足三效催化剂的要求（参见后面第五节），将φa控制在1．0左右，所以CO排放较低。
在大负荷工况，为了达到较高的转矩，φa＜1，因此在这个区域CO排放高，NOx排放较低。
2．瞬态运转状态
车用内燃机在实际使用中常出现瞬态运转状态，例如起动、加速、减速等工况。
转速和负荷不断变化，零部件的温度以及工作循环参数不断变化。
所以，这时内燃机排放量与稳定工况往往有很大不同。
（1）冷起动汽油机冷起动时，由于进气系统和气缸温度很低，汽油蒸发不好，较多的汽油沉积在进气管壁上，流速低造成油气混合不好，因此需要增加供油量，以使使汽油机能正常起动。
汽油机冷起动时混合气的φa＜1。
混合气中的汽油以部分蒸气状态、部分液体状态进入气缸。
很浓的混合气导致较高的CO排放。
部分液态汽油在燃烧结束后从壁面上蒸发，没有完全燃烧就被排出气缸，造成HC的大量排放。
由于温度低及混合气过浓．冷起动时的NOx排放置很低。
（2）暖机过程汽油机起动以后，冷却系和润滑系以及主要零部件仍未达到正常的温度水平．需要一个暖机过程。
这时仍需要φa＜1的浓混合气，以弥补燃油在气缸壁和进气管壁上的冷凝。
这时CO和HC的排放仍然很高，NOx的排放随着温度的提高逐渐增大。
（3）加速加速工况下，用化油器的汽油机这时往往供给很浓的混合气，造成较高的CO和HC排放。
汽油喷射的汽油机不产生过浓的混合气，其排放值与相应的各稳定工况点相似。
图7—11表示这两种汽油机在加速过程中排气中φco的变化历
程。
（4）减速车用汽油机减速工况就是节气门关闭处于怠速状态，发动机由汽车反拖，在较高转速下空转。
化油器式发动机如果没有特殊措施，将由于进气管中突然的高真空状态，使进气管壁上的液态燃油蒸发，形成过浓混合气而造成较高的HC和CO排放（图7—12）。
汽油喷射式发动机在减速时不再供油，且进气管中液态油膜少。
因此排放污染物较少。
化油器在减速时不再供油，情况也有改善。
二、柴油机
1．稳定运转状态
图7—13是一台具有代表性的1．9L排量2气门涡轮增压中冷直接喷射式车用柴油机的CO、HC、NOx和烟度的排放特性图。
2．瞬态运转状态
柴油机冷起动时，燃油喷注中有部分燃油以液态分布在燃烧室壁上。
在燃油自燃之前，喷入缸内的燃油就会以未燃HC形式直接排出气缸。
喷入燃油开始燃烧以后，吸附在壁面上的燃油也不能完全燃烧，有一部分在蒸发后被排出。
柴油冷起动时排放的高浓度HC表现为白烟。
加速过程对柴油机工作过程的影响小于汽油机，非增压柴油机的正常加速几乎是各稳定工况点的连续。
涡轮增压柴油机突加负荷时，涡轮增压器需要一段时间，才能达到高负荷所对应的增压器转速和增压压力。
如果未采取专门措施，增压柴油机常会加速冒黑烟。
柴油机减速时不喷油或只喷怠速所需的油量，排放问题不大。
三、汽油机与柴油机排放及其耐久特性的比较
图7-14是车用汽油机与车用柴油机的CO、HC和NOx比排放置随平均有效压力Pme的变化关系的比较。
可见汽油机的污染物排放量都比柴油机高，尤以CO差别最大，因为汽油机在大负荷时用浓混合气运转，导致CO排放置成倍增加。
汽油机与柴油机在大负荷下的NOx排放量在差不多的范围内变化。
内燃机零部件的老化、变质和磨损都会引起其排放特性的变化，例如排气催化转化器和空燃比传感器的化学和热老化，供油系和点火系功能的老化，使用、保养和维修不当等。
大量在用车的实测和统计结果得出汽车发动机排放的耐久特性如图7—15所示。
可见，带有空燃比调节的排气催化转换器的现代车用汽油机，在运行8万km以后，各种污染物排放量平均增加在一倍以上。
柴油机的排放随运行时间变化较小，有较好的排放耐久特性。
第四节内燃机的排放控制
一、点燃式内燃机
（—）曲轴箱排放物控制系统
汽油机运转时。
燃烧室中的高压可燃混合气和已燃气体，或多或少会通过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱。
为防止曲轴箱压力过高，早期内燃机一般都通过机油加油口让曲轴箱与大气相通而进行“呼吸”。
但因为曲轴箱的窜气中含有大量未燃碳氢化合物及其不完全燃烧产物，排入大气会引起污染。
为了防止曲轴箱排放物的危害，世界各国的车用汽油机从1963年起先后采用曲轴箱强制通风装置，图7—16表示一个实例。
在①管中装有闭式呼吸口6，它与空气滤清器1的净气室连通，新鲜空气经空气滤清器后引入曲轴箱，和箱内的窜气混合，经气缸盖罩通入④管，通过计量阀3控制后，吸入进气管4，从而实现窜气的再燃烧。
曲轴箱强制通风计量阀（又称PCV阀）实际上是一个流通断面随阀两端压差变化而变化的单向阀（图7-17）。
它根据弹簧力和进气管真空度的平衡情况开闭气体通路。
进气管真空度大时．就把阀芯吸向右方（图7—17a），气体流通断面变小，反之则变大，不过到阀芯接近全闭时，由于左侧阀座的作用又变小。
—个典型的PCV阀的流量随进气管真空度变化的特性如图7-18所示。
为特定发动机选配PCV阀时，可改变阀芯的弹簧特性来适应发动机的窜气量。
曲轴箱强制通风系统现已成为排放法规规定的汽油机必须采用的系统，该系统应保证曲轴箱中的压力永远不超过大气压力。
（二）蒸发排放物控制系统
车用汽油机化油器在发动机工作对受热严重，温度较高，如在这样的情况下停车，化油器浮子室中的汽油大量蒸发，流入进气管并通过空气滤清器流入大气，这部分HC排放称为热浸损失。
汽油箱中的汽油由于昼夜温度变化造成油箱呼吸（换气）现象，使油箱内汽油蒸气流出箱外，这部分HC排放称为昼夜损失。
这种热浸损失与昼夜损失数量不小（图7—19），占汽油机HC总排放量的20％左右（图7—20）。
为了防止汽油机排放的燃油蒸气扩散到空气中，常用活性炭罐作为汽油蒸气的暂存空间，实现对汽油蒸发排放物的控制。
当发动机不运转时，来自化油器、燃油箱的汽油蒸
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