机动车尾气的综合治理技术
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汽车及其他机动车排放的污染物与燃料性质和燃烧方式有关。对于预混燃烧的点燃式汽油发动机主要是NOx、CO和碳氢化合物HC，而采用扩散燃烧的压燃式柴油发动机还会产生碳烟及颗粒物等。NOx是高温燃烧时的热力型，CO、HC和碳烟则是因燃烧不完全所产生。
影响污染物产生的最重要因素是燃烧时的燃空当量比φ(实际油气比/理论油气比)，汽油内燃机中NO，CO和HC的浓度与φ的变化关系如右图所示。发动机在接近理论空燃比或略富燃料条件下，才能保证平稳可靠。虽然污染物随着混气变贫而减少，但当空燃比约大于17时，过贫的混气就不易着火，影响发动机的稳定工作，并使大量燃料未经排放，则未燃HC急剧增大。在富燃料条件下，由于缺氧，NO减少而CO和HC增加。一般，巡航状态下采用较贫混气燃烧，则NO适中，HC和CO较少；冷发动机起动时，因系统温度低必须增加供油量，处于富燃状态，致使CO和HC浓度增大；发动机达到最大功率时在理论空燃比下工作，此时NO浓度有最大值。可见，机动车尾气的排放控制十分复杂和困难，主要是通过控制燃烧、改进发动机和尾气净化等技术来解决。
1 . 分层燃烧
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分层燃烧的实质是采用上述的浓淡燃烧原理，其基本结构如右图所示的直接喷射（如德士古公司TCP系统，福特公司PROCO系统）和副燃烧室（如本田公司CVCC系统，大众公司PCI系统）两种型式。图中(a)是依靠进气涡流或采用机械方式，使进入气缸内的混合气实现浓度的依次分层；图中(b)则是设置预燃室达到分层进气目的。在燃烧室内，空燃比为12～13.5易于点燃的浓混合气聚积在火花塞周围，以确保可靠的着火条件，而其余大部分区域充满稀混合气，使总的平均空燃比保持在18以上。汽油机工作时，火花塞首先点燃浓混合气，然后利用燃烧后产生的高温、高压和气流运动，使火焰迅即向稀混合气区域传播和扩散，从而保证稳定的燃烧。
由于采取缺氧的过浓燃烧和大空气量的过稀燃烧，分层燃烧降低了燃烧温度，使得NOx降低。贫燃区域氧量充分、混合良好，使得CO减少，HC的排放被抑制。为了进一步降低污染物的排放，分层燃烧系统通常与废气再循环和尾气净化装置配合使用。
2 . 稀混合气燃烧技术
该技术用于现有汽油机的改造。它对原燃烧室的结构略作变动，改善混合气的形成和分配，实现平均空燃比在20以上的稀混合气的稳定燃烧，从而提高发动机的经济性和减少排污。一种方法是在气缸盖上增设副室，火花塞位于主燃烧室和副室的连接通道处，压缩过程中的均匀稀混合气从主燃烧室进入副室，在那里燃烧后再以火焰喷流形式喷向主燃烧室。另一种方法是在一个燃烧室内设置两个火花塞，同时点火使其燃烧，增大整体燃烧速率。
3．控制燃烧的其他技术
控制燃烧条件的措施还有：①采用汽油喷射技术。采用喷射供油方式，尤其是电控喷射系统，可以按照发动机的运转工况精确控制混合气的空燃比，以实现发动机的低排放水平。②改进点火系统。延长火花持续时间或采用高能点火系统，增大点火能量，则可扩大着火范围以实现稀混合气稳定燃烧，有利于减少CO和HC的排放。③废气再循环。将一部分废气从排气管引入进气系统，可以降低燃烧温度，有效抑制NOx的生成。废气再循环率一般应小于(20～25)％，否则汽油机的工作性能会急剧恶化。
4．尾气净化
由于燃料燃烧条件随汽车行驶状态的变化很大，为保证汽油机高效稳定的工作，一般都离不开对尾气的净化。尾气净化的方法有：
（1）空气喷射。在排气门出口注入新鲜空气，使高温尾气中的CO和HC与空气混合而被燃烧净化。喷射的空气要适量，与混合气的浓度有关，过多会使排气冷却降温，达不到净化效果。此方法常与下面两种方法结合使用。
（2）热反应器。这是一个设置在排气管出口上促进氧化反应的绝热装置。尾气进入热反应器后，在充分有氧条件下，CO和HC生成CO2和H2O。温度在600℃以上时，净化效率很高。此方法可直接用于稀混合气。在浓混合气的条件下，向排气口喷入二次空气，可以进一步提高热反应器的净化效率。
(3)催化反应器。在有氧条件下，氧化催化反应器可以使排气中的CO及HC在较低温度(约300℃)时进行快速的氧化反应：
HC＋O2→CO2＋H2O
2CO＋O2→2CO2
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催化反应工艺如图所示。氧化催化剂一般采用以AlO3为载体的铂、钯等贵金属或其氧化物，它不能使NOx减少，因此一般发动机在过富或过贫的空燃比条件下工作以抑制NOx的生成。贫燃条件下，排气中一般都有剩余的氧气，只需供给少量空气即可；富燃条件时，必须向排气喷入二次空气，以保证反应顺利进行。由于上述反应为放热反应，催化剂一般采用以Al2O3为载体的铂、钯等贵金属或其氧化物。当温度超过400℃时，该装置对HC和CO的净化效率可达95％～98％。但在温度低于250～300℃时，催化剂的转换效率急剧下降。
采用三元催化反应器可以对汽油机排气中的CO，HC及NOx进行综合处理。催化剂的活性成分为铑和铂，铑对NOx的还原性能最高，而铂则对CO和HC的氧化活性好。因此，铂－铑系催化剂同时具有氧化和还原作用，可以使排气中的CO和HC作为还原剂使NOx还原成N2，其本身氧化为CO2和H2O：
4NO＋CH4→2N2＋CO2＋2H2O
2NO＋2CO→2CO2＋N2
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三元催化反应器的净化效率与空燃比密切相关，右图所示。由图可见，当空燃比处于富燃料时，HC和CO净化效率变差，而当空燃比处于贫燃料时，则NO净化效率下降。因此，为了能同时高效净化三个成分，空燃比的允许范围较窄，要求精确控制在±0.25左右，如果配备电控燃料喷射可获得最佳的净化效果。该装置净化效果及经济性较好，但成本较高，精密控制空燃比的方法还需深入研究。
柴油机一般采用选择性催化还原系统(SCR)降低NOx。将适量的浓度为40％的尿素水溶液喷入排气管的催化反应器中，与NOx反应生成H2O和N2。在最佳反应温度300～450℃时，SCR系统可使颗粒减少50％，NOx降低(90～95)％。
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