汽車尾氣影響及其控制措施淺談

1、汽車尾氣影響及其控制措施淺談、我國(guó)汽車尾氣的現(xiàn)狀隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們物質(zhì)生活水平的提高，每年的機(jī)動(dòng)車保有量都在大幅度增長(zhǎng)。根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)日前公布的數(shù)據(jù)顯示，截止到2015年14月，我國(guó)汽車產(chǎn)銷分別為828.08萬(wàn)輛和814.48萬(wàn)輛，與上一年度同期相 比分別增長(zhǎng)了 4.1%和2.8%，全國(guó)的汽車保有量已經(jīng)突破了1.63億輛，保有量已經(jīng)僅次于美國(guó)，成為全球第二1】。當(dāng)我們通往目的地的道路上，總會(huì)或乘坐或 看到許許多多包括轎車、貨車、客車以及摩托車等各式各樣的交通工具，它們帶 給了我們便捷，減少了路途中不必要時(shí)間的浪費(fèi)。 但與此同時(shí)，在車水馬龍的街 頭，我們又會(huì)看到一股股白色、褐色

2、、黑色等顏色煙氣從一輛輛機(jī)動(dòng)車尾部噴出， 這就是通常所說(shuō)的汽車尾氣。這類氣體排放物不僅氣昧怪異，而且嚴(yán)重影響人身體健康。在車輛不多的情況下，大氣的自凈能力尚能化解汽車排出的毒素”但隨著汽車數(shù)量的急劇增加，交通堵塞成了家常便飯，汽車本應(yīng)具備的便捷、舒適、汽車災(zāi)難”已然形成。高效的優(yōu)勢(shì)逐漸被車輛巨大的數(shù)量及其尾氣污染所抵消，據(jù)2015年中國(guó)機(jī)動(dòng)車污染防治年報(bào)顯示，2014年全國(guó)范圍內(nèi)機(jī)動(dòng)車尾氣達(dá) 4547.3萬(wàn)噸，其中一氧化碳 3433.7萬(wàn)噸，氮氧化合物627.8萬(wàn)噸，碳?xì)浠衔?428.4萬(wàn)噸，顆粒物57.4萬(wàn)噸。這就是便捷的代價(jià)。、汽車尾氣污染物形成機(jī)制科學(xué)分析表明，尾氣中含有上百種不同的化

3、合物，其中的污染物主要有一氧 化碳、氮氧化合物、碳?xì)浠衔?、顆粒物、二氧化碳、鉛及硫氧化合物等切。（一）一氧化碳的形成一氧化碳是燃燒不充分所致，是氧氣不足而生成的中間產(chǎn)物。燃?xì)庵械难鯕?量充足時(shí)，理論上燃料燃燒后不會(huì)存在 CO;但當(dāng)氧氣量不足時(shí)，就會(huì)有部分燃 料不能完全燃燒，而生成 CO。反應(yīng)式如下:? ?+ -? ?-?（1）對(duì)于汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)空氣系數(shù) aV1時(shí)，因缺氧引起不完全燃燒，CO的排 放量隨a的減小而增加。而當(dāng)空氣系數(shù) a 1時(shí)，CO的排放量都很小。a =1.0 1.1時(shí)，CO的排放量變化較復(fù)雜。對(duì)于柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，a =1.53, CO排放量要比汽油機(jī)低得多。a =1.21.3 （大

4、負(fù)荷），CO的排放量才大量增加。燃料與空氣混合不均勻，總有局部缺氧和低溫的地方，反應(yīng)物在燃燒區(qū)停留時(shí)間較短，小負(fù)荷時(shí)盡管a很大，CO排放量反而上升2。影響一氧化碳產(chǎn)生的因素有：1.進(jìn)氣溫度。燃料隨吸入空氣溫度上升而變濃, 拍出的一氧化碳將增加。2.大氣壓力。進(jìn)氣管壓力降低時(shí)，空氣密度下降，則空 燃比下降，一氧化碳排放量增大。3.發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況。高真空度下，混合氣瞬時(shí) 過(guò)濃，一氧化碳濃度顯著增加。4.怠速轉(zhuǎn)速。提高怠速轉(zhuǎn)速空氣流量，一氧化碳濃度降低。5.進(jìn)氣管真空度。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷一定時(shí)，一氧化碳排放濃度隨轉(zhuǎn)速增加 而降低冋。（二）氮氧化物的形成氧化氮形成原因大致遵循以下反應(yīng)式,? 2?+ ? ?+

5、 ? 2?+ ? ?+ ? ?+ ? ?+ ? 當(dāng)溫度很高時(shí)，空氣中的氮?dú)夂脱鯕鈺?huì)反應(yīng)形成一氧化氮。當(dāng)a 1的稀混合氣區(qū)，CnO隨溫度的升高而迅速增大。當(dāng)a 1時(shí)，溫度起著決定性作用，氮氧化物生成量 隨溫度升高而迅速增大。最高溫度通常出現(xiàn)在Oa- 1.1且有適量的氧濃度，故氮氧化物排放濃度出現(xiàn)峰值。 a進(jìn)一步增大，溫度下降的作用占優(yōu)勢(shì)，一氧化 氮生成量減少。 2.殘余廢氣分?jǐn)?shù)。廢氣分?jǐn)?shù)增大，減小了可燃?xì)獾陌l(fā)熱量，增大了混合氣的比熱容，使最高燃燒溫度下降，一氧化氮排放降低。3.點(diǎn)火時(shí)刻。點(diǎn)火提前角的減小，一氧化氮排放量不斷下降。影響柴油機(jī)氮氧化物產(chǎn)生的因素有： 1.噴油定時(shí)。噴油提前角減小，燃燒

6、推 遲，燃燒溫度較低，生成的氮氧化物較少。 2.負(fù)荷與轉(zhuǎn)速。氮氧化物排放隨負(fù)荷 增大而顯著增加。轉(zhuǎn)速對(duì)氮氧化物排放的影響比負(fù)荷的影響小 3。三）碳?xì)浠锏男纬晌慈继細(xì)浠锷杉芭欧磐緩街饕腥齻€(gè)： 燃燒過(guò)程中未燃燒或燃燒不完全 的碳?xì)淙剂?、漏入曲軸箱的竄氣中含有大量未燃燃料以及燃油蒸汽。對(duì)于汽油機(jī)，形成未燃碳?xì)浠锏闹饕蛴校?1.火焰在壁面淬冷。 冷起動(dòng)、 暖機(jī)和怠速等工況下， 壁面溫度較低， 淬熄層較厚， 壁面火焰淬熄是此類工況下 未燃碳?xì)浠锏闹匾獊?lái)源。 2.狹隙效應(yīng)?；鹧娌荒苓M(jìn)入各種狹窄的間隙，便會(huì)產(chǎn) 生未燃碳?xì)浠铩?3.潤(rùn)滑油膜對(duì)燃油蒸汽的吸附與解吸。進(jìn)氣過(guò)程中，潤(rùn)滑油膜溶解和吸

7、收了進(jìn)入氣缸的碳?xì)浠衔?。燃燒過(guò)程中，碳?xì)浠锵蛞讶細(xì)饨馕?4. 燃燒室內(nèi)沉積物的影響。沉積物使碳?xì)浠锱欧旁黾印?.體積淬熄。燃燒室中壓 力和溫度下降太快，可能使火焰熄滅。 6.碳?xì)浠衔锏暮笃谘趸?。未燃燒的碳?xì)?化合物釋放出來(lái)，重新被全部或部分氧化。對(duì)于柴油機(jī)，燃料在氣缸內(nèi)停留的時(shí)間較短， 生成碳?xì)浠锏南鄬?duì)時(shí)間也短，故其碳?xì)浠锱欧帕勘绕蜋C(jī)少 2。影響碳?xì)浠锂a(chǎn)生的因素有： 1.混合氣質(zhì)量?；旌蠚獾木鶆蛐栽讲顒t碳?xì)浠?物排放越多。 2.運(yùn)行條件。對(duì)于汽油機(jī)：負(fù)荷增加時(shí)，碳?xì)浠锱欧帕拷^對(duì)值將 隨廢氣流量變大而幾乎呈線性增加。 轉(zhuǎn)速較高時(shí)， 氣缸內(nèi)混合氣的擾流混合、 渦 流擴(kuò)散及排氣擾

8、流、 混合程度的增大改善了氣缸內(nèi)的燃燒過(guò)程， 碳?xì)浠锱欧艥?度明顯下降。壁面溫度升高， 碳?xì)浠锱欧艥舛认鄳?yīng)降低。 提高冷卻介質(zhì)溫度有利于減弱壁面激冷效應(yīng)， 降低碳?xì)浠锱欧拧?燃燒室面容比大， 單位容積的激冷 面積也隨之增大， 未燃烴總量必然也增大。 降低燃燒室面容比是降低汽油機(jī)碳?xì)?化物排放的一項(xiàng)重要措施。對(duì)于柴油機(jī)，噴油時(shí)刻、噴油嘴噴孔面積、冷卻水進(jìn)水溫度以及進(jìn)氣密度都會(huì)對(duì)碳?xì)浠锂a(chǎn)生一定影響 3。四）顆粒物的形成汽油機(jī)顆粒物的來(lái)源有： 含鉛汽油中的鉛、 有機(jī)微粒以及汽油中的硫產(chǎn)生的 硫酸鹽 4。柴油機(jī)排氣微粒由很多原生微球的聚集體而成，總體結(jié)構(gòu)為團(tuán)絮狀或鏈狀。當(dāng)排氣溫度超過(guò)500C時(shí)

9、，碳質(zhì)微球的聚集體，稱為碳煙，也稱為煙粒；排氣溫度低于500 C時(shí)，煙粒會(huì)吸附和凝聚多種有機(jī)物，稱為有機(jī)可溶成份。顆粒物生成機(jī)理分為生成和長(zhǎng)大兩個(gè)階段。 生成階段紅中， 在高溫富油缺氧 區(qū)，通過(guò)裂解和脫氫過(guò)程，經(jīng)過(guò)核化形成先期產(chǎn)物；其后，在低于 1500K 的低 溫區(qū)，通過(guò)聚合和冷凝生成碳煙微粒。長(zhǎng)大階段則為表面生長(zhǎng)和聚集 2。影響顆粒物產(chǎn)生的因素有： 1.負(fù)荷。高速小負(fù)荷時(shí)，稀薄混合氣區(qū)較大，微 粒排放量較高；低速大負(fù)荷時(shí)，容易產(chǎn)生裂解和脫氫， 排放量有所升高。 2.轉(zhuǎn)速。小負(fù)荷時(shí)溫度低， 以未燃油滴為主的微粒的氧化作用微弱； 轉(zhuǎn)速升高時(shí)， 這種氧 化作用又受到時(shí)間因素的制約；大負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)速

10、的升高有利于氣流運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)， 使燃燒速度加快。 3.燃料。燃油中芳香烴含量及餾程越高，微粒排放量越大；烷 烴含量越高，微粒排放量越少；柴油機(jī)的排煙濃度隨十六烷值的提高而增大。 4. 噴油參數(shù)。 大部分燃油在前半時(shí)間內(nèi)噴入氣缸時(shí)， 參與預(yù)混燃燒的油量增多， 故 排煙濃度低而 NO 濃度高；滴漏或二次噴射對(duì)碳煙有不利影響；提高噴油壓力， 可減少煙粒的生成。 5.空氣渦流。適當(dāng)增加空氣渦流，有利于改善混合氣品質(zhì)， 減少碳煙排放量 3 。五）二氧化碳的形成完全燃燒生成C02,這毋庸置疑。0.08%六）鉛的形成汽油中通常加入四乙鉛作為防爆劑，一般情況下汽油中含鉛量為0.13%之間。隨著燃燒，四乙鉛被氧化

11、為氧化鉛排出4（七）硫氧化物的形成汽油中的硫元素的燃燒生成。、汽車尾氣污染的危害及影響據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛轎車一年排出的有害廢氣大于3噸，相當(dāng)于自身重量的3倍矚洛杉磯在40年代就已擁有250萬(wàn)輛汽車，每天大約消耗1100噸汽油，排出1000 多噸碳?xì)浠衔铮?00多噸氮氧化合物，700多噸一氧化碳。這些化合物被排放 到陽(yáng)光明媚的洛杉磯上空，不啻制造了一個(gè)毒煙霧工廠虻由此，就發(fā)生了舉世聞名的洛杉磯光化學(xué)煙霧事件。從40年代初開(kāi)始，人們就發(fā)現(xiàn)這座城市一改以 往的溫柔，變得 瘋狂”起來(lái)。每年從夏季至早秋，只要是晴朗的日子，城市上空 就會(huì)出現(xiàn)一種彌漫天空的淺藍(lán)色煙霧，使整座城市上空變得渾濁不清。這種煙霧 使人

12、眼睛發(fā)紅，咽喉疼痛，呼吸憋悶、頭昏、頭痛，甚至還有人皮膚出現(xiàn)程度不等的潮紅，丘斑疹等。1943年以后，煙霧更加肆虐，以致遠(yuǎn)離城市100千米以 外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死， 柑橘減產(chǎn)，生長(zhǎng)在郊區(qū)的蔬菜 全部由綠變褐，無(wú)人敢吃。僅19501951年，美國(guó)因大氣污染造成的損失就達(dá) 15億美元。1955年，因呼吸系統(tǒng)衰竭死亡的65歲以上的老人達(dá)400多人；1970 年，約有75%以上的市民患上了紅眼病閃這就是汽車尾氣的 杰作”四、汽車尾氣污染的控制措施目前，汽車尾氣控制和治理已成為世界重要課題，需要堅(jiān)持綜合治理理念, 實(shí)行全方位的污染防治舉措，具體有：1.加強(qiáng)行政管理力度和交通基礎(chǔ)設(shè)

13、施建設(shè);2.提高油品的質(zhì)量；3.發(fā)展機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)；4.機(jī)外凈化技術(shù)的應(yīng)用。（一）加強(qiáng)行政管理力度和交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)1.淘汰舊車，采取報(bào)廢迎新，開(kāi)發(fā)并采用多種燃料的新型汽車。加大對(duì)電動(dòng)汽車以及清潔燃料汽車的研發(fā)投入， 大力推廣電動(dòng)汽車等清潔型 交通工具，政府相關(guān)部門(mén)要為清潔型交通工具的普及提供信貸、稅收減免等政策 傾斜。加大清潔型交通工具的基礎(chǔ)設(shè)施投入力度，如增加城市電動(dòng)汽車的充電 設(shè)備數(shù)量。雖然電動(dòng)汽車的發(fā)展目前受到技術(shù)的制約，但它仍然是未來(lái)發(fā)展的方 向辺。2要改善交通基礎(chǔ)設(shè)施，大力發(fā)展公共交通設(shè)施，緩解塞車堵車的現(xiàn)狀?？茖W(xué)合理的加強(qiáng)城市交通運(yùn)行體系的管理，根據(jù)城市功能的劃分，合理的規(guī) 劃設(shè)計(jì)

14、和建設(shè)城市道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。 例如，在人口密集的居住區(qū)，嚴(yán)禁高污染 汽車通行，劃定供人專業(yè)區(qū)域，以減少汽車尾氣對(duì)人們健康的危害 。此外，加 強(qiáng)城市綠化等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高城市的綠化面積，增強(qiáng)城市自凈能力。城市道 路交通管理部門(mén)加強(qiáng)城市道路的運(yùn)行管理， 保證城市道路交通通暢，提高汽車的 通行效率，減少環(huán)境污染 。3公眾意識(shí)有待提咼大力加強(qiáng)科普知識(shí)宣傳力度，積極發(fā)展公共交通體系，鼓勵(lì)人們乘用公共交 通工具出行，減少城市汽車使用量，積極倡導(dǎo)綠色出行 。（二）提咼油品的質(zhì)量對(duì)于汽油本身而言，當(dāng)然燃油的質(zhì)量越好，爆燃的情況越少，燃燒更加及時(shí)充分，發(fā)揮出燃油的最大經(jīng)濟(jì)性，減少污染物。所以，需要嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家

15、質(zhì)量技 術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，控制燃油標(biāo)準(zhǔn)，做好燃油站的油品監(jiān)督。改進(jìn)燃油煉制技術(shù)、改善燃油品質(zhì)不但能降低尾氣排放， 而且對(duì)推廣使用清 潔柴油機(jī)技術(shù)是非常關(guān)鍵的，燃油品質(zhì)差，不利于先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的推廣應(yīng)用 。在燃油中加入某些添加劑也有利于降低排放 。（三）發(fā)展機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)應(yīng)用最廣的大概有 3種：曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)、排氣再循環(huán)系統(tǒng)以 及二次空氣噴射系統(tǒng)。1.曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)園強(qiáng)制曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)有2種，一種是固定量孔式，另一種是 PCV閥式。它們都是在一定負(fù)荷下將曲軸箱的廢氣通過(guò)固定量孔或可變流通截面的PCV閥進(jìn)入進(jìn)氣歧管，再進(jìn)入燃燒室參與燃燒，從而避免將未燃?xì)怏w直接排入大氣中。 典型的PCV閥式曲軸箱

16、通風(fēng)系統(tǒng)如圖1。圖1.典型的PCV閥式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)冏2排氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）皿沖淡和稀釋進(jìn)入缸內(nèi)的混合氣，降低燃燒室的溫度，減小火焰?zhèn)鞑ニ俣?，?4050 km/h車速穩(wěn)定行駛時(shí)，5%的EGR可減少40%以上的氮氧化物，10%的EGR可減少80%的氮氧化物，但若控制不正常時(shí)，隨著 EGR的增加，碳?xì)浠?也會(huì)迅速增加（失火）11】。裝置示意圖如圖2所示。圖2.背壓控制式EGR3.二次空氣噴射系統(tǒng)加二次空氣系統(tǒng)在壓力升至 5psi時(shí)將新鮮空氣泵入排氣系統(tǒng)用于降低一氧化碳和碳?xì)浠?。這些附加的氧氣進(jìn)入熱的廢氣中以繼續(xù)燃燒， 降低尾管處的一氧化碳和碳?xì)浠?。該燃燒發(fā)生在燃燒室外。如圖 3,該系統(tǒng)

17、包括一個(gè)由皮帶驅(qū)動(dòng)的空氣泵，空氣旁通或切換閥，防止反噴的單向閥以及連接管路。-dTOr侍壓器輕產(chǎn)幣宀來(lái)BCM 電弋佶號(hào) h宀、宜空電琢岡LfJIEC M氧猶蟄C戈T還原型C A T3匚/總龍八看ST至丈氣圖3.典型的二次空氣噴射系統(tǒng)（四）機(jī)外凈化技術(shù)的應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)的控制和改進(jìn)達(dá)到一定排放水平時(shí)，如要滿足進(jìn)一步嚴(yán)格的排放法 規(guī)，就必須使用機(jī)外尾氣凈化裝置1勺。1傳統(tǒng)尾氣催化轉(zhuǎn)化裝置通?，F(xiàn)在都采用三效催化轉(zhuǎn)化器，如圖4所示，它是在封裝的殼體內(nèi)燒結(jié)或安裝一定形狀，如陶瓷蜂窩狀，金屬等載體，再根據(jù)匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)，在載體上涂 刷不同含量的含有貴金屬鉑（Pt）、鈀（Pd）、及銠（Rh）的水涂層，即催化劑。

18、其中鉑、鈀負(fù)責(zé)碳?xì)浠锖鸵谎趸嫉难趸?銠負(fù)責(zé)氮氧化物的還原。催化劑是 一種能改變化學(xué)反應(yīng)速率而本身的質(zhì)量和組成在化學(xué)反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)1416。當(dāng)排氣通過(guò)催化轉(zhuǎn)化器時(shí)，在這些催化劑的催化作用下，一氧化碳和碳?xì)浠锱c氧與發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使碳?xì)浠锷伤岸趸?，一氧化碳變成二?化碳（氧化反應(yīng)），而氮氧化物被還原為氧氣和氮?dú)?側(cè)。催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化效率對(duì)空燃比對(duì)變化十分敏感，只有在理論空燃比附近才會(huì)保持較高的效率。圖4.三效催化器裝置圖2新型尾氣凈化裝備由于鉑、鈀、銠等屬于貴金屬范疇，大量使用不符合我國(guó)國(guó)情，所以一些新型凈化裝備的發(fā)現(xiàn)與使用成為熱點(diǎn)。(1)稀土元素的使用稀土元素是指元素周期

19、表中原子序數(shù)為 57到71的15種鑭系元素，以及與 鑭系元素化學(xué)性質(zhì)相似的鈧和釔共17種元素。它們具有特殊的4f電子層結(jié)構(gòu), 具備良好的助催化性能與功效 園。尤其，二氧化鈰的四價(jià)與三價(jià)之間的可逆轉(zhuǎn)變而具有儲(chǔ)放氧性能(即在貧氧氣氛下，CeO2可提供一氧化碳和碳?xì)浠镅趸璧难?；在富氧氣氛下，Ce2O3可與氣氛中的氧結(jié)合，使氮氧化物被一氧化碳 和的碳?xì)浠镞€原)，且可以作為助劑從而有助于貴金屬的分散剛。(2)等離子凈化技術(shù)利用高能電子使電子、離子、自由基和中性粒子以每秒鐘300萬(wàn)次至3000萬(wàn)次的速度反復(fù)轟擊氣體中的污染物分子，激活、電離、分解污染物分子，從而 發(fā)生氧化、分解等一系列復(fù)雜的化學(xué)反

20、應(yīng)14。裝備示意圖如圖5。J4氣流E 方向1電介質(zhì)；2傑護(hù)外売；3螺旋電極空心管狀電介 質(zhì)放電管;5般旋電極B；&交流電源圖5.螺旋梯度放電等離子體反應(yīng)器的示意圖和剖面圖(3)納米TiO2材料的使用目前，納米TiO2材料在道路工程中的應(yīng)用主要有 3種方式：添加于瀝青混 凝土，應(yīng)用于瀝青路面的上面層；添加于水泥混凝土，應(yīng)用于水泥混凝土路面的 表面功能層；添加于涂料中，涂覆于道路附屬設(shè)施或用作道路標(biāo)線的涂料20, 21。很強(qiáng)的光氧化還原能力，將氮氧化物最終變成硝酸，從而水洗除去 也可氧化一氧化碳以及烴類化合物鞏原理如圖6,在紫外線的照射下，二氧化鈦產(chǎn)生游離電子及空穴，因而具有 國(guó)。此外,LUtra

21、violet rays人 W3X7 nm(Kafl/.! / RemcnalpH a 2 HNO,Water washing !0.圖6.納米TiO2材料光催化示意圖參考文獻(xiàn)1饒沙.汽車尾氣污染現(xiàn)狀及防治對(duì)策J.資源節(jié)約與環(huán)保,2016 (1): 97-97.M陶云舟.淺論汽車尾氣污染及控制治理J.能源與節(jié)能，2011(9):37-38.b高志亮，薛東娥.淺談機(jī)動(dòng)車尾氣污染的治理對(duì)策J.中國(guó)科技投資，2014(A04):456-456.4牛國(guó)輝.汽車尾氣污染物的分析與研究J.計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2015(10):62-64.5付斌，王永章，吳江.國(guó)內(nèi)外汽車排放法規(guī)對(duì)比分析J.工業(yè)C, 2016 (

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