淺論汽車排放污染控制技術

1、吉林大學遠程教育 本科生畢業(yè)論文（設計） 中文題目 淺論汽車排放污染控制技術 學生姓名 張 濤 專業(yè) 汽車服務工程 層次年級 2011春專升本 學號 1 指導教師 黃金峰 職稱 副教授 學習中心 校本部 成績 2012年 6 月 1 日目 錄第一章汽車排放污染物及其危害1 1.1 汽車排放污染種類及來源1 1.2 汽車排放物對人體的危害21.3 汽車排放物對環(huán)境的危害3 第二章汽車廢氣排放物的影響因素4 2.1 可燃混合氣空燃比的影響4 2.2 點火提前角的影響52.3 發(fā)動機轉速和負荷的影響5 2.4 發(fā)動機溫度62.5 火花塞間隙及分電器觸點的影響6 第三章汽油車廢氣污染物的控制和治理73

2、.1 對于廢氣排放的控制和治理7 3.2 國內政策對廢氣排放的控制9 第四章柴油機廢氣排放物與汽油機的差異13 第五章柴油機的廢氣凈化和微粒收集器14結論15參考文獻16 致謝17摘 要本文第一部分敘述了汽車污染物的成分和危害性.第二部分寫了汽車排放物的影響因素。第三部分寫了汽車廢氣排放物的控制和治理。第四分寫了柴油機廢氣排放物與汽油機差異。第五部分寫了柴油機廢氣凈化和微粒收集器，且分析了汽車排放污染與人類生存環(huán)境的關系，介紹了應從發(fā)動機燃燒、結構設計、燃料提供等技術及加強車輛維修保養(yǎng)、開發(fā)新型環(huán)保汽車等措施著手，控制汽車排放，減少大氣污染。經(jīng)過20年的改革開放，中國私人汽車數(shù)量迅速增加，汽車

3、開始進入普通人的家庭生活。汽車需求的迅猛增長是推動2002年中國經(jīng)濟增長的重要力量。去年汽車制造商制造并銷售了325萬輛，比2001年增長了37%。此外，去年載客汽車的銷售首次突破了100萬大關，猛增56%，達到了112.6萬輛。因此，積極地研究汽車排放控制技術，研制環(huán)保型，低排放汽車，是保護大氣環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要。介紹了國內外汽車排放控制技術、低污染和零排放汽車研究，分析了汽車排放污染物產(chǎn)生及其控制對策。關鍵詞：環(huán)保，控制技術，對策AbstractThe first part of this text describes the composition and harmfulne

4、ss car pollutants. Part ii automobile emissions wrote the influencing factors. The third part of the automobile exhaust emission of writing and control. The fourth diesel exhaust emissions wrote points with gasoline. The fifth part wrote diesel particulate collector, waste gas purification and analy

5、zed and auto exhaust pollution to environment for human survival, introduces the relationship from the engine combustion, structural design, technology and other fuels vehicle maintenance, strengthen environmental protection measures to develop new car, car emissions control, reduce air pollution.Af

6、ter 20 years of reform and opening up, the Chinese private cars is increasing rapidly, automobile began to enter the average family life. The car needs rapid growth is to promote the economic growth of China in 2002. Last year the automaker 325 million vehicles and sales growth than in 2001, the 37%

7、. In addition, the passenger car sales last year first broke the million mark, 56 per cent surge, reached 112.6 million vehicles.Therefore, actively research vehicle emission control technology, development and environmental protection, low emission vehicle, is to protect the atmospheric environment

8、 and realizing sustainable development strategy.Introduced vehicle emission control technology, low pollution and zero emission vehicle emission are analyzed, and the countermeasures to control pollutants.Keywords: environmental control technical countermeasures前 言我國經(jīng)濟日益發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，經(jīng)濟飛速發(fā)展的同時，汽車保有

9、量也在高速增長。隨著汽車保有量的不斷增長，城市的空氣污染問題日益突出，汽車排放污染以成為各大城市污染的主來源之一。發(fā)動機燃料燃燒后的排放物中有H2O、O2、HC、CO2、CO、H2、NOX、SO2、微粒物質等,我們把其中對人體有害和影響自然環(huán)境的成份稱為污染物,主要有CO2、CO、NOX、SO2、HC、浮游微粒物質等。本文分析了汽車排放污染的危害、影響、控制技術,在環(huán)境污染因素中汽車排放污染日趨嚴重,全球環(huán)境惡化已經(jīng)威脅到人類的生存和社會的發(fā)展，環(huán)境問題已被公認為是當今社會所面臨的最嚴重的挑戰(zhàn)。為了人民的健康，我國相繼制定了排放法規(guī)，用以控制汽車污染物排放量。我國同世界其它國家一樣，環(huán)境污染問

10、題已成為一個嚴重的社會問題。其中歐洲標準是我國借鑒的汽車排放標準,目前國產(chǎn)新車都會標明發(fā)動機廢氣排放達到的歐洲標準.第一章汽車排放污染物及其危害1.1汽車排放污染種類及來源據(jù)研究表明,汽車排放物成分非常復雜，有一百種以上，其主要污染物包括：一氧化物、二氧化碳、氮氧化物（NOX）和碳氫化合物（HC）。此外還有鉛塵和 煙塵等污染物。具體而言，汽車排放污染物的 主要來源是 ：CO:礦物燃料燃燒后的一種副產(chǎn)物。通常是因空氣不足或其他原因造成不完全燃燒時所產(chǎn)生的一種無色、無味氣體。一般汽油機排放的一氧化碳比柴油機高。CO2: 礦物燃料燃燒后的一種副產(chǎn)物。是完全燃燒或CO在空氣中氧化而來的。HC：來自汽車

11、燃油的不完全燃燒。NOX：主要是NO和NO2的混合物。是空氣中N2和 O2在發(fā)動機燃燒室高溫高壓下反應的產(chǎn)物，壓縮比越高，燃燒室的溫度越高，生成量越大。SOX(包括SO2)：汽油和柴油中的硫在發(fā)動機燃燒室中氧化生成的產(chǎn)物。b(鉛)：來自汽油中的四乙基鉛。汽車用的汽油中，通常加有四乙（基）鉛或四甲（基）鉛做抗暴劑，這些鉛的 70隨尾氣排入大氣。PM（顆粒物）：顆粒物是由于進氣不充分或燃燒溫度過低造成燃燒不完全形成的。排氣中顆粒有三個來源：（1）燃料液相燃燒不完全產(chǎn)生的碳煙顆粒;(2)潤滑油燃燒產(chǎn)生的積碳顆粒。（3）燃料中硫生成的SO3、SO2和添加劑鈣生成的CaSO4顆粒。VOC（易揮發(fā)有機化合

12、物）：蒸發(fā)性氣體，是許多不同種類的烴類構成的混合物，來自汽車燃油箱的汽油蒸發(fā)。1.2汽車排放物對人體的危害一氧化碳(CO)與人體血液中的血紅素有很強的親和力，使血液喪失對氧的輸送能力而產(chǎn)生缺氧中毒。當環(huán)境中CO的濃度超過100 ppm(100×10-6)時，人體就會產(chǎn)生頭暈、乏力等不適感；隨著CO濃度的增加，會進一步產(chǎn)生頭痛、嘔吐、昏迷等癥狀；當CO濃度超過600 ppm時，短期內會引起窒息死亡。汽車廢氣中排出多種氮氧化物(NOx)，其中一氧化氮(NO)與人體血液中血紅素的親和力比CO還強，兩者結合后會產(chǎn)生與CO相似的癥狀，一般情況下對人體的眼睛、鼻子、咽喉、支氣管和肺部等會帶來更大

13、的損害，嚴重時至人于死地。碳氫化合物(HC)為燃油未經(jīng)完全燃燒后排出的氣體，具有一定的毒性和易燃易爆的特性，其中的苯類物質又具有致癌作用。臭氧在陽光下極易發(fā)生光化學反應，形成以臭氧和以醛類為主的光化學煙霧。當O3達到一定濃度時，會令生物在短期內發(fā)生高溫氧化而脫水死亡；醛類有機物帶有毒性，對眼睛和呼吸系統(tǒng)有強烈的刺激作用，嚴生的會導致中毒死亡。二氧化硫(SO2)為燃油中的硫燃燒后的生成物，人體吸入SO2后，即產(chǎn)生咳嗽、咽喉腫痛、呼吸困難、胸悶、四肢乏力，進一步會引起支氣管炎、肺炎和心臟病等，嚴重的會導至人畜死亡。SO2還極易與大氣中的水蒸氣結合生成亞硫酸煙霧，達到一定積聚量后便形成酸雨，使水土酸

14、化，破壞林木、植物的生長。故此，應盡量減少燃油中的含硫量。鉛為一種有毒的金屬，它由燃油中的鉛化物添加劑(如四乙鉛)經(jīng)高溫燃燒后還原而成的鉛微粒。鉛與血液中的血紅素結合后，使血紅素產(chǎn)生異變。當血液中的鉛含量達到一定的程度時，會積聚于肝、腎、大腦和脊髓中，嚴重地破壞人體的神經(jīng)系統(tǒng)和造血功能。VOC：影響神經(jīng)中樞系統(tǒng)：出現(xiàn)頭暈、頭痛、無力、胸悶；影響消化系統(tǒng)：出現(xiàn)食欲不振、惡心等。1.3 汽車排放物對環(huán)境的危害城市氣溫急劇升高CO2、SO2這些氣體被成為溫室氣體，一旦進入空氣中，一方面可產(chǎn)生溫室效應，促進氣溫升高;另一方面破壞地球的保護層臭氧層。讓陽關直接照射地球表面，加速氣溫升高。地球氣候不正常

15、NOX生成的硝酸與氧化硫生成的硫酸等一起生成酸雨，造成土囊酸化，進而影響生態(tài)平衡。第二章汽車廢氣排放物的影響因素汽車廢氣中CO、HC和NOX三種有害氣體的影響因素比較多，主要為可燃混合氣的空燃比，點火提前角、發(fā)動機的負荷和轉速、發(fā)動機溫度以及發(fā)動機的內部結構等。2.1可燃混合氣空燃比的影響空燃比(A/F)對CO、HC和NOx的影響見圖1。在理論空燃比附近，CO曲線有一個拐點，當A/F減少時，可燃混合氣過濃，燃油無法充分燃燒，CO生成物便急劇增加；當A/F增大時，氧含量充足，燃油可以充分燃燒，使CO生成量減少，而且比較穩(wěn)定。圖1空燃比對有害氣體的影響HC曲線在A/F為1718附近有一個拐點，此時

16、廢氣中的HC含量最低。除此之外，HC的生成量都有所增加。其原因是當A/F少于17時，混合氣過濃，燃燒不徹底，當A/F大于18時，混合氣過稀，燃燒速度緩慢同樣會出現(xiàn)燃燒不徹底現(xiàn)象，HC都會增加。NO曲線在A/F為1516附近有一個波峰，此時生成的NO量最多，除此之外，過濃或過稀的空燃比都會降低燃燒速度和燃燒溫度，使NO的生成量都有所下降。2.2點火提前角的影響點火提前角對CO的生成量影響不大，但對HC和NOx的影響較大，其結果分別見圖2和圖3。            圖2點火提前角對HC

17、的影響          圖3點火提前角對NOx的影響 由圖2和圖3可看出，隨著點火提前角的增大，HC和NOx生成物都會急劇增加，其原因與燃燒時的速度、壓力、溫度等有關，當點火提前角增大到一定值后，由于燃燒時間過短，HC和NOx生成量便有所下降。當然，正確的調整點火正時是非常必要的，過遲的點火提前角會使發(fā)動機動力下降，油耗增大，工作不穩(wěn)。2.3發(fā)動機轉速和負荷的影響由于NOx是高溫燃燒時的生成物，當發(fā)動機的轉速和負荷提高時，使氣缸的燃燒溫度升高，NOx生成量隨之增大，CO和HC的生成量稍有增加，但影響較小

18、。碳微粒的影響因素主要有空燃比、發(fā)動機的溫度、轉速和負荷以及燃燒室的形狀，燃油的霧化情況等?？杖急冗^濃，溫度過低，均不利于燃油的霧化和燃燒，使碳微粒生成量增加；發(fā)動機轉速和負荷增大，使燃燒溫度提高，有利于完全燃燒，使碳微粒的生成量減少。SO2和Pb微粒的生成主要與燃油中的含硫量和鉛化合物的加入量有關。因此，往往對燃油中的最大含硫量作了限制，推行使用無鉛汽油。2.4發(fā)動機溫度發(fā)動機溫度低供給的燃油霧化不良，進入氣缸的混合氣遇到冷壁而發(fā)生冷凝，所以需供給濃混合氣。結果由于空氣量不足，CO增加，但此時燃燒溫度低，使NOX減少，而未燃烴HC增多。若發(fā)動機溫度過高，會引發(fā)起發(fā)動機過熱而出現(xiàn)爆燃及早燃等故

19、障，使燃燒溫度異常升高，從而導致NOX增加。2.5火花塞間隙及分電器觸點的影響使用經(jīng)驗表明，火花塞電極之間間隙大于最佳值，則HC排放量將增加12%-14%，對于四缸發(fā)動機，若一個火花塞不工作，HC排放量將增加0.5-1倍。分電器觸點間隙過大或過小，對最佳點火提前角有明顯影響，若間隙變化0.1mm將使點火提前角偏離6°，則HC排放量可增加3%。第三章汽油車廢氣污染物的控制和治理隨著環(huán)保意識的加強，歐、美、日等一些發(fā)達國家對廢氣排放污染的限制越來越嚴格，各汽車生產(chǎn)廠都投入巨額資金開展廢氣污染物的控制研究，早于90年代初，汽油車已基本上普遍采用了電控燃油噴射發(fā)動機，使廢氣中的有害氣體大為減

20、少，動力性和燃料經(jīng)濟性均有所提高，再加上其他多種措施的綜合應用，使汽油車的廢氣污染得到了有效的控制。3.1對于廢氣排放的控制和治理(1)廢氣再循環(huán)。已查明NOx是燃油在高溫燃燒中的生成物。廢氣再循環(huán)就是根據(jù)發(fā)動機的不同工況，將廢氣中的一部分(3%15%)引入燃燒室，用以降低氣缸的燃燒和溫度速度，從而進一步減少NOx的排放量。(2)二次空氣供給。二次空氣供給系統(tǒng)是在排氣管的上段設置一個反應器，通過空氣泵、控制閥、單向閥和噴射管等引入適量的新鮮空氣，在高溫下，令CO和HC在熱反應器內繼續(xù)燃燒(生成H2O和CO2)，從而進一步減少了CO和HC的排放量。有的發(fā)動機則向三元催化器提供二次新鮮空氣，以使C

21、O和HC在催化器內獲得更充分的氧化反應(燃燒)。(3)三元催化凈化裝置。三元催化凈化器的催化劑為鉑、銠、鈀和釕等貴金屬，其載體的形狀分為粒狀和片狀(見圖4)。根據(jù)生產(chǎn)工藝的方便性，后者的應用較廣泛。圖4三元凈化器的內部結構鉑和鈀為氧化劑，使CO和HC發(fā)生氧化反應，生成CO2和H2O。銠為還原劑，使NOx脫氧，還原成N2并釋放出O。后者正好為CO和HC的氧化提供了充分的條件。三元催化凈化器的工作特性是要求發(fā)動機處于理論空燃比狀態(tài)下工作時，才表現(xiàn)出良好的凈化效果(見圖5)。現(xiàn)代電控燃油噴射發(fā)動機的電控系統(tǒng)為了實現(xiàn)對理論空燃比的監(jiān)測和控制而應用了能檢測廢氣中氧殘留量的氧傳感器，電控系統(tǒng)接收到氧傳感器

22、反饋的信號后便及時調整噴油量，使發(fā)動機工作處于理論空燃比狀態(tài)，從而實現(xiàn)了燃油噴射的“閉環(huán)”控制。三元催化凈化器的最佳工作溫度為400800，如果同時不配合使用氧傳感器時，則很快就會出現(xiàn)早期損壞，壽命大大縮短。圖5空燃比與凈化率的關系稀土金屬也同樣具有貴金屬的一些特性，用它制成的催化凈化器，雖然效果比貴金屬差，但價格便宜得多。而我國的資源相當豐富，目前這方面的開發(fā)研制已取得了令人振奮的效果。(4) 無鉛汽油。汽油中加入千分之0.10.4g四乙鉛后便可大大提高汽油的抗爆性能，有利于減少機件的損壞，但鉛對人體的毒害非常大，同時也會使三元凈化器中毒而早期失效，所以世界各國已嚴格限制含鉛汽油的生產(chǎn)和使用

23、。我國一直在長期使用含鉛汽油，可喜的是，我國已決定2000年將全面禁止生產(chǎn)和銷售含鉛汽油，推動汽油標號升級。目前北京、上海、廣州、深圳等20多個城市已禁止含鉛汽油的銷售和使用，為全國推廣無鉛汽油的使用邁出了第一步。(5) 富氧燃料和燃油添加劑。甲醇、乙醇、異丁醇、叔丁醇、乙基叔丁基醚等許多含氧化合物具有很高的辛烷值，是良好的抗爆劑。汽油中加入少量的含氧化合物可以改善燃料的燃燒性能，可明顯地減少CO和HC的生成。但過量的加入會影響發(fā)動機的動力性。美國AST-MD4814-94標準規(guī)定含氧化合物的體積加入量：甲醇類為2%；非甲醇類為2.75%。(6) 機內控制法。從排氣凈化的角度出發(fā)，為了促進燃燒

24、完全應使用稀混合氣并保證點火可靠，以及促進燃料的汽化，保證混合氣各缸分配均勻和改善混合氣在燃燒室內的燃燒狀況為此，需要對進氣系統(tǒng)、燃燒室及配氣相位等方面進行改進目前采取的措施有：自動調節(jié)進氣溫度裝置；電子控制燃油噴射裝置；改進化油器的結構，加裝電控進氣補氣裝置；廢氣再循環(huán)系統(tǒng)；降低燃燒室面容比和改進配氣相位及點火裝置；開發(fā)新型發(fā)動機、應用磁化等技術使燃料燃燒更充分；采用多級噴油和多氣門技術等(7) 機外控制法。采用低污染動力裝置和促進燃燒完全的各種措施是解決排氣凈化的根本措施，但還需要作大量工作，而且對于正在使用的汽車很難采用在現(xiàn)有發(fā)動機的基礎上加裝凈化裝置是一種比較可行的方法而對這種排氣凈化

25、裝置的要求是：對發(fā)動機性能影響很小，且結構簡單，體積小，重量輕，使用方便，壽命長目前的方法有二次空氣噴射法、在排氣出口加裝熱反應器、或加裝催化轉換裝置、采用后燃法等3.2 國內政策對廢氣排放的控制（1）汽車排放污染物限制標準 根據(jù)中華人民共和國環(huán)境保護法和中華人民共和國大氣污染防治法，我國于1993年重新修訂和頒布了汽油車怠速污染物排放標準（GB 1476.5）和車用汽油車排放污染物排放標準（GB 1476.2）。詳見表 車型車別CO（）HC（×10-6）四沖程二沖程輕型車重型車輕型車重型車輕型車重型車1995年7月1日以前的定型汽車3.54.09001200650070001995

26、年7月1日以前的新生產(chǎn)汽車4.04.510001500700078001995年7月1日以前的在用汽車4.55.012002000800090001995年7月1日起的定型汽車3.03.5600900600065001995年7月1日起的新生產(chǎn)汽車3.54.07001000650070001995年7月1日起生產(chǎn)的在用汽車4.54.5900120075008000（2）歐洲汽車排放污染物標準 歐洲一號：我國GB 14761-1999汽車排放污染物限值及測試方法與此等效。歐洲二號：我國GB 14761-2001汽車排放污染物限值及測試方法與此等效。歐洲三號在我國以實施。（3）強化車輛管理，嚴格控

27、制在用車數(shù)量。前已所述，由于環(huán)境的污染程度不僅與每車排污有關，而且也與該環(huán)境中的在用車數(shù)量有關。因此必須加強車輛管理，合理制度，疏導交通并提高車輛利用率，提高車輛平均速度，減稀車輛密度。（4）采用無污染電動汽車：電動汽車以蓄電池電力為能源，而蓄電池的電力不僅可以來電網(wǎng)充電，而且還可以來自燃料電池、原子能或太陽能，因為零排放無污染的電動氣車將是最有發(fā)展前途的汽車，也是今后城市交通發(fā)展（5）加大執(zhí)法力度。環(huán)境保護部門、公安、交通部門要聯(lián)合執(zhí)法，加大執(zhí)法力度，嚴格檢測標準，對那些老、舊、破、殘的在用車，排污大戶進行徹底整改，強制報廢，以凈化生態(tài)環(huán)境。第四章柴油機廢氣排放物與汽油機的差異柴油機的燃燒過

28、程與汽油機不同，壓縮比高，而且是在富氧狀態(tài)下燃燒，廢氣中的CO和HC含量較少，約為汽油機的1/10，NOx的含量與汽油機相當。但碳微粒的含量高，約為汽油機的3080倍，特別是加速和全負荷狀態(tài)時，由于供油量急增，而進氣量變化不大，燃燒工況從富氧轉向缺氧，加上燃燒時間縮短，因此處于不完全燃燒狀態(tài)，使廢氣中產(chǎn)生大量的碳微粒。因此治理柴油機廢氣排放的碳微粒已成為當前的首要任務。柴油不含鉛，但含有硫。硫燃燒后生成的SO2為膠狀硫化物，與碳微粒一道令凈化器極易堵塞，因而無法在柴油車上應用凈化器。提高我國的煉油技術，降低柴油中的含硫量勢在必行，而這方面也已得到了國家的高度重視。第五章柴油機的廢氣凈化和微粒收集器前述所提到的許多廢氣排放控制方法均與發(fā)動機的設計和性能、結構有關，根據(jù)國內的生產(chǎn)水平，非一朝一夕能短期解決。汽油機單純的加裝排氣凈化器，能起到一定的治理效果。但由于是“開環(huán)”控制，凈化器早期損壞嚴重，極需努力改進，向電控燃油噴射和“閉環(huán)”控制方向發(fā)展。燃料的改進也有待于同步進行。對于柴油機來說，由于碳微粒是汽油機的3080倍，治理碳微粒已成為當前的重要任務。由于碳微粒極易造成凈化器的堵塞，故目前柴油機還無法應用排氣凈化器。經(jīng)國內外的長期研究，能立竿見影地解決碳微粒的辦法是采用碳微粒收集器。碳微粒收集器是一種特殊的微粒捕捉和濾除裝置，它的形式有袋式、陶瓷泡沫