1、摘 要汽車是能源消耗和污染物排放的主要來源.隨著我國汽車保有量的急劇增加,尾氣排放問題日益嚴重.當前我國汽車尾氣排放水平僅相當于發(fā)達國家20世紀70年代中后期水平，汽車產(chǎn)生的大量尾氣排放污染物集中在城市道路中排放。同時由于我國城市道路交通路網(wǎng)及配套設(shè)施的相對落后，不但使交通擁堵問題日趨突出，而且使由于汽車排放而導致的環(huán)境污染也日益嚴重。因此對城市汽車排放污染綜合控制的研究已成為當前一項非常緊迫的工作。論文介紹我國汽車尾氣排放問題的現(xiàn)狀,對比分析了國內(nèi)與國外汽車尾氣排放標準，介紹了汽車尾氣排放物CO、HC、NOx、微粒(PM)及炭煙的生成機理，論述了汽車尾氣污染物危害；以汽(柴）油機及城市運行的

2、汽車為研究對象,用理論分析的方法對汽車排放污染物的影響因素進行研究,主要影響因素內(nèi)容包括汽油品質(zhì)，發(fā)動機負荷、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、外環(huán)境對尾氣排放物。最后提出汽車尾氣治理的對策，包括機內(nèi)控制技術(shù)、機外控制技術(shù)、外環(huán)境控制技術(shù)。論文的研究對我國城市交通汽車排污綜合控制研究進行了有益探索，希望能對促進我國城市大氣環(huán)境污染的改善，確保城市交通的協(xié)調(diào)發(fā)展具有一定的理論和現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：城市交通；汽車排放；控制技術(shù)AbstractCars are a major source of energy consumption and pollutant emissions. With the dramatic in

3、crease in car ownership in Chinas increasingly serious problem， exhaust emissions。 The current level of emissions of automobile tail gas in China is only equivalent to the level of developed countries in the late nineteen seventies, large exhaust pollutant emissions from motor vehicles emissions in

4、the city road。 At the same time, because of our country city road traffic network and infrastructure is relatively backward， not only makes the traffic congestion problem has become more prominent, and the environmental pollution caused by automobile exhaust has become more and more serious。 Therefo

5、re, study on the integrated control of vehicle emission pollution in city has become an extremely urgent work。文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò)本文為互聯(lián)網(wǎng)收集,請勿用作商業(yè)用途The paper introduces the status quo of China's automobile exhaust emissions problem， comparison and analysis of the domestic and foreign automobile exhaus

6、t emission standards， introduced the automobile exhaust emissions of CO， HC， NOx， particle (PM） and the mechanism of formation of carbon smoke， this paper discusses the harm of automobile exhaust pollutants； steam （Chai） cars run oil machine and the city as the research object, to study the factors

7、of automobile emission by the method of theoretical analysis, the main factors include the quality of gasoline, the engine load, engine speed， external environment on the exhaust emissions. Finally put forward the countermeasure of vehicle exhaust governance, including machine control technology， th

8、e machine control technology， environmental control technology。 This paper has carried on the beneficial exploration to the city traffic of our country automobile emission research of integrated control， hoping to promote Chinas air pollution in city improvement， ensure that has a certain theoretica

9、l and practical significance of harmonious development of city traffic本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途Keywords： city traffic; vehicle emission; control technology目 錄第1章 緒 論11。1 我國汽車尾氣排放的現(xiàn)狀11。1.1 機動車保有量狀況11。1.2 機動車污染物排放的特征21。1.3 研究主要意義21。2 國內(nèi)外汽車排放標準對比分析31。2.1 國外汽車尾氣排放標準31.2。2 我國汽車尾氣排放標準51。3 研究的主要內(nèi)容

10、7第2章汽車尾氣排放物的生成機理及危害82.1汽車尾氣排放物的生成機理82.1。1 CO的生成機理92.1.2 HC的生成機理102.1.3 NOx的生成機理102.1.4微粒(PM)及炭煙的生成機理112.2污染物的危害112.2。1 一氧化碳（CO）122.2.2 碳氫化合物(HC)122。2。3 氮氧化合物（NOx）122。2。4 固體懸浮顆粒12第3章汽車尾氣排放的影響因素分析143.1過量空氣系數(shù)a的影響143.1.1過量空氣系數(shù)a對汽油機的影響143。1。2過量空氣系數(shù)a對柴油機的影響153.2點火提前角的影響153.3運行工況的影響163.4發(fā)動機類型的影響183.4。1汽油機與

11、柴油機排放特性的對比183.4.2不同柴油機燃燒室的排放特性對比193。5外環(huán)境因素的影響203.5.1城市道路條件的影響203.5.2交通設(shè)施兩側(cè)工程布局的影響203。5。3不同交通時段的影響21第4章 汽車尾氣排放控制技術(shù)234。1機內(nèi)控制技術(shù)234.1。1 推遲點火(噴油）時間234。1。2 廢氣再循環(huán)244。1.3 燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計274。1.4 提高點火能量和電控汽油噴射技術(shù)274。1。5 增壓及增壓中冷284。1。6 改善噴油特性284.2機外控制技術(shù)294.2。1 催化凈化技術(shù)294。2。1.1常用復合型貴金屬催化劑304。2。1。2三效催化劑304。2.1。3稀土催化劑324

12、.2.1.4幾種納米材料在汽車尾氣催化凈化中的應用334。2.2機外等離子體法凈化汽車尾氣344.2.3顆粒捕集器及再生系統(tǒng)344。2.4非尾氣污染物控制技術(shù)354.3 外環(huán)境控制技術(shù)354。3。1城市交通規(guī)劃管理354。3.2 城市交通控制管理364.3。3 城市交通環(huán)境工程374.3.4汽車燃油的改用37第5章 總結(jié)40參考文獻41致 謝43附 錄44第1章 緒 論1.1 我國汽車尾氣排放的現(xiàn)狀在我國，汽車排放污染大的原因除人口密度大，汽車數(shù)量劇增外,最重要的是長時期的高度保護政策導致的我國汽車生產(chǎn)技術(shù)和環(huán)保標準落后、汽車性能差、使用年限過長、車用燃油品質(zhì)差等問題，資料顯示，我國的汽車尾氣

13、排放標準比大多數(shù)發(fā)達國家落后近10年1，并且執(zhí)行情況參差不齊。即使是達到我國排放標準的汽車，其排放的一氧化碳數(shù)量也是歐洲車輛的兩倍左右，碳氫化合物和氮氧化物排放數(shù)量是歐洲車輛的3倍以上.與美國標準相比,我國一氧化碳排放量上限高出56，氮氧化物高出32，碳氫化合物則高出3倍以上。而大氣污染的成本及其造成的損失是極其高昂的。據(jù)世界銀行估計，因空氣污染導致的醫(yī)療成本增加以及工人生病喪失生產(chǎn)力使中國GDP被抵消掉5%2。曾經(jīng)我國某城市對該市的機動車輛尾氣污染程度作了如下簡單調(diào)查:該市目前擁有機動車輛13萬輛，并以年增率15%的速度增加。機動車年排放一氧化碳4。4萬噸,相當于該市工業(yè)企業(yè)一氧化碳排放量的

14、46倍。市區(qū)主要交通道路中心點一氧化碳超標2倍以上的達65，在車流量高峰的時候，有的監(jiān)測點一氧化碳濃度高達每立方米70mg,超標6倍。在車流量相對比較集中的火車站，氮氧化合物測點平均值為每立方米0。059mg，超標0.18倍。因此,汽車尾氣污染日趨嚴重,現(xiàn)代城市大氣污染主要來源于汽車的尾氣。有資料表明，我國各大中型城市汽車尾氣排放物造成空氣污染占到50左右3，而且對在用車檢測結(jié)果來看，尾氣排放不合格的車輛占被檢測車的50604.文檔為個人收集整理,來源于網(wǎng)絡(luò)本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途1.1.1 機動車保有量狀況我國近年來機動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,2002年汽車產(chǎn)量325萬輛(1995年為14

15、5萬輛，摩托車1200萬輛，農(nóng)用車產(chǎn)量290萬輛)2003年汽車產(chǎn)量達到400萬輛.因此，我國機動車保有量增長較快，平均年增長率接近15這在城市表現(xiàn)的更為明顯。90年代以來，北京市機動車保有量平均年增長速度達到17。4廣州市情況與之相近。同其他國家相比，我國機動車保有量狀況有以下幾個特點5:（1）輕型車特別是轎車增長速度最快近年來年平均增長速度已經(jīng)超過30，但同發(fā)達國家相比，我國轎車比例仍然相對較低,僅占總保有量的1620%，轎車發(fā)展還有很大潛力；（2）柴油車比例較低且大部分為重型車重型柴油車約占重型車總量的50%，而輕型柴油車的比例很低平均在15%以下;(3）部分城市摩托車保有量增長較快，已

16、成為機動車保有量的重要組成部分；（4）重型車發(fā)展平緩保有量比例呈下降趨勢；（5)城市中出租車已經(jīng)占到一定的比例，由于這部分車輛行駛里程較大,排放相對嚴重，應給予充分重視。（6）目前我國汽車工業(yè)正處于一種良好的環(huán)境中，作為國家重要生產(chǎn)行業(yè)之一的汽車工業(yè)必將還會有很大的發(fā)展，我國機動車保有量在一定時期內(nèi)仍將保持高速增長的勢頭。1.1.2 機動車污染物排放的特征隨著機動車輛增多,污染物排放總量不斷增加。從我國典型城市機動車污染物排放分擔率(排放分擔率能宏觀上反映機動車排氣對城市大氣環(huán)境污染的影響)程度的結(jié)果分析,我國機動車污染物排放有以下特征6:(1）機動車尾氣排放已成為我國城市大氣污染的主要來源北

17、京和廣州約80%的CO和40%的NOx均來源于機動車排放源,中國100萬人口以上的大城市空氣污染類型正由煤煙型向混合型或機動車污染型轉(zhuǎn)化；(2）目前我國機動車運行處于不充分燃燒狀況，其主要原因是機動車運行速度低,運行工況差，發(fā)動機往往處于富燃料狀態(tài)工作，CO污染物排放量大，CO濃度高；（3)城市氮氧化物濃度均在上升，NOx超標已經(jīng)相當嚴重；（4）城市顆粒物污染不容忽視.目前，中國許多城市的首要空氣污染物是可吸人顆粒物，其濃度超標嚴重，由于可吸人顆粒物能夠直接深人人體肺部故對健康危害最大,影響更為嚴重；(5）城市光化學污染問題也日益突出；(6）與國外城市相比我國單車排放量高于國外。當汽車處于高速

18、或加速狀態(tài)時，CO的排放量最大?，F(xiàn)代化城市高樓林立、道路狹窄、交通擁擠，致使汽車經(jīng)常處于低速運行或怠速狀態(tài)。所以汽車排放污染物的總量一般都很高,而且不易擴散導致城市上空經(jīng)常形成穩(wěn)定的污染層。在人口和車輛密集的地段，污染尤為嚴重。1.1.3 研究主要意義單車排放量高、污染物排放分擔率高、污染物排放量大，這些特征在我國城市交通路網(wǎng)中使得汽車污染對人體、動植物及環(huán)境的危害更加顯著,汽車尾氣的排放量極大地制約著城市交通的發(fā)展。隨著城市汽車保有量的增加,路網(wǎng)容量的日去飽和,城市交通的發(fā)展也日益艱難。當然地下交通可作為大城市交通的首選，但畢竟不能取代路面交通。因此如何盡量減少汽車污染物的排放量成為發(fā)展城市

19、交通要解決的首要問題,汽車排放污染智力技術(shù)將成為控制城市環(huán)境污染和解決城市交通發(fā)展的關(guān)鍵。因此，本文對汽車尾氣排放控制技術(shù)進行了研究和分析，從汽車排放污染物的生成機理入手,對汽車排放污染物的影響因素進行了深入細致的分析研究，根據(jù)影響因素程度的不通,重點對機內(nèi)、機外、外環(huán)境控制技術(shù)進行了研究。是對我國汽車排放控制技術(shù)的有意探索，為我國城市交通排放污染治理提供了一種研究方法，這將對促進我國城市大氣環(huán)境的綜合治理，確保城市交通的協(xié)調(diào)發(fā)展具有一定的理論和現(xiàn)實0意義。1.2 國內(nèi)外汽車排放標準對比分析1.2.1 國外汽車尾氣排放標準（1)美國汽車排放標準美國是世界上最早執(zhí)行排放法規(guī)的國家，也是排放法規(guī)最

20、嚴格的國家。美國的汽車排放法規(guī)分為聯(lián)邦排放法規(guī)即環(huán)境保護局(EPA）排放法規(guī)和加利福尼亞州空氣資源局(CARB)排放法規(guī)兩個標準.美國加州1960年開始立法控制汽車排氣污染物，在1963年美國政府頒布大氣凈化法當年，加州便開始了控制曲軸箱燃油蒸發(fā)物排放;1966年加州頒布實施“7工況法”汽車排放法規(guī)，1968年聯(lián)邦采用“7工況法"控制汽車的排放物；1970年加州開始控制轎車燃油蒸發(fā)物排放,美國聯(lián)邦政府從1970年開始制定了一系列車輛排放控制法規(guī)，1972年采用LA4C（FPT-72）測試循環(huán)，并增加對NOx的控制，1975年改用LA-4CH(FPT75）測試循環(huán)；從1975年起到80

21、年代，美國排放法規(guī)大幅度加嚴，特別強化對NOx的限值，同時也提高對HC和CO的控制.1990年美國國會對大氣凈化法做了重大修訂，對汽車排放提出了更高的要求。1994年加利福尼亞州制定了低污染汽車排放法規(guī)，將輕型車分為了過渡低排放車（TLEV）、低排放車（LEV)、超低排放車（ULEV）和零排放車(ZEV），并且規(guī)定從1998年起銷售到加州的輕型車必須有2為無污染排放(零排放），2001年為5,2003年達到10.同時計劃在2004年進一步強化汽車排放法規(guī)(SULEV），限值為ULEV的1/4。表1。1是聯(lián)邦轎車排放標準。本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途表1.

22、1美國聯(lián)邦輕型車排放控制標準實施年份測試循環(huán)COHCNOx19938410。64。119957工況法516。319997工況法344.12001FTP-72283。03.12002FTP75151.53.12004FTP-7570。412.02006FTP753。40。411.02007FTP-753。40.250。4 表1。2 美國輕型汽車排放限值（FIP75測試循環(huán)）（g/km）標準名稱實施年份保證里程COHCN0xTier11994800002.110.16（NMHC）0。251600002。610。19（NMHC）0。37Tier22004800001。060.08（NMOG）0.12

23、41600001。060。08（NMOG）0。124（2） 歐洲汽車排放標準隨著歐洲一體化進程以及汽車保有量的不斷增加，歐洲國家從1993年開始推行了日趨嚴格的排放標準，而且從1996年起除了日本以外,歐洲共體和大部分汽車工業(yè)發(fā)達的國家都相續(xù)采用了聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(ECE）的排放標準，這是由于此排放標準具有了實質(zhì)性的變化;ECE擴大了限值有害氣體排放的種類,試驗運轉(zhuǎn)循環(huán)更加接近實際使用條件,規(guī)定了汽車尾氣排放物能夠達到環(huán)保指標的行程，確立了按汽車環(huán)保參數(shù)認證的汽車生產(chǎn)穩(wěn)定性和質(zhì)量監(jiān)督統(tǒng)計的方法等.汽車排放歐洲號標準（簡稱歐）是通過對ECER83進行了2此修改后形成的更加嚴格的排放法規(guī)，它于

24、1993年正式生效。汽車排放歐洲號標準(簡稱歐)從1996年開始正式在歐洲實施，該標準對使用無鉛汽油和柴油汽車的排放限值變得更加嚴格，它既規(guī)定電噴汽油機和使用氣體燃料以及雙燃料汽車排放的測定方法外,又對生產(chǎn)一致性采用了新的檢查辦法.2000年起開始實施歐標準。2005年開始實施歐標準。2008年起開始實施歐標準。各階段排放標準如表1。3。 表1.3歐洲汽車排放標準年份標準汽油機柴油機CONOxHCNOxPM1986年1.54.61989年14.00。51992年（歐)2.81。08.00.361996年(歐）2。30.38。00。252000年（歐）2.30.150。25。00.102005年

25、（歐)1.00.080.15.00。022008年(歐)2.00.021.2.2 我國汽車尾氣排放標準從下表1.2可以看出，我國汽車排放控制水平，轎車在2000年達到國1號法規(guī)，在2004年前后達到國2號水平法規(guī)，2010年左右爭取與國際排放控制水平接軌。2004年7月1日，全國范圍內(nèi)開始實施“國”排放標準。2005年12月30日，北京實施“國”排放標準，之前已經(jīng)上市并且通過“國”標準的車型可以延遲1年安裝OBD。2006年1月1日,北京在全國范圍內(nèi)率先實施“國”排放標準。2006年7月31日，上海市環(huán)保局宣布，上海公交與出租車行業(yè)率先實施“國”排放標準.2006年9月1日，中央國務(wù)院正式批準

26、廣州實行“國"標準.2006年12月1日,北京全面禁止在京銷售未安裝OBD的新車。2007年7月1日，全國范圍內(nèi)開始實施“國”排放標準。2008年1月1日，“國"燃油在北京上市2008年1月1日，在全國范圍內(nèi)對重型汽車上牌執(zhí)行“國”排放標準2008年7月1日，在全國范圍內(nèi)對輕型汽車上牌執(zhí)行“國”排放標準表1。2我國尾氣排放標準里程圖年份歐盟韓國印度中國 新加坡1995歐1-歐11996歐2-歐11997歐2歐11998歐2-歐11999歐2-歐12000歐3歐2-國1歐12001歐3歐2歐1國1歐22002歐3歐3歐1國1歐22003歐3歐3歐1國1歐22004歐3歐3歐1

27、國2歐22005歐4歐3歐2國3歐22006歐4歐3歐2國3歐22007歐4歐3歐2國3歐22008歐4歐3歐2國3歐22009歐4歐3歐2國3歐22010歐4歐3歐3國4歐21.3 研究的主要內(nèi)容1.影響汽車排放污染物的因素分析影響汽車排放污染物的主要因素有：結(jié)構(gòu)因素、運行因素、發(fā)動機類型及外環(huán)境因素等四個方面。具體分析研究各因素對排放污染物的影響，找出這些因素的改變而導致排放污染物變化的規(guī)律，從而有效地控制對汽車排放不利的影響因素；2.汽車排放污染控制技術(shù)根據(jù)國外及我國對汽車排放污染物的控制法規(guī)，主要是對排放污染物中CO, HC，NOx及PM排放量進行控制。因而本文也主要是對這四種污染物的

28、機內(nèi)控制技術(shù)、機外控制技術(shù)、外環(huán)境控制技術(shù)加以研究.第2章汽車尾氣排放物的生成機理及危害2。1汽車尾氣排放物的生成機理汽車污染物排放量主要和發(fā)動機混合氣的形成、燃燒及排氣過程中的化學反應有關(guān)，此外還與燃油的蒸發(fā)等因素有關(guān).由于汽油車和柴油車由于使用油料不同，發(fā)動機結(jié)構(gòu)、混合氣形成方式和燃燒方式不同，其污染物排放規(guī)律也不同。表現(xiàn)在下列幾方面：（1) 汽油具有很強的揮發(fā)性，而柴油很難揮發(fā)，因此汽油車污染物中有燃料蒸發(fā)排放物，其組分是碳氫化合物（HC）。（2) 汽油具有容易與空氣混合，且混合后不易分離的特性。汽油車燃料混合氣的形成是在發(fā)動機燃燒室外進行的（在化油器和（或）進氣管)，在點燃之前又經(jīng)過進

29、氣、壓縮過程，有相對較長的混合時間，因此汽油與空氣可以混合得很均勻,基本不存在局部過濃或過稀和液態(tài)油滴的情況,汽油的分子又小，決定了汽油車排放物中顆粒物較少。進入發(fā)動機燃燒室的空氣與汽油的比例基本控制在理論空燃比附近（所謂理論空燃比是指在理論計算上燃燒1千克的燃料所需要的空氣量,對汽油來說通常在14。7左右)，采用火花塞放電點火燃燒，燃燒速度很快；汽油機壓縮比低、燃燒最高壓力低、最高溫度高,燃燒后產(chǎn)物發(fā)生高溫離解的傾向比較嚴重，某些死區(qū)點不著火或在某些工況下斷火，使汽油機排放物中有較多的一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）。同時發(fā)動機燃燒室內(nèi)存在很高溫，又導致了氮氧化合物（NOx)的產(chǎn)生的排放

30、.因此，汽油車排放的特點是一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）排放量高，而顆粒物排放量低,氮氧化合物（NOx）排放與柴油車基本相同（見表2。1）。（3） 柴油車燃料混合氣的形成是在發(fā)動機燃燒室內(nèi)進行的，柴油高壓噴入燃燒室，壓縮著火后進行邊噴邊燃燒的擴散燃燒方式。這種工作方式，決定了柴油與空氣的混合是不均勻的，不可避免地存在局部缺氧或局部富氧情況.油料在高溫缺氧時,易炭化形成碳煙。柴油車負荷的調(diào)節(jié)是通過改變噴油量來控制的.柴油車混合氣始終處于比較稀的狀態(tài)下，也就是說柴油機的燃燒室內(nèi)始終存在富余的空氣。這些富余的空氣在高溫作用下容易產(chǎn)生氮氧化物（NOx），而一氧化碳(CO）和碳氫化合物（HC）則不

31、容易形成。因此，柴油車排放特點是顆粒物和氮氧化物(NOx）排放量多而一氧化碳(CO）和碳氫化合物(HC）排放量少（見表2。1）。此外，柴油燃燒后會生成一些有臭味的有機氣體,因此，柴油機排放中還有臭味。表2。1汽油機和柴油機污染物排放比較污染物種類柴油機汽油機備注CO ()0.160。00.50汽油機為柴油機的20倍以上HC (ppm)<500<3000汽油機為柴油機的5倍以上NOx （ppm）100040002000-4000二者相當顆粒物 （g/km)0。50。01柴油機為汽油機的50倍因此下面對這幾種有害排放物的生成機理進行分析。2。1.1 CO的生成機理燃燒產(chǎn)物CO是最早為人

32、們發(fā)現(xiàn)的污染物之一，他是汽車中有還濃度最大的成分,CO的生成主要是和混合氣的混和質(zhì)量及濃度有關(guān).燃料燃燒時不可能全部生成CO2，會由于一下原因產(chǎn)生部分的CO。1。燃料不完全燃燒 CO是烴類燃料在燃燒過程中由于缺氧而不能完全燃燒的中間產(chǎn)物,一般認為，燃燒反應經(jīng)過的幾個反應過程為：理論上空燃比A/F=14.7時,烴類燃料能完全燃燒，生成CO2和H2O:CnHm+(n+m/4)O2nCO2+mH2O （21） 理論上空燃比A/F<14。7時,烴類燃料不能完全燃燒，會生成中間產(chǎn)物CO:CnHm+（n/2+m/2）O2nCO+m/2H2O （2-2）當空燃比A/F>14。7時，氧氣過剩，排氣

33、中不產(chǎn)生CO，而有剩余的氧氣。2.混合氣混合不均與理論上在富氧狀態(tài)下燃燒（A/F14.7）時，排氣中CO不存在，而代之產(chǎn)生O2。但實際混合氣不可能絕對均勻，總會有過渡區(qū),加上進氣管壁面上有汽油油膜存在，油膜隨著進氣過程邊流邊蒸發(fā)，也會造成混合氣不均勻，而且由于各氣缸均勻性不等現(xiàn)象，這些都會產(chǎn)生CO。3。CO2和H2O在高溫時離解 即使在稀混合氣燃燒時,有足夠的氧氣，且混合氣混合得很均勻,但由于發(fā)動機缸內(nèi)燃燒后的溫度很高,當溫度超2000時，已經(jīng)生成的CO2也會有一小部分會產(chǎn)生高溫離解反應:2CO2CO+O2 （23)溫度越高，離解反應越劇烈,生成的CO越多。H2O在高溫時也會分解成H2和O2,

34、H2參加燃燒反應，也會使CO2還原成 CO。2H2O2H2+O2 (2-4)CO2+H2CO+H2O （2-5）綜上可見,一氧化碳在燃燒過程的原因主要可以歸結(jié)為氧氣的不足，一旦他興城以后，如不能即使的在燃燒過程中獲得氧氣的補充就不能完全氧化狀態(tài)排除機外。2。1.2 HC的生成機理 排氣中的HC是由未燃燒的燃料烴、不完全氧化產(chǎn)物以及燃燒過程中部分被分解的產(chǎn)物所組成。他是各種沒有完全燃燒的碳氫氧化物的總稱。HC的生成原因比較復雜，其生成機理可以從以下幾個方面進行討論。（1）室壁激冷效應 汽油機室壁激冷效應是指當火焰?zhèn)鞑r，由于接近燃燒室壁面的一層混合氣被冷卻，火焰到達燃燒室壁面之前就消失的一種現(xiàn)象

35、，汽油機氣缸內(nèi)燃料和空氣的質(zhì)混合氣是靠火焰?zhèn)鞑ザ紵摹；鹧婷媲暗?mm2mm為預熱層。預熱層中的燃料和部分氧化產(chǎn)物不能進一步氧化轉(zhuǎn)化為燃燒產(chǎn)物，而以未燃烴和含氧碳氫氧化物的形式排除。汽油機正在正常工作情況下,排氣中的HC主要來自室壁激冷效應的未然烴。(2）燃燒室的縫隙效應 火線不能在激冷縫隙內(nèi)傳播的現(xiàn)象成為燃燒室縫隙效應。一般在小于1mm的縫隙內(nèi)，如活塞頂部與第一道氣環(huán)之間的空隙混合氣因火焰無法傳入其中而不能完全燃燒，是HC排放的來源之一。(3）燃料燃燒不完全 在發(fā)動機工作過程中，燃料不完全燃燒與著火前的混合氣條件、燃燒室內(nèi)的燃燒條件、膨脹形成的溫度條件及排氣系統(tǒng)的反映條件均有密切的關(guān)系。H

36、C既有未燃的燃料。也有燃料不完全燃燒的產(chǎn)物和部分被分解的產(chǎn)物.所以一切妨礙燃料燃燒的條件都是HC形成的原因。例如，為了提高發(fā)動機的最大功率,常使發(fā)動機在過量空氣系數(shù)小于1的情況工作；在低負荷時，由于氣缸內(nèi)的殘余氣體較多，為了不使燃燒速度,也要供給濃混合氣，從而都會因空氣不足一直不能完全燃燒。此外，混合氣過濃、過稀、燃料霧化不良或混入廢氣過多時，也會因滅火或半滅火狀態(tài)而使未燃燒部分的燃料以HC的形式排出。2。1.3 NOx的生成機理NOx是NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等各種氮氧化合物的總稱。在發(fā)動機排出的廢氣中，NO占絕大部分(約占99%），而NO2含量極少（約占1%）,其他碳氧化

37、合物的含量的含量甚微。NO排入大氣后，又被氧化成NO2。NO是在燃燒過程中的高溫條件下在燃燒室內(nèi)形成的，它是燃燒過程中氮和氧原子的許多基本反應的結(jié)果。捷爾杜維奇(Zeldovich）鏈反應機理認為NO的生成反應與分解反應主要由下列兩個反應支配：O+N2NO+N （可逆) （2-6)N+O2NO+O （可逆） (2-7)NO的生成量很大程度決定于的溫度，并與溫度呈指數(shù)關(guān)系.NOx是由燃燒鎖產(chǎn)生的高溫是空氣使空氣中的氧氣和氮氣分解并化合生成的,燃燒溫度越高，尾氣中的NOx的含量越大。2.1.4微粒（PM)及炭煙的生成機理所謂微粒是指由內(nèi)燃機排出的全部廢氣，在接近于大氣條件下，除去非化合形態(tài)的凝聚水

38、以后收集到的全部呈固體狀和液體狀的微顆粒,它包括原始及二次顆粒。原始顆粒直接來自發(fā)動機燃燒產(chǎn)物的顆粒；二次顆粒是在大氣條件下，因氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的各化學成分之間發(fā)生化學或物理變化所產(chǎn)生的顆粒。微粒主要是由三部分組成,即碳煙(DS）、可溶性有機物（SOF)和硫酸鹽。碳煙是微粒的主要組成部分。重餾分的未燃烴、硫酸鹽以及水分等在碳粒上吸附凝集,形成微粒排放.2.2污染物的危害汽油主要由碳和氫組成，汽油正常燃燒時生成二氧化碳、水蒸氣和過量的氧等物質(zhì)。但由于燃料中含有其他雜質(zhì)和添加劑，且燃料常常不能完全燃燒,常排出一些有害物質(zhì).研究表明，汽車尾氣成分非常復雜，有100種以上，其主要污染物包括一氧化碳、碳

39、氫化合物、氮氧化合物和浮游微粒等，其中CO含量最多, 是污染大氣的主要成分。汽車排出的有害氣體大部分是由排氣管排出的， 小部分從其它部位（ 如曲軸箱、燃料供給系統(tǒng)） 竄出。此外， 燃料箱蒸發(fā)的燃油蒸氣也會對空氣造成污染。在汽車排放物中， 還有苯丙芘， 是強致癌物質(zhì).一方面，汽車排放污染破壞生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)：汽車排放造成的大氣污染會破環(huán)臭氧層,臭氧層的破壞造成太陽輻射過強，引起溫室效應，導致高溫天氣，使全球水蒸發(fā)加快，進而改變氣流的循環(huán)，從而氣候變化加劇，引發(fā)熱浪、咫風、洪澇及干旱。此外，汽油燃燒釋放出的二氧化硫和氮氧化物在大氣中分別轉(zhuǎn)化成硫酸和硝酸,導致酸雨。酸雨不僅增加土壤酸度、破壞生態(tài)系統(tǒng)的平

40、衡，而且還腐蝕建筑材料、金屬構(gòu)件和油漆等等，使建筑物、公路以及名勝古跡遭受損害。歐洲經(jīng)濟委員會的報告書稱，因酸雨危害造成的經(jīng)濟損失額相當于全世界每人損失2到10美元。2.2。1 一氧化碳(CO)一氧化碳(CO）主要是燃料燃燒不完全的產(chǎn)物，主要是在局部缺氧或者低溫條件下，由于烴不能完全燃燒而產(chǎn)生,混在內(nèi)燃機廢氣中排出。當汽車負重過大、慢速行駛時或者空擋運轉(zhuǎn)時，燃料不能充分燃燒，廢氣中的一氧化碳含量會明顯增加。一氧化碳（CO)是一種無色、無味但有劇烈毒性的氣體。它不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應而成為大氣中比較穩(wěn)定的組成部分,能停留23年之久。當人們吸入過多的CO后,CO可與血液中的血紅蛋白有較強的親和力,

41、會妨礙血紅蛋白的輸送氧氣的能力。當空氣中的一氧化碳濃度超過一定數(shù)量時，人就會出現(xiàn)頭痛、嘔吐等中毒癥狀，濃度再大時,甚至可致人死亡。一氧化碳（CO）是汽車發(fā)動機排出有害成分中濃度最大的氣體；它引起的公害稱為汽車尾氣排放的第一大公害.2.2。2 碳氫化合物(HC）HC的產(chǎn)生仍是燃燒過程不完全造成的。HC是一種混合物，成分非常復雜.當HC濃度較高時,會使人出現(xiàn)頭暈、惡心等中毒癥狀.特別是HC化合物中的烯在大氣上空，和二氧化氮（NO2)混合在一起，經(jīng)強烈的日光照射后，起光化學反應產(chǎn)生的高濃度臭氧、醛等煙霧狀物質(zhì)，對人的眼睛、呼吸器官（喉、眼、鼻等黏膜)及皮膚有強烈的刺激性，甚至可能致癌。而且，它還使生

42、態(tài)環(huán)境遭到破壞，嚴重影響了農(nóng)作物的生長，使農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，因此碳氫化合物(HC)它成為汽車尾氣排放的第二公害。2.2。3 氮氧化合物（NOx)NOx是NO和N02的總稱，它是發(fā)動機在大負荷工作時,高溫高壓燃氣中少量氮被氧化成NO、NO2等氮氧化物。其中NO與血液中的血紅蛋白的結(jié)合能力比CO還強,容易使人們中毒而死亡。NO2是一種褐色有強烈毒性的氣體，刺激人的眼睛和呼吸道引起喘息、支氣管炎及肺氣腫等，同時NOx也是光化學煙霧的組成成分,成為汽車尾氣排放的第三公害。2。2。4 固體懸浮顆粒固體懸浮顆粒的成分很復雜，并具有較強的吸附能力，可以吸附各種金屬粉塵、強致癌物和病源微生物等.固體懸浮顆粒隨呼吸進入

43、人體肺部，以碰撞、擴散、沉積等形式滯留在呼吸道的不同部位，引起呼吸系統(tǒng)疾病。當懸浮顆粒積累到臨界濃度的時候,便會激發(fā)形成惡性腫瘤.此外，懸浮顆粒物還能直接接觸皮膚和眼睛，堵塞皮膚的毛囊和汗腺,引起皮膚炎和眼結(jié)膜炎，嚴重的可造成角膜損傷，因此成為汽車尾氣排放的第四公害。除上述四種主要污染物外，汽車尾氣污染還有SO2、游離碳（黑煙）、四乙基鉛、臭味等物質(zhì)，它們對人體呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)都非常有害。 第3章汽車尾氣排放的影響因素分析影響汽車有害排放物生成的因素很多也很復雜。但這些排放污染物畢竟是燃燒化學反應的產(chǎn)物,因而這些影響因素歸結(jié)起來，同影響化學反應的因素一樣，主要是反應物的濃度和溫度。

44、各種參數(shù)和陽氏排放的技術(shù)大都是最終通過這兩種基本因數(shù)來影響燃燒和有害物生成過程的。而對反應物的濃度和溫度影響的因素，主要有過量空氣系數(shù)a、點火(噴油)提前角、運轉(zhuǎn)工況和發(fā)動機的類型等等。3.1過量空氣系數(shù)a的影響3.1.1過量空氣系數(shù)a對汽油機的影響汽油機中的有害排放物以及動力性和經(jīng)濟性隨空燃比的變化如圖3.1所示.CO、 HC隨著空燃比的增大，急劇下降，超過a=1后，逐漸達到最低值;但空燃比過稀時，因燃燒不穩(wěn)定甚至失火次數(shù)增多，導致HC又有所回升.從降低CO和HC的角度來說,應該避免a<1的區(qū)域運轉(zhuǎn)，但汽油機的最大功率出現(xiàn)在a=0.80.9，怠速和起動時a加濃到0。8或更低,因而又是難

45、以避免的。NOx的變化規(guī)律與HC和CO不同.在a=1。1附近，NOx生成量最高，過濃過稀都會降低。a<1時,燃燒是在還原性氣氛中進行的，NO難經(jīng)生成；a過稀時，會由于燃燒溫度下降,使NO的生成速度減慢；只有a=1。1附近，才能兼有高溫和富氧兩個必要條件，最有利于NO的生成.圖3。1汽油機空燃比對對排放污染物生成的影響3。1.2過量空氣系數(shù)a對柴油機的影響柴油機中的有害排放物隨空燃比的變化如圖3.2所示。盡管柴油機總是在a>1的稀混合氣條件下運轉(zhuǎn),但由于柴油機是擴散燃燒，混合氣的濃稀成份分布極不均勻，完全燃燒所需的空氣要比預混合燃燒時多,因而與汽油機相比，HC， CO和NOx的曲線有

46、向稀混合氣區(qū)平移的感覺。由圖可知，CO的排放一般很低,不到汽油機的1/10,只有在高負荷(a1.5 )時才開始急劇增加。在中小負荷時(a>2 )，HC排放略有上升，但仍然比汽油機低得多.NOx的生成規(guī)律與汽油機相同,但生成量低于汽油機，并且峰值比汽油機略向稀區(qū)偏移，這主要與柴油機的混合氣濃度分布不均勻有關(guān).炭煙的排放質(zhì)量濃度隨汽的變化也在圖中顯出，在a 0.6的區(qū)域，理論上不應產(chǎn)生炭煙，但由于柴油機的混合氣濃度分布的極不均勻，局部缺氧使得在a 2以后,炭煙急劇增加。加強混合可改善局部缺氧，使冒煙極限向a =1靠近。圖3。2直噴式柴油機空燃比對對排放污染物生成的影響由以上分析可知，a對發(fā)動

47、機有害排放物的生成影響很大。通過控制汽油機的a可明顯改變各排放污染物的生成;而對柴油機而言，除了控制平均a外,還應合理加強混合過程，改善局部a過濃的問題。3.2點火提前角的影響點火提前角不同，燃燒過程中燃氣的最高燃燒溫度和燃燒時間就不同，因而尾氣排放濃度也不同。圖3.3是改變點火提前角對燃燒過程的影響。圖中甲為曲軸轉(zhuǎn)角，P為缸內(nèi)壓力，當點火時間由a減少到b，缸內(nèi)壓力將從A變成B，由于燃氣的最高溫度與壓力大致成正比下降，因而可使NO生成量減少.同時由于燃燒時間從a延長到b，使HC反應的有效溫度時間加長，也使HC排放量降低.圖3.3是改變點火提前角對燃燒過程的影響表3。1給出了SCI010型長安車

48、在固定轉(zhuǎn)速下，通過調(diào)整點火提前角得到的尾氣排放值.從表中可看出，隨著點火提前角的減小，即推遲點火，CO和HC都有所減少。點火提前角的變化對尾氣中CO的含量影響不大,而對HC的含量影響很大，這是因為點火時刻推遲，點火提前角減小會導致后燃加重和排氣溫度上升，使得在排氣中行程以及排氣管中HC氧化反應加速，使最終排出的HC減少。在柴油機上也同樣，隨著噴油提前角的減少，NOx出現(xiàn)兩者相悖的關(guān)系。同時排放會有顯著下降，但炭煙和微粒排放會有明顯提高，即動力性和經(jīng)濟性也會惡化。表3。1不同點火提前角時排放污染物的檢測數(shù)據(jù)表序列發(fā)動機轉(zhuǎn)速（r/min）點火提前角（度）尾氣排放檢測值CO（%）HC（ppm）185

49、001。9280285052。03303850102。05004850152。36005850202。27206850252.58007850303.510008850357.014003.3運行工況的影響發(fā)動機在不同的工況下運行時，其過量空氣系數(shù)a和燃燒溫度不同，因而造成的有害排放物的生成量也下同。圖3.4給出了一例日本10工況法試驗時各種成分的排放特性。汽車在加速和高速運行時，由于燃燒溫度高,因而NOx排放濃度較高。HC和CO在怠速和加速時排放濃度較高，這是因為此時的空燃比偏濃,同時怠速時的溫度較低以及殘余廢氣系數(shù)也較高。減速時,對于化油器式的汽油機,HC急劇上升同時CO排放也較高，這種現(xiàn)

50、象在圖3。5中可以更清楚地看到.這是因為減速時汽油機節(jié)氣門關(guān)閉，而發(fā)動機在汽車反拖下繼續(xù)高速運轉(zhuǎn)，進氣管中突然形成高真空度狀態(tài),使管壁上的液態(tài)燃油(油膜）急劇蒸發(fā)，形成過濃混合氣，同時化油器中由于油比氣的慣性大，進氣量比燃油要減得而快，導致混合氣濃度瞬時增大。汽油噴射式發(fā)動機在減速時不再供油，而且進氣管中油膜少，因此HC和CO排放較少（見圖3。5中燃油噴射曲線）.而帶有減速斷油裝置的改進型化油器情況會有所改善。汽油機在不同工況下的排氣成分的大致范圍如下表3.2所示.表3。2汽油機在不同工況下的排氣成分的體積分數(shù)排氣成分怠速加速定速減速HC80010-6540*10-6485*106500010

51、-6NOx2310615431061270*10-66*106CO4。9%1.81.73。4CO210。212。112。7%6.0圖3。4不同工況下的排放特性圖3。5汽油機減速時的HC與CO的排放特性 至于穩(wěn)定工況下一般規(guī)律為，汽油機低怠速時，HC, CO激增，NOx很少,高負荷時反之,但之后HC，CO又有所增加。柴油機則如圖3.2所示,幾的變化代表負荷的變化。轉(zhuǎn)速對汽油機和柴油機的排放雖有一定的影響但一般不大，也無確定規(guī)律，但柴油機轉(zhuǎn)速上升則炭煙和微粒增加。 3。4發(fā)動機類型的影響3。4。1汽油機與柴油機排放特性的對比在第二章表2.3對汽油機與柴油機排放濃度進行了對比，圖3。6是兩者比排放量

52、的對比。由此可知，柴油機的HC和CO排放僅有汽油機的1/51/10,甚至低于安裝了催化轉(zhuǎn)化器的汽油機;而NOx的排放量，柴油機中小負荷時遠低于汽油機，大負荷時與汽油機接近;但柴油機的微粒排放卻是汽油機基本沒有的.圖3-6汽油機與柴油機比排放量的比較a）。CO比排放量；b)。HC比排放量；c)。NO比排放量因此,汽油機以降低CO， HC和NOx為主要排放控制目標，而柴油機以降低微粒(炭煙)和NOx為主要控制目標。3。4。2不同柴油機燃燒室的排放特性對比不同的燃燒室將會導致不同的排放特性。如圖37所示，非直噴式柴油機（IDI， indirect inj ection）的氣體排放、微粒排放以及噪聲都

53、比直噴式柴油機（DI， direct injection)低,但DI柴油機具有良好的燃油經(jīng)濟性，近年來已成為主流.值得關(guān)注的是，為降低NOx，許多研究者一直在努力將IDI的濃稀兩段式燃燒方式部分地引入DI的燃燒方式中去.3.5外環(huán)境因素的影響由于城市用地和城市生活的集聚性，在我國目前汽車排放控制水平下，城市交通的高度密集性必然會帶來嚴重的城市交通污染問題。而汽車排放污染對城市的影響程度，在同等的車輛排放控制技術(shù)下,又與城市的道路條件、交通工程布局、交通時段等因素有著密切的關(guān)系。3.5。1城市道路條件的影響我國汽車分布的不平衡、道路及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的落后、不斷增加的汽車車輛量、不甚合理的城市交通結(jié)

54、構(gòu)和運行機制，使得汽車污染日益嚴重.我國的路網(wǎng)密度和人均擁有的公路里程僅為日本的1/27和1/10。道路建設(shè)的滯后，路況差，造成各城市主要交通道路機動車流量大，車速慢，道路交通擁擠狀況十分嚴重，城市車輛行駛速度僅為十幾km/h.尤其是在上下班時間，各種車輛混行，亂停車現(xiàn)象嚴重，加之交通管理落后，堵塞現(xiàn)象時有發(fā)生,汽車不得不頻繁啟動和長時間低速行駛，測量結(jié)果表明,在上海中心城區(qū)，由于道路狹窄、人口密集、道路擁擠、路口阻塞嚴重、車輛行駛不暢等原因,致使機動車在典型道路上行駛時，怠速時間占總運行時間的35.1%，加速時間占27。0%，減速時間占24。1,勻速時間占13。8。由于怠速和減速運行時間較長(約占總運行時間的60），