【文章內(nèi)容簡介】 ...............................................................錯誤 !未定義書簽。 致 謝 ...................................................................................錯誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) ...............................................................................錯誤 !未定義書簽。 附 錄 A ................................................................................錯誤 !未定義書簽。 附 錄 B ................................................................................錯誤 !未定義書簽。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1 章 緒論 汽車尾氣的危害 隨著我國改革開放事業(yè)的深入發(fā)展和作為我國國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的汽車工業(yè)的崛起以及人們生活水平的不斷提高，汽車越來越多地進(jìn)入百姓的中間。汽 車的發(fā)展在給人民經(jīng)濟(jì)活動和日常生活提供方便的同時，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染。 1995 年全國機(jī)動車排放 C0 總量達(dá)到 2200 萬噸： NOx排放總量超過 140 萬噸，而且大部分集中在城市區(qū)域。與國外城市相比，90 年代東京擁有機(jī)動車約 400 萬輛，而 CO 和 NOx 排放基本穩(wěn)定在 10 萬噸和 5 萬噸左右。 1995 年北京的汽車保有量僅為 100 萬輛，而 CO 和 NO，的排放量卻分別超過了 100 萬噸和 1 0 萬噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于東京。近 10 年我國生產(chǎn)的汽車的排放污染雖有所改善，但與發(fā)達(dá)國家相比差距仍然很大。隨著城市建設(shè)速度加快，高樓林立，更加不利于 空氣的擴(kuò)散，使汽車排放加大了空氣污染程度，并逐步成為城市大氣的主要污染源之一。 1998 年世界衛(wèi)生組織列出的“世界十大污染嚴(yán)重城市”中，我國就占了 7 個。與國外相比，這些城市的汽車保有量不大，但城市中 CO、 HC 和 N0x 對大氣污染的分?jǐn)偮蕝s達(dá)到了發(fā)達(dá)國家水平。 汽車排放的污染物對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成了很大的影響，特別是兒童、老人、孕婦以及心臟病和肺病患者，更容易受到傷害。另外，空氣污染還會損害生態(tài)環(huán)境，污染河流湖泊，危及野生動植物的生存。目前，對汽車排放污染物的控制主要是設(shè)法減少 CO、 HC 和 NOx，它們是造成大氣污染的主要原因，也是汽車尾氣中對人體構(gòu)成危害的主要物質(zhì)。 在汽車排出的尾氣中濃度最大有害氣體是 CO，而現(xiàn)代城市空氣污染中80%左右的 CO 來自于汽車排放。 CO 是無色、無味的窒息性易燃有毒氣體。它與血紅素的親和力比氧氣與血紅素的親和力要大 210 多倍，而血紅素?fù)?dān)負(fù)著向人體器官和組織輸送氧氣的重任。因此， CO 侵入體內(nèi)便會很快與血液中的血紅素相結(jié)合而成為羧基血紅 (Carboxyhem0910bin，簡寫為 COHb)，使血液的輸氧能力降低而引起缺氧。這對心臟病和呼吸系統(tǒng)疾病患者特別有害。即使健康的人吸入一定量的 C0 后 會也會產(chǎn)生中毒，出現(xiàn)反應(yīng)遲鈍、惡心、頭暈、疲勞等癥狀，嚴(yán)重時會使人窒息死亡。 排放汽車的碳?xì)浠衔飦碜匀N排放源。對一般汽油發(fā)動機(jī)來說，約60％的碳?xì)浠衔飦碜詢?nèi)燃機(jī)廢氣排放， 20％ ~25％來自曲軸箱的泄漏，其余的 1 5％ ~20％來自燃料系統(tǒng)的蒸發(fā)。 汽車排放污染物除了對人體健康造成嚴(yán)重危害之外，還會對大氣環(huán)境造成深遠(yuǎn)影響。近 20 年的研究結(jié)果表明，汽車的排放污染物對環(huán)境影響不學(xué)士學(xué)位論文 2 僅是局部的，許多影響還可以擴(kuò)展到大氣層中很遠(yuǎn)的距離甚至其他地區(qū)，并存在很長時間。目前，全世界有 10 億多城市人口的健康受到空氣污染的威 脅。據(jù)世界衛(wèi)生組織估計。我國 11 個大城市中，空氣中的煙塵和顆粒物每年使數(shù)萬人死亡， 40 多萬人感染上慢性支氣管炎。世界銀行估計，因空氣污染導(dǎo)致的醫(yī)療成本增加以及工人生病喪失生產(chǎn)力使得中國 GDP 被抵消掉 5％。因此，控制汽車排放污染，改善人類生存環(huán)境，已經(jīng)刻不容緩。 影響排放污染物的主要因素 影響汽車排放污染物的主要因素很多也很復(fù)雜。有汽車的內(nèi)部因素產(chǎn)生的影響，但這些排放物都是化學(xué)反應(yīng)燃燒的產(chǎn)物，主要的影響因素空燃比 (AF)、點火提前角(θ )等。其次是環(huán)境因素對檢測結(jié)果的影響。 汽車發(fā)動機(jī)自身內(nèi)部因素的影響 空燃 比 空燃比是混合氣中空氣與燃料質(zhì)量之比，通常用 AF 表示。使 1kg 汽油完全燃燒按化學(xué)當(dāng)量計算需要 空氣，空燃比等于 ，稱為理論空燃比；燃燒 1kg 燃料實際供給的空氣量與理論空氣量之比稱為過量空氣系數(shù)。 空燃比支配著發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排氣清潔性，是發(fā)動機(jī)最重要的控制參數(shù)。當(dāng)實際空燃比比理論空燃比稍小時 (AF=～ 14)，燃燒火焰的溫度最高。燃燒速度最大時的空燃比比火焰溫度最高時的空燃比更小一點 (AF=12～ 13)。燃燒速度越快，燃燒壓力越高，發(fā)動機(jī)的輸出功率越大，因此 AF=12～ 13 的 稍大的空燃比被稱為功率空燃比。但是，燃油消耗率最低時的空燃比要比理論空燃比稍大， AF=16 左右，這種稍大的空燃比稱為經(jīng)濟(jì)空燃比。 學(xué)士學(xué)位論文 3 圖 11 排放濃度與空燃比的關(guān)系 圖 12 三元催化器的空燃比特性曲線 空燃比與汽油機(jī)排氣有害成分的關(guān)系如圖 11所示。由圖 11可知，混和氣越濃，由于空氣不足，燃燒不完全， NOx排放不多，但 HC、 CO的排放增多；混和氣越稀，燃燒完全， HC、 CO的排放減少，但 NOx增加很多。供給更稀的混和氣時，隨著燃燒速度的下降，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定燃燒，這時 NOx、CO的排放減少，而 HC排 放卻增多。 空燃比控制的目標(biāo)是發(fā)動機(jī)盡可能多地使用較稀混合氣，從而降低有害氣體排放量并節(jié)油，同時必須滿足發(fā)動機(jī)不同工況對空燃比的要求，否則發(fā)動機(jī)功率將下降、失穩(wěn)，甚至熄火。空燃比對三元催化器的特性曲線學(xué)士學(xué)位論文 4 如圖 12 所示。由圖 12 可知，當(dāng)空燃比控制在 附近時，三元催化轉(zhuǎn)化器 (TWC)對有害排放物的凈化效率最高。 隨著排放法規(guī)的不斷嚴(yán)格， TWC得到廣泛應(yīng)用，目前汽油機(jī)混合氣的空燃比通常采用閉環(huán)控制的方法，即在排氣管中安裝一個反應(yīng)空燃比信號的氧傳感器，將實際測到的空燃比信號反饋給控制單元 (ECU)，使 ECU對 噴油脈寬進(jìn)行修正，使排氣中平均空燃比達(dá)到設(shè)定的化學(xué)當(dāng)量比附近，這樣TWC對排氣中的 HC、 CO、 NOx均具有很高的轉(zhuǎn)化率 點火提前角 點火提前角對汽油機(jī) CO、 HC、 NOx排放濃度的影響如圖 1如圖 14所示 。 圖 13 點火提前角對 CO排放的影響 圖 14點火提前角對 HC和 NOx排放的影響 點火提前角對 CO排放濃度影響很小，除非點火提前角過分推遲，使 CO沒有充分的時間完全氧化而引起 CO排放量增加?？杖急纫欢〞r，隨點火提學(xué)士學(xué)位論文 5 前角的推遲， HC和 NOx同時降低。由于推遲點火提前角