【文章內(nèi)容簡介】 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(yīng)而成為大氣中比較穩(wěn)定的組成部分,能停留2～3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，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。 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(fù)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(xué)反應(yīng)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。 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(xué)煙霧的組成成分,成為汽車尾氣排放的第三公害。 固體懸浮顆粒固體懸浮顆粒的成分很復(fù)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SO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(fù)雜。但這些排放污染物畢竟是燃燒化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，因而這些影響因素歸結(jié)起來，同影響化學(xué)反應(yīng)的因素一樣，主要是反應(yīng)物的濃度和溫度。各種參數(shù)和降低排放的技術(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(yīng)物的濃度和溫度影響的因素，主要有過量空氣系數(shù)φa、點火(噴油)提前角、運轉(zhuǎn)工況和發(fā)動機的類型等等。CO、 HC隨著空燃比的增大，急劇下降，超過φa=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(dǎo)致HC又有所回升。從降低CO和HC的角度來說，應(yīng)該避免φa1的區(qū)域運轉(zhuǎn)，但汽油機的最大功率出現(xiàn)在φa=~，因而又是難以避免的。NOx的變化規(guī)律與HC和CO不同。在φa=，NOx生成量最高，過濃過稀都會降低。φa1時，燃燒是在還原性氣氛中進行的，NO難經(jīng)生成；φa過稀時，會由于燃燒溫度下降，使NO的生成速度減慢。只有φa=，才能兼有高溫和富氧兩個必要條件，最有利于NO的生成。盡管柴油機總是在φa〉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(yù)混合燃燒時多，因而與汽油機相比，HC, CO和NOx的曲線有向稀混合氣區(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(φa )時才開始急劇增加。在中小負荷時(φa2 )，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φa ，理論上不應(yīng)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φa 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φa =1靠近。由以上分析可知，φa對發(fā)動機有害排放物的生成影響很大。通過控制汽油機的φa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φa外，還應(yīng)合理加強混合過程，改善局部φa過濃的問題。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a39。延長到b39。，使HC反應(yīng)的有效溫度時間加長，也使HC排放量降低。，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(dǎo)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(yīng)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。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）185002802850533038501050048501560058502072068502580078503010008850351400發(fā)動機在不同的工況下運行時，其過量空氣系數(shù)φa和燃燒溫度不同，因而造成的有害排放物的生成量也下同。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(dǎo)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()。而帶有減速斷油裝置的改進型化油器情況會有所改善。排氣成分怠速加速定速減速HC800*106540*106485*1065000*106NOx23*1061543*1061270*1066*106CO%%%%CO2%%%% 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。，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。 。由此可知，柴油機的HC和CO排放僅有汽油機的1/5~1/10，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36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。不同的燃燒室將會導(dǎo)致不同的排放特性。如圖37所示，非直噴式柴油機(IDI， indirect injection)的氣體排放、微粒排放以及噪聲都比直噴式柴油機(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。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。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)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，%，%，%，%。由于怠速和減速運行時間較長(約占總運行時間的60%)，勻速行駛狀態(tài)時間較短，因此上海市中心城區(qū)機動車的總體平均車速還不足 10km/h。因此，汽車發(fā)動機燃料燃燒不充分及廢氣排放量大，導(dǎo)致道路兩側(cè)為污染物的高濃度區(qū)。再加上目前我國的城市交通規(guī)劃主要以汽車的出行為考慮對象，只重視滿足機動化出行的需求，規(guī)劃建設(shè)大量的快速路、主干路、立交橋，而忽視對自行車和步行系統(tǒng)的建設(shè)，許多城市機動車道越修越寬，而自行車道則是越修越窄，有的路段上甚至將自行車道和人行道合并，使自行車和步行這種零污染的交通方式大大萎縮，城市汽車污染也就越來越嚴重。由于受歷史原因和各城市自然地質(zhì)地貌條件的影響，我國大多城市的公路路面較窄，道路曲折多彎，高樓大廈多，建筑密度大，造成地面的粗糙度增大，不利于氣流的流動，同時又因為汽車尾氣都是貼著地面排放的，擴散的能力相對就很弱，這些因素都阻礙了城市汽車排放污染物的擴散。此外街道空氣的流動性差，污染物質(zhì)在街道的累積，不利于交通尾氣沿道路向郊區(qū)的輸送，再加上城市道路兩側(cè)多是高大建筑物，使空氣流速減緩，污染物難以及時擴散、凈化，也加重了空氣污染。如何把城市交通設(shè)施兩側(cè)的工程布局與城市汽車排污控制有機的結(jié)合起來是交通規(guī)劃部門要做的長期工作。交通的順暢程度對汽車排放污染物的排放狀況有著重要的影響，為對便于說明，本文借鑒了吉林大學(xué)沙學(xué)鋒博士在其博士論文“城市道路機動車動態(tài)排放預(yù)測模型研究”中選取捷達車的排放數(shù)據(jù)結(jié)果，對交通高峰期()、低峰期()和平峰期()三種狀況下的排放量進行了對比分析。由其實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，早晚高峰期(16: 4817: 31)時加減速頻繁，怠速時間長，充分體現(xiàn)了交通高峰期的車流運行特征。交通堵塞，車流運行速度緩慢，NOx，HC，CO排放量增加，交通污染嚴重。夜間低峰期時(19: 3019: 53),NOx，HC，CO排放率與時間變化變化平緩，且排放量顯著降低。平峰期時(15: 3615:56 )NOx、HC, CO排放率與時間變化曲線比夜間低峰期要頻繁，且變化趨勢要急速一些，排放量也要大一些?？傮w來看，交通高峰期時的排放最高，低峰最低。高峰期時NOx的排放量是低峰的兩倍多，比平峰期高大約25%；高峰期時HC排放量也是低峰的兩倍多，是平峰期的兩倍左右；高峰期時的CO分別比低峰和平峰期時高40%和30%左右。Bag距離（km）NOx（g）HC（g）CO（g）NO(g/km)HC（g/km）CO（g/km）Bag1Bag2Bag3Bag4合計Bag距離（km）NOx（g）HC（g）CO（g）NO(g/km)HC（g/km）CO（g/km）Bag1Bag2Bag3合計Bag距離（km）NOx（g）HC（g）CO（g）NO（g/km）HC（g/km）CO（g/km）Bag1Bag2Bag3Bag4Bag5Bag6Bag7Bag8Bag9Bag10Bag11合計第4章 汽車尾氣排放控制技術(shù)控制汽車尾氣排放是一項龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，他與汽車的設(shè)計、制造、使用、維護保養(yǎng)、燃油品質(zhì)等都有直接的聯(lián)系，同時也與城市交通管理有著密切相關(guān)，要抓住每一個影響汽車污染排放的環(huán)節(jié)，才能使汽車污染排放得到有效地控制。根據(jù)國外及我國對汽車排放污染物的控制法規(guī)，主要是對汽車排放污染物中CO；HC, NOx及PM的排放量進行控制。因而本章也就分別對這四種污染物的機內(nèi)控制技術(shù)、機外控制技術(shù)以及外環(huán)境控制技術(shù)進行分析研究。由于當前汽油機的排放控制技術(shù)比較成熟，因而大大降低了對機內(nèi)凈化的要求。其燃燒過程的組織仍以優(yōu)化動力性和經(jīng)濟性為目標，而用燃燒以外的排氣后處理技術(shù)來降低己生成的有害成