第5章 汽车的公害

14/7
2、汽车排气污染物的形成
汽车发动机排出的有害成分主要 是在燃烧过程或燃烧过程结束后在燃 烧室内形成的。此外，在排气系统中 也会发生相关的化学反应，这些有害 物质的排出量取决于燃烧前混合气的 形成状况、燃烧室的燃烧温度压力和 排气系统的反应条件。排气中的CO、 HC、NOx及微粒的生成条件互不同相 同。
24/7
5.2.3汽车排气污染物影响因素
一、负荷（空然比）的影响
发动机不同负荷所需要的空气与燃料的混合比 也不同，因此分析负荷对排气中有害气体的影响实 质上是空燃比的影响。 怠速——α=0.60~0.88 全闭 HC·CO↑ 小负荷——0~25%开度，α：0.8~0.9 HC·CO↑ 中负荷——25~80%开度，α：0.9~1.1 HC·CO↓ NOx↑ 接近满负荷——80~100%，α：0.8~0.9 CO·HC↑NOx↓
6/7
法规
GB 18352.1
GB 18352.2
Euro Ⅲ
EuroⅣ
执行日期
NOx
2001
8
2004
7
2000
5
2005
3.5
HC
CO
1.1
4.5
1.1
4
0.66
2.1
0.46
1.5
PM
0.35
0.15
0.1
0.02
7/7
欧洲从2000年已开始实施更加严格的欧Ⅲ排放法规，
2005年实施欧Ⅳ排放法规,就NOx、HC、CO及微粒物质等4 种排放限值而言,欧Ⅲ限值分别是欧Ⅱ的71%、60%、53%和 67%，欧Ⅳ限值是欧Ⅲ的70%、70%、71%和20%。欧V标准， 最早将在2008年年中正式实行。欧V标准的目标是使柴油 轿车颗粒物排放量比目前的欧IV标准减少80%，氮氧化物 减少20%；汽油轿车氮氧化物和碳氢化合物排放量各减少 25%；面包车的颗粒物减少90%，氮氧化物减少20%。对照 我国《机动车排气污染物防治技术政策》要求,我国现行 的汽车污染物排放标准仍落后欧洲10年左右 ！
1/7
5.1 5.2 5.3 5.4
主要问题：
概述 排气公害 噪声公害 电波公害
汽车公害的形成原因、影响因素、控制 措施和测定方法
2/7
5.1 概述
概念 表现：
排气污染（第一公害） 噪声危害 电波干扰
3/7
• 大气污染中汽车排放分担率：
CO 我 国 发达国家 63% 66% NOx 22% 43% HC 73% 31%
30/7
在各种工况下汽油机、柴油机CO、HC、NO排放浓度
工况
怠速﹒中转 速
有负荷的中 等转速
加速
减速
汽油 机 排放物 含量 CO % HC % NO ppm 7.0 0.5 30
18/7
二、HC的形成
HC是各种没有燃烧和没有完全燃烧 的碳氢化合物的总称。HC的生成原因 较复杂，很难通过燃烧反应式进行计算 分析。HC的主要来源是缸壁激冷效应、 燃烧室缝隙效应、不完全燃烧及曲轴箱、 化油器等的泄露。混合气过浓、过稀、 雾化不良、废气过多等也是生成HC的 原因。
19/7
•
•
• •
25/7
• • •
•
二、发动机转速的影响
• 转速——进气，混合 气形成、燃烧——排 放 • 转速↑ （紊流，改善 燃烧）CO↓ HC↓ NOx ↑（散热不够） • 怠速↑ CO↓ HC↓
26/7
三、燃料 的影响
• 汽油成分对NOx排放影响较大，而对CO排放 影响较小，对HC的排放总量影响不大，但排 出的成分有很大变化。当燃料中的芳香烃含 量增加时，排气中的芳香烃、酚类和芳醛增 加，由燃烧引起的烯烃减少，而以甲醛为主 的总醛类略有减少。 • 柴油成分主要对NOx排放有影响。随柴油的 十六烷值的降低，NOx的生成量增加。
欧洲II号
2.2 1.0 1.0 2.3 0.64 1.0 0.5 0.1 0.2 0.15 0.5 0.08 0.25
0.5 0.7 0.9
欧洲III号
汽油车 柴油车Leabharlann 0.560.05 0.025
一致性认 证2001.1.1 形式认证 2005.1.1
欧洲IV号
汽油车 柴油车
0.3
一致性认 证2006.1.1
23/7
碳烟微粒生成有两个途径。
其一，在高温（2000K~3500K）富油缺氧区 （如在扰流扩散火焰出现的喷注部），已形成气相 的燃油分子通过裂解和脱氢过程，经过核化或形成 先期产物，快速产生较小分子的物质，在后期出现 聚合反应，最终产生碳烟微粒； 其二，在低于1500K的低温区（如燃烧室壁等非 火焰区）则通过聚合和冷凝过程，缓慢产生较大分 子量的物质，最后也生成碳烟微粒。 两个途径交叉进行，但大多数的微粒是在高温 缺氧区的快速反应过程中产生的。
11/7
洛杉矶光化学烟雾事件
洛杉矾位于美国西南海岸，西面临海，三面环山，是个阳光明 媚，气候温暖，风景宜人的地方。早期金矿、石油和运河的开发， 加之得天独厚的地理位置，使它很快成为了一个商业、旅游业都很 发达的港口城市。 然而好景不长，从20世纪40年代初开始，人们就发现这座城市一 改以往的温柔，变得"疯狂"起来。每年从夏季至早秋，只要是晴朗 的日子，城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾，使整座城 市上空变得浑浊不清。这种烟雾使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋 闷、头昏、头痛。1943年以后，烟雾更加肆虐，以致远离城市100千 米以外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死，柑橘减产。仅 1950－1951年，美国因大气污染造成的损失就达15亿美元。1955年， 因呼吸系统衰竭死亡的65岁以上的老人达400多人；1970年，约有75 ％以上的市民患上了红眼病。这就是最早出现的新型大气污染事件-光化学烟雾污染事件。
27/7
28/7
四、发动机热工况的影响
• • • • • • 冷却水温度提高——缸壁温度↑——HC↓ ——NOx↑ 供油系温度提高——气阻（过稀）—HC↑ 罩下温度提高——充气系数↓——HC↑ CO↑ 气温低——起动困难——HC↑ 随温度↑——NOx ↑CO↓
29/7
五、运行工况的影响
• 市内运行的汽车，发动机怠速和中等转速 占总工作时间的35％；加速占22％；匀速 占29％；减速占14％ 。 • 减速和转速不高 ，CO、HC（汽）↑ HC （柴） ↓ • 加速， NOx ↑ CO ↑ HC ↑ • 强制怠速 ，n ↑ ,浓，CO ↑ HC ↑
5/7
法规名称
车型
CO(g/km)
HC(g/km)
NOx(g/km)
HC+NOx(g/km)
PM(g/km)
实施日期
欧洲I号
汽油车和柴 油车（形式 认证/一致性 认证） 汽油车 非直喷柴油 车 直喷柴油车
2.72/3.1 6
0.97/1.13
形式认证 1992.7.1 0.14/0.18 一致性认 证 1992.12.31 形式认证 1996.1.1 0.08 0.10 形式认证 2000.1.1 一致性认 证1997.1.1
4/7
排放法规
• 美国、欧洲和日本的汽车排放法规是当今世 界上的三个主要法规体系。
根据实际情况，我国在充分吸收欧美的经 验后,全面等效采用了欧盟(EU)指令、欧共体 （ECE）技术内容和欧洲联盟理事会(EEC) 法规的基础上形成了中国排放法规体系。
1999年，国家颁布了4项等效采用欧洲排 放法规的GB ，相当于欧Ⅰ（1992）
8/7
本节问题： 1. 汽车排气的主要成分及其危害？ 2. 汽车排气污染物的生成机理？ 3. 汽车排气污染物的影响因素？ 4. 控制汽车排气污染的措施？
9/7
1、废气成分
汽车发动机排出的废气主要是由CO2、 O2、H2、水蒸气、CO、HC、NOx、 SO2、微粒等组成，其中CO、HC、 NOx、SO2、微粒（铅化合物、碳烟、 油雾、有机物）、臭气（甲醛、丙烯 醛）等对人体有害。 称为一次有害排放物
13/7
兰州烟雾事件
1977年，兰州市大气污染十分严重，当时整个城市淹 没在烟雾之中。据监测，市区最大一次浓度比1952年英 国伦敦“烟雾事件”的浓度还要高。 1978年6月，西固工业区出现光化学烟雾，居民出现 流泪、恶心、头晕等症状。 1979年7月9日，甘肃省环保研究所与北京大学协作， 对西固地区化学烟雾进行现场集中测试，这是我国最早 确认有光化学烟雾发生的地区。污染源主要是本地区石 油化工及石油炼制业排放的氮氧化物、碳氢化合物等工 业废气。
之后， 燃烧温度 （温度起主要作用） NO
21/7
HC
除了燃烧气体的温度和氧的浓度外， 停留在高温下的时间也是NO生成的重 要影响因素。 ∵发动机燃烧过程的时间很短，不 能达到全部反应的平衡过程。实际反应 的速度跟不上化学平衡的需要，即每一 瞬间的化学动力状态都与化学平衡状态 有一定差距，因此要想达到化学平衡状 态，需要相当长的时间。
22/7
四、微粒（PM）的形成
微粒是指发动机排出的废气中除气 态和水以外，所有存在于接近大气条件 的稀释排气中的分散物质，是以碳原子 作为主要成分并含有占10%～30%氢原 子的碳氢化合物所组成。。柴油机排出 的微粒要比汽油机高30～80倍。理论研 究表明，柴油等重质燃料的气化包含化 学裂解过程，这就是柴油机微粒排放多 的重要原因。
20/7
三、氮氧化物NOx的形成 2O（在高温下氧分解）
N 2 NO N
O2 NO O(形成连锁反应，从O开始碰撞N 2生成NO
O由第一式供给，大部分由此式供给。
缺氧
化规律
1， NO (氧浓度起主要作用）
max
1， 相当于 1.（A / F 16)燃烧效率 2 T