（载运工具运用工程专业论文）宁波市机动车污染状况及控制对策研究.pdf

摘要 随着汽车保有量的增加，加剧了机动车对城市环境的污染，一些大城市机动车排放 的污染物对多项大气污染指标的贡献率已达到6 0 以上，因此减少交通大气污染，控制 机动车排放状况己成当务之急。在城市交通规划、交通流控制方面就必须要考虑汽车排 放污染物的影响程度。随着城市的快速发展，特别是随着人们对居住环境的追求，对汽 车排放污染物的控制已经提到了城市规划、城市环境保护的议事日程。 本文在分析国内外汽车运行工况与排放污染物影响规律的基础上，以宁波市区典型 道路为研究对象，采用i p e xd 便携式排放测量仪、g p s 测速系统对轻型车进行实时排 放测试，获取实际车辆行驶速度、排放污染物数据。基于实验数据分析了实际城市道路 行驶工况，实际道路上车辆排放情况，同时进一步分析了行驶工况对排放的影响，以及 速度对排放的影响。论文在参考国内对各污染物排放因子的调查资料的基础上，并根据 宁波市机动车实际行驶工况和流量调查估算了宁波市市区部分道路机动车污染物排放 量。最后提出从排放法规制度制定与执行、控制汽车尾气排放的技术措施、加强城市道 路交通综合整治等几方面来降低和控制机动车排放污染物。 研究主要成果包括：( 1 ) 搭建了一套车载排放测量系统，为获得实际道路汽车行驶 工况和单车污染物排放提供了一种可行的方法。( 2 ) 分析了宁波城市汽车道路在不同行 驶工况下与机动车尾气污染物排放率间的关系。( 3 ) 计算了宁波市部分道路机动车污染 物排放量。 关键词：城市道路、行驶工况、排放、控制 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ea u t o m o b i l ea m o u n t ，a g g r a v a t e dp o l l u t i o no ft h em o t o rv e h i c l et o t h eu r b a ne n v i r o n m e n t c o n t r i b u t i o nr a t et ot h ei n d i c a t o r so fs o m em a j o rc i t i e sv e h i c l e m i s s i o n sh a sr e a c h e dm o r et h a n6 0 ，t h e r e f o r er e d u c i n gt r a f f i ca i rp o l l u t i o n ，c o n t r o l l i n gt h e e m i s s i o ns i t u a t i o no ft h em o t o rv e h i c l eh a sb e c o m ea nc u r r e n tu r g e n ta f f a i r i nt h eu r b a n t r a f f i cp l a n n i n ga n dt h et r a f f i cf l o wc o n t r o l ，w em u s tc o n s i d e rt h ei m p a c to fv e h i c l ee m i s s i o n s p o l l u t a n t s w i t h t h ef a s t d e v e l o p m e n to fu r b a n ，e s p e c i a l l yp e o p l ep u r s u e r e s i d e n t i a l e n v i r o n m e n t ，t h ea u t o m o b i l ee m i s s i o nc o n t r o lh a sb e e nr e f e r r e dt ot h eu r b a np l a n n i n ga n d u r b a ne n v i r o n m e n t a la g e n d a b a s e do nt h ea n a l y s i so fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lo p e r a t i n gc o n d i t i o n sa n dv e h i c l e e m i s s i o ne f f e c t so fp o l l u t a n t s ，n i n g b ot y p i c a lr o a di sr e g a r d e da st h er e s e a r c ho b j e c ti nt h e p a p e r u s i n gp o r t a b l ee m i s s i o nm e a s u r i n gi n s t r u m e n ta n dg p sv e l o c i t ym e a s u r e m e n ts y s t e m t ot e s tr e a l - t i m el i g h tv e h i c l ee m i s s i o n ，a n do b t a i n i n gt h ed r i v i n gv e l o c i t yo fp r a c t i c a lv e h i c l e a n dd a t ao ft h ee m i s s i o np o l l u t a n t s b a s e do nt h ee x p e r i m e n t a ld a t aa n a l y s i so ft h ep r a c t i c a l u r b a nr o a dd r i v i n gc o n d i t i o n sa n dr e a l r o a dd i s c h a r g ec o n d i t i o n ，m e a n w h i l ef u r t h e ra n a l y z i n g t h ei n f l u e n c eo fe m i s s i o no nd r i v i n gw o r k i n gc o n d i t i o na n dt h ee f f e c to fe m i s s i o no nd r i v i n g v e l o c i t y t h ep a p e rr e f e r r e dt o n a t i o n a lv e h i c l ee m i s s i o n sf a c t o r i nt h ei n v e s t i g a t i o n ，a n d a c c o r d i n gt ov e h i c l ep r a c t i c a ld r i v i n gc o n d i t i o na n df l o wi n v e s t i g a t i o ni nn i n g b ot oe s t i m a t e t h ep o l l u t a n t se m i s s i o nq u a n t i t yo fn i n g b oc i t yp a r tr o a dm o t o rv e h i c l e f i n a l l y , p r o p o s e dt h e e s t a b l i s h m e n ta n di m p l e m e n t a t i o no ft h ea u t o m o b i l ee m i s s i o nr e g u l a t i o n s ，t h et e c h n o l o g y m e a s u r e so fc o n t r o l l i n ga u t o m o b i l et a i lg a se m i s s i o n ，s t r e n g t h e n i n gc o m p r e h e n s i v et r e a t m e n t o fu r b a nr o a dt r a f f i ca n df e wa s p e c t st oc o n t r o la n dd e c r e a s ev e h i c l ee m i s s i o np o l l u t a n t s s t u d yr e s u l t si n c l u d e ：( 1 ) b u i l d i n gav e h i c l ee m i s s i o nm e a s u r e m e n ts y s t e m ，p r o v i d i n ga f e a s i b l em e t h o df o ro b t a i n i n gt h ea c t u a lr o a dc o n d i t i o n sa n dp o l l u t a n t se m i s s i o n so fs i n g l ec a r ( 2 ) a n a l y z e dt h ee m i s s i o nr a t er e l a t i o n s h i po fv e h i c l ee x h a u s tg a sp o l l u t a n t si nd i f f e r e n tu r b a n v e h i c l er o a dd r i v i n gc o n d i t i o n ( 3 ) c a l c u l a t e dt h em o t o rv e h i c l ep o l l u t a n t se m i s s i o nq u a n t i t y o fn i n g b oc i t yp a r tr o a d k e yw o r d s ：c i t yr o a d ，d r i v i n gc y c l e ，e m i s s i o n ，c o n t r o l 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文 中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：名 v 0 ， 飞 论文知识产权权属声明 。多年厂月夕8 日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：；尊薏 导师签名李混氏 d 夕年厂月影日 年夕月砧咱 长安人学硕士学位论文 1 1 研究的背景和意义 第一章绪论 随着城市的不断发展，环境问题已经成为社会各界广泛关注的焦点问题，而城市环 境问题的严重甚至恶化，是与城市交通污染分不开的。尽管我国是一个机动化水平还较 低的国家，然而，汽车污染所引起的危害己相当严重，已直接影响到国家的经济发展和 人民生活质量的提高。目前我国二氧化碳排放量在世界上居于前列。世界银行与环境经 济专家在关于中国环境污染的调查报告中指出，中国大城市的环境污染状况是世界 上最严重的，全球空气污染最严重的2 0 个城市有1 0 个在中国。污染已严重威胁到中国 人的身心健康和智力发展，中国的环境治理已迫在眉睫。如果把水污染加在一起，仅环 境污染每年造成的损失高达5 4 0 亿美元。 随着经济高速发展带来的中国机动化的加快和汽车的高速增长，汽车有害排放物对 环境的污染日趋严重。全国6 0 以上的城市大气中c 0 2 日均浓度超过国家三级标准，污 染对环境的破坏力也越来越大，仅2 0 个大城市每年因大气污染而患慢性支气管炎的人 达1 5 0 万。从环保部f - i n 定的数据知：汽车每千辆每天排出一氧化碳约3 0 0 0 k g ，碳氢化1 合物约2 0 0 4 0 0 k g ，氮氧化物约5 0 1 5 0 k g ，据此计算，我国仅民用汽车每天排放的这三 种有害气体就达5 万吨。当前，城市交通所引起的空气污染、交通噪声与汽车扬尘已成 为城市环境污染的主要原因。2 0 0 1 年“环境与交通工作组指出在一些大城市机动车排 放的污染物对多项大气污染指标的贡献率已达到6 0 以上，根据预测到2 0 1 0 年汽车尾气 排放量将占空气污染源的6 4 【1 1 。例如北京，c o 污染中6 3 3 6 ，h c 污染中7 3 5 4 ，n o x 污染中3 5 1 9 均来自汽车排放的尾气。 现代汽车工业的迅猛发展，彻底改变了整个社会的传统生活习惯和人们的行为方 式，汽车给人们带来了巨大的福利和繁荣，推动了社会的发展。然而，汽车交通的普及 也导致了越来越多的社会问题：对城市结构和生活环境的破坏；市内交通占地的拓宽： 用地无限制地蔓延：交通拥挤、事故频繁。当前，我国的经济快速发展，人民的收入不 断提高，人们对交通的需求，带动了城市机动车数量的急剧扩张。进入2 1 世纪，汽车 生产增长速度和销售量增长速度更是以两位数高速增长，2 0 0 6 年末全国民用汽车保有量 达到4 9 8 5 万辆，按照国家“十一五”规划的要求，中国汽车市场体系的建设将进一步 加快，汽车需求量和保有量将继续增长，汽车消费环境将不断改善，全社会汽车化水平 第一章绪论 将不断提高。估计到2 0 l o 年，国内汽车市场需求量将达到8 0 0 万一9 0 0 万辆，其中轿车 占5 3 ；汽车保有量将达到5 5 0 0 万辆左右；汽车化水平将达到4 0 辆千人。虽然目前 我国城市汽车保有量处于较低的水平，但汽车排放污染的分担率却居高不下。美国的汽 车保有量为2 1 4 亿辆，在城市大气污染中汽车排放污染的分担率仅为5 5 ；我国的城市 大气污染中汽车排放污染的分担率却比美国高出十几个至几十个百分点，2 0 0 1 年，北京 市的汽车c 0 排放分担率为8 4 1 ，重庆市的c 0 排放分担率为7 9 5 ，2 0 0 5 年我国汽车 尾气排放在城市大气污染中的分担率达到了7 9 【2 1 。汽车排放污染严重危害了人类的生 存环境，随着汽车保有量的增加，更加剧机动车对城市环境的污染，从而使城市环境日 益恶化。因此，必须严格控制汽车的排放污染。 环境污染不仅直接严重危害到城市居民的身心健康，也将间接影响城市经济的发 展，成为城市可持续发展的障碍。因此，解决城市交通对环境的污染问题必须引起各级 管理者的重视。 汽车的排放对交通环境的污染其根本原因就是由于城市机动车保有量急剧增加，机 动车排放污染物总量突破了城市环境容量所致，因此在城市交通规划、交通流控制方面 就必须要考虑汽车排放污染物的影响程度。在国外，先进的城市规划、环境状况的评估， 都必须进行汽车运行工况与排放污染物影响规律的研究。在我国环保意识较为薄弱，在 大多数城市还没有建立严格的控制汽车排放的法规，城市规划、工业区的布局、交通流 控制等很少从环保的角度考虑，但随着城市的快速发展，特别是随着人们对居住环境的 追求，对汽车排放污染物的控制已经提到了城市规划、城市环境保护的议事日程。探索 和研究汽车运行工况对排放污染物的影响规律也就显得尤为迫切重要。国外多年来己开 展了此项研究，在文献【3 ，4 ，5 】中作了系统的介绍。由前述原因国内还没有开展系统的研 究，以王炜教授为首的东南大学交通学院课题组在国家自然科学基金的支持下己展开了 研究【6l ，上海、北京、天津、成都等少数城市也进行了类似的研究【7 ，8 ，9 ，1 0 1 。目前宁波 市在这方面起步较晚，还没有从事这方面研究，因而也就不能为城市的交通规划、交通 流控制提供服务。 宁波市是改革开放后经济迅猛发展的沿海城市，也是一个新兴的旅游城市。随着城 市的扩大、车辆的增多，交通道路的规划、交通流的控制、工业区的布局等已成为改善 城市交通环境，控制汽车污染排放，保证有一个良好的城市环境的重要手段。在进行交 通规划、工业区的布局、交通流控制等所依据的主要理论依据之一就是汽车运行工况与 排放物污染之i f i j 的影响规律，因此本课题的研究内容是交通环境控制中的一项基础性工 长安大学硕士学位论文 作，将直接服务于交通环境规划和交通流的控制。本文萨是在此背景下并结合本人主持 的2 0 0 6 年浙江省教育厅基于车载测试法的机动车排放模型研究项目而立题的。 1 2 机动车污染物排放测量方法 随着机动车数量不断增加，对机动车污染的评价愈加重要，如何定量地计算机动车 排放的污染物，已经成为我国一些大城市在机动车污染防治工作中迫切需要解决的问 题。排放因子是反映机动车排放水平的重要指标，在城市机动车污染评价体系中具有重 要地位。使用不同的排放模型对城市机动车排放污染物进行预测，得到的结果可能会相 差很大，因此，如何评估和选定排放模型是确定排放因子和保证其排放量计算结果准确 性的关键。 当前，用于建立排放模型的数据测量方法主要有以下四种：底盘测功机法、隧道实 验法、遥感测试法、车载测试法【1 1 j 。 ( ) 台架试验检测 台架试验是在底盘测功机( 或发动机台架) 上根据标准的测试规程模拟汽车实际行 驶条件并对其排气进行取样与检测的一种方法。测试规程是模拟汽车在典型道路上的运 行工况而编制出来的，最常用的是美国联邦测试规程( f t p ) 、欧洲经济委员会测试规程 ( e c e ) 和日本的测试规程。测定时，汽车在实验台架上按照既定规程运转，尾气采样 用定容采样系统( c v s ) 收集并用规定的方法分析，测定各有害成分的排放量。 台架试验可以近似的模拟实际行车工况，但不能反映实际道路上的排放状况。 ( 二) 隧道实验法 隧道实验是国外应用的非常广泛的评估机动车排放因子模型性能的方法，在美国， 从7 0 年代初就开始有人利用公路隧道来监测道路汽车尾气污染物的排放。公路隧道被 看作一个控制汽车尾气扩散的特殊设施，其作用相似于用定容采样的方法在实验室内监 测。 目前国内也有研究者利用隧道实验分析国内的机动车排放水平，西安公路交通大学 的邓顺熙等人在西安市、成渝高速公路等地利用交通隧道进行了多次实验，分析了目前 我国的机动车的平均排放水平【1 2 , 1 3 , 1 4 j ：北京大学环境科学中心的王伯光等人在广州深圳 隧道进行了测试【1 5 】；中国环境科学研究院也曾在北京市、深圳至香港高速公路等地进行 了隧道测试【1 6 , 1 7 , 1 8 j 。 ( 三) 遥感遥测 3 第一章绪论 近年来，美国、日本等发达国家采用遥感遥测技术进行排放因子的监测。这种方法 一般在道路边架设仪器，通过不分光红外分析法( n d i r ) 和分光或不分光之外分析法等 技术，在线动态监测尾气管排放污染物的浓度，进而求出该道路上的机动车排放因子。 但是遥感遥测不能对多车道道路上机动车排放情况作出准确测定，往往仅能应用于 单车道道路或隧道内【1 9 l 。 ( 四) 车载测试 车载测试利用车载的排放测量仪器得到现实路面行驶的机动车动态的排放状况与 对应的工况，目前这种测试方法目前还正在发展中，尚无十分成熟和完善的定论。但是 车载排放测试能够得到实际工况下的动态排放状况，可以为实际道路机动车排放特征的 分析和模拟提供可靠的数据支持，将是今后相当长的一段时间内的一个重要发展方向。 1 3 机动车排放主要污染物的危害瞳0 1 汽车的排放污染物主要包括：二氧化碳( c 0 2 ) 、一氧化碳( c o ) 、碳氢化合物( h c ) 、 氮氧化合物( n o x ) 、微粒物( 由碳烟、铅氧化物等重金属氧化物等组成) 和硫化物等。这些 污染物由汽车的排气管、曲轴箱和燃油系统排出，分别称为尾气排放污染物曲轴箱污染 物和燃油蒸发污染物。 1 、c o 的危害 一氧化碳是一种无色带刺激性的有毒气体，一氧化碳与人体血液中的血红蛋白的亲 和力较氧气强2 0 0 3 0 0 倍。血红蛋白是人体血液循环中供氧的载体，人们吸入一氧化碳 后，血红蛋白就会先于氧气与一氧化碳相结合，形成碳氧血红蛋白( c o - - i - i b ) ，从而造成 血液的输氧量减少。一氧化碳与血红蛋白结合后需要1 2 1 4 h 才能分离，如果人们连续 处于含有一氧化碳的空气中时间越长，血液中积累的碳氧血红蛋白( c o - - h b ) 越多，造 成低氧血症，导致人体组织缺氧，轻者出现头疼、昏眩、反应迟钝等，严重的会造成死 亡。 2 、h c 的危害 h c 包含有烷烃、烯烃、苯、醛、酮、多环芳烃等1 0 0 2 0 0 多种复杂成分。其中不 饱和的非甲烷碳氢对环境和人类健康有较大的危害。烯烃对人体粘膜有刺激，经代谢转 换变成对基因有毒的环氧衍生物，也是生成光化学烟雾的重要物质。醛类气体对眼睛、 呼吸道和皮肤有强烈的刺激作用，当浓度超过一定指标后会引起头晕、恶心、红血球减 少、贫血等。芳烃对血液和神经系统有害，特别是多环芳烃及其衍生物( 如苯并芘) 是强 4 长安大学硕士学位论文 烈的致癌物质。 汽车尾气中的h c 与n o x 在紫外线作用下发生化学反应，生成臭氧( 0 3 ) ，形成光化 学烟雾。 3 、n o x 的危害 在汽车发动机中主要生成的是n o ，n o 是无色气体，高浓度n o 会造成中枢神经 系统轻度障碍。n o 在大气中氧化生成n 0 2 ，对眼、鼻、呼吸道以及肺部都有强烈刺激。 n 0 2 与血红素蛋白( h b ) 的亲和力比氧高3 0 万倍，对血液输氧能力的影响远远大于c o ， 当其浓度为2 5 0 p p m 时会使人因肺水肿而死亡。 此外，n o x 是形成酸雨的重要来源之一，也是形成光化学烟雾的主要成分。 1 4 国内外机动车排放污染综合控制 汽车对人类文明做出了巨大贡献，然而由此带来的交通拥挤、噪声增加以及排放污 染物对环境的危害等亦成为当今世界所关注的重大问题。随着世界经济发展和机动车保 有量的不断增长，机动车尾气污染己经成为愈来愈严重的问题。为了控制和减少机动车 的排放污染，保护人类赖以生存的大气环境，有必要对机动车排放污染进行综合控制： 机动车排放污染的综合控制主要体现为三个方面： ( 1 ) 机动车发动机控制及污染后处理的技术进步； ( 2 ) 车用燃料的改善； ( 3 ) 机动车排放标准的建立与执行： ( 4 ) 机动车污染控制法规和制度的建立与执行。 1 4 1 国外机动车排放污染综合控制乜心8 1 尽管就全球而言，汽车排放的污染物始终被公认为重大公害之一。但是没有一个发 达国家因噎废食地去限制汽车发展，全世界对付汽车污染也并非无所作为。在发达国家， 依靠技术进步，依靠政府和企业的高度重视和努力，汽车保有量继续增长，而污染治理 成果惊人。在短短3 0 多年间，一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物的排放，在美国已 比控制前分别下降了9 6 、9 6 和7 6 ；日本为9 5 、9 6 和9 2 ：欧洲一氧化碳下降 了8 5 、( 碳氢化合物+ 氮氧化合物) 下降了7 8 ( 后两项综合统计) 。汽车总量增多，污 染程度降低在发达国家己经实现。 机动车发动机控制及污染后处理的技术进步大体经历了以下几个阶段： ( 1 ) 最初是采用源头削减，如采用稀薄燃烧技术、废气再循坏技术等； 5 第一章绪论 ( 2 ) 然后是采用末端治理技术，如采用三元催化装置等； ( 3 ) 运用现代的电子技术，对整车进行综合监控和调节，使得尾气排放污染更少， 行驶状态更佳，如安装电子点火系统，o b d ( 车载诊断系统) 等。 ( 4 ) 汽车以电喷加三元催化为主导，重型车也适用。 ( 5 ) 稀薄燃烧发动机的低排放车型己经开始部分生产( 例如日本丰田公司) 。 ( 6 ) o b d ( 车载诊断系统1 成为近年发展的重点。 ( 7 ) 未来的目标定位在发展超低排放混合动力车和“零排放 燃料电池汽车上。 发达国家为了开发这些技术花费了大量的资金和人力、物力，而机动车的单车排放 水平已经下降到了很低的水平，已经发展成为非常完善的一个体系。表1 1 列出了美国 机动车污染物排放控制的宏观进程，表1 2 给出了不同排放控制系统下轿车的污染物削 减率。 表1 1 美国机动车污染物排放控制的宏观进程 年份技术措施 1 9 6 0 1 9 6 3 加装了曲轴箱台制通风控制系统( p v c ) 安装了控制燃烧系统( c c s ) 降低空燃比，安装空气喷射反应器系统( a i r ) 1 9 6 3 1 9 6 8 促进废气中的h c 和c o 燃烧 1 9 6 8 1 9 7 3安装变速器控制火花系统( 1 s ) 以延迟点火时间 安装废气再循环系统( e g r ) 以降低燃烧室温度，控制n o 。排放，安装活性炭 1 9 7 3 1 9 7 8 罐控制燃油蒸发 1 9 7 8 1 9 7 9 采用高能点火系统，使用无铅汽油，安装催化转化器，安装燃油蒸发控制系统 1 9 7 9 1 9 8 3采用电控汽油喷射技术和三效催化转化器 1 9 8 31 _ - 1 9 9 4完善发动机技术，改变燃料成分和开发清洁燃料 1 9 9 4 一现在开始实施低排放和零排放汽车计划 表1 2 不同排放控制系统下轿车的污染物削减率 削减率 排放控制系统 n o x h cc o 汽油喷射+ 控制璎二效催化剂+ 空气喷射 8 59 0 78 9 6 汽油喷射+ 控制型三效催化剂+ 空气喷射+ 废气再循环 9 08 6 8 。8 4 7 汽油喷射+ 控制型三效催化剂 8 58 5 48 3 6 汽油喷射+ 氧化催化荆+ 空气喷射 58 6 88 6 0 汽油喷射+ 氧化催化剂 58 0 18 3 3 化油器+ 氧化催化剂 58 6 18 3 3 汽油喷射+ 无控制二效催化剂 一5 57 6 87 2 1 6 k 安大学硕士学位论文 表1 2 不同排放控制系统下轿车的污染物削减率( 续) 削减率 排放控制系统 n o x h cc o 化油器+ 控制型三效催化剂 一6 58 0 15 8 1 汽油喷射+ 废气循环 2 03 3 04 0 8 汽油喷封+ 空气喷射 1 0_ 4 1 14 8 化油器+ 无控制三效催化剂 1 54 5 6- 4 0 2 化油器+ 空气喷射 4 03 9 73 6 2 仅使用汽油喷射 53 3 12 7 0 汽油喷射+ 废气再循环+ 空气喷封 2 0- 0 6 62 7 1 仅使用化油器( 基准) 000 化油器+ 废气再循环 2 06 2 28 2 9 注：表中正数表示排放增加，负数表示排放减少。 车用燃料改善主要体现在燃料的清洁化和替代燃料的使用上。 燃料的清洁化主要是指控制燃料中有害物质的含量。这些有害物质包括铅、硫、锰、 苯和芳烃等。 替代燃料的使用主要包括：天然气( c n g ) 、液化石油气( l p g ) 、甲醇及甲醇混合燃料、 乙醇及乙醇混合燃料的使用。美国天然气研究所研究认为，l p g 和c n g 是目前能够普遍 使用的最经济燃料。法国r e n a u l t 的研究表明，最近优化改进的l p g 发动机在标准循环 测试时，排放量至少降低5 0 ，在低温下( 一7 ) 减少7 5 以上，c n g 比l p g 的排放指标 还要好。 国外机动车污染控制法规和制度主要包括以下六个方面： ( 1 ) 通过对新车的认证，强制性地对新车污染物排放进行管理； ( 2 ) 加强在用车的检查维修制度( i m 制度) ： ( 3 ) 推行在用车的担保、监督与回收制度； ( 4 ) 对在用车实施加速淘汰制度： ( 5 ) 采取经济手段鼓励购买低排放的汽车等； ( 6 ) 采取一些交通管理法规和措施来降低排放，如限速、规定最长怠速时间、扩 大公共运输能力、大力推行智能交通( i t s ) 等【搏3 2 1 。 美国对机动车污染物排放的控制是世界上是最早的，与排放控制技术相结合，美国 还不断严化排放污染物限值，制定了各种法规的实施办法，如新车合格性实施办法包括 7 第一章绪论 新车鉴定、装配线试验、合格性试验和商品检查。此外，对在用车还强制执行检查与维 护制度。 日本的机动车排放法规是由日本交通部颁布，在全国范围内强制执行的，是以型式 认证方式进行控制。其型式认证分为型式认定和型式认可两种，在出售时每辆车都附有 汽车厂出具的认定证书，车辆注册时仍要进行监测，对申请型式认定的汽车厂需对其进 行质量保证体系和试验设备能力的认定。新型车的认证试验由运输省“交通安全公害研 究所”进行，在用车的定期检验在各地路运署的2 8 7 条检测线上进行，法规限值分为平 均值和最高值，每辆产品车不超过最高限值，而一个季度平均数不能超过法规平均值。 实施办法中也有耐久要求，按车辆型式进行分类，生产厂质量保证体系认定、退回制度、 产品车抽验、在用车定期检验等。此外，日本还建立了排放物控制装置的型式认定制度 和进口车的特殊处理办法，这是其他国家所没有的。 欧共体实行的也是型式认证，按车型对汽车进行分类，认证要求对汽车厂质量保证 体系进行认定。新车认证和产品一致性试验由认证权力部门授权的技术机构进行。1 9 8 6 年开始向汽车供应无铅汽油，1 9 9 3 年无铅汽油的占有率达到5 5 。欧洲过去无i m 制度， 1 9 9 2 年8 月起欧共体开始实施i m 制度。目前欧洲实行的是欧工v 排放标准，表1 3 为 欧i v 型式认证和生产一致性排放限值标准。 表1 3 欧i v 型式认证和生产一致性排放限值 基准质 c oh cn 0 。h c + n o 。 p m 车辆类型量( r m ) ( k g ) 汽油机汽油机汽油机汽油机柴油机柴油机柴油机 第一类车 全部1 0 0 0 5 0 0 1 00 0 80 2 50 3 00 0 2 5 r m 1 级 1 0 0o 5 00 1 00 0 80 2 5o 3 00 0 2 5 1 3 0 5 第二类 1 3 0 5 奎 2 级r m1 8 1o 6 3o 1 30 1 00 3 3o 3 90 0 4 1 7 6 0 1 7 6 0 1 时，气缸内的空气在理论上是富氧，燃料可完 全燃烧，生成c 0 2 和h 2 0 。但在a 约为1 1 时，最有利于n o x 的生成。电子控制燃油系统 可以精确控制过量空气系数，从而使污染物的生成总量达到理想目标。 点火系统点燃混合气的时机和能量都会对燃烧过程产生巨大的影响，随着汽车电子 技术的发展，微机控制点火系统得到了广泛应用。微机控制点火系统的功能主要包括点 火提前角、通电时间及爆燃控制三个方面。采用微机控制点火系统可使发动机实际点火 提前角接近理想点火提前角，在各种运转条件下，点火提前角可获得复杂而精确的控制， 可以增大发动机功率，提高经济性，降低混和气在气缸内的燃烧温度，抑制了n 0 x 的生 成速率和生成量。同时，还会使得后燃增加，促进了h c 的氧化，降低h c 的排放量。 3 可变进排气正时系统( w t ) 采用多气门技术，减少进气阻力，提高充量系数，气门连续可变正时控制和升程控 制技术使发动机随转速和工况的变化达到最佳的充气率，用为降低尾气污染物排放量。 4 废气再循环控制系统( e g r ) 废气再循环技术是一项广泛应用的技术，用来降低n o x 。e g r 通过一部分废气流回 进气管来降低最高燃烧温度，抑制n o x 的生成。但e g r 率过大会使燃烧恶化，燃油消耗 率增大，h c 排放上升。电子控制废气再循环系统可实现非线性控制，控制范围和自由度 大，更符合净化的际需要。 5 稀薄燃烧技术 稀薄燃烧技术主要采用稀燃、速燃和层燃技术采用稀薄混合气，可较全面地降低有 害排放物和提高压缩比，既减少了污物排放，又提高了汽车的经济性。稀薄燃烧技术兼 顾了排放和排放经济性。 6 汽油机直喷技术( g d i ) 汽油机直喷技术是将汽油直接喷到燃烧室内与空气混合、燃烧。同时具有汽油机和 柴油机的优点，汽油机直喷技术和稀薄燃烧技术是相结合的，直喷技术使均匀燃烧和分 层燃烧成为现实，可以极大地提高混合气的混合程度，更精确地控制燃烧过程的空燃比， 从而达到完全燃烧，可有效降低未燃h c 排放。汽油机直喷技术可增大发动机的压缩比， 提高发动机的热效率，节能3 0 以上，缸内直喷是当前轿车的前沿技术。 长安大学硕士学位论文 5 2 2 机外净化技术 虽然发动机机内净化技术对排放控制作用显著，但是不能完全消除有害气体的排 放，对发动机的动力性和经济性都有不同程度的影响，而机外净化技术的应用，可以转 化有害气体，减少排放。机外净化技术指的是在发动机外部设置附加装置对排出机外的 废气作净化处理。 机外净化技术主要有：二次喷射( 二次燃烧) 和三元催化转化器。目前应用最广泛的 机外控制技术是三元催化转化器。 ( 1 ) 二次喷射( 二次燃烧) 。用空气泵向歧管喷入二次空气，适用于汽油发动机的排 气净化，在混合气偏浓时，效果明显，该方法使排气中的有害成分h c 、c 0 在排气高温 下继续进行氧化反应生成c 0 2 和h 2 0 ，达到降低排放的目的。 ( 2 ) 汽车安装催化转换器。二次喷射的排放控制能力有限，不能满足n o x 的低排放 要求，中国i i i 号排放法要求点燃式汽油机安装催化转换器。催化转换器装在发动机的 排气管中，三元催化转化器用铂( p t ) 、钯( p d ) 、铑( r h ) 三种贵金属作催化剂，利用催化 剂的作用，将发动机排放的有害气体利用催化技术加速汽车废气中c 0 、h c 和n 0 x 的氧 化还原反应，该方法使排气中的c o 和h c 氧化为c 0 2 和h 2 0 ，n 0 2 还原为n 2 和0 2 ，起到 净化汽车尾气的作用。闭环控制的三效催化转化器( t w c ) 是满足c 0 、h c 和n o x 排放要求 的一个非常有效的方法。 三效催化转化器的催化剂因含有少量贵金属( p t 、r h 、p d ) ，对铅敏感，因此发动机 必须使用无铅汽油才能保证其有效性。 另外只有可燃混合气的空燃比控制在理论值1 4 7 附近时，三效催化转化器才能同 时高效净化c o 、h c 和n 0 x 。 其次是要用氧传感器检测排气中的氧浓度，反馈控制发动机的空燃比范围，使用闭 环燃油计量系统。因为如果浓混合气燃烧，废气中c 0 和h c 的浓度就高，n o x 的还原反 应就会发生。但因为o 仍然不足，反应后还有c 0 和h c 残留并排出，见下式： ( c o + h c ) + n o r n 2 + c 0 2 + h 2 0 + c 0 + h c 上述反应会使n 0 x 分解成其原来的成分( 即氮和氧) 。另一方面，如果燃烧的是稀混 合气燃烧，废气中0 2 的浓度就高，c o 和h c 的氧化( 燃烧) 就很有效。但是，c 0 和h c 被 0 2 氧化比n o x 被还原要快，反应后还有n 0 x 残留并排出，见下式： 0 2 + ( c o + h c + n o x ) c 0 2 + h 2 0 + n o x 以三元催化转化器与发动机电控系统的组合，已成为当前和未来较长时期内汽油机 3 7 第五章降低和控制机动车排放污染物的主要措施 排放控制的最有效和最主要技术。 5 。2 3 车用燃料的改善 燃油品质在很大程度上限制了机动车排放污染物水平的降低，为此必须提高燃油的 品质，限制有害成分的比例。欧盟规定了2 0 0 5 年柴油、汽油最大含硫量和最大芳香烃 含量的限值。例如规定柴油、汽油中硫的含量要低于5 0 1 c r 6 ，日本政府规定在道路上 行驶时，机动车禁止使用含重油的燃油。 汽车使用压缩天然气( c n g ) 和石油液化气( l p g ) ：g e 降低污染物排放的有效途径。国 际能源机构l e a 曾组织美国、芬兰、加拿大等国家在芬兰技术研究中心( v 田对其生产 的1 4 辆汽车，使用不同的燃料，按f t p 工况法，在底盘测功机上进行了排放评估【4 ， 见表5 1 所示。 表5 1 汽车使用不同燃料时的排放物最小值最大值( g km ) i o 竺 c oh c n o x 燃料、 汽油( 无催化净化) 5 3 2 1 2 6 1 0 6 1 4 81 9 3 3 3 5 汽油0 8 6 2 0 8 0 0 8 0 1 0 0 2 0 0 4 3 柴油0 0 8 0 4o 0 5 0 1 4 0 4 0 o 9 4 l p g0 7 1 1 0 70 0 9 0 1 4 0 1 0 0 2 1 0 4 g0 3 2 0 4 8 0 2 1 o 6 1o 0 6 o 1 9 m 8 5 ( 含甲醇8 5 ) o 2 0 1 4 30 0 3 0 0 6 0 0 4 0 1 9 从表中可以看出，汽车使用汽油，如果未安装三元催化转换器，则排放污染物很高， 安装三元催化转换器后，排放污染物下降明显。汽车使用气体燃料( c n g 和l p g ) 时的 n o x 排放明显低于使用汽油和柴油燃料。 除气体燃料外，近几年含氧燃料d m e ( - - 甲醚) 、d m c ( 碳酸二甲脂) 与柴油的混合燃 料引起了人们的关注。西安交通大学姚波等的研究表明，当柴油中添加1 5 的d m c 时， 可以大幅度降低碳烟的排放而不引起n o x 增大【4 引。 目前已进行了较深入研究并逐步推广应用的有二甲醚( d m e ) 和碳酸二甲酯 ( d m c ) ，其主要特性如表5 2 所示。 本人参与的2 0 0 5 年宁波科技攻关城市公交汽车燃用含氧柴油降低碳烟颗粒及n o x 排放的应用研究项目，与宁波市公交总公司一起对5 辆在用柴油公交汽车进行了燃用 柴油与d m c 的混合燃料( 1 5 d m c ) 后的碳烟排放对比试验，研究表明在用柴油公交 汽车燃用混合燃料后，碳烟排放平均可降低4 0 一6 0 ，见表5 3 。 3 8 长安大学硕上学位论文 表5 2d m e 和d m c 与柴油主要特性 性质十六烷低热值液态密度含氧量 燃料 沸点( o c ) 理论空燃比 值( m j k g )( k g m )( ) d m c ( c h 3 0 c h 3 ) 8 03 5 3 63 51 5 7 81 0 7 95 3 d m e ( c h 3 c 0 3 c h 3 ) 2 4 85 5 6 68 9 82 7 6 0 6 6 1 3 4 8 柴油 1 8 0 3 6 04 0 - 5 51 4 6 4 2 5 8 3 0 - 8 6 0o 表5 3 在用汽车自由加速度试验( 不透光烟度法) 检测结果( k 值) 车号 发动机型号燃料第1 次第2 次第3 次平均值 柴油2 1 81 8 91 7 21 9 3 浙b 7 3 9 1 9 ( 行驶2 7 万k m ) c a 4 1 1 3 ( 增压)d m c0 9 51 1 41 0 91 0 6 降低( )4 5 1 柴油 2 4 1 l 。9 62 5 9 2 3 2 浙b 7 3 0 1 9 ( 行驶3 3 万l 【i n ) c a 4 1 1 3 ( 非增压)d m c o 7 3o 7 20 9 90 8 1 降低( ) 6 5 1 柴油 3 0 92 4 92 4 22 6 7 浙b 7 2 9 3 3 c a 4 1 1 3 ( 非增压)d m c1 2 90 8 40 8 4 o 9 9 ( 行驶2 0 万k m ) 降低( ) 6 5 3 柴油 1 5 01 2 31 2 11 3 1 浙b 1 3 8 3 5 ( 行驶2 6 万l ( i n ) y c6 1 1 2 ( 增压) d m c0 5 50 4 30 4 60 4 8 降低( ) 6 3 4 柴油4 4 33 5 43 8 53 9 4 浙b 7 0 0 1 8 ( 行驶5 0 万k m ) y c 61 0 8 ( 非增压) d m c 3 4 42 4 52 4 22 2 7 降低( ) 4 2 4 5 3 加强城市道路交通综合整治。改善城市道路行驶环境 在城市的环境保护中，即使是每一辆机动车都达到了国家规定的排放法规要求，也 不能保证城市的交通污染就一定达到环保标准要求。这是由于大量机动车在一定时间、 空间内的相对集中，从而造成城市的某一地区在排放污染物总量上超标。因此，从机动 车管理的角度来考虑，就是要疏导交通、提高机动车运行速度，优化路网布局、合理分配 车流、减少城市中心区的车流密度，改善汽车运行工况，降低机动车污染物排放。 5 3 1 加强机动车运行管理 在城市交通管理中，建立现代化的交通管理控制中心，充分利用g p s 卫星定位系 统、g i s 地理信息系统等高科技管理手段，提高交通管理水平，是城市现代化的标志， 3 9 第五章 降低和控制机动车排放污染物的主受措施 也是改善城市道路交通环境的重要措施。目前很多城市执行了许多行之有效的措施，例 如：优化公交路线、公交优先，实施交通管理集中控制，及时调控、疏导车流，加强非 机动车、机动车停车管理等等。科学的交通管理，可显著提高机动车在城市中心区的行 车速度，减少路口延误，改善了城市汽车道路行驶坏境，从而大大降低机动车污染物排 放水平。 5 3 2 加强城市综合规划 改善城市汽车运行工况，就是要解决好机动车运行与交通容量之间的矛盾，这是改 善城市交通状况的根本措施，而城市交通状况又是与城市的总体规划密切相关的。许多 城市在路网的规划、布局上不尽合理。例如：“深圳市城市交通与环境综合试点实施方 案”指出【1 l ，深圳市作为新兴的区域经济中心和交通枢纽道路网总长度不足，路网密度 仅为5k i i l 触2 ，与欧洲城市标准( t o 一1 1k m k m 2 1 相差一