（载运工具运用工程专业论文）西安市实施在用汽车检测与维护im制度方案与技术研究.pdf

摘要 控制机动车排放污染，保护人类赖以生存的大气环境已经成为全社会的共识。目前， 世界各国已经采取多种方法和措施来控制机动车排放：一方面制定越来越严格的机动车 排放法规和标准；另一方面不断研究新的排放控制技术应用于汽车上。机动车排放控制 是一项系统工程，涉及新车生产制造、在用车使用维修、道路交通管理、油品质量及税 收激励政策等诸多因素。就我国现状来说，在用车排放控制措施不到位，力度明显不够， 导致排放超标现象严重是亟需解决的一个问题。国外经验表明：实施在用车检测与维护 ( i m ) 制度是控制在用车排放最科学、经济而有效的措施。 本文首先介绍国外机动车排放污染控制现状，重点论述在用车检测与维护( i m ) 制度的概念、发展历程和主要内容；其次在介绍我国在用车排放标准和汽车检测维修制 度的基础上，讨论i m 制度与我国的汽车检测维修制度之间的相关性：然后调研西安市 目自，j 空气质量和机动车排放污染状况，分析西安市汽车维修与汽车检测行业存在的问题 及对策，探讨在西安市实施i m 制度的必要性和迫切性；最后，在借鉴国内、外实施i m 制度成功经验的基础上，结合西安市具体情况，设计西安市在用车检测与维护( i m ) 制度的实施方案、体系结构和技术标准。通过西安市i m 制度的实施，使西安市机动车 排放污染得到有效控制，从而实现市区空气质量的有效改善。 关键词：在用车，排放控制，检测与维护制度，方案，技术 a b s t r a c t i th 嬲b e e nr e a l i z e db yp e o p l et 0c o n t r 0 l t h ev e h i c l ee m i s s i o n si no r d e rt 0g e tag o o da i r s u r r o u n d i n g s n o wv 撕o u sm e t h o d so nv e h i c l e 饥l i s s i o nc o m r o lh a v eb e e nt a k e nt h o u 曲o u t t h ew o r l d ：0 n ew a yi st of 0 硼u l a t em o r c 锄dm o r cs t r i n g e n tr e g u l a t i o n sa n ds t a n d a r d sf o r v e h i c l ep o l l u t i o n s ；t h eo t h e rw a yi st 0d e v e l o pn e wt e c h n o l o g ya _ b o u ta u t o m o b i l ee m i s s i o n c o n t r 0 1 v 曲i c l ee m i s s i o nc o n t r o li sac o m p l i c a t e ds y s t 锄，a n di n v o l v e sav 撕e t yo ff a c t o r s s u c ha sm a n u f a c t u r eo fv e h i c l e ，a u t o m o b i l eu s ea n dm a i n t e n a l l c e ，r o a dt r a m cm a n a g e m e n t ， m e la n do i lq u a l i t ya i l dr e v e n u ep o l i c i e se t c i nc h i n a ，p r e s e me m i s s i o nr e g u l a t i o no fi n - u s e v e h i c l ei sm o r el o o s ea n di n c 印a b l e ，s oi tb e c o m e su 玛e n tt ot a k em o r ee f f e c t i v em e t h o d so n i n u s ev e h i c l ee m i s s i o nc o n t r 0 1 t h ee x p e r i e n c eofd e v e l o p e dc o u n t d e si n d i c a t e st h a ti m p r o g r a m ，s h o r tf o ri n s p e c t i o na n dm a i n t e n a n c ep r o g r a m ，i st h em o s ts c i e n t i f i c ，e c o n o m i c a l a n de f n c i e n tm e a s u r et oc o n t r 0 1e m i s s i o n6 o mi n u s ev e h i c l e f i r s to fa l l ，t h i sa n i c l ei n t r o d u c e s t h ep r e s e n ts i t u a t i o na b r o a do fv e h i c l ep o l l u t i o n c o n t r o l ，a n de m p h a s i z e st h em e a n i n g ，h i s t o 巧a n dc o n t e n to fi mp r o g r a m s e c o n d l y f o c u s i n go nt h ee m i s s i o ns t a n d a r do fi n - u s ec a r sa n dv e h i c l em a i n t e n a n c es p e c m c a t i o ni n c h i n a ， t h e p a p e rd i s c u s s e st h ec o r r e l a t i o nb e 觚e e n i ：m p r o 铲a m a n dm a i n t e n a n c e s p e c i f i c a t i o n t h i r d ly ，a r e ri n v e s t i g a t i n gt h es t a t u so fa i re n v i m 啪e n ta n dv e h i c l ep o l l u t i o n i nx i a 1 1c i t y t h ep 印e ra n a l y z e st h ee x i s t i n gp r o b l e m sa n dc o u n t e n n e a s u r e si nv e h i cl e i n s p e c t i o n a n dm a i n t e n a n c e p r o c e d u r e ，a n da r g u e s t h e n e c e s s i t y a n du r g e n c yo f i m p l e m e n t i n gi mp r o 铲锄f i n a l l y b a s e do ns u c c e s s 凡1e x p e n e n c e sa b r o a da n dc o m b i n i n g t h ef a c to fx i a nc i t y ；t h ea r t i c l ee s t a b l i s h e st h es c h e m eo fi ms y s t e ma n dd e s i g n sr e l a t i n g t e c h n i c a ld e t a i l sa b o u ti mp r o 伊锄f o rx i a nc i t yi no r d e rt 0 i m p r o v et h ea t m o s p h e r e e n v i r o n m e n t k e y w o r d s ： i n - u s e v e h i c l e s ； e m i s s i o n c o n t r o l ； i n s p e c t i o n a n dm a i n t e n a n c ep r o 舒a m ； s c h e m e ；t e c h n o l o g y 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：诵笏艮矽矿7 年歹月9 日 论文知识产权权属声明 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：镝宏艮肋7 年莎月罗日 导师签名：艺馑易少7 年莎月少日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 随着社会经济的快速发展，人们对机动车的需求与日俱增，汽车工业也因此在全球 范围内得到了快速发展，汽车生产量和保有量急剧增加。资料显示，目前世界汽车保有 量j 下以每年3 0 0 0 万辆的速度递增，预计到2 0 l o 年世界汽车保有量将达到1 0 亿辆。我 国的汽车保有量也以每年两位数的速率快速增长：2 0 0 4 年为2 6 9 4 万辆，2 0 0 5 年达到3 1 6 0 万辆，年增幅为1 7 3 。据中国汽车工业协会统计：2 0 0 6 年，中国汽车产销量分别为 7 2 7 9 7 万辆和7 2 1 6 0 万辆，同比分别增长2 7 3 2 和2 5 1 3 【2 1 。据估计，未来几年中国 汽车保有量将会以1 6 2 0 的速度增长，预计到2 0 1 0 年我国汽车保有量将在6 6 5 0 8 4 3 1 万辆之间【2 】。 汽车工业的快速发展，一方面极大推动了经济的增长，方便了人们的生活。但同时， 汽车及汽车行业所带来的环境问题也引起全世界人们越来越多的关注。中国在“十一 五”规划中明确提出要创建“环境友好型社会”。因此，我们也必须重视汽车从制造、 使用到报废整个过程所带来的诸多环境问题。特别是汽车在使用过程中所产生的排放污 染物，由于对环境和人体危害巨大，更是被称为头号“汽车公害”。 1 1汽车排放对大气环境及人体健康的影响 大气环境是人类赖以生存的基础，它的好坏直接影响着人体健康。环境空气质量 标准( g b 3 0 9 5 1 9 9 6 ) 中对空气质量作了不同划分。其中在城市为了保证市民的生活 环境，空气质量应当达到二级以上。参考文献【3 】2 0 0 6 中国环境状况公报显示：2 0 0 6 年监测的5 5 9 个城市中，空气质量达到一级标准的城市2 4 个，达到二级标准的城市3 2 5 个， 达到三级标准的城市1 5 9 个，劣于三级标准的城市5 1 个。近几年我国监测城市空气质量 状况见表1 1 。 表1 1 近年城市环境空气质量状况对比 空磊赢r 心 2 0 0 6 年2 0 0 5 年2 0 0 4 年2 0 0 3 年2 0 0 2 年 空气质昔级别 。 达剑或优丁二级( 达标) ， 6 2 45 1 93 8 6 4 1 7 3 3 8 一：级。2 8 5 3 7 5 4 1 2 3 1 53 5 0 劣二级， 9 1 l o 6 2 0 2 2 6 83 1 2 监洲城市数姑，个 5 5 95 2 23 4 23 4 0 3 4 3 公报显示：全国城市总体平均的可吸入颗粒物年均浓度水平接近国家二级标准。全 国城市总体平均的s 0 2 年均浓度低于国家二级标准。全国3 3 5 的城市颗粒物年均浓度超 过二级标准，1 3 2 的城市s 0 2 年均浓度超过二级标准。全国城市n 0 2 的年均浓度均达二 级标准。颗粒物仍是显著影响城市空气质量的首要污染物，s 0 2 污染问题尚未解决。近 第一章绪论 年城市颗粒物浓度状况见表1 2 。城市二氧化硫浓度状况见表1 3 。2 0 0 6 年各省市区的地 级城市空气质量分级情况见表1 4 。 表1 2 近年城市颗粒物浓度分级比例 三赢心竺 2 0 0 6 年 2 0 0 5 年2 0 0 4 年 2 0 0 3 年 2 0 0 2 年 空气质量级别 达到二级( 达标) ， 6 6 55 9 54 7 54 5 63 6 5 二级，2 6 53 5 o 3 7 6 3 3 23 3 7 超过二级， 7 o 5 51 4 92 1 22 9 8 。 表1 3 近年城市二氧化硫浓度分级比例 i 面矿芝竺兰 2 0 0 6 年2 0 0 5 年2 0 0 4 年2 0 0 3 年2 0 0 2 年 s o 二浓度分级 达剑_ 二级( s o 0 6 m m 3 ) 8 6 87 7 47 4 57 4 47 7 6 超过二级( o 0 6m 咖3 )1 3 22 2 62 5 52 5 62 2 4 萁中! 龆讨_ ：纫( 0 1 0m p m 3 )3 66 58 81 2 18 5 表1 42 0 0 6 年各省市区的地级城市空气质量级别分布 空气 一 -劣空气劣 二三级以上比例 - _ 三级以上比例 质鹫 级级级( ) 质量 级级级( ) 级别级级别 级 山阳 47l o o 0 贵州 5224 4 4 十f 肃2938 5 7 吉林 5 44 4 4 河北 2728 1 8 湖南 953 5 7 j2 夏 1l38 0 o 云南 l1 0413 1 3 陕曲 27l8 0 o j “阿 1 0312 8 6 新稿38l7 5 0 福建 72 2 2 2 1 人j 蒙占 l3467 1 4 黑龙江 l722 0 o 河南 61 l6 4 7 浙江 921 8 2 江苏 58 6 1 5山尔 1 431 7 6 辽j 。 685 7 1 江西 1 019 1 四川l91 0l 5 2 4 安徽 1 6l5 9 北京 l1 0 0 0 上海 10 大沣11 0 0 0 j 东 21 9 o 重庆 11 0 0 0 海南 l1o 青海 ll o o 0 两藏 2 0 湖北764 6 2 总计 71 7 1l1 5 2 9 町以看出，目前大气环境存在的主要问题是二氧化硫、二氧化氮、悬浮颗粒物及粉 尘污染严重。而这些污染物中有相当大一部分都来自于机动车的尾气排放。 汽车排放的污染物以及与交通源相关的主要污染物有：一氧化碳( c o ) 、氮氧化 合物( n o x ) 、碳氢化合物( 包括苯、苯并芘) 和微粒等。各类型发动机有害物排放 情况见表1 5 。显而易见，机动车数量的迅速增长直接导致了碳氢化合物、一氧化碳、 氮氧化物、颗粒物等主要污染物及非常规排放污染物急剧增加，使我国的城市大气污染 正从煤烟型污染向煤烟与机动车排气复合型污染转变，机动车排放污染已经成为了城市 区域大气复合污染的主体因素。 2 长安大学硕士学位论文 表1 5 各类发动机有害物比较【1 】 i c o h cn o x s 0 2 1 微粒臭气 机型、 炭烟油雾 四冲程多中 多很少少少 中 汽油机 二冲程 多多少很少少多多 柴油机少少多少 多 少多 l p g 、c n g 发动机少中中无少无少2 氢发动机无无多无 无无无 旋转活塞式发动机 多多少很少少中中 甲醇发动机少少少无无少少 注1 ：在使用中国燃油的条件下作的比较： 注2 ：l p g 燃料本身无臭味，但为了安全的考虑，常掺入微量臭气，以引起使用者对漏气的注意。 机动车排放污染对城市大气环境和人体健康的不利影响，表现在以下几蒯4 】： ( 1 ) 污染物排放量大 据统计，2 0 0 3 年全国机动车碳氢化合物( h c ) 、一氧化碳( c o ) 和氮氧化物( n o x ) 排放量分别达到8 3 6 1 万吨、3 6 3 9 8 万吨和5 4 9 2 万吨，分别是1 9 9 5 年相应污染物排放总量 的2 5 1 、2 0 5 和3 0 1 倍。 我国单车排放量高于国外，在用车排放因子普遍高于发达国家同类型在用车。 ( 2 ) 机动车污染贡献率大 北京市机动车尾气排放对大气污染物中c o 、h c 、n o x 的分担率分别为6 3 4 、7 3 5 和4 6 ，非采暖期分担率更高，分别为8 0 3 、7 9 1 和5 4 8 ；上海市中心地区机动 车排放对大气污染物中c o 、h c 、n o x 的分担率分别为8 6 、9 6 和5 6 ；广州、天津、 重庆等许多大中型城市具有类似的情况【2 4 1 。联合国环保组织的调查显示，目前各国城市 中的空气污染5 0 来自燃油汽车的尾气排放，而汽车拥有量较大的欧美国家的一些城 市，空气污染源的6 0 来自汽车尾气排放。 ( 3 ) 城市氮氧化物浓度均在上升 城市n 0 2 的浓度高、超过国家标准主要是由于机动车排放和城市能源结构的改变。 ( 4 ) 道路两侧一氧化碳浓度超过国家标准 市区主干道两侧c o 的平均浓度超标严重，小时浓度超标频率和超标浓度相当惊人。 ( 5 ) 机动车带来颗粒污染危害大 2 3 的城市空气质量不达标，颗粒物超标严重，机动车排放占颗粒物污染2 0 3 0 。 机动车排放高度主要在o 3 米至2 米之间，正好是人体的呼吸范围。而且由于微粒存在 孔隙能黏附s 0 2 、未燃h c 、n 0 2 等有毒物质或苯并芘等致癌物质，因而对人体的健康 造成非常大的危害。 ( 6 ) 光化学烟雾的危险性加剧 第一章绪论 h c 和n o x 在强烈的阳光下会生成臭氧( 0 3 ) 和过氧酰基硝酸盐( p 气n ) ，即浅蓝色的 光化学烟雾。它是一种强烈刺激性有毒气体的二次污染物。光化学烟雾的问题将日益突 出，城市中0 3 的浓度和超标频率都将增加，引发更多的城市环境问题。 ( 7 ) 潜在的温室效应威胁 机动车排放的二氧化碳无色无毒，对人体无直接危害。但大气中的二氧化碳大幅度 增加，会导致温室效应，使全球气温上升，南北极冰层融化，海平面上升，大陆腹地沙 漠化趋势加剧，使人类和动物赖以生存的生态环境遭到破坏。1 9 9 7 年联合国在日本东京 通过了旨在限制温室气体排放量以抑制全球变暖的京都议定书，中国于1 9 9 8 年5 月签署并于2 0 0 2 年8 月核准了该议定书。2 0 0 5 年2 月1 6 日，京都议定书正式生效。 国外专家的研究表明，机动车排放污染物对人体健康的危害见表1 6 【5 1 。 表1 6 机动车排放污染物对人体的危害 污染物危害症状派生污染 循环系统破坏血液输氧，造成类似煤气中毒症状 c o 神经系统智力衰退、痴呆 神经系统 神经衰弱，汽油癔病 造血系统 贫血 h c 光化学烟雾 呼吸系统降低人体对呼吸道传染病的抵抗力 其他致癌 循环系统破坏血液输氧，造成类似煤气中毒症状 n o 。 呼吸系统肺气肿、支气管炎、肺部疾病 光化学烟雾 感觉器官眼黏膜刺激、各类眼疾 酸雨 循环系统破坏血液输氧，造成类似煤气中毒症状 光化学烟雾呼吸系统中毒性肺气肿、支气管炎、肺部疾病 感觉器官眼疾 呼吸系统上呼吸道感染、肺部疾病 s o 。酸雨 感觉器官眼疾 呼吸系统支气管炎、肺部疾病 微粒浮尘等 其他含多种强致癌物质 神经系统多脏器病变、智力衰退 铅化合物呼吸系统支气管炎、哮喘、肺部疾病 生殖系统生殖障碍 c 0 2缺氧温室效应 甲烷缺氧 温室效应 汽车排放污染物除了对人体健康造成严重危害之外，还会对大气环境造成深远影 响。近2 0 年的研究结果表明，汽车的排放污染物对环境影响不仅是局部的，许多影响 还可以扩展到大气层中很远的距离甚至其他地区，并存在很长时间。目前，全世界有1 0 亿多城市人口的健康受到空气污染的威胁。据世界卫生组织估计，到2 0 2 0 年全世界死 于空气污染的人数将达到8 0 0 万。我国1 1 个大城市中，空气中的烟尘和颗粒物每年使5 万人夭折，4 0 万人感染上慢性支气管炎。世界银行估计，因空气污染导致的医疗成本增 4 长安大学硕士学位论文 加以及工人生病丧失生产力使得中国g d p 被抵消掉5 。因此，控制汽车排放污染，改 善人类生存环境，已经刻不容缓f 5 1 。 1 2 国内外机动车排放污染控制现状 随着人们对汽车排放污染问题的重视，世界各国都陆续采取了多种对策、措施和方 法来控制和减少机动车排放污染。上世纪7 0 年代以来，在机动车排放控制方面形成了 两条发展主线：一是通过制定排放法规，不断严格机动车排放标准；二是各大汽车生产 厂商通过提高发动机技术水平与研制排放控制装置，配合使用品质不断改善的燃油，来 满足不同时期的排放标准。也就是说，控制机动车排放可以归纳为两个层面：排放法规 标准层面和排放控制技术层面。即一方面制定越来越严格、越来越广泛的排放法规和标 准；另一方面不断探索应用新的排放控制技术来满足法规的要求，双管齐下，从而达到 控制机动车排放污染的目的。 1 2 1 汽车排放法规与标准 不同国家和地区的社会经济基础、环境状况等不同，因此所采用的排放法规、标准 体系也不尽相同。目前美国、日本和欧盟的汽车排放法规是世界主要的三个法规标准体 系，许多国家都不同程度地采用这些法规和标准。 1 ) 美国汽车排放法规标准 美国是当今世界上控制汽车排放最严格的国家，有多种不同的汽车排放法规和标 准，但主要分为加州标准和联邦标准两大类。一般以加州制定的标准最为严格，而且往 往要早于联邦国家标准1 2 年。美国法规的测量方法一般较欧洲法规和日本法规要复 杂，其运行工况多为瞬态工况，因此对设备的要求也比较高【6 】。 美国机动车排放法规的发展大致可分为三个时期：【7 】 第一时期大约在2 0 世纪7 0 年代，是排放法规的起步和完善时期。当时采用的控制 技术主要是发动机改造，包括燃烧系统的改进和化油器的改进，如由简单化油器改为带 有多项净化装置的复杂化油器，并提高化油器的流量控制精度。 第二时期大约在2 0 世纪8 0 年代到9 0 年代初，是美国清洁空气法修正案正式 实施的时期。该修j 下案规定空气污染严重的地区要实行车辆定期检查和维修制度，即i m 制度。这一阶段是汽车排放控制技术发展最快、大气质量改善效果最为明显的时期。 第三时期大约在2 0 世纪9 0 年代中期到2 1 世纪初，又称为低排放车时期。1 9 9 0 年 美国对清洁空气法进行再次修正，进一步强调要改善空气质量，特别是对那些臭氧 第一章绪论 和一氧化碳浓度较高的大城市。该法案要求继续加严机动车尾气排放标准，并给存在特 殊空气质量问题的州以自主加严排放标准的权力：确定新配方汽油方案；建立有关清洁 代用燃料和清洁车辆的法规等。 ( 1 ) 新车排放控制法规 美国政府对车辆排放和安全的管理实行认证制度，分为国家环保局排放认证和联邦 汽车安全型认证。 汽车环保认证程序 美国国家环保局根据清洁空气法、噪声防治法制定了严格的联邦机动车主 管法，对车辆及其相关装备进行认证。如发现生产线上的车辆不符合排放法规，主管 机关有权责令制造厂限期修正或采取有效的补救措施。制造厂应向主管机关提交修正方 案，包括对已售出的不符合相关法规的车辆或发动机的召回治理等。 联邦汽车安全型认证程序 为确保车辆符合机动车产品安全法规要求，主管机关随时可以进一步核实制造厂的 鉴定试验数据和其他证据资料，检查已在使用中或正在制造、销售过程中的车辆和装备， 进行选择性试验，以及采取其他必要的检查和调查手段等。如断定不符，则要求制造厂 限期修正，并对已售出的车辆实施召回。美国联邦政府制定的汽车排放法规，在各州都 是强制实施的。 ( 2 ) 在用车排放控制法规 对在用车的排放控制，美国主要是通过在用车检查和维护制度( i m 制度) 的实施 来进行的。这种制度包括对各种车辆的例行定期检测和不定期的道路排放检测，以及车 辆使用者定期的维护和保养等，并对车辆检测机构和维修也制定出基本检测程序、仪器 设备规格、质量评定方法和技术能力要求等方面的规定。除此之外，美国的不同城市还 根据各自的具体情况，制定出不同的在用车排放污染控制辅助措施。 在用车检查和维护制度 在用车检查和维护制度是削减在用机动车排放污染的重要手段。一套成功的在用车 检查和维护制度应包括的技术要素有：合适的检测程序，并设定必要的检查内容；对不 合格车辆的强制实施机制；加强维修程序管理和机械技能培训；检测数据收集和定期的 质量考核；对车种和车龄进行优化，注重老旧车的检测；对检测员和修理工进行技能培 训；进行周期性的评估以发现和解决问题等。 车辆担保、监督和召回制度 6 长安大学硕士学位论文 美国的排放法规要求，汽车制造商在规定的耐久行驶里程内必须对汽车的排放质量 负责。若故障出现的次数超过规定的比例，经过严格的测试后被美国环保局认定为缺陷 车，制造商必须将所生产和销售的该车型全部车辆回收，并采取修理、更换或赔偿的方 式来纠正车辆存在的缺陷，保证经认证的车辆能安全行驶、污染物排放合格。 加速淘汰旧车制度 美国是汽车工业高度发达的国家，汽车的保有量已经饱和，美国通过经济手段鼓励 在用车的更新，如增加老龄车的年检费用和检测频率等方法来非强制性淘汰在用车。 2 ) 欧盟汽车排放法规标准 欧洲标准是由欧洲经济委员会( e c e ) 的排放法规和欧盟( e u ) 的排放指令共同加 以实现的。排放法规由e c e 参与国自愿认可，排放指令是e u 参与国强制实施的。欧洲分 别于1 9 9 2 年、1 9 9 6 年、2 0 0 0 年、2 0 0 5 年实施了欧i 、欧i i 、欧i i i 和欧i v 排放标准。2 0 0 6 年1 2 月1 3 日，欧洲议会通过了有关新的汽车排放标准：欧v 和欧标准。欧v 标准主要 针对柴油和汽油轿车及轻型商用卡车，而欧标准单独针对柴油轿车。欧v 和欧排放 标准大幅度提高了对轿车和客车在粉尘颗粒和氮氧化物排放量方面的要求。按照欧v 排 放标准，柴油轿车的颗粒物排放量将减少8 0 ：而实行欧标准后，柴油轿车的氮氧化 物排放量将比目前减少6 8 。欧v 标准要求从2 0 0 9 年9 月起，所有在欧洲销售的柴油车 必须加装颗粒物过滤器，现有的柴油车可以在2 0 1 1 年1 月之前改装完毕。欧标准将于 2 0 1 4 年起实行【7 1 。 从严格性来说，欧洲标准要落后于美国标准。这种落后是由于在e c e 范围内建立统 一的标准是很复杂和困难的。 e c e 排放法规的发展过程具有以下几个方面的特点：【7 】 ( 1 ) 法规限制的有害排放物的种类逐渐扩大；从早期仅限制c o 和h c 到后来增加 的n o x 和p m 等； ( 2 ) 法规规定的有害排放物数量的限值越来越小，要求越来越严； ( 3 ) 排放物检测的标准要求更高，更加规范，并制定了专门的检测方法； ( 4 ) 对不同工况的检测列入了新的规定； ( 5 ) 强化对生产一致性检查的方法并逐渐向型式认证标准接近： ( 6 ) 试验运转循环更加接近实际使用条件，规定了汽车尾气排放物能够满足环保 指标的日程； ( 7 ) 确立了按汽车环保参数认证的汽车生产稳定性和质量监督统计方法。 第一章绪论 3 ) 日本汽车排放法规标准 日本对汽车污染物的控制比美国起步晚，但2 0 世纪7 0 年代以来，它对氮氧化合物 的控制进程却比美国快。由于日本的测试方法与美国和欧洲不同，因此其排放限值也无 法直接相比。由于日本是控制汽车排放较早的国家之一，也是控制技术较为先进的国家。 因此，其排放法规一直被认为是一个独立的法规体系【7 】。 日本的排放规定在全世界范围内已经达到最严格的水平，汽车厂商正在积极致力于 相关技术的研发。通过努力，日本全国包括大城市在内，大气中的n o x 等污染物含量 正逐年下降。作为环境大臣的咨询机构的中央环境审议会，于2 0 0 5 年4 月提交了“今 后降低汽车排放的对策方针( 第8 次工作报告) ，决定从2 0 0 9 年开始对所有类别汽车 ( 即不分汽、柴油等燃料类别) 实施相同的排放限值。如果能满足这一严格限值，预计 2 0 1 0 年前后所有地区将基本达到环境标准【8 】。 4 ) 中国汽车排放法规标准 我国汽车排放法规的建立与实施起步较晚。随着汽车尾气对大气污染的日益加剧， 自1 9 9 4 年5 月起，我国才开始实施汽车排放限值法规。由于世界三大排放标准体系中， 欧洲法规在标准的严格程度、道路交通情况等方面比较适合我国的实际情况，在充分吸 收欧美的经验后，我国全面等效采用了欧盟( e u ) 指令、e c e 技术内容和部分前欧共 体( e e c ) 法规的基础上形成了中国排放法规体系。 我国机动车污染控制工作始于1 9 7 9 年中华人民共和国环境保护法( 试行) 颁布以 后，1 9 8 4 年4 月1 日起实施g b 3 8 4 2 3 8 4 4 8 3 四冲程汽油车怠速排放污染物等排放 标准。1 9 8 9 年制定了参照e c e l 5 0 3 和采用e c e l 5 0 4 法规的g b “6 4 1 11 6 4 2 8 9 轻 型汽车污染物排放标准。1 9 9 4 年5 月起实施g b1 4 7 6 1 1 1 4 7 6 1 7 9 3 共7 项汽车排放 标准，对汽油车怠速污染物、柴油车自由加速烟度和全负荷烟度排放限值有所加严。2 0 0 0 年1 月1 日在全国实施了相当于欧i 限值的g b l 4 7 6 1 1 9 9 9 标准，后来该标准于2 0 0 1 年4 月1 6 日被g b l 8 3 5 2 1 2 0 0 1 轻型汽车污染物排放限值及测量方法( i ) 代替，而 g b l 8 3 5 2 2 2 0 0 1 轻型汽车污染物排放限值及测量方法( i i ) 等效于欧i i 排放法规， 于2 0 0 4 年7 月1 日起在全国实施。2 0 0 5 年4 月2 7 日，国家环保总局会同国家质监总局 颁布了轻型汽车污染物排放限值及测量方法( 中国i i i 、阶段) 等五项机动车污染 物排放新标准。其中，轻型汽车i i i 号排放标准自2 0 0 7 年7 月1 日起实施，号排放标 准自2 0 l o 年7 月1 日起实施。我国轻型汽车排放标准的发展历程见表1 7 【6 】。 长安大学硕士学位论文 表1 7 中国轻型汽车排放标准发展历程 发展进程排放标准 中国实施日期欧洲实施时间 相差年份 国1 ( 欧i ) g b l 8 3 5 2 1 2 0 0 l2 0 0 1 1 11 9 9 29 国2 ( 欧i i ) g bl8 3 5 2 2 2 0 0l2 0 0 4 7 11 9 9 68 国3 ( 欧i i i )g bl8 3 5 2 3 2 0 0 5 2 0 0 7 7 1 2 0 0 0 7 国4 ( 欧) g b18 3 5 2 3 2 0 0 52 0 l o 7 12 0 0 55 不断加严的排放标准的实施，缩短了我国与国外汽车污染物排放标准的差距。但是 欧洲从2 0 0 5 年起实施欧排放法规，就n o x 、h c 、c o 及微粒等4 种物质排放限值而 言，欧限值是欧i 的7 0 、7 0 、7 1 和2 0 。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8 1 0 年左右。 在制订和实施国家排放法规的同时，按照大气污染防治法、环境保护法、 环境影响评价法等法律的规定，国家环保总局在控制机动车排放污染方面采取了很 多有效措施，目前已建立了包括新车环保型式核准生产、一致性检查等环境监管体制。 同时国家采取了一系列经济政策支持清洁汽车的发展，国家环保总局会同国家财政部等 部门2 0 0 1 年对提前达到国家第二阶段排放标准的低污染汽车减征3 0 的消费税。到 2 0 0 4 年前后国家已分车型，分类别全面实施国家第二阶段机动车排放标准，污染控制效 果较为明显。根据国家环保总局掌握的情况，轻型车各类污染物的排放已经比未控制前 削减9 0 以上。 但是，目前我国汽车排放性能水平仍落后发达国家。以轿车为例，全国平均排放因 子碳氢化合物与一氧化碳约为美国平均水平的3 5 倍，氮氧化物约为2 5 倍；我国摩托 车产量、保有量和出口量均居世界第一，但摩托车排放控制技术水平远远落后于美国和 欧盟；在我国保有量巨大的农用车，其排放水平较欧洲落后至少2 0 年以上。 同时我国在用车检查维修偏重于机动车的安全性和动力性，不重视排放性。以轻型 汽油车为例，在实际运行条件下，我国实施欧i 标准前生产的车辆为国外同类型在用车 排放因子的8 l o 倍。出租车、公交车、运输车等高频使用车辆，由于超载、过度使用， 维护保养状况相对更差，在正常使用情况下，要比美国的排放水平高1 5 倍以上。 国内车用燃油标准与机动车排放标准不同步，环保部门没有手段保障车用燃油标准 满足机动车排放标准要求，使得国内燃油品质普遍落后于汽车发动机技术发展。车用燃 油品质差，严重制约着我国机动车排放控制水平的提高。而在发达国家是由环保部门根 据机动车污染情况对车用燃料进行监督管理，机动车排放与车用燃料可同步达到相应的 标准，从而促进机动车排放水平与油品品质同步提高。 目前国内汽车行业在环保领域存在的主要问题有以下几个方面：【9 】 9 第一章绪论 除北京、上海等地外，汽车环保标准全国统一化。我国是发展中国家，在经济、 科技发展水平等方面都落后于欧美国家，况且我国各地发展不均衡，不像欧美国家经济 一体化程度高。由于客观上经济能力不够、产品水平不具备和主观上对环保认识的不一 致等原因，导致全国统一的汽车环保标准难以得到有效执行。 在全国范围内实行“国3 标准”的环境不配套，发动机技术及燃油品质不适应。 例如我国的燃油标准与欧美不同，而排放标准沿用欧洲体系，两套密切相关的体系在使 用标准上各有各的区域特色，为执行加大了难度。 存在多头管理的现象。国家发改委、国家环保局、国家质监局三部门均行使权 力进行环保认定，认定程序、力度不一致，对环保标准执行的严肃性造成不利影响。 不同区域执行力度和时间不一，造成不同区域间车辆流动不便，使生产企业无 所适从，在市场竞争中处于被动。 在用车定期维护制度没有完全落实，在用车尾气排放超标现象严重。 目前刚出厂的新车进行尾气检测时可以达到“国2 标准”，但是使用一段时间以后 就不能保证排放达标。因为汽车维修保养技术、车主的驾驶习惯、维护意识等多个环节 都影响着汽车环保达标问题。 1 2 2 汽车排放控制技术 随着日益严格的汽车排放法规和排放标准，各种汽车排放控制技术也在不断的研究 和应用中。汽车排放控制技术发展历程见表1 8 。 表1 8 汽车排放控制技术发展历程1 1 年份技术措施 1 9 6 6 1 9 7 3 曲轴箱强制通风系统( p c v ) ，废气再循环系统( e g r ) ，空气喷射系统( a i ) 1 9 7 4 1 9 7 9改进化油器，无触点电子点火，使用并改进催化剂 闭环控制系统，进一步改进化油器和催化剂( 包括三元催化剂) ，改进发动机， 1 9 8 0 1 9 8 3 挥发性排放物控制 1 9 8 4 1 9 9 3 发动机改进，电子控制，燃油喷射，催化剂和e g r 进一步改进 进一步改进发动机，控制装置，供油，电预热催化剂和e g r ，改进挥发性排 1 9 9 4 放物控制，车载诊断系统( o b d ) 1 ) 汽油发动机排放控制技术 为了满足欧i i i 排放标准，汽油发动机可以考虑采用三元催化转化器、燃烧室及发 动机的改进、催化剂加热和更好的转化器活性层、二次空气喷射、带有冷却装置的废气 再循环等技术和装置。目前，在汽油发动机上采用的排气净化措施见表1 9 。其中，典 型的具有代表性的控制技术包括：【1 0 】 ( 1 ) 冷机时空燃比稀薄化 1 0 长安大学硕士学位论文 发动机冷机时，催化剂活性较差，可以采用空燃比稀薄化的方法来有效降低h c 排 放。为保证空燃比的稀薄化，应提高燃烧稳定性，在进气口内设置涡流控制阀，强化燃 烧室内的气体流动，改善燃烧性能。由于强化了涡流混合气，保证了混合气的稀薄化， 降低了h c 排放量。除强化混合气流动外，采用“可变气门”技术，同样可以获得稀空 燃比的效果。 表1 9 汽油机主要排气净化技术 序号技术措施作用 1 进气预热与控制减少c o 、h c 2 进气歧管的改良减少c o 、h c 3 电控汽油喷射系统的改进 减少c o 、h c 、n o 。 4 减速控制装置减少c o 、h c 5 闭式曲轴箱通风、燃油蒸发回收装置防止h c 排放 6 二次空气供给减少c o 、h c 7 热反应净化装置减少c o 、h c 8 燃烧室结构优化、燃烧过程改善 减少c o 、h c 、n o 。 9 改良点火系统减少c o 、h c 、n o 。 1 0 氧化型催化转化器减少c o 、h c 1l 还原型催化转化器 减少n o 。 1 2 空燃比反馈控制与三元催化转化器 减少c o 、h c 、n o 。 1 3 废气再循环 减少n o 。 ( 2 ) 降低未燃h c ( 高顶活塞环) 活塞的第一道环槽脊( 指第一道环槽至活塞顶之间的区域) 和气缸壁之间，燃烧的 火焰不能达到，其区域内的未燃h c 直接从气缸内排出。提高第一道活塞环的位置，即 减小第一道环槽脊的高度，可以缩小活塞环与缸壁的容积，从而降低未燃h c 的排放量。 为减少活塞环槽的磨损，可对活塞表面实施氧化铝膜处理。但须注意：活塞顶面不做氧 化铝处理，只对活塞环槽进行处理，有利于进一步降低h c 的排放。 ( 3 ) 提高催化剂的早期活性 为增强催化剂的早期活性，需提高催化剂的升温特性，降低催化剂的活性温度。提 高升温特性的主要方法是采用两级排气管和使用“薄壁式”催化剂载体。合理选择低温 活性好的贵金属类，同时提高空燃比的稀薄化，是降低催化剂活性温度的有效手段。 ( 4 ) 提高催化剂性能 北美的排放法规中，为限制h c 的排放，使用n m o g 指标值。从t h c 中扣除了和 臭氧反应性极低的甲烷成分，而增加了醛类成分。一般情况下，汽油机醛类排放非常少， 催化性能主要是能积极转化甲烷以外的h c 成分。歧管催化剂使用钯系时，与铂系相比， 相同t h c 条件下，n m o g 排放量少，这种方法是选择歧管催化剂种类的主要依据，而 第一章绪论 对排气管催化剂的种类几乎没有影响。即钯系催化剂适用于歧管用催化转化使用，能高 效实现n m o g 的转化。 ( 5 ) 催化剂的强制加热 采用电加热催化剂( e h c ) 以及利用排气管排放气体燃烧产生的热量，促使催化剂 升温，即排气燃烧器( e g c ) ，能进一步提高催化剂的早期活性。e h c 已达到实用化水 平，但由于电能主要由蓄电池等供给，系统比较复杂。所谓e g c 是在发动机起动后， 浓空燃比状态下，产生的c o 等可燃成分，和二次空气供给的氧气相混合，形成可燃混 合气，在排气系统中设置排气燃烧器，通过火花塞点火装置，点燃混合气。利用燃烧产 生的热量提高催化剂的早期活性，同时还能燃烧净化发动机起动后的未燃h c 成分。采 用e g c 净化发动机在起动后的浓空燃比时，发动机排出的h c ( e g c 入口h c ) 浓度较 大，1 2 s 后，e g c 开始燃烧，能大幅度地降低h c 浓度。在采用e g c 和e h c 向催化 剂供给热量的比较研究中发现，e g c 方式催化转化率高。综上所述，采用催化剂的强制 加热，能有效地促进催化剂的早期活性。 ( 6 ) 未燃h c 的吸附净化 以沸泡石为主要成分，作为h c 吸附剂，在催化剂活化前吸附h c ，是排气净化技 术的有效补充。吸附剂最重要的性能是h c 吸附率，吸附剂含碳原子越多，吸附率越好。 对h c 吸附层，可以结合三元催化层涂覆h c 吸附催化剂，吸附的h c 随着排气的温度 升高而自动脱离，通过表面催化层进行净化。目前h c 从吸附层脱离起始温度要比催化 层的活性温度低，脱离初期对h c 净化有一定不利影响，有待于今后通过材质改良、组 成成分和升温特性的改进，来进一步提高其净化性能。 2 ) 柴油发动机排放控制技术 为了使柴油轿车能够满足排放标准，必须采用更好的催化转化器的活性层、催化剂 加热、将催化转化器的安装位置靠近发动机以及二次空气喷射等排放控制技术。对于重 型柴油车而言，可采用增压中冷技术、带有冷却装置的排气再循环系统和优化的燃烧室 涡流形成技术等。满足欧i i i 标准的柴油车可以考虑采用的关键技术见表1 1 0 。其中， 在柴油发动机上采用的典型的排放控制技术有以下几种：【1 l 1 2 】 ( 1 )共轨燃油喷射系统( c o m m o n r a i ld i e s e l ，c r d ) 它是一种柴油高压喷射系统。由电控单元控制并联在一个高压蓄油管道上的多个喷 油器，称为共轨喷油。对于直喷柴油机来说，只有提高喷油压力，才能使燃油分布均匀、 加速油气混合的速度、改善燃烧条件、减少碳烟微粒的生成量；其预喷、主喷、补喷多 1 2 长安大学硕士学位论文 段式的喷油特性，使发动机工作柔和、燃烧条件和净化性能改善，减少n o x 的生成量。 表1 1 0 柴油机排放控制关键技术 技术措施实施方法主要控制对象 燃烧室结构改进 设计参数优化，新型燃烧方式 n o x 、微粒 喷油规律改进预喷射，多段喷射 n o x 进排气系统设计可变进气涡流，多气门微粒 进气增压技术增压，增压中冷，可变几何参数增压 微粒 废气再循环 e g r ，中冷e g rn o x 高压喷射电控高压油泵，共轨柴油喷射系统，泵喷嘴体微粒 ( 2 ) 增压、中冷技术 增压可使柴油机在排量不变、质量增加不大的情况