汽车尾气影响及其控制措施浅谈

1、汽车尾气影响及其控制措施浅谈、我国汽车尾气的现状随着社会经济的快速发展以及人们物质生活水平的提高，每年的机动车保有量都在大幅度增长。根据中国汽车工业协会日前公布的数据显示，截止到2015年14月，我国汽车产销分别为828.08万辆和814.48万辆，与上一年度同期相 比分别增长了 4.1%和2.8%，全国的汽车保有量已经突破了1.63亿辆，保有量已经仅次于美国，成为全球第二1】。当我们通往目的地的道路上，总会或乘坐或 看到许许多多包括轿车、货车、客车以及摩托车等各式各样的交通工具，它们带 给了我们便捷，减少了路途中不必要时间的浪费。 但与此同时，在车水马龙的街 头，我们又会看到一股股白色、褐色

2、、黑色等颜色烟气从一辆辆机动车尾部喷出， 这就是通常所说的汽车尾气。这类气体排放物不仅气昧怪异，而且严重影响人身体健康。在车辆不多的情况下，大气的自净能力尚能化解汽车排出的毒素”但随着汽车数量的急剧增加，交通堵塞成了家常便饭，汽车本应具备的便捷、舒适、汽车灾难”已然形成。高效的优势逐渐被车辆巨大的数量及其尾气污染所抵消，据2015年中国机动车污染防治年报显示，2014年全国范围内机动车尾气达 4547.3万吨，其中一氧化碳 3433.7万吨，氮氧化合物627.8万吨，碳氢化合物 428.4万吨，颗粒物57.4万吨。这就是便捷的代价。、汽车尾气污染物形成机制科学分析表明，尾气中含有上百种不同的化

3、合物，其中的污染物主要有一氧 化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、颗粒物、二氧化碳、铅及硫氧化合物等切。（一）一氧化碳的形成一氧化碳是燃烧不充分所致，是氧气不足而生成的中间产物。燃气中的氧气 量充足时，理论上燃料燃烧后不会存在 CO;但当氧气量不足时，就会有部分燃 料不能完全燃烧，而生成 CO。反应式如下:? ?+ -? ?-?（1）对于汽油机来说，当空气系数 aV1时，因缺氧引起不完全燃烧，CO的排 放量随a的减小而增加。而当空气系数 a 1时，CO的排放量都很小。a =1.0 1.1时，CO的排放量变化较复杂。对于柴油机来说，a =1.53, CO排放量要比汽油机低得多。a =1.21.3 （大

4、负荷），CO的排放量才大量增加。燃料与空气混合不均匀，总有局部缺氧和低温的地方，反应物在燃烧区停留时间较短，小负荷时尽管a很大，CO排放量反而上升2。影响一氧化碳产生的因素有：1.进气温度。燃料随吸入空气温度上升而变浓, 拍出的一氧化碳将增加。2.大气压力。进气管压力降低时，空气密度下降，则空 燃比下降，一氧化碳排放量增大。3.发动机工作状况。高真空度下，混合气瞬时 过浓，一氧化碳浓度显著增加。4.怠速转速。提高怠速转速空气流量，一氧化碳浓度降低。5.进气管真空度。发动机负荷一定时，一氧化碳排放浓度随转速增加 而降低冋。（二）氮氧化物的形成氧化氮形成原因大致遵循以下反应式,? 2?+ ? ?+

5、 ? 2?+ ? ?+ ? ?+ ? ?+ ? 当温度很高时，空气中的氮气和氧气会反应形成一氧化氮。当a 1的稀混合气区，CnO随温度的升高而迅速增大。当a 1时，温度起着决定性作用，氮氧化物生成量 随温度升高而迅速增大。最高温度通常出现在Oa- 1.1且有适量的氧浓度，故氮氧化物排放浓度出现峰值。 a进一步增大，温度下降的作用占优势，一氧化 氮生成量减少。 2.残余废气分数。废气分数增大，减小了可燃气的发热量，增大了混合气的比热容，使最高燃烧温度下降，一氧化氮排放降低。3.点火时刻。点火提前角的减小，一氧化氮排放量不断下降。影响柴油机氮氧化物产生的因素有： 1.喷油定时。喷油提前角减小，燃烧

6、推 迟，燃烧温度较低，生成的氮氧化物较少。 2.负荷与转速。氮氧化物排放随负荷 增大而显著增加。转速对氮氧化物排放的影响比负荷的影响小 3。三）碳氢化物的形成未燃碳氢化物生成及排放途径主要有三个： 燃烧过程中未燃烧或燃烧不完全 的碳氢燃料、漏入曲轴箱的窜气中含有大量未燃燃料以及燃油蒸汽。对于汽油机，形成未燃碳氢化物的主要原因有： 1.火焰在壁面淬冷。 冷起动、 暖机和怠速等工况下， 壁面温度较低， 淬熄层较厚， 壁面火焰淬熄是此类工况下 未燃碳氢化物的重要来源。 2.狭隙效应。火焰不能进入各种狭窄的间隙，便会产 生未燃碳氢化物。 3.润滑油膜对燃油蒸汽的吸附与解吸。进气过程中，润滑油膜溶解和吸

7、收了进入气缸的碳氢化合物。燃烧过程中，碳氢化物向已燃气解吸。 4. 燃烧室内沉积物的影响。沉积物使碳氢化物排放增加。5.体积淬熄。燃烧室中压 力和温度下降太快，可能使火焰熄灭。 6.碳氢化合物的后期氧化。未燃烧的碳氢 化合物释放出来，重新被全部或部分氧化。对于柴油机，燃料在气缸内停留的时间较短， 生成碳氢化物的相对时间也短，故其碳氢化物排放量比汽油机少 2。影响碳氢化物产生的因素有： 1.混合气质量。混合气的均匀性越差则碳氢化 物排放越多。 2.运行条件。对于汽油机：负荷增加时，碳氢化物排放量绝对值将 随废气流量变大而几乎呈线性增加。 转速较高时， 气缸内混合气的扰流混合、 涡 流扩散及排气扰

8、流、 混合程度的增大改善了气缸内的燃烧过程， 碳氢化物排放浓 度明显下降。壁面温度升高， 碳氢化物排放浓度相应降低。 提高冷却介质温度有利于减弱壁面激冷效应， 降低碳氢化物排放。 燃烧室面容比大， 单位容积的激冷 面积也随之增大， 未燃烃总量必然也增大。 降低燃烧室面容比是降低汽油机碳氢 化物排放的一项重要措施。对于柴油机，喷油时刻、喷油嘴喷孔面积、冷却水进水温度以及进气密度都会对碳氢化物产生一定影响 3。四）颗粒物的形成汽油机颗粒物的来源有： 含铅汽油中的铅、 有机微粒以及汽油中的硫产生的 硫酸盐 4。柴油机排气微粒由很多原生微球的聚集体而成，总体结构为团絮状或链状。当排气温度超过500C时

9、，碳质微球的聚集体，称为碳烟，也称为烟粒；排气温度低于500 C时，烟粒会吸附和凝聚多种有机物，称为有机可溶成份。颗粒物生成机理分为生成和长大两个阶段。 生成阶段红中， 在高温富油缺氧 区，通过裂解和脱氢过程，经过核化形成先期产物；其后，在低于 1500K 的低 温区，通过聚合和冷凝生成碳烟微粒。长大阶段则为表面生长和聚集 2。影响颗粒物产生的因素有： 1.负荷。高速小负荷时，稀薄混合气区较大，微 粒排放量较高；低速大负荷时，容易产生裂解和脱氢， 排放量有所升高。 2.转速。小负荷时温度低， 以未燃油滴为主的微粒的氧化作用微弱； 转速升高时， 这种氧 化作用又受到时间因素的制约；大负荷时，转速

10、的升高有利于气流运动的加强， 使燃烧速度加快。 3.燃料。燃油中芳香烃含量及馏程越高，微粒排放量越大；烷 烃含量越高，微粒排放量越少；柴油机的排烟浓度随十六烷值的提高而增大。 4. 喷油参数。 大部分燃油在前半时间内喷入气缸时， 参与预混燃烧的油量增多， 故 排烟浓度低而 NO 浓度高；滴漏或二次喷射对碳烟有不利影响；提高喷油压力， 可减少烟粒的生成。 5.空气涡流。适当增加空气涡流，有利于改善混合气品质， 减少碳烟排放量 3 。五）二氧化碳的形成完全燃烧生成C02,这毋庸置疑。0.08%六）铅的形成汽油中通常加入四乙铅作为防爆剂，一般情况下汽油中含铅量为0.13%之间。随着燃烧，四乙铅被氧化

11、为氧化铅排出4（七）硫氧化物的形成汽油中的硫元素的燃烧生成。、汽车尾气污染的危害及影响据统计，一辆轿车一年排出的有害废气大于3吨，相当于自身重量的3倍瞩洛杉矶在40年代就已拥有250万辆汽车，每天大约消耗1100吨汽油，排出1000 多吨碳氢化合物，300多吨氮氧化合物，700多吨一氧化碳。这些化合物被排放 到阳光明媚的洛杉矶上空，不啻制造了一个毒烟雾工厂虻由此，就发生了举世闻名的洛杉矶光化学烟雾事件。从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

12、眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛，甚至还有人皮肤出现程度不等的潮红，丘斑疹等。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，生长在郊区的蔬菜 全部由绿变褐，无人敢吃。仅19501951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闪这就是汽车尾气的 杰作”四、汽车尾气污染的控制措施目前，汽车尾气控制和治理已成为世界重要课题，需要坚持综合治理理念, 实行全方位的污染防治举措，具体有：1.加强行政管理力度和交通基础设

13、施建设;2.提高油品的质量；3.发展机内净化技术；4.机外净化技术的应用。（一）加强行政管理力度和交通基础设施建设1.淘汰旧车，采取报废迎新，开发并采用多种燃料的新型汽车。加大对电动汽车以及清洁燃料汽车的研发投入， 大力推广电动汽车等清洁型 交通工具，政府相关部门要为清洁型交通工具的普及提供信贷、税收减免等政策 倾斜。加大清洁型交通工具的基础设施投入力度，如增加城市电动汽车的充电 设备数量。虽然电动汽车的发展目前受到技术的制约，但它仍然是未来发展的方 向辺。2要改善交通基础设施，大力发展公共交通设施，缓解塞车堵车的现状。科学合理的加强城市交通运行体系的管理，根据城市功能的划分，合理的规 划设计

14、和建设城市道路基础设施建设。 例如，在人口密集的居住区，严禁高污染 汽车通行，划定供人专业区域，以减少汽车尾气对人们健康的危害 。此外，加 强城市绿化等基础设施建设，提高城市的绿化面积，增强城市自净能力。城市道 路交通管理部门加强城市道路的运行管理， 保证城市道路交通通畅，提高汽车的 通行效率，减少环境污染 。3公众意识有待提咼大力加强科普知识宣传力度，积极发展公共交通体系，鼓励人们乘用公共交 通工具出行，减少城市汽车使用量，积极倡导绿色出行 。（二）提咼油品的质量对于汽油本身而言，当然燃油的质量越好，爆燃的情况越少，燃烧更加及时充分，发挥出燃油的最大经济性，减少污染物。所以，需要严格执行国家

15、质量技 术标准，控制燃油标准，做好燃油站的油品监督。改进燃油炼制技术、改善燃油品质不但能降低尾气排放， 而且对推广使用清 洁柴油机技术是非常关键的，燃油品质差，不利于先进的发动机技术的推广应用 。在燃油中加入某些添加剂也有利于降低排放 。（三）发展机内净化技术机内净化技术应用最广的大概有 3种：曲轴箱通风系统、排气再循环系统以 及二次空气喷射系统。1.曲轴箱通风系统園强制曲轴箱通风系统有2种，一种是固定量孔式，另一种是 PCV阀式。它们都是在一定负荷下将曲轴箱的废气通过固定量孔或可变流通截面的PCV阀进入进气歧管，再进入燃烧室参与燃烧，从而避免将未燃气体直接排入大气中。 典型的PCV阀式曲轴箱

16、通风系统如图1。图1.典型的PCV阀式曲轴箱通风系统冏2排气再循环系统（EGR）皿冲淡和稀释进入缸内的混合气，降低燃烧室的温度，减小火焰传播速度，在 4050 km/h车速稳定行驶时，5%的EGR可减少40%以上的氮氧化物，10%的EGR可减少80%的氮氧化物，但若控制不正常时，随着 EGR的增加，碳氢化物 也会迅速增加（失火）11】。装置示意图如图2所示。图2.背压控制式EGR3.二次空气喷射系统加二次空气系统在压力升至 5psi时将新鲜空气泵入排气系统用于降低一氧化碳和碳氢化物。这些附加的氧气进入热的废气中以继续燃烧， 降低尾管处的一氧化碳和碳氢化物。该燃烧发生在燃烧室外。如图 3,该系统

17、包括一个由皮带驱动的空气泵，空气旁通或切换阀，防止反喷的单向阀以及连接管路。-dTOr侍壓器輕产幣宀来BCM 电弋佶号 h宀、宜空电琢冈LfJIEC M氧犹蛰C戈T还原型C A T3匚/总龙八看ST至丈气图3.典型的二次空气喷射系统（四）机外净化技术的应用在发动机的控制和改进达到一定排放水平时，如要满足进一步严格的排放法 规，就必须使用机外尾气净化装置1勺。1传统尾气催化转化装置通常现在都采用三效催化转化器，如图4所示，它是在封装的壳体内烧结或安装一定形状，如陶瓷蜂窝状，金属等载体，再根据匹配的发动机，在载体上涂 刷不同含量的含有贵金属铂（Pt）、钯（Pd）、及铑（Rh）的水涂层，即催化剂。

18、其中铂、钯负责碳氢化物和一氧化碳的氧化， 铑负责氮氧化物的还原。催化剂是 一种能改变化学反应速率而本身的质量和组成在化学反应前后保持不变的物质1416。当排气通过催化转化器时，在这些催化剂的催化作用下，一氧化碳和碳氢化物与氧与发生化学反应，使碳氢化物生成水及二氧化碳，一氧化碳变成二氧 化碳（氧化反应），而氮氧化物被还原为氧气和氮气 側。催化转化器的转化效率对空燃比对变化十分敏感，只有在理论空燃比附近才会保持较高的效率。图4.三效催化器装置图2新型尾气净化装备由于铂、钯、铑等属于贵金属范畴，大量使用不符合我国国情，所以一些新型净化装备的发现与使用成为热点。(1)稀土元素的使用稀土元素是指元素周期

19、表中原子序数为 57到71的15种镧系元素，以及与 镧系元素化学性质相似的钪和钇共17种元素。它们具有特殊的4f电子层结构, 具备良好的助催化性能与功效 園。尤其，二氧化铈的四价与三价之间的可逆转变而具有储放氧性能(即在贫氧气氛下，CeO2可提供一氧化碳和碳氢化物氧化所需的氧；在富氧气氛下，Ce2O3可与气氛中的氧结合，使氮氧化物被一氧化碳 和的碳氢化物还原)，且可以作为助剂从而有助于贵金属的分散刚。(2)等离子净化技术利用高能电子使电子、离子、自由基和中性粒子以每秒钟300万次至3000万次的速度反复轰击气体中的污染物分子，激活、电离、分解污染物分子，从而 发生氧化、分解等一系列复杂的化学反

20、应14。装备示意图如图5。J4气流E 方向1电介质；2傑护外売；3螺旋电极空心管状电介 质放电管;5般旋电极B；&交流电源图5.螺旋梯度放电等离子体反应器的示意图和剖面图(3)纳米TiO2材料的使用目前，纳米TiO2材料在道路工程中的应用主要有 3种方式：添加于沥青混 凝土，应用于沥青路面的上面层；添加于水泥混凝土，应用于水泥混凝土路面的 表面功能层；添加于涂料中，涂覆于道路附属设施或用作道路标线的涂料20, 21。很强的光氧化还原能力，将氮氧化物最终变成硝酸，从而水洗除去 也可氧化一氧化碳以及烃类化合物巩原理如图6,在紫外线的照射下，二氧化钛产生游离电子及空穴，因而具有 国。此外,LUtra

21、violet rays人 W3X7 nm(Kafl/.! / RemcnalpH a 2 HNO,Water washing !0.图6.纳米TiO2材料光催化示意图参考文献1饶沙.汽车尾气污染现状及防治对策J.资源节约与环保,2016 (1): 97-97.M陶云舟.浅论汽车尾气污染及控制治理J.能源与节能，2011(9):37-38.b高志亮，薛东娥.浅谈机动车尾气污染的治理对策J.中国科技投资，2014(A04):456-456.4牛国辉.汽车尾气污染物的分析与研究J.计量与测试技术，2015(10):62-64.5付斌，王永章，吴江.国内外汽车排放法规对比分析J.工业C, 2016 (

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