基于外环境技术控制汽车污染

1、 毕 业 设 计（论 文） 设计(论文)题目： 基于外环境控制技术的汽车 污染防治研究 学生姓名： 指导教师： 二级学院： 专业：术）班级： 学号： 提交日期答辩日期： 目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 论文的研究意义及背景11.2国内外汽车排放研究现状分析11.2.1国外汽车排放控制技术现状11.2.2国内汽车排放控制技术现状2第二章 汽车排放污染物的生成机理及危害42.1汽车排放污染物的生成机理42.1.1CO的生成机理42.1.2 HC的生成机理52.1.3 NOX的生成机理52.1.4微粒(PM)及炭烟的生成机理62.2汽车排放污染物的危害6第3章 汽车排放污染物

2、的影响因素分析73.1过量空气系数a的影响73.2点火提前角的影响73.3运转工况的影响83.4发动机类型的影响103.5外环境因素的影响113.5.1城市道路的影响113.5.2道路两侧布局的影响113.5.3不同时间段的影响12第4章汽车排放污染的扩散分析134.1城市交通污染物扩散的影响因素134.1.1道路边建筑物结构对扩散的影响134.1.2风向对扩散的影响134.1.3风速对扩散的影响144.1.4阳光照射对扩散的影响154.2汽车排放污染物扩散理论15第5章汽车排放污染控制技术175.1机内控制技术175.1.1推迟点火(喷油)时间175.1.2废气再循环175.1.3燃烧系统的

3、优化设计185.1.4提高点火能量和电控汽油喷射技术195.1.5增压及增压中冷195.2机外控制技术195.2.1热反应器195.2.2三效催化转化器205.2.3稀燃催化器215.2.4NOX的催化还原215.3外环境控制技术215.3.1城市道路交通规划管理215.3.2、城市道路交通控制管理225.3.3城市道路交通环境工程22第6章汽车排污控制技术的综合运用研究236.1汽车排放污染控制技术综合应用的研究内容236.2内燃机与外环境控制技术相结合的综合运用分析256.2.1控制技术短期应用分析256.3.2控制技术中长期应用分析26结 论281主要研究结论28致 谢30参考文献31基

4、于外环境控制技术的汽车污染防治研究摘 要汽车是能源消耗和污染物排放的主要来源。随着我国汽车保有量的急剧增加，环境排污问题日益严重。当前我国汽车排污控制水平仅相当于发达国家20世纪70年代中后期水平，汽车产生的大量污染物集中在城市道路中排放。同时由于我国城市道路交通路网及配套设施的相对落后，不但使交通拥堵问题日趋突出，而且由于汽车排放而导致的环境污染也日益严重。因此对城市汽车排放污染综合控制的研究已成为当前一项非常紧迫的工作。目前国内外对汽车排放污染物的控制技术重点是机内控制技术和机外控制技术，本文将机内、机外控制技术和外环境控制技术综合分析，力图构建“机内一机外一外环境”综合控制技术，并对如何

5、运用该技术进行了一定程度的探讨。笔者认为对三大技术的综合运用可以从短期运用和中长期运用两个方面来分析。从短期运用的角度来看，应通过优先选择低排放的发动机和积极实施科学的城市交通控制管理来达到实时控制城市汽车排污的目的。在控制技术在中长期应用方案中，首先要以“外环境控制技术”的开发应用为主，同时也应着手考虑交通规划层次的技术对策和措施;其次是重点加强对“机内一机外控制技术”的开发应用，同时也应继续坚持机动车检测/维修计划和进一步强调交通规划的落实。第三阶段主要考虑的是交通规划方面的问题，同时兼顾交通管理措施的实施。通过这三阶段各措施的分层落实，以求达到科学长效的排污控制目的，同时又能兼顾控制成本

6、和控制效果的最优化。这一综合控制观点的提出以及对综合运用中各层次技术的开发运用观点，是对我国城市交通汽车排污综合控制研究进行的一点有益探索，希望能对促进我国城市大气环境污染的改善，确保城市交通的协调发展具有一定的理论和现实意义。关键词 城市交通;汽车排放;控制技术;综合运用AbstractCar is energy consumption and pollutant discharge main origin. With Chinas auto possession the sharp increase, environment pollution is getting more and mo

7、re serious. The current China automobile emission control level is only 1970 s level in developed countries, a large number of pollutant concentration car produce in urban road in emissions. At the same time because the urban road traffic network and related facilities is relatively backward, not on

8、ly make the problem of traffic congestion increasingly prominent, and as the car emissions and cause the pollution of the environment is getting more and more serious. So the city car emissions comprehensive control of pollution has become the study a very urgent work. This paper analyzes the discha

9、rge of pollutants generation and diffusion mechanism, based on steam (wood) oil machine and city operation of the car as the object of study and using the method of theoretical analysis of auto emissions the influence factors and the diffusion mechanism research; On this basis, according to the dome

10、stic and foreign car emissions of pollutants to control regulations, mainly to the discharge of pollutants in CO, HC, NOX and particle emission control technologies and comprehensive technology application to study. In present the automobile exhaust emissions control technology is key inside machine

11、 control technology and cake layer control technology, this paper will first inside machine control technology, control technology, the external environment of cake control technology from the horizontal comprehensive, trying to build machines a cake environment outside a comprehensive control techn

12、ology, and how to use this technology to a certain extent explored. The author thinks that machines-a cake outside environment three big technology integrated use can use and long-term use short-term from two aspects to analysis. From the point of view of short-term use, should through the preferred

13、 option low emission of engine and actively carry out the scientific urban traffic control management to achieve real-time control city car drainage purposes. In the control technology in long-term solutions, the first to the environmental control technology for the development and application of gi

14、ve priority to, also should consider to traffic planning level of technical countermeasures and measures; Second is the key to strengthen machines a cake layer control technology development application, also should continue to adhere to the motor vehicle inspection/repair plan and further emphasize

15、 the implementation of transportation planning. The third stage is main consideration of traffic planning issues, both the implementation of the traffic management measures. Through the three stages of layered implement measures in order to achieve the effect of control science emission purpose, at

16、the same time, and can control the cost and both the control effect of optimization. The comprehensive control point and all levels of comprehensive use of technology development viewpoint, it is to our urban traffic automobile emission control of the research on a comprehensive useful exploration,

17、in hopes of promoting the improvement of the urban atmospheric pollution, ensure the coordinated development of the urban traffic has certain theoretical and practical significance. Key words ：urban traffic; vehicle emission; control technology; comprehensive application 第一章 绪论1.1 论文的研究意义及背景汽车是能源消耗和

18、污染物排放的主要来源。根据城市大气污染物来源的分类统计，在我国主要大城市中，有80%左右的污染物来源于汽车排放废气。汽车排放废气中含有的主要污染物有:CO、HC、NOX、S02、Pb、微粒等。目前的研究表明，对人体有较大危害的汽车排放污染物主要是CO、HC、NOX及微粒。由汽车排放而导致的环境污染也日益严重，控制汽车排污问题己迫在眉睫。而我国目前的汽车排放污染控制水平仅相当于发达国家20世纪70年代中后期水平，而且近年来，我国汽车工业在国民经济中的地位不断提升，“十一五”期间，我国机动车保有量呈快速增长态势，由1.18亿辆增加到1.9亿辆，平均每年增长10%。其中，汽车保有量由3088万辆增加

19、到7721.7万辆，增加了150%,已连续两年成为世界汽车产销第一大国。根据城市大气污染物来源的分类统计，很多大城市汽车污染排放量都呈上升趋势，汽车尾气排放的HC、CO和NOX等有毒气体己经成为城市的第一空气污染源。单车排放量高、污染物排放分担率高、污染物排放量大，这些特征在我国城市交通路网中使得汽车污染对人体、动植物及环境的危害更加显著，汽车尾气的排放量极大地制约着城市交通的发展。当然地下交通可作为大城市交通发展的首选，但毕竟不能完全取代路面交通。因此如何尽量减少汽车污染物的排放量和控制污染物的扩散将成为发展城市交通要解决的首要问题，汽车排放污染治理技术将成为控制城市环境污染和解决城市交通发

20、展的关键。因此，本文所进行的城市汽车排放污染控制技术的探讨，从汽车排放污染物的生成和扩散机理入手，对汽车排放污染物的影响因素进行了深入细致的分析研究，根据影响因素程度的不同，重点对机内、机外、外环境控制技术的开发应用进行了研究。首次将机内控制技术、机外控制技术、外环境控制技术从横向进行了综合，以寻求对我国城市汽车排污控制的综合技术方案。这一研讨工作，是对我国城市汽车排放控制技术的有益探索，为我国城市交通排污治理提供了一种新的理论研讨方法，这将对促进我国城市大气环境的综合治理，确保城市交通的协调发展具有一定的理论和现实意义。1.2国内外汽车排放研究现状分析迄今为止，以内燃机为动力的汽车已经历了1

21、20多年的发展，汽车在给人们生活带来无比便利的同时，也使人类生存环境陷入了污染的困境。从1966年美国颁布的第一个汽车排放法规开始，治理汽车排放污染的工作逐渐在全球展开。目前，美国、日本和欧洲各国的汽车排放污染水平与1970年的排放水平相比己降低了70%以上。但由于全球汽车保有量的持续高速增长，汽车排放污染的现状仍然十分严峻。1.2.1国外汽车排放控制技术现状美国、日本和欧洲各国在汽车排放污染控制技术方面做了大量的研究工作。从世界上第一个机动车排放标准于 1966年在美国加州新车上应用以来，40多年来全球在污染控制技术方面取得了很大进展。汽车排放污染控制越来越受到人们的关注，现在全球新车投放市

22、场时都装有控制装置和三效催化器。各国汽车的技术装备也趋于一致，即多气门、多点燃油喷射系统、高能无触点电控点火、废气再循环、氧传感器等微处理控制的复杂的发动机系统并辅以三元催化器。这些发动机技术的开发和应用，在很大程度上有效地控制了汽车的排污。但随着排放要求的越来越严格和对发动机排放污染物生成机理研究的不断深入，对发动机排放技术的要求也越来越高。城市汽车排放污染外环境控制技术主要是指利用城市交通控制管理技术和城市交通环境工程技术来减少排放到大气中的污染量。美国、日本和欧洲等国在汽车排放污染外环境方面的控制可概括为三个方面的内容：即车辆检测与维修计划、燃油净化与替代和机动车需求管理，同时也强调了机

23、动车排放强制标准的作用。并且各国还根据本国实际情况制定了一些相关的技术策略。各国还根据本国实际情况制定了一些相关的技术策略，如美国加州为彻底改变大气质量差的状况，1990年9月加州大气资源局通过了低排放机动车方案和燃料净化计划；欧洲是世界机动车污染控制较严的地区之一，欧洲议会 1995年9月提出对机动车管理的设想，即两步骤管理法 (l995年一2000年一2005年)，分别制定了汽油车、柴油车逐年的排放标准；加拿大一直在计划如何完善在用车排放控制系统，从而降低污染，1992年在哥伦比亚省实施了机动车检测/维修计划；中国台湾是世界上摩托车密度最高的地区，在机动车污染中摩托车分担率超过50%，针对

24、这一现状，台湾环保局制定了综合防治机动车污染的摩托车控管战略；新加坡政府制定了既控制机动车增长，又不失灵活性的交通管理法综合政策，努力创建本地通畅的交通网络系统。这些控制方案对世界各地机动车污染控制都具有积极的意义，代表了当今的发展水平。1.2.2国内汽车排放控制技术现状我国对汽车排放污染控制技术方面的研究始于20世纪70年代，一般可分为机内净化，机外净化和燃料处理三个方面。近三十多年来，中科院生态环境研究中心，各高等院校以及各地的环保研究所在这些方面进行了比较深入的研究，取得了一定的成果，在指导汽车制造、控制汽车污染方面发挥了很大的作用。最早的机内净化主要体现在化油器的改进上。自20世纪90

25、年代以来，随着电控技术的广泛应用，各种电控装置逐渐替代了机、液调控装置。发动机电控系统的成功应用，使发动机燃烧状态和实时工况得到了完美的匹配，保证了现代发动机具有良好的动态响应性，同时还兼顾动力性、经济性、安全性、噪声和排放法规等多方面的要求。为了适应日益严峻的环境和能源问题，现在在机内控制的研究上重点是对燃烧方式进行研究，汽油机主要是对缸内直喷式稀薄燃烧方式进行研究，柴油机主要是对均质混合燃烧方式进行研究。从1986年开始，对蜂窝陶瓷载体制备技术、涂层材料及工艺技术、催化剂优化配方及制备技术、催化剂生产中部分设备及整套工艺、技术规范、催化净化器总成技术、柴油机消除烟尘和催化燃烧再生技术等进行

26、了长期应用研究和部分产品的开发研究，部分关键技术已接近国际先进水平。在城市汽车排放污染外环境控制技术研究方面，国外的研究要多一些，而国内的研究则起步较晚，且大多是借鉴国外经验。如聂国欣提出我国城市机动车排放污染控制对策为严格执行机动车排放标准和法规、优先发展公共交通事业优化公共交通体系、采用低污染或无污染燃料为动力的汽车、加强机动车环保新科技的开发和应用、强化机动车的检测与维修、鼓励在用车改造和加速淘汰老旧车。而刘强等则从城市交通规划中环境保护问题的角度出发，提出要将不同交通方式间的分工与协调作为重点，协调满足交通需求、资源利用和环境保护三者间的关系。总的看来，我国城市汽车排放污染的控制技术措

27、施，大多局限于提高和实施监督机动车污染排放的标准，以及具体的车辆技术对策，与交通有关的措施相当缺乏。综上所述，无论是国内还是国外在汽车排放污染控制技术的研究上还存在以下几个方面的不足：首先是对城市汽车排放污染综合控制方面的研究基本上是政策层面上的研究较多，技术层面上的研究要少一些：其次是研究单一控制技术的多，而将汽车对大气污染的影响和城市交通环境工程规划技术结合的少，在将城市汽车排放污染各控制技术综合运用方面的研究尚处于初始阶段。第二章 汽车排放污染物的生成机理及危害汽车排放包含的许多成分随着汽车种类及运转条件的改变而改变。从燃烧的角度看，汽车排放分完全燃烧产物、不完全燃烧产物和燃烧中间产物。

28、完全燃烧产物的基本成分是二氧化碳 (C02)、水蒸气（H2O），过剩的氧(O2)及存下的氮（N2）等。排气中除完全燃烧产物外，还有不完全燃烧和燃烧反应的中间产物，包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物似(HC)、氮氧化合物(NOX)、二氧化硫(SO2)、微粒物质(PM)、臭气(甲醛、丙烯醛等)等。这些不完全燃烧和燃烧反应的中间产物大部分是有毒的，或有强烈的刺激性、臭味和致癌作用。2.1汽车排放污染物的生成机理汽车污染物排放量主要和发动机混合气的形成、燃烧及排气过程中的化学反应有关，此外还与燃油的蒸发等因素有关。由于汽油机和柴油机的燃烧特点不同，因而它们污染物的生成机理也不同。由于混合气形成和燃烧特点

29、不同，柴油机排放中碳烟等微粒污染物比汽油机大几十倍，NOX的浓度与汽油机相比约少50%左右，而CO、HC的排放比较少。2.1.1CO的生成机理燃烧产物CO是最早为人们发现的污染物之一，它是汽车排放中有害浓度最大的成分，CO的生成主要是和混合气的混合质量及其浓度有关。燃料燃烧时不可能全部生成CO2，会由于下列原因产生部分CO。1.燃料不完全燃烧CO是烃类燃料在燃烧过程中由于缺氧而不能完全燃烧的中间产物，一般认为，燃烧反应经过的几个反应过程为:理论上当空燃比A/F=14.7时，烃类燃料能完全燃烧，生成CO2和H2O： C n H m+(n+m/4)O2nCO2+H2O而当A/F14.7时，氧气过剩

30、，排气中不会有CO，而有剩余的氧气。2. .混合气混合不均匀理论上在富氧燃烧(A/F14.7)时，排气中CO不存在，而代之产生O2。但实际上混合气不可能绝对均匀，总会有过浓区，加上进气管壁面上有汽油油膜存在，油膜随着进气过程边流动边蒸发，也会造成混合气不均匀，而且由于各气缸均匀性不等现象，这些都会产生CO。3.CO2和H2O在高温时离解即使在稀混合燃烧时，有足够的氧气，且混合气混合得很均匀，但由于发动机缸内燃烧后的温度很高，当温度超过2000时，已经生成的CO2也会有一小部分会产生高温离解反应: 2CO22CO+O2温度愈高，离解反应愈剧烈，生成的CO愈多。H20在高温时也会分解成H2和02，

31、H2参加燃烧反应，会使CO2还原成CO。 2H2O2H2+O2 CO2+H2CO+H2O由上可见，一氧化碳在燃烧过程中形成的原因主要可以归结为氧的不足，一旦它形成以后，如不能及时在燃烧过程中获得氧的补充就会以不完全氧化状态排出机外。2.1.2 HC的生成机理排气中的HC是由未燃烧的燃料烃、不完全氧化产物以及燃烧过程中部分被分解的产物所组成，它是各种没有完全燃烧的碳氢化合物的总称。HC的生成原因比较复杂，其生成机理可以从以下几个方面进行讨论。1.室壁激冷效应汽油机室壁激冷效应是指当火焰传播时，由于接近燃烧室壁面的一层混合气被冷却，火焰到达燃烧室壁面之前就消失的一种现象。汽油机气缸内燃料和空气的均

32、质混合气是靠火焰传播而燃烧的，火焰面前的1mm到2mm为预热层。预热层中的燃料和部分氧化产物不能进一步氧化转化为燃烧产物，而以未燃烃和含氧碳氢化合物的形式排出。汽油机在正常工作情况下，排气中的HC主要来自室壁激冷效应的未燃烃。2.燃烧室缝隙效应火焰不能在激冷缝隙内传播的现象称为燃烧室缝隙效应。一般在小于1恤的缝隙内，如活塞顶部与第一道气环之间的空隙混合气因火焰无法传入其中而不能完全燃烧，是HC排放的来源之一。3.燃料燃烧不完全在发动机工作过程中，燃料不完全燃烧与着火前的混合气条件、燃烧室内的燃烧条件、膨胀行程的温度条件及排气系统的反应条件均有密切的关系。HC既有未燃的燃料，也有燃料不完全燃烧的

33、产物和部分被分解的产物，所以一切妨碍燃料燃烧的条件都是HC形成的原因。例如，为了提高发动机的最大功率，常使发动机在过量空气系数小于1的情况下工作;在低负荷时，由于气缸内的残余气体较多，为了不使燃烧速度，也要供给浓混合气，从而都会因空气不足以致不能完全燃烧。此外，混合气过浓、过稀、燃料雾化不良或混入废气过多时，也会因灭火或半灭火状态而使未燃部分的燃料以HC的形式排出。2.1.3 NOX的生成机理NOX是NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等各种氮氧化合物的总称。在发动机排出的废气中，NO占绝大部分(约占99%)，而NO2含量极少(约占1%)，其他氮氧化物的含量甚微。NO排入大气后，又被氧化

34、成NO2。NO是在燃烧过程中的高温条件下在燃烧室内形成的，它是在燃烧过程中氮和氧原子的许多基本反应的结果。捷尔杜维奇链反应机理认为NO的生成反应与分解反应主要由下列两个反应支配: O+N2NO+N（可逆） N+O2NO+O（可逆）NO生成量很大程度决定于的温度，并与温度呈指数关系。NO是由燃烧所产生的高温使空气中的氧气和氮气分解并化合生成的，燃烧温度越高，尾气中NOX的含量越大。2.1.4微粒(PM)及炭烟的生成机理所谓微粒是指由内燃机排出的全部废气，在接近于大气条件下，除去非化合形态的凝聚水以后收集到的全部呈固体状和液体状的微颗粒，它包括原始及二次颗粒。原始颗粒直接来自发动机燃烧产物的颗粒;二次颗粒是在大气条件下，因气态、液态和固态的各化学成分之间发生化学或物理变化所产生的颗粒。微粒主要是由三部分组成，即碳烟（DS）、可溶性有机物(SOF