我国汽车尾气排放控制现状与对策

海南经贸职业技术学院毕业论文学院：工程技术学院专业：汽车检测与维修技术班级：13汽修3姓名：殷礼典指导教师：王晓光2016年03月30日我国汽车尾气排放控制现状与对策内容摘要：随着柴油车的应用越来越普遍，其排放的尾气危害也就日益严重，已成为我国城乡大气污染的重要源头之一。本文首先对尾气排放的成因及危害进行了分析，然后再分别从柴油机机内外、提高燃油品质及采用代用燃料的角度详细地探讨了其尾气排放的控制措施。随着经济的高速发展，21世纪的今天，汽车是人类不可缺少的交通工具，但汽车尾气却是大气的主要污染源。本文的目的在于帮助大家认清汽车尾气污染的危害性，增强人们的环保意识，唤起人们加快治理汽车尾气污染的步伐。环保和节能,是当今和未来经济社会发展中人类面临的重大课题。汽车尾气是空气污染的主要因素,我国城市大气污染中,汽车尾气排放所占比例已超过70%,因此,加强汽车排放治理刻不容缓。我国汽车石油消耗量约占全国石油消费的1/3以上,而且随着汽车保有量的增加,我国汽车污染物排放总量也日趋上升,汽车排放造成的大气污染严重影响了人们的生活和身心健康。因此，在汽车工业发展和环境保护之间,需要寻求新的平衡。关键词：柴油车尾气排放；尾气分析；排放控制;环境污染；健康；我国汽车尾气排放控制现状与对策在我国随着人们对“低碳生活”理念不断加深与认同，汽车用户市场对环保、节能新动力汽车的呼声越来越高。在此背景下，柴油机因具有燃烧效率高、耐用性好、保养要求低等优势，得到了汽车制造企业和用户的青睐。但是柴油车并不是无污染、零排放，它排放的尾对人们的生活环境同样造成危害。如何对柴油车的尾气排放进行控制，使之危害降到最低，已成为汽车行业亟待认真研究的重要课题。本文首先对我国柴油车排放的尾气进行分析，然后分别从柴油机机内外、提高燃油品质及采用代用燃料的角度探讨了柴油车尾气排放控制技术。一、我国汽车尾气污染现状目前全世界的汽车保有量已超过6亿辆，全世界每千人拥有汽车110辆。全世界的汽车保有量以每年3000万辆的速度增长预测到2017年全球汽车数量将增到25亿辆。来自联合国教科文卫组织和环境组织的联合调查显示:现代城市污染中，汽车污染占34%。其尾气污染至少在20年内无法排除，而这20年将给都市人带来不可估量的灾难，将给人的呼吸、视觉、听觉、精神造成巨大损害。中国的汽车保有量已超过500万辆，并以每年10%的数量增加。目前我国定期发布空气质量周报的47个城市中，有相当一部分城市的空气质量不容乐观，甚至呈现中度、重度污染。环保部门监测表明：大气中HC的96%，CO的86%，NOx的56%来自机动车排放，北京、上海、广州等十余个城市已经出现最为严重的光化学烟雾的先兆。北京市中心区二氧化硫浓度日超标率达10%至15%，一氧化碳和氮氧化合物浓度日超标率达60%至70%，最大浓度时大气污染超过国家二级标准1至3倍。上海市机动车排放的碳氢化合物占总排放量56%以上：氮氟化合物20%以上；四川机动车每年排放一氧化碳142万吨、其他有害物超过60万吨，80%的一氧化碳和90%的氮氢化合物等，均来自机动车排放哈市机动车保有量达二十三万余辆，并以每年10％的数量增加。在车辆不多的情况下，大气的自净能力尚能化解车辆排出的毒素。但眼下已车满为患，交通拥堵成为家常便饭，汽车本应具备的便捷、舒适、高效的特点却被过多的车辆逐步抵消。“汽车灾难”已经形成，汽车尾气更是害人不浅。二、柴油车排放的尾气分析柴油发动机排放的尾气包含复杂的有机物和无机物，具有气体、液体、固体等3态，其成分为一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOX)、二氧化硫和颗粒状物质(PM)，其尾气排放的途径、成因及危害如下：（1）一氧化碳1.1排放途径：排气管、曲轴箱。1.2成因：混合气燃烧不完全所致，即使是d≥l，燃烧产物中也会含有CO。汽油机使用浓混合气能产生大量的CO；柴油机使用稀混合气，由于混合气在燃烧室内分布不均匀，也会生成低浓度的CO。1.3危害：血液中的血红素对CO比对。有较强的亲和力，人在含有CO的空气中停留，生理上会有强烈的反应，CO浓度越大，停留的时间越长，其毒性反应越大。空气中的CO浓度超过100ppm时，会引起头痛、呕吐、耳呜、全身无力、精神不振甚至昏厥；超过900ppm时，若长时间停留，会使人肢体瘫痪、痉挛甚至死亡(2)碳氢化合物2.1排放途径：排气管、曲轴箱通风口。2.2成因：没有完全参加化学反应的HC，即使有过量的氧,也会由于燃烧不完全和热分解而产生。燃烧室表面的温度比燃烧气体低得多，当燃烧进行时，火焰从核心传到距离燃烧室表面约1～2mm时将会熄灭，称为壁面冷激效应，这会使壁面积存一层HC,随燃烧产物一起排出。2.3危害：形成酸雨、污染湖泊、土壤，影响林业、渔业、牧业生产；侵蚀石质建筑物、铜像等；对人的呼吸系统、神经系统、造血系统都有严重的损坏作用；具有刺激性气味，是形成光化学烟雾的组成部分；某些高分子环状HC在动物体上有致癌作用。（3）氮氧化合物3.1排放途径：排气管、曲轴箱3.2成因：气缸充量中的氮在高温条件下与充量中残留的一定量的氧发生化学反应生成氮氧化合物。氮氧化合物生成有两个基本条件，即氧的存在和高温。3.3危害：吸人人的肺部后，与肺中的水汽结合，形成稀硝酸，损害人体；在日光照射下，氮氧化合物与未燃或已燃的气态HC会生成化学烟雾，使人眼红、头痛、手足抽搐，使植物枯死，橡胶破裂，并能污染海洋。二氧化氮：及其聚合N204最为有害。（4）二氧化硫4.1排放途径：排气管4.2成因：由于高温缺氧，烃分子发生裂解形成微粒。在柴油机中，即使有过量的氧形成稀混合气，但由于燃烧室内部分区域的燃油含量过多，燃料的裂解和燃烧同时进行，因而生成碳烟。汽油机在正常情况下产生的碳烟极少。4.3危害：与水汽结合生成盐酸，与大气中其它物质结合生成硫化物，最终形成浮游微粒，这些物质均有害，能引起并加重呼吸器官的疾病，污染空气，腐蚀某些合成纤维。(5)颗粒状物质5.1排放途径：排气管5.2成因：由于高温缺氧，烃分子发生裂解形成微粒。在柴油机中，即使有过量的氧形成稀混合气，但由于燃烧室内部分区域的燃油含量过多，燃料的裂解和燃烧同时进行，因而生成碳烟。汽油机在正常情况下产生的碳烟极少。5.3危害：车用柴油机的排放源距离地面较近，排气微粒的粒径小，质量轻，属亚微米级粒子，能够长期悬浮在大气中而不沉降，污染环境、阻碍视线，易被吸人人体内部。微粒主要来自HC、含铅添加剂和SO2，这些物质均很有害，它们呈复杂的链状或团絮状结构，其比表面积极大，又有较强的吸附能力，能吸附相当数量的高分子液相。造成各种呼吸道疾病三、柴油车废气排放控制具体措施（1）从发动机机内进行控制从发动机机内的角度对柴油车尾气排放进行控制主要是对柴油机燃烧过程进行优化，使柴油机达到燃油与空气混合均匀、燃烧充分、工作柔和、起动可靠，从而达到降低尾气污染的目的，其具体措施主要有以下几项：1.1涡轮增压及增压中冷技术涡轮增压是提高柴油发动机强化程度及控制燃烧与废气排放的有力措施。传统的增压系统在发动机低转速工况下无法提供足够大的空燃比来控制碳烟，而当柴油发动机在高转速工况下工作时则会在燃烧室产生过强的涡流，这就会破坏油束的合理分布，降低燃油经济性。采用可变喷嘴技术可以优化增压器与柴油发动机之间的匹配，改善柴油发动机的全工况性能和有害物质排放，特别是在低转速工况下可以显著减少碳烟的排放。为了提高柴油发动机的升功率，减少其质量，柴油发动机多采用增压并配合中冷技术来提高发动机进气充量。增压后，发动机着火落后期变短，机械效率增大，因此，其燃油消耗率和碳烟微粒排放得到改善，NO在采用中冷后增加不多。增压中冷已成为提高柴油发动机性能的一种有效手段。1.2废气再循环技术废气再循环技术可以有效地控制氮氧化合物的排放量。该技术由于减少了进气中的含氧量，废弃的热容量增加而使最高燃烧温度下降，所以只在部分负荷或空燃比足够大的工况下采用，以不使碳氢和碳烟颗粒物排放量明显增加。废气再循环技术的关键是在不影响柴油机经济性和碳氢／碳烟颗粒物排放的情况下最大程度地降低NO。通常采用有效的调整来优化柴油发动机整个工作范围的废气再循环量。电控技术与增压中冷技术的结合使用，可有效地解决这一矛盾，提高发动机的整机性能。1.3多气门技术和可变涡流比控制为了提高充气效率，并使燃烧室中实现尽可能均衡的空燃混合，得到均匀的混合分布，在直喷式柴油发动机中倾向于采用多气门技术。这样，燃烧室和喷油器可布置在气缸的中心，从而为燃油和空气的良好混合提供有力的先决条件。多气门机构的另一个优点是可以根据发动机转速和负荷的变化改变涡流的强度，由此可确保柴油发动机在任何转速和各种负荷工况下，燃烧室内均能获得适合的充气运动。1.4燃油喷射系统燃油喷射系统是柴油发动机供给系统的核心，柴油发动机多采用高压喷射与喷油规律定形技术。在对供给系统进行优化过程中，燃油喷射系统占最重要的地位，是控制柴油发动机废气排放的重要措施。研究表明，提高喷油压力和减小喷孔直径可明显降低颗粒物排放中碳的成分。高喷射压力有助于在整个喷油持续期内提供较高的混合势能，从而改善雾化和混合气的品质，抑制此时碳烟的生成，促进此时局部碳烟的氧化。但过高的喷射压力对于碳烟的降低无明显的作用，基于此原因，采用喷油规律定形技术则可精确地设计柴油发动机的燃烧进程，使之服从低排放柴油机的规律与要求，从而达到降低排放的目的。1.5燃烧室优化技术燃烧室优化是指改进柴油机燃烧系统，使其燃烧室的形状、供油系统、进气流动达到最佳匹配，即保证在发动机整个工况范围内，燃油在燃烧室中均匀分布，有合适的气体流动，有合理的喷油规律，采用电控制喷油泵、电控泵喷嘴、电子调速器、可变涡流系统、多气门化和中央配置喷油器等措施，既可改善柴油机性能，又可降低柴油机尾气排放物，尤其是颗粒PM物质的排放。（2）提高柴油的品质提高柴油机使用燃油品质，可以有效地降低其尾气排放对环境的危害。2.1降低燃油中的含硫量。在燃烧过程中，柴油中的硫约有98％转化为二氧化硫，其余的2％成为硫酸盐颗粒，部分二氧化硫：被进一步氧化与燃烧过程中生成的水结合，形成硫酸和硫酸盐，增加了微粒的排放量。当燃料中的S从0.12％下降到0.05％时，微粒排放量将减少8％、10％。2.2减少燃油中的芳香烃成分，可以减少氮氧化合物的排放。2.3根据燃油的馏程，合理提高燃油的十六烷值，能有效地降低发动机尾气PM、CO和氮氧化合物的排放。2.4进行柴油的乳化处理在柴油中加入适当的乳化剂，通过燃料中水的汽化降低气缸套的温度和燃烧温度，减少氮氧化合物的排放；另外，乳化燃料中的水分子迅速汽化膨胀，成为微细的燃料油滴，促进了与空气的迅速混合，加速了燃烧，减少了气缸内的激冷层，有利于HC的生成。2.5在柴油中掺烧一定比例的消烟添加剂。将金属钡、镁、锌等可溶性碱化盐或中性盐作为消烟添加剂，通过促进碳烟粒子在膨胀过程中再燃烧，来促进和消除喷油器头部的积炭，可以减少30％～50％的碳烟颗粒排放（2）从发动机机外进行控制从发动机机外的角度对柴油车尾气排放进行控制，主要是用氧化催化转化器，以降低HC和CO的排放量和PM中的有机成分；选择性还原催化转换器在富氧条件下还原氮氧化合物等，其具体措施主要有以下4项:2.1加装氧化型催化转化器柴油机加装氧化型催化转化器是一种有效地净化排气中可燃气体和SOF的常用措施。加装氧化型催化转化器(以铂、钯贵重金属作为催化剂)能使HC、CO减少50％，PM减少50％—70％，其中的多环芳烃和硝基多环芳烃也有明显减少。对于HC转化效率较高的氧化催化器还可有效地减少排气的臭味。但是，氧化催化器的缺点是会将排气中的二氧化硫氧化为三氧化硫，生成硫酸雾或固态硫酸盐颗粒，额外增加颗粒物质排放量。所以，柴油机氧化催化器一般适于含硫量较低的柴油燃料：并要保证催化剂及载体、发动机运行工况、发动机特眭、废气的流速和催化转换器的大小以及废气流人转换器的进口温度等正常，使净化效果达到最佳。2.2采用颗粒过滤及再生技术颗粒过滤由颗粒过滤器和再生装置组成。颗粒过滤器