第7章汽车环保性

第七章汽车环保性7.1汽车排气公害7.2汽车噪声公害7.3汽车电磁干扰公害7.1汽车排气公害7.1.1汽车污染源汽车的有害气体主要通过汽车尾气排放、曲轴箱窜气和汽油蒸汽等三个途径进入大气中，造成对大气的污染。1.汽车尾气排放尾气排放是汽车最主要的大气污染源，排放物包含有许多种成分，并且随发动机类型及运行条件的改变而变化。若燃料和空气完全燃烧时，其发动机排气的基本成分是二氧化碳（CO2）、水蒸气（H2O），过剩的氧（O2）及残余的氮（N2）等，这些物质均是无毒的。排气中除了上述基本成分外，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（HC）、氮氧化物（NOx）、颗粒物（炭烟、油雾等）、二氧化硫（SO2）以及臭气（甲醛、丙稀醛）等。这些污染物基本上都是有毒的，而且它们的排放量随汽车运行工况的不同变化较大。其排放总量，在柴油机排气中占不到废气总量的1%，而在汽油机中所占的比例最高可达5%以上。表7.1给出汽车在不同运行工况下排气中有害成分的含量值。在有害成分中，CO、HC、NOx和碳烟是造成大气污染的主要物质，汽车和内燃机的净化措施就是研究如何控制汽车排气中这些物质的含量。表7.1不同工况下汽车排气有害成分的含量车种工况/（km/h）CO的体积分数（%）HC的体积分数（10—6）NOx的体积分数（10—6）炭烟浓度/（g/m3）排气量汽油车怠速0加速0→40等速40减速40→03.0~100.7~5.00.5~1.01.5~4.5300~2000300~600200~4001000~300050~1001000~40001000~30005~500.005以下少增多高速最多减少柴油车怠速0加速0→40等速40减速40→00~0.010~0.500~0.100~0.05300~500200~30090~150300~40050~70800~1500200~100030~350.1~0.3少增多高速最多减少2.曲轴箱窜气在发动机工作的压缩行程和做功行程，燃烧室的气体由活塞与汽缸之间的间隙窜入曲轴箱后，由于曲轴箱内必须有新鲜空气不断循环，早期的方法是将曲轴箱与空气滤清器连通，外界新鲜空气从加机油管口盖的空气过滤器进入曲轴箱，和窜气混合后，由进气歧管真空度吸入空气滤清器，过滤后进入汽缸烧掉。这种方法，在发动机高负荷运转时，窜气量增加，但由于进气歧管真空度减弱，反而不能全部吸走窜气，因此窜气会从加机油管口盖处逸出，造成污染。其主要污染物是HC，也有部分CO、NOx等。自从有了封闭式带PCV阀的曲轴箱强制通风装置后，这部分污染得到了有效的控制。图7.1是目前汽车上普遍采用的封闭式曲轴箱强制通风装置。从空气滤清器引入新鲜空气，经C管和闭式呼吸器6进入曲轴箱，与窜气混合后，从汽缸盖罩经A管，由PCV阀计量后吸入进气歧管进入汽缸内烧掉。高速、高负荷时进气歧管真空度减弱，一旦窜气量过多而不能完全吸尽时，窜气会从曲轴箱倒流入空气滤清器，吸入进气管进入汽缸烧掉。图7.1封闭式曲轴箱强制通风装置3.汽油蒸气由于温度升降产生呼吸作用，使油箱中的油蒸气HC向大气中排放；油管接头处的渗漏蒸发也向大气中排放HC。目前采用活性炭罐吸附使油箱和化油器浮子室呼吸作用产生的HC排放得到了一定的控制，但并未从根本上解决这一污染源的污染问题。7.1.2汽车主要污染物的产生与危害汽车排放是目前增长最快的大气污染源，在发达国家城市区域，汽车是CO、HC、NOx和O3等空气污染物的主要来源，柴油车排放的细微颗粒物在城市区域往往也占到很大的比重。1.一氧化碳一氧化碳是燃料不完全燃烧产物，是汽车及内燃机排气中有害浓度最大的产物。城市空气污染中80%左右的CO来自于汽车排放。一氧化碳是无色、无味、无臭的窒息性易燃有毒气体。一般城市中的CO水平对植物及有关的微生物均无害，但对人体则有害，因为它能与血红素作用生成羧基血红素。实验证明，血红素与一氧化碳的结合能力较与氧的结合能力大200~300倍，因此，使血液输送氧的能力降低而引起缺氧。一氧化碳被人体大量吸入后会使人发生恶心、头晕、疲劳症状，严重时会使人窒息死亡。表7.2是不同浓度CO对人体健康的影响。CO含量（体积分数）（10—6）对人体健康的影响5~1030401202505003000对呼吸道患者有影响人滞留8b，视力及神经机能出现障碍，血液中COHb=5%人滞留8h，出现气喘1h接触，中毒，血液中COHb＞10%2h接触，头痛，血液中COHb=40%2h接触，剧烈心痛、眼花、虚脱30min即死亡2.氧碳氢化合物碳氢化合物主要是未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物。汽车排放的碳氢化合物主要有烷烃或饱和烃CnH2n＋2、环烷烃CnH2n、烯烃、芳香族化合物和含氧化合物醛、醇、醚类和酮类。饱和烃危害不大，不饱和烃危害性很大。甲烷气体无毒性。当甲醛、丙烯醛等醛类气体含量（体积分数）超过1×10—6时，就会对眼、呼吸道和皮肤有强刺激作用；含量（体积分数）超过25×10—6时，会引起头晕、呕心、红白血球减少、贫血；超过1000×10—6时，会急性中毒。苯是无色气体，但有特殊气味。应当引起特别注意的是带更多环的多环芳香烃，如苯并芘及硝基烯，是强致癌物质。烃类成分还是引起光化学烟雾的重要物质。3.氮氧化物氮氧化物是燃料高温燃烧过程中剩余的氧与氮化合形成的产物，其主要成分有NO、NO2、N2O3、N2O5等，总称为NOx。NO是无色无味气体，稍溶于水，只有轻度刺激性，毒性不大，高浓度时会造成中枢神经轻度障碍，NO可被氧化成NO2。NO2是一种棕红色强生理刺激性的有毒气体，是引起急性呼吸道疾病的主要物质。NO2遇水易溶解：3NO2+H2O—→2HNO3＋NONO2是地面附近大气中形成光化学烟雾产生臭氧的主要物质。NO2含量（体积分数）（10—6）对人体健康的影响1510~155080100~150250闻到臭味闻到强臭味10min眼、鼻、呼吸道受到刺激1min内人呼吸困难3min感到胸痛、恶心在30~60min因肺气肿而死亡很快死亡4.风光化学烟雾光化学烟雾是汽车排放到大气中的HC和NOx在太阳光能（3000~4000×10—10m紫外线）作用下进行光化学反应生成臭氧、醛类和过氧化酰基硝酸盐等形成的一种浅蓝色烟雾。它是一种强刺激性有害气体的二次污染物。光化学烟雾各成分含量的变化规律如图7.2所示。HC和NO2在上午上班时间（8点左右）含量达到最高值；经3~4h照射后，臭氧和醛类的含量达到最大值。到了晚上，臭氧和醛类等的含量便显著降低。图7.2光化学烟雾各成分含量的变化情况光化学烟雾的主要危害可归纳为四个方面。第一是光化学烟雾中的甲醛、过氧化苯甲醛酰硝酸酯和丙烯醛对眼睛的刺激。第二是光化学烟雾中的臭氧是强氧化剂，引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等症状，空气中臭氧的含量对人体健康的影响如表7.4所示。第三是光化学烟雾中的臭氧对有机物质（如橡胶、棉布、尼龙和聚酯等）的损害。第四是使哮喘病增多，植物毁坏。臭氧含量（10—6）人体中毒后的症状0.020.2~0.30.1~1.00.2~0.51~25~1015~205min内多数人能觉察，1h内胶片脆化胸机能降低、胸部有压迫感1h内呼吸紧张3~6h内视力降低2h内头疼、胸痛、肺活量减少全身疼痛，开始出现麻痹症，得肺气肿小动物2h内死亡表7.4臭氧的含量对人体健康的影响5.微粒汽车排放到大气中的微粒绝大多数是直径小于1μm以下的固态和液态物质，以气溶胶、烟雾、尘埃等状态存在于大气中。汽油机和柴油机所排放的微粒是不同的，汽油机主要是铅化物、硫酸盐以及一些低分子物质，只有当技术状况变坏，烧机油时，才有大量碳烟排出；柴油机微粒排放要比汽油机高30~60倍，成分也更复杂，它是一种类似石墨形式的含碳物质（碳烟）并凝聚和吸附了相当数量的高分子可溶性有机物和SO2等，这些有机物包括未燃的燃油、润滑油及其不同程度的氧化和裂解产物。（1）铅化物（2）碳烟6.二氧化硫7.1.3汽车排放标准1.国外汽车排放标准汽车排放控制最早起源于美国的加州地区，1960年，美国加利福尼亚州颁布了世界上第一部汽车排放法规。1963年美国政府制定了《大气清洁法》，其后进行了多次修订和补充，逐步严格化，但在1968年以前美国一直采用加州汽车排放标准。从1968年起美国才有了联邦汽车排放标准，之后几乎是逐年严格化。但是直到现在加州汽车排放标准仍然是世界上最严格的汽车排放标准。继美国之后，日本和欧洲经济委员会分别于1966年和1970年相继制定了机动车排放法规和标准。欧洲汽车排放标准（g/km）年份汽油机柴油机CONOxHCNOxPM1986年1.54.61989年14.00.51992年（欧Ⅰ）2.81.08.00.361996年（欧Ⅱ）2.30.38.00.252000年（欧Ⅲ）2.30.150.25.00.102005年（欧Ⅳ）1.00.080.15.00.022009年（欧Ⅴ）2.00.022.我国汽车排放标准我国从1981年开始制定标准，于1983年首次发布了国家汽车排放标准GB3842~3847—83，并于1984年4月1日起执行。其中GB3842—83、GB3843—83、GB3844—83分别为四冲程汽油机新车和在用车怠速时的排放标准、柴油车自由加速时的烟度标准、柴油机全负荷时的烟度标准。1993年，我国发布七项汽车排放国家标准GB14761.1—93《轻型汽车排气污染物限值及测试方法》、GB14761.2—93《车用汽油机排气污染物排放标准》、GB14761.3—93《汽油车燃油蒸发污染物排放标准》、GB14761.4—93《汽车曲轴箱污染物排放标准》、GB14761.5—93《汽油车怠速污染物排放标准》、GB14761.6—93《柴油车自由加速烟度排放标准》、GB14761.7—93《汽车柴油机全负荷烟度排放标准》。1999年，我国正式发布四项汽车排放国家标准GB14761—1999、GB17691—1999、GB3847—1999、GB3692—1999，于2000年1月1日起实施。至此，我国新车排放达到欧洲90年代初期水平。国家2001年4月16日发布了GB18352.1—2001与GB18352.2—2001，分别于2001年4月16日和2004年7月1日起实施。国家于2002年11月27颁布了GB14762—2002，从2003年1月1日起实施。新的排放标准已与国际接轨，目前汽车排放标准执行的是GB18285—2005，其标准见表7.10和表7.11。装配压燃式发动机的车辆排气烟度限值见表7.12（GB3847—2005）表7.10新生产汽车排气污染物排放限值（体积分数）车型类别怠速高怠速CO（%）HC（10—6）CO（%）HC（10—6）2005年7月1日起新生产的第一类轻型汽车0.51000.31002005年7月1日起新生产的第二类轻型汽车0.81500.51502005年7月1日起新生产的重型汽车1.02000.7200注：①第一类轻型汽车是指设计乘员数不超过6人（包括驾驶员），且最大总质量≤25000kg的M1类车。②第二类轻型汽车是指除第一类轻型汽车以外的其他所有情形汽车。③重型汽车是指最大总质量﹥3500kg的车辆。④轻型汽车是指最大质量≤3500kg的M1类、M2类和N1类车辆。表7.11在用汽车排气污染物排放限值（体积分数）车型类别怠速高怠速CO（%）HC（10—6）CO（%）HC（10—6）1995年7月1日前生产的轻型汽车4.512003.09001995年7月1日起生产的轻型汽车4.59003.09002000年7月1日起生产的第一类轻型汽车①0.81500.31002001年10月1日起生产的第二类轻型汽车1.02000.51501995年7月1日前生产的重型汽车5.020003.512001995年7月1日起生产的重型汽车4.512003.09002004年9月1日起生产的重型汽车1.52500.