单元3：汽车公害与环保

汽车运用基础（第4版）全国交通运输职业教育教学指导委员会组织编写杨宏进主编高等职业教育汽车类专业教材云南省高等学校优秀教材汽车配置及选购汽车的合理使用汽车公害与环保四汽车运行安全单元一单元二单元三单元四汽车技术状况的变化单元五汽车使用管理单元六单元三活塞连杆组故障诊断与修复汽车公害与环保学习目标1.能够准确描述汽车排放污染物、噪声和电波的形成、危害及主要影响因素；2.熟悉我国目前汽车排放污染物及噪声的限值标准；3.能对汽车排放污染物及噪声进行检测；4.能根据汽车排放污染物及噪声检测结果提出治理方案。发动机燃料燃烧后的排放物中有H2O、O2、H2、CO2、CO、HC、NOx、SO2、微粒物质等，我们把其中对人体有害和影响自然环境的成分称为污染物，主要有CO、CO2、HC、NOx、SO2、浮游微粒物质等。1、汽车排放污染物的主要成分及其危害1.1一氧化碳（CO）一氧化碳是碳氢燃料燃烧的中间产物，在汽油机实际工作过程中汽油机排气中都存在0.1%~0.5%的一氧化碳，其是一种无色、无味、无刺激性的有毒气体。因不易被人察觉，人们往往在不知不觉中因过量吸入CO而中毒。CO吸入肺部，被血液吸收后，与人体血红蛋白（Hb）结合成一氧化碳-血红蛋白（CO－Hb）。血红蛋白的作用是把氧气从肺部输入人体的各功能器官，以维持正常的新陈代谢，但由于CO与血红蛋白的亲和力要比氧与血红蛋白的亲和力大300倍，所以当CO存在时，血红蛋白首先与CO结合，且离解很慢，使其失去与氧亲和并输送氧气的能力，导致人体氧缺乏。当大气中CO的浓度达0.007%～0.008%，几小时以后，当人体内CO－Hb浓度达10％时，便会导致头痛、心跳加速等症状；浓度达20％左右时，就会引起中毒；当含量达60％时，人便会因窒息而死亡。1、汽车排放污染物的主要成分及其危害1.2碳氢化合物（HC）碳氢化合物是发动机中未燃烧料、未完全燃烧的中间产物和部分被分解产物的混合物，有100多种各类烃化合物。HC中的大部分成分对人体健康的直接影响并不明显，但化合物中含有少量的醛（甲醛、丙烯醛）、醇、酮、酯、酸和多环芳香烃（苯并芘）等，其中甲醛与丙烯醛对鼻、眼和呼吸道黏膜有刺激作用，可引起结膜炎、鼻炎、支气管炎等症状，且还有难闻的臭味。苯并芘是一种致癌物质，在每1gHC中含三四苯并芘约75.4μg，每辆汽车每小时约排300μg三四苯并芘，人体吸入较多易得癌症。HC也是光化学烟雾形成的主要成分。1、汽车排放污染物的主要成分及其危害1.3氮氧化合物（NOx）汽车排放的NOx是在高温、大负荷状态下燃料燃烧后生成的产物。NOx是复杂氮氧化合物的总称，它包括有NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等多种成分，NO占绝大部分（约占99%），NO2的含量所占比例较少（约占1%）。NO排入大气压，继续氧化成NO2。NO毒性不大，但高浓度的NO能引起神经中枢的障碍，且它很易氧化成剧毒的NO2。NO2是棕色气体，有特殊的刺激性臭味，被人体吸入后，能与肺部的水分结合生成可溶性硝酸，严重时会引起肺水肿、肺气肿，同时还会刺激眼、鼻黏膜，降低嗅觉能力。如大气中NO2的含量为0.0005%就会对哮喘病患者有影响；若在0.01%～0.015%的高浓度下连续呼吸30～60min，就会使人陷入危险状态。1、汽车排放污染物的主要成分及其危害1.3氮氧化合物（NOx）光化学烟雾属于二次污染物，是NOx和HC在太阳光的照射下生成的一种黄色烟雾，其主要成分是臭氧（O3），还含有许多过氧化合物。这些物质对眼睛、咽喉有很大刺激作用，使人流泪，引发红眼病、咽喉肿痛、呼吸困难等症状，严重时还会造成呼吸困难、四肢痉挛、神志不清，致人死亡。同时，光化学烟雾对植物的生长也会造成严重危害。1、汽车排放污染物的主要成分及其危害1.4浮游微粒（PM）浮游微粒主要是铅化合物和炭烟。柴油机排出的微粒物一般要比汽油机高30~80倍。铅化合物是含铅汽油燃烧后从排气管中排出的产物，炭烟主要是柴油机燃料不完全燃烧的产物，是一种含有大量的直径为0.5～1μm的黑色炭颗粒。铅化物微粒散入大气，对人体健康十分有害，当被吸入肺部后，会积聚在人体内，引起心、肺部的病变，出现痴呆、精神病等症状。当人们吸入这种有害物体并积累到一定程度时，铅将阻碍血液中红细胞的生长与成熟，使心、肺等器官发生病变；侵入大脑后，则会引起头痛，出现一种精神病的症状。此外，炭烟孔隙中往往吸附SO2及有致癌作用的苯并芘等。严重的炭烟形成的黑雾，还会妨碍驾驶员视线，极易引发交通事故。1、汽车排放污染物的主要成分及其危害1.5二氧化碳（CO2）CO2是汽车尾气的主要成分之一，当这种气体的积累达到一定程度时会使地球表面升温产生“温室效应”，破坏生态平衡，影响全球气候。同时，CO2对人体健康也会产生潜在的影响。1、汽车排放污染物的主要成分及其危害1.6硫氧化物（SOx）硫氧化物主要是二氧化硫（SO2），是燃料中的硫（S）在燃烧后生成的产物。SO2有强烈的刺激性气味，进入人体后遇水便形成有腐蚀作用的亚硫酸。当SO2浓度达0.001%时，可刺激咽喉与眼睛；达0.004%时，能使人在几分钟内中毒。此外，若大气中含有过多的SO2时，还会形成“酸雨”，对土壤及农作物产生危害。1、汽车排放污染物的主要成分及其危害1.6硫氧化物（SOx）汽车排放的危害程度，与某种污染物的危害性程度、排出量的多少、人体吸收的量以及人体本身的健康状况等多种因素有关。据统计，燃烧1t汽油生成的有毒物质达40～70kg之多，占城市大气总污染量的55％～70％。其中在大气中，CO的90％是由汽车排放造成的，HC约占14％，NOx约占8％，微粒物质约占1％。各城市因机动车辆保有量和车况不同，所占比例也不一样。有关统计数据表明，在交通发达、人口密集的大城市，由于汽车污染所造成的呼吸道疾病比一般城市高1.5倍以上，心肺病人死亡率逐年增加，肺癌达到惊人程度。经测定分析，死亡人数和污染程度成正比，高浓度污染区的死亡率是低浓度污染区的1.6倍。1、汽车排放污染物的主要成分及其危害2.1结构因素在结构方面，汽车污染物排放的浓度主要取决于汽车类型和汽车科技含量。装用液化石油气和天然气发动机的汽车其污染较小；采用电脑控制的汽油喷射装置、排放装置、点火装置的发动机，通常排放污染较小；装用柴油发动机的汽车其污染物比装用汽油机的汽车污染物小。2、影响汽车污染物排放量的因素2.2使用因素在使用因素方面，除发动机本身技术状况会直接影响汽车污染物排放量外，汽油发动机和柴油发动机影响污染物排放量的使用因素各不相同。2.2.1影响汽油机CO、HC和NOx排出量的使用因素（1）混合气浓度。混合气浓度常用空燃比或过量空气系数来表示。空燃比是指空气质量与汽油质量之比。过量空气系数是指燃烧1kg汽油实际供给的空气质量与理论上燃烧1kg汽油所需的空气质量之比。如空燃比大于14.8或过量空气系数大于1，则称混合气较稀或过稀，反之，则称较浓或过浓。空燃比与有害物排放量的关系如图3-1所示。2、影响汽车污染物排放量的因素2.2使用因素2.2.1影响汽油机CO、HC和NOx排出量的使用因素（1）混合气浓度。2、影响汽车污染物排放量的因素图3-1空燃比与有害物排放量的关系2.2使用因素2.2.1影响汽油机CO、HC和NOx排出量的使用因素（1）混合气浓度。对于HC，当空燃比大于17～18时，由于混合气过分稀释，易发生火焰不完全传播以致断火，而使未燃HC排放量迅速增加。对于NOx，用很浓的混合气时，由于燃烧温度和氧浓度都较低，所以NOx的生成量也较低。当混合气过稀时，虽然氧浓度增加，但燃烧温度却有所下降，所以NOx也低。对于CO，很明显，空燃比越大，空气越充足，易完全燃烧，CO减少。2、影响汽车污染物排放量的因素2.2使用因素2.2.1影响汽油机CO、HC和NOx排出量的使用因素（2）发动机温度。发动机低温时，供给的燃油雾化不良，进入汽缸的混合气遇到冷壁而发生冷凝，所以需供给浓混合气。结果由于空气量不足，CO增加，但此时燃烧温度低，使NOx减少，而未燃尽HC增多。若发动机温度过高，会引起发动机过热而出现爆燃及早燃等故障，使燃烧温度异常升高，从而导致NOx增加。2、影响汽车污染物排放量的因素2.2使用因素2.2.1影响汽油机CO、HC和NOx排出量的使用因素（3）发动机负荷。发动机负荷一般根据不同工况、车辆装载质量决定。发动机在怠速、减速行驶等低速小负荷运行时，汽缸内的混合气燃烧速度减慢，引起不完全燃烧，CO增加，且由于气体温度低，汽缸中激冷面上的燃油不可能燃烧，形成HC排出，而NOx排出较少。由于上述原因，在怠速工况下发动机（尤其是汽油机）排出的污染物最多。2、影响汽车污染物排放量的因素2.2使用因素2.2.1影响汽油机CO、HC和NOx排出量的使用因素（4）发动机转速。发动机转速不直接对燃烧产物中的有害成分产生影响，而是通过对进气过程和混合气形成及燃烧过程的作用影响有害气体的形成及浓度。转速升高，汽缸内混合气紊流扰动增加，火焰传播速度加快，燃料燃烧比较完善，HC排放浓度降低。2、影响汽车污染物排放量的因素2.2使用因素2.2.1影响汽油机CO、HC和NOx排出量的使用因素（4）发动机转速。发动机在加速运行时，由于要求发出较大功率，须将汽缸内燃气的温度提高，因此会产生大量的NOx，而且由于在短时间内，燃料供给系统供应大量的燃油，又会引起一部分燃料的不完全燃烧，导致CO和HC排放量均增加。在怠速时其转速与排气成分CO、HC的浓度也有关系，如图3-2所示。该图说明适当地提高怠速转速，对于降低怠速时的CO、HC的浓度都有好处。这是由于随着怠速转速的提高，进气节流度将减小，进入汽缸的新气量将增加，于是，使燃烧改善，结果使CO和HC的排放浓度随之降低。2、影响汽车污染物排放量的因素2.2使用因素2.2.1影响汽油机CO、HC和NOx排出量的使用因素（4）发动机转速。2、影响汽车污染物排放量的因素图3-2怠速转速对CO和HC排量的影响2.2使用因素2.2.1影响汽油机CO、HC和NOx排出量的使用因素（5）点火提前角。点火提前角的大小，由节气门开度、发动机转速和汽油质量等决定，如推迟点火提前角，即接近活塞上止点时点火，则由于排气时间延长，排气温度增高，而此时汽缸内容积相应减少，促进CO和HC的氧化与激冷面积的减小，使HC排量减少，对CO排量影响不大；但过于推迟，因CO没有时间完全氧化，CO排出量会增大。2、影响汽车污染物排放量的因素2.2使用因素2.2.1影响汽油机CO、HC和NOx排出量的使用因素（6）火花塞间隙及分电器触点的影响。使用经验表明，火花塞电极之间间隙大于最佳值，则HC排放量将增加12％～14％，对于四缸发动机，若一个火花塞不工作，HC排放量将增加0.5～1倍。分电器触点间隙过大或过小，对最佳点火提前角有明显影响，若间隙变化0.1mm将使点火提前角偏离6°，则HC排放量可增加3％。2、影响汽车污染物排放量的因素2.2使用因素2.2.2影响柴油机炭烟排出量的使用因素（1）燃料。柴油燃料的十六烷值较高时，因稳定性差，在燃烧过程中易于裂解，故有较大的冒烟倾向。（2）喷油。提前喷油，可使着火延迟期延长，因此喷油量较多，循环温度升高，燃烧过程结束较早，排烟可降低。非常滞后的喷油时，其喷油是发生在最小的着火延迟之后，这时扩散火焰大部分发生在膨胀行程中，火焰温度较低，燃油高温裂解的条件差，所以炭烟减少。此外，喷油雾化质量差等原因会造成柴油机炭烟增多。（3）转速。对直喷式柴油机，排烟随转速的提高而稍有增加。因为转速提高，不易于混合气的形成且燃料来不及燃烧，使未燃烧的油和局部混合气浓度增加。2、影响汽车污染物排放量的因素2.2使用因素2.2.2影响柴油机炭烟排出量的使用因素（4）负荷。排烟随负荷增加而增多，如图3-3所示。因为负荷增加时，喷油量增加，燃烧温度也提高，容易生成炭烟。2、影响汽车污染物排放量的因素图3-3柴油机在各种负荷下的烟度汽车排放污染物在离地面1m左右浓度最大，极易进入人的呼吸系统，影响人的身