汽车工业的快速发展使得汽车现在已经成为人们生活必不可少的一部分以及一个国家现代化程度的重要标志。我国汽车工业的发展速度非常惊人,近几年以20-30%的增幅增长,与此同时我国的汽车保有量也呈现出持续高速增长的态势。但是,随之而来的环境问题也日益严重,汽车尾气是造成环境污染的一个不可忽视的因素。
一.汽车排放污染物的来源以及其危害
据研究表明,汽车排放物成分非常复杂,有一百种以上,其主要污染物包括:一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOX)和碳氢化合物(HC)。此外还有铅尘和烟尘等污染物。具体而言,汽车排放污染物的主要来源是:
①一氧化碳:
矿物燃料燃烧后的一种副产物。通常是因空气不足或其他原因造成不完全燃烧时所产生的一种无、无味气体。
一氧化碳与人体血液中的血红素有很强的亲和力,使血液丧失对氧的输送能力而产生缺氧中毒。当环境中CO的浓度超过100ppm时,人体就会产生头晕、乏力等不适感;随着CO浓度的增加,会进一步产生头痛、呕吐、昏迷等症状;当CO浓度超过600ppm时,短期内会引起窒息死亡。
②二氧化碳:
矿物燃料燃烧后的一种副产物。是完全燃烧或CO在空气中氧化而来的。过多的二氧化碳会引起温室效应使得全球气候变暖。
③碳氢化合物:
来自汽车燃油的不完全燃烧。具有一定的毒性和易燃易爆的特性,其中的苯类物质又具有致癌作用。
④氮氧化物:
一氧化氮与人体血液中血红素的亲和力比一氧化碳还强,两者结合后会产生与一氧化碳相似的症状,一般情况下对人体的眼睛、鼻子、咽喉、支气管和肺部等会带来更大的损害,严重时至人于死地。
⑤硫氧化合物(SOX包括SO2):
汽油和柴油中的硫在发动机燃烧室中氧化生成的产物。
人体吸入SO2后,即产生咳嗽、咽喉肿痛、呼吸困难、胸闷、四肢乏力,进一步会引起支气管炎、肺炎和心脏病等,严重的会导致人畜死亡。SO2还极易与大气中的水蒸气结合生成亚硫酸烟雾,达到一定积聚量后便形成酸雨,使水土酸化,破坏林木、植物的生长。
⑥碳烟PM颗粒物:
由于进气不充分或燃烧温度过低造成燃烧不完全形成的。排气中颗粒有三个来源:燃料液相燃烧不完全产生的碳烟颗粒;润滑油燃烧产生的积碳颗粒;燃料中硫生成的SO3、SO2和添加剂钙生成的CaSO4颗粒。
可吸入颗粒对于人体的伤害特别大,易造成呼吸道感染等疾病,同时也是雾霾天气的主要元凶。
二.中国针对汽车排放指定的相关标准以及法规
针对汽车的排放问题,世界各国在不同时期推出了强制性油耗及排放标准,迫使汽车生产制造商不断的推出新技术来满足不断加严的排放法规。世界汽车排放标准并立,分为欧洲、美国、日本标准体系。欧洲标准测试要求相对而言比较宽泛,是发展中国家大都沿用的汽车尾气排放体系,与国外先进国家相比,我国汽车尾气排放法规起步较晚、水平较低,根据我国的实际情况,从八十年代初期开始采取了先易后难分阶段实施的具体方案,其具体实施至今主要分为几个阶段。
轻型车:
轻型汽车的排放标准在1999年7月发布,2001中国重型汽车年修订。
第一阶段:GB18352.1-2001《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(I)》,等效采用欧盟93/59/EC指令,参照采用98/77/EC指令部分技术内容,等同于欧I,从2001年4月16日发布
并实施;
第二阶段:GB18352.2—2001《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(Ⅱ)》,等效采用欧盟96/69/EC指令,参照采用98/77/EC指令部分技术内容,等同于欧Ⅱ,从2004年7月1日起实施;
第三阶段:GB18352.3Ⅻ2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)》,部分等同于欧Ⅲ,并于2007年实施;
第四阶段:GB18352.3Ⅻ2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)》,部分等同于欧Ⅳ,于2012年实施。
第五阶段:
中国轻型汽车Ⅲ、Ⅳ号排放标准在污染物排放限值卜与欧Ⅲ、欧Ⅳ标准完全相同,但在实验方法上作了一些改进,在法规格式上也与欧Ⅲ、欧Ⅳ标准有很大差别。
重型汽车:
重型汽车的排放标准,包括重型压燃式发动机标准和重型点燃式发动机标准。
1.重型压燃式发动机标准
(1)GBl7691-200l《车用压燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法》,于2001年4月16日发布,参照欧盟91/542/EEC指令。
第一阶段:相当于欧I水平,型式核准试验自2000年9月1日起执行,生产一致性检查自2001年9月1日起执行;
第二阶段:相当于欧Ⅱ水平,型式核准试验自2003年9月1日起执行,生产一致性检查自2004年9月1日起执行。
(2)GB17691-2005《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段)》,修改采用了欧盟指令2001/27/EC的有关技术内容,于2005年5月发布,分别于2007年、2010年、2012年1月1日实施。
2.重型点燃式发动机标准
GB 14762-2008《重型车用汽油发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国III、IV阶段)》,于2009年07月01日实施。
第Ⅲ阶段:型式核准试验自2009年7月1日执行;
第Ⅳ阶段:型式核准试验自2012年7月1日执行。正式执行从2015年1月1日开始。
三.影响汽车排放的因素
汽车废气中CO、HC和NOX三种有害气体的影响因素比较多,主要为可燃混合气的空燃比,点火提前角、发动机的负荷和转速、发动机温度以及发动机的内部结构等。
1.空燃比的影响
图1. 空燃比对有害气体产生的影响
空燃比(A/F)对CO、和NOx的影响见图1。HC在理论空燃比附近,曲线有一个拐点,CO当
A/F减少时,可燃混合气过浓,燃油无法充分燃烧,CO生成物便急剧增加;当A/F增大时,氧含量充足,燃油可以充分燃烧,使CO生成量减少,而且比较稳定。空燃比对有害气体的影响HC曲线在A/F为17~18附近有一个拐点,此时废气中的HC含量最低。除此之外,HC的生成量都有所增加。其原因是当A/F少于17时,混合气过浓,燃烧不彻底,当A/F大于18时,混合气过稀,燃烧速度缓慢同样会出现燃烧不彻底现象,HC都会增加。NO曲线在A/F为15~16附近有一个波峰,此时生成的NO量最多,除此之外,过浓或过稀的空燃比都会降低燃烧速度和燃烧温度,使NO的生成量都有所下降。
2. 点火提前角的影响
点火提前角对CO的生成量影响不大,但对HC和NOx的影响较大,其结果分别见图。
图2. 点火提前角对HC的影响 图3. 点火提前角对NOX的影响
点火提前角对HC的影响及点火提前角对NOx的影响由图2和图3可看出,随着点火提前角的增大,HC和NOx生成物都会急剧增加,其原因与燃烧时的速度、压力、温度等有关,当点火提前角增大到一定值后,由于燃烧时间过短,HC和NOx生成量便有所下降。当然,正确的调整点火正时是非常必要的,过迟的点火提前角会使发动机动力下降,油耗增大,工作不稳。
3.发动机转速和负荷的影响
由于NOx是高温燃烧时的生成物,当发动机的转速和负荷提高时,使气缸的燃烧温度升高,NOx生成量随之增大,CO和HC的生成量稍有增加,但影响较小。碳微粒的影响因素主要有空燃比、发动机的温度、转速和负荷以及燃烧室的形状,燃油的雾化情况等。空燃比过浓,温度过低,均不利于燃油的雾化和燃烧,使碳微粒生成量增加;发动机转速和负荷增大,使燃烧温度提高,有利于完全燃烧,使碳微粒的生成量减少。SO2和Pb微粒的生成主要与燃油中的含硫量和铅化合物的加入量有关。因此,往往对燃油中的最大含硫量作了限制,推行使用无铅汽油。
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