摘 要：目前，内燃机汽车的发展正面临着能源、环保和安全的严峻挑战。本文主要介绍了汽车排放物生成特征及汽车排放分析与环境污染,使用环保车的趋势.介绍了已经开发使用的代用燃料氢气、甲醇、乙醇、新配方汽油、天然气、液化石油气，以及电动汽车等，并对代用燃料车和汽油车的环境安全性、成本、能源消耗等方面作了比较，指出了天然气、液化石油气是当前最有前途的代用燃料。
关键字：大气污染 排放物 污染物 环境污染 空燃比 净化 分析与控制 代用燃料 清洁燃料汽车 应用
随着城市经济的发展、汽车保有量的增加，汽车排放污染问题已成为世界普遍关注的焦点。
世界各国陆续采取各种对策、措施以减少汽车排放污染，保护人类赖以生存的大气环境。环境是人类生存和发展的基础，多数国家在控制汽车污染时主要是围绕着新生产车排放控制、在用车排放控制、提高燃油质量、改善交通状况和发展公共交通等四个方面采取综合性对策措施。[1]
汽车技术、建筑技术与环境保护是衡量一个国家工业化水平高低的三大标志。人们说汽车业与电子业是世界工业的两大金字塔。汽车工业是国民经济的支柱产业，是衡量一个国家工业化水平的重要标志。迄今为止，还没有任何一种商品能取代汽车在全球出口贸易中第一大商品的地位。汽车是一种重要的交通运输工具，自从德国工程师卡尔奔驰1886年1月29日发明汽车以来，汽车已为人类做出了不可磨灭的贡献。勿庸置疑，汽车在造福人类的同时，也带来了能源短缺、排气污染与噪声污染、交通堵塞与交通事故等一系列社会问题。[2]汽车以内燃机作为动力源，尾气排放的污染物主要有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、微粒、还有少量的醛、含铅颗粒物以及硫的氧化物等，在一定程度上对人及动植物产生不良影响。[4]排放的主要来源有三个：(1)从发动机排气管排出的废气。如果燃料在发动机内完全燃烧，将主要产生CO2和H2O。但高速内燃机燃烧过程不充分，排气中出现不完全燃烧产物CO和HC，且高温情况下使空气中的氮氧化生成NOX。其它还有SO及SO3、铅化合物、碳烟等；(2)窜气，即从活塞与气缸之间的间隙漏出，再由曲轴箱经排气管排出的气体，其主要成分为HC；(3)从油箱、化油器浮子室以及油泵接头等处蒸发的燃油蒸气，成分是HC。
汽车所造成的环境污染表现为局部地区的都市型环境污染和地球环境污染两个方面。前者主要表现为大气污染、噪声污染及粉尘微粒等，后者表现为地球温暖化、大气臭氧层的破坏以及出现的酸雨等。[4]研究结果表明：北京市大气中HC的73.5%、CO的63.4%、NOx的46%来自机动车排放，特别是非采暖期机动车排气的污染所占的比例更高，HC占79.1%、CO占80.3%、NOx占54.8%。因为机动车的排放位置低，接近呼吸带和采样点，实际对环境浓度的分担率达70%以上。汽车尾气排放的CO、NOx日益严重，主要街道路口，人行横道两项污染物全部超标。“七五”期间主要干道交通的CO为5.7mg/m，NOx为132μg/m，“八五”期间达到6.5 mg/m和174μg/m，分别增加了54%和24%，是国家标准的1.6和3.48倍。[9]北京市区各种机动车和专用机动车NOx排放情况见表1、表2。
表1 市区各种机动车NOx排放情况
车 型 | Nox排放量 万吨/年 | 分担率 % |
轿 车 | 4.18 | 29 |
轻型车（含微面） | 2.1 | 23 |
中型车 | 2.0 | 14 |
重型汽油车 | 2.2 | 15 |
重型柴油车 | 2.7 | 18.8 |
摩托车 | 1.22 | 0.2 |
合 计 | 14.1 | 100 |
表2 市区专用机动车NOx排放情况
NOx排放量 万吨/年 | 分担率 % | |
公共汽车 | 1.1 | 7.5 |
出租车 | 2.9 | 20 |
小公共汽车 | 0.5 | 3.6 |
邮政车 | 0.16 | 1.1 |
环卫车 | 0.46 | 3.2 |
合 计 | 5.12 | 36 |
噪声是现代生活方式中产生的对人们的生活、工作及心理、生理上有不利影响的声音。噪声污染是一种能量污染，具有分散性、时间性、无残留性等特点，所以，噪声是一感觉性公害，其对人的影响程度与人的生理、心理状况相关，而且无后效应。影响区域主要是敏感地区学校、住宅区、商业区、公园等。[3]车辆噪声的构成包括以下几个部分:(1)燃烧噪声 [15] 指内燃机工作时,由于气缸内的气体压力周期性变化而产生的噪声.(2)进气和排气噪
声 指内燃机工作时,气体经过进气管和排气管高速流动所产生的噪声.(3)风扇运转噪声(4)机械噪声 指车辆行驶时,车辆的各种机构运动件之间经及运动件和固定件之间,周期性变化的作用力所产生的噪声.(5)轮胎噪声 包括车辆行驶轮胎在地面滚动时,由于轮胎花纹间的空气流动和轮胎四周空气扰动形成的空气噪声、轮胎胎体和花纹弹性变形振动面激发的振动噪声以及由于路面不平造成的轮胎与道路间的冲击噪声（车辆急转弯或紧刹车时振动和冲击噪声会明显增大）。(6)车身噪声 车辆行驶时，车身和空气的磨擦、冲击经及车体的各板壁结构在发动机和凹凸不平的路面振动激励下产生的噪声。它是各种客车和载货车驾驶室内部产生的主要原因之一。以上六种噪声，前三种为与燃机动转有关的噪声，后三种为与汽车行驶有关的噪声。[3]
一氧化碳是一种无无味的有毒气体，是大气中几种主要的污染物质之一，它与人体血液中的血红蛋白发生加合作用，生成羰合血红蛋白，使血红蛋白失去输氧能力，使人体严重缺氧，严重时可使人窒息。空气中含量为0.1％，就会引起中毒，如果含量大于1％，有可能致人死亡。另外，一氧化碳可参与光化学烟雾形成的反应造成危害。[16]
氮氧化物中毒性大的主要是NO，对人体的呼吸器官有刺激作用，会引起气管炎、肺炎、甚至肺气肿。[16]
机动车排放的污染物还可能引起光化学烟雾。光化学烟雾是汽车尾气的二次污染物，与机动车排放的HC、NOx有关。其中臭氧（O）主要是对鼻、眼、呼吸道有刺激作用，对肺功能有影响。机动车排放的废气，特别是柴油车排放的颗粒物中还有致癌物3.4-苯并芘。
随着人类生活条件的改善和生活水平的提高，世界汽车和国有汽车年产量、保有量及其消耗石油量逐年增加是必然的。目前，环境保护已经成为人类社会可持续发展战略的核心问题。众所周知，城市空气污染物大部分来自汽车的排放物。综上所述，地球环境遭受的污染愈来愈严重。因此，汽车工业必须与时俱进，不断开发研制技术先进、性能优良的汽车产品，用以满足环境保护、交通管理等政策和法规越来越严格限制的要求。内燃机汽车经过近120年的发展，逐步实现了机电一体化和电子化，名副其实地达到了技术先进、性能优良、物美价廉的境界，在节能、环保、安全等方面也取得了重大进步。[1]目前，内燃机汽车的发展正面临着严峻的挑战：能源问题、环境保护问题、交通安全问题等。就目前技术水平而言，解决上述问题的有效途径主要有：（１）采取电子控制技术，提高汽车整体性能；（２）实施不断严格的油耗、排放和安全法规；（３）开发研究新能源、燃用替代燃料；（４）开发电动汽车和混合动力汽车。[2]
随着汽车工业的发展，汽车数量的激增在促进经济和社会发展的同时，也加剧了石油资源短缺、生态环境日益恶化等一系列社会问题，尤其是汽车的有害排放物对人类及其生存环境所造成的危害日益严重，内燃机汽车的发展正面临着能源、环保和安全的严峻挑战。因此，大力开发和推进使用非燃油车用清洁燃料将大大改善大气环境，并减少国家对进口石油的依赖，这不仅有利于国家经济的高速、持续、健康发展，并且有利于国家能源安全。合理地利用资源及保护生态环境是当今社会对汽车产品及其设计和制造者们提出的基本要求。清洁燃料汽车已经成为汽车工业发展的主要方向。清洁燃料汽车是指能够满足更加严格的排放标准的车辆。这里说的“清洁燃料”，确切地讲，[12]应为“低排放燃料”，主要是指对环境的污染而言，即该种燃料所含的能量在转变为车辆动力的能量转换过程中对环境所造成的危害较少。[5]
北京汽车团购以下介绍有关车用清洁燃料和清洁燃料汽车方面的一些基本情况：
1.车用清洁燃料
美国清洁空气条例（CAA）对车用清洁燃料的定义是：能使汽车排气污染，低于常规汽油或柴油的燃料或能源。由于不同的国家或地区对汽车排气污染的限制标准有所不同，以
美国清洁空气条例（CAA）对车用清洁燃料的定义是：能使汽车排气污染，低于常规汽油或柴油的燃料或能源。由于不同的国家或地区对汽车排气污染的限制标准有所不同，以
及不同车辆在性能方面（主要是汽车供燃系统和发动机的性能）存在差异，因此，只能对汽车使用的清洁燃料作出这样的界定。随着各国、各地区对汽车排放污染物的限值日趋严格，且在排放限值方面又存在着较大差异，因此，只有能使汽车排放的污染物低于在汽车行驶国家或地区法定的汽车排放限值的车用燃料，才能被认为是清洁燃料。[17]对当前的我国情况而言，能使汽车排气达到我国于2000年1月1日颁布实施的汽车排放强制性国家标准GB14761—1999，GB17691—1999，GB3847—1999的车用燃料，在中国范围内就应被认为是清洁燃料。[8]
就当前情况看，使用得较多的车用清洁燃料有：天然气、液化石油气、醇类和汽油的混合物，电（包括带料净化和重整系统的车用燃料电池），以及新配方汽油。使用除新配方汽油外的这些车用清洁燃料将会减少车用燃油的消耗，在当今世界石油供应短缺，石油价格居高不下的景况下，尤具重大意义。[7]
我国石油石化行业当前提供的非燃油车用清洁燃料主要有：商品天然气，包括管输商品天然气和液化石油气。液化石油气，包括油气田处理装置分馏出来的以丙烷、丁烷为主要成份的液化石油气，以及石油炼制工厂生产的以丙烷、丙烯和丁烷、丁烯为主要成份，但其
烯烃含量达到车用要求的液化石油气。商品天然气和液化石油气是当前国内外使用得最多的非燃油车用清洁燃料。[10]
随着全球经济的发展，汽车保有量逐年增加，汽车尾气对环境的污染也日益加重，已成为空气污染的主要来源之一。因此，汽车制造商在不断完善发动机的燃烧系统，采用先进的电子控制技术和高性能的污染物净化装置，使用无铅汽油等的同时，投入巨额资金，研制污染排放少、有利于环境保护的代用燃料汽车。[8]就世界范围而言，最成功的代用燃料是液化石油气(LPG)和压缩天然气(CNG)。80年代后，各种代用燃料汽车及电动汽车成了研究开发清洁燃料的热门。
代用燃料的种类及环境污染分析：[7]宝典论坛
１.氢气(H2布加迪威速)
H2主要用作宇宙飞船、航天飞机等尖端科技产品的燃料，现发展到应用在汽车上。燃氢发动机可在空气过量系数(λ)较大的范围内稳定燃烧，点火能量低，不到汽油最低点火能量的1/10，而且氢燃料的火焰传播速度快，低温条件下易起动。汽油车较容易改成H2车，其排
放物主要是一汽大众高尔夫颜H2O、N2、O2和少量NOx。主要缺点为沸点低(约-253℃)，H2以液态方式储存时成本高，易受外部温度影响而蒸发，不适宜长期储存，还有爆炸、回火、早燃等问题尚待解决。若解决了成本及储存等问题，则有可能批量使用。
２.乙醇
乙醇是最早开发的代用燃料，乙醇汽油混合燃料在美国已应用多年。纯乙醇作燃料具有非常低的碳氢化合物(HC)卡尔迅驾校和有毒物排放，被认为是理想的燃料。乙醇可从谷物、纤维素等生物可再生资源中产生，但其成本太高，约为汽油的两倍以上，若制作技术上无重大突破，很难广泛推广。
３.甲醇
甲醇是从天然气、石油和煤炭中提取的，其中一半以上来自天然气。甲醇具有高辛烷值、低发热量、低污染和无排烟等特点。甲醇燃烧完全，可减少20%~50%HC的排放，设计先进的发动机可减少90%，颗粒物及NOX排放也很低。此外，其挥发性低，加油和行驶过程中蒸发损失小。目前，商用甲醇主要为M85(80%甲醇+15%汽油)和M100，M100性能优于
M85，具有更大的环境优越性。甲醇毒性大，有腐蚀性，其生产过程是从能源的一种状态转换到另一种状态，能源利用率低。
４.天然气(NG)
NG的主要成份是甲烷(一般为83%~99%)及少量烃类和CO2等。NG的使用形式主要有压缩天然气(CNG，150MPa~120MPa)、液化天然气(LNG,-162℃)及能量密度很小的吸附天然气(ANG)。
NG具有较高的辛烷值，与汽油相比，燃烧更完全。据美国EPA报告，NG汽车可以降低淄博车管40%的HC排放，50%的CO排放，无排烟，而且排放的HC化合物90%为甲烷类物质，光化学反应低，现有技术尚可进一步降低污染物的排放。完全符合各国有关的环境排放标准。NG汽车噪声小。
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