第5章 汽车的公害

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1、第5章 汽车的公害,5.1 概述 5.2 排气公害 5.3 噪声公害 5.4 电波公害,本章内容,主要问题： 汽车公害的形成原因、影响因素、控制措施和测定方法,概念 表现： 排气污染（第一公害） 噪声危害 电波干扰,5.1 概述,大气污染中汽车排放分担率：,排气公害,排放法规,美国、欧洲和日本的汽车排放法规是当今世界上的三个主要法规体系。 根据实际情况，我国在充分吸收欧美的经验后,全面等效采用了欧盟(EU)指令、欧共体（ECE）技术内容和欧洲联盟理事会(EEC)法规的基础上形成了中国排放法规体系。 1999年，国家颁布了4项等效采用欧洲排放法规的GB ，相当于欧（1992）,欧洲从2000年已

2、开始实施更加严格的欧排放法规，2005年实施欧排放法规,就NOx、HC、CO及微粒物质等4种排放限值而言,欧限值分别是欧的71%、60%、53%和67%，欧限值是欧的70%、70%、71%和20%。欧V标准，最早将在2008年年中正式实行。欧V标准的目标是使柴油轿车颗粒物排放量比目前的欧IV标准减少80%，氮氧化物减少20%；汽油轿车氮氧化物和碳氢化合物排放量各减少25%；面包车的颗粒物减少90%，氮氧化物减少20%。对照我国机动车排气污染物防治技术政策要求,我国现行的汽车污染物排放标准仍落后欧洲10年左右 ！,本节问题： 汽车排气的主要成分及其危害？ 汽车排气污染物的生成机理？ 汽车排气污染

3、物的影响因素？ 控制汽车排气污染的措施？,5.2 排气公害,1、废气成分 汽车发动机排出的废气主要是由CO2、O2、H2、水蒸气、CO、HC、NOx、SO2、微粒等组成，其中CO、HC、NOx、SO2、微粒（铅化合物、碳烟、油雾、有机物）、臭气（甲醛、丙烯醛）等对人体有害。 称为一次有害排放物,光化学烟雾 二次有害排放物 碳氢化合物(HC)和氮氧化合物(NOx)在强太阳光的作用下，会发生一系列的光化学反应，生成臭氧(O3)和过氧乙酰基硝酸盐(PAN)等所谓光化学过氧化物以及各种游离基根、醛、酮等成分，形成一种毒性很大的白色烟雾（有时带紫色、黄褐色或浅蓝色） 主要是由于汽车尾气和工业废气排放造成

4、的，一般发生在湿度低、气温在2432度的夏季晴天的中午或午后。,洛杉矶光化学烟雾事件 洛杉矾位于美国西南海岸，西面临海，三面环山，是个阳光明媚，气候温暖，风景宜人的地方。早期金矿、石油和运河的开发，加之得天独厚的地理位置，使它很快成为了一个商业、旅游业都很发达的港口城市。 然而好景不长，从20世纪40年代初开始，人们就发现这座城市一改以往的温柔，变得疯狂起来。每年从夏季至早秋，只要是晴朗的日子，城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾，使整座城市上空变得浑浊不清。这种烟雾使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛。1943年以后，烟雾更加肆虐，以致远离城市100千米以外的海拔2000米高山上

5、的大片松林也因此枯死，柑橘减产。仅19501951年，美国因大气污染造成的损失就达15亿美元。1955年，因呼吸系统衰竭死亡的65岁以上的老人达400多人；1970年，约有75以上的市民患上了红眼病。这就是最早出现的新型大气污染事件-光化学烟雾污染事件。,伦敦烟雾事件 1952 年12月4日，伦敦城发生了一次世界上最为严重的“烟雾”事件：连续的浓雾将近一周不散，工厂和住户排出的烟尘和气体大量在低空聚积，整个城市为浓雾所笼罩，陷入一片灰暗之中。交通几乎瘫痪，在烟雾弥漫的第4天，一辆双层巴士只能借助于雾灯缓慢地在市区行驶。警察使用燃烧着的火炬，以便在烟雾中能看清别人，并能被人看到。期间， 有470

6、0多人因呼吸道病而死亡；雾散以后又有8000多人死于非命。这就是震惊世界的“雾都劫难”。,兰州烟雾事件 1977年，兰州市大气污染十分严重，当时整个城市淹没在烟雾之中。据监测，市区最大一次浓度比1952年英国伦敦“烟雾事件”的浓度还要高。 1978年6月，西固工业区出现光化学烟雾，居民出现流泪、恶心、头晕等症状。 1979年7月9日，甘肃省环保研究所与北京大学协作，对西固地区化学烟雾进行现场集中测试，这是我国最早确认有光化学烟雾发生的地区。污染源主要是本地区石油化工及石油炼制业排放的氮氧化物、碳氢化合物等工业废气。,2、汽车排气污染物的形成 汽车发动机排出的有害成分主要是在燃烧过程或燃烧过程结

7、束后在燃烧室内形成的。此外，在排气系统中也会发生相关的化学反应，这些有害物质的排出量取决于燃烧前混合气的形成状况、燃烧室的燃烧温度压力和排气系统的反应条件。排气中的CO、HC、NOx及微粒的生成条件互不同相同。,一、CO的形成,二、HC的形成,HC是各种没有燃烧和没有完全燃烧的碳氢化合物的总称。HC的生成原因较复杂，很难通过燃烧反应式进行计算分析。HC的主要来源是缸壁激冷效应、燃烧室缝隙效应、不完全燃烧及曲轴箱、化油器等的泄露。混合气过浓、过稀、雾化不良、废气过多等也是生成HC的原因。,1、排气中HC的形成原因比CO还要多，形成机理也比较复杂，但HC仍是不完全燃烧的产物（既有未燃的，也有燃料分

8、解的产物）。 2、例如为了提高发动机的最大功率，常要发动机在a1的情况下工作；在低负荷时，由于汽缸内残余废气较多，为了不使燃烧速度过低，也在a1的条件下工作，从而都会因空气量不足产生不完全燃烧现象。 3、混合气过浓、过稀，燃料雾化不良或混入废气过多时，也会因灭火或半灭火状态而使未燃部分的燃料变成HC排出。 4、在汽车发动机中，不论是汽油机或柴油机都是通过火焰传播把混合气烧掉。但紧靠缸壁的那层气体（0. 05 0.5 mm），由于低温缸壁的冷却作用，火焰传播不到从而使这层混合气中的HC随废气由排气管排出。 5、从化学反应分析，燃料的氧化燃烧过程也是很复杂的，不是直接生成CO2和H2O，而是经过一

9、连串的化学反应才达到的。在反应过程的不同阶段，存在着不同的中间生成物，这些中间产物若进一步氧化的条件不适宜，就可能成为部分氧化产物而使HC的排出量增加。 6、汽车排出的HC还有一部分是来自曲轴箱窜气和燃料的蒸发。曲轴箱窜出的气体大部分是未燃气体（约占80%），其中含有百万分之一万的HC。燃料蒸发所形成的HC是由于燃料饱和蒸汽的扩散，且温度（包括气温、油温）越高，蒸发损失越多，HC的浓度也增加。,三、氮氧化物NOx的形成,除了燃烧气体的温度和氧的浓度外，停留在高温下的时间也是NO生成的重要影响因素。 发动机燃烧过程的时间很短，不能达到全部反应的平衡过程。实际反应的速度跟不上化学平衡的需要，即每一

10、瞬间的化学动力状态都与化学平衡状态有一定差距，因此要想达到化学平衡状态，需要相当长的时间。,四、微粒（PM）的形成,微粒是指发动机排出的废气中除气态和水以外，所有存在于接近大气条件的稀释排气中的分散物质，是以碳原子作为主要成分并含有占10%30%氢原子的碳氢化合物所组成。柴油机排出的微粒要比汽油机高3080倍。理论研究表明，柴油等重质燃料的气化包含化学裂解过程，这就是柴油机微粒排放多的重要原因。,碳烟微粒生成有两个途径。 其一，在高温（2000K3500K）富油缺氧区（如在扰流扩散火焰出现的喷注部），已形成气相的燃油分子通过裂解和脱氢过程，经过核化或形成先期产物，快速产生较小分子的物质，在后期

11、出现聚合反应，最终产生碳烟微粒； 其二，在低于1500K的低温区（如燃烧室壁等非火焰区）则通过聚合和冷凝过程，缓慢产生较大分子量的物质，最后也生成碳烟微粒。 两个途径交叉进行，但大多数的微粒是在高温缺氧区的快速反应过程中产生的。,5.2.3汽车排气污染物影响因素,一、负荷（空然比）的影响 发动机不同负荷所需要的空气与燃料的混合比也不同，因此分析负荷对排气中有害气体的影响实质上是空燃比的影响。 怠速=0.600.88 全闭 HCCO 小负荷025%开度，：0.80.9 HCCO 中负荷2580%开度，：0.91.1 HCCO NOx 接近满负荷80100%，：0.80.9 COHCNOx,二、发

12、动机转速的影响 转速进气，混合气形成、燃烧排放 转速 （紊流，改善燃烧）CO HC NOx （散热不够） 怠速 CO HC,三、燃料 的影响 汽油成分对NOx排放影响较大，而对CO排放影响较小，对HC的排放总量影响不大，但排出的成分有很大变化。当燃料中的芳香烃含量增加时，排气中的芳香烃、酚类和芳醛增加，由燃烧引起的烯烃减少，而以甲醛为主的总醛类略有减少。 柴油成分主要对NOx排放有影响。随柴油的十六烷值的降低，NOx的生成量增加。,四、发动机热工况的影响 冷却水温度提高缸壁温度HC NOx 供油系温度提高气阻（过稀）HC 罩下温度提高充气系数HC CO 气温低起动困难HC 随温度NOx CO,

13、五、运行工况的影响 市内运行的汽车，发动机怠速和中等转速占总工作时间的35；加速占22；匀速占29；减速占14 。 减速和转速不高 ，CO、HC（汽） HC（柴） 加速， NOx CO HC 强制怠速 ，n ,浓，CO HC ,在各种工况下汽油机、柴油机CO、HC、NO排放浓度,六、汽车技术状态的影响 车龄 HC CO 供油系故障 怠速产生变化，HC CO 空滤器堵塞，CO HC 供油提前角，HC NOx 点火系故障 点火提前角 ， P T NOx 点火提前角 ， NOx 点火提前角，HC 配气相位 积炭、磨损等，HC,5.2.4汽车排气污染的控制措施,一、政策性措施 排放法规、使用制度、税收

14、 二、结构工艺措施 1、机内净化 2、机外净化 3、代用燃料 4、混合动力,（1）汽油机机内净化 电控燃油喷射（） 稀薄燃烧系统 分层燃烧系统 高压缩比燃烧系统 废气再循环 涡轮增压技术 多气门技术,（2）柴油机机内净化 非直喷式燃烧系统 直喷式燃烧系统 电控柴油喷射系统 废气再循环 涡轮增压技术 多气门技术,（1）废气后处理净化 三元催化转化器 热反应器 空气喷射 （2）微粒净化：等离子净化、静电分离 溶液清洗、离心分离 NOx催化还原 氧催化转化器,3、代用燃料 （1）天然气 （2）液化石油气 （3）植物油 （4）氢气 4、混合动力,三、使用措施 1、保持发动机技术状况良好 （1）保持气缸

15、压缩压力 （2)保持供油系良好状况 (3)保持点火系良好状况 2、控制汽油蒸发 3、提高驾驶技术,5. 噪声公害,本节问题： 汽车的噪声有哪些？ 汽车噪声产生的原因及影响因 控制汽车噪声的措施？,5.3.1声学基础 声音有三个主要特征：即声音的大小、声音的高低和声音的特色。 声音的大小:它是声音能量大小的标志，有声强、声压、声功率 声压 ：正常人刚能听到的微弱声音的声压是210-5Pa，称为人耳的听阈；使人耳感觉疼痛的声压为20Pa，称为人耳的痛阈。,人对声音响度感觉与声音强度的对数成比例，所以引用了声压比的对数来表示声音的强弱，即声压级（spl）,p声压，Pa； p0基准声压，为210-5P

16、a ，即听阈声压,听力级（hl） 把正常人耳在某个频率上刚刚能听见的声音大小的平均值定义为零分贝听力级（0db） 声功率 单位时间内通过垂直于声传播方向的面积S的平均声能量就成为平均声能量流或称为平均声功率。 声功率级,声强 用单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的能量(声波的能量流密度)表示声强的单位是瓦/米平方声强的大小与声速成正比，与声波的频率的平方、振幅的平方成正比超声波的声强大是因为其频率很高，炸弹爆炸的声强大是因为振幅大 声强级,声音的高低就是声音的频率 用每秒振动的次数来度量，单位是赫兹（HZ）。人耳可听到2020000赫兹这么宽范围的声音。习惯上将500赫兹以下声音称为低频音。如：敲门声。1000至2000赫兹的声音称为中频音，2000以上声音称为高