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第1章汽车尾气排放污染的危害
汽车发动机排气中包含许多成分，其基本成分是二氧化碳（CO2）、水蒸气（H2O）、过剩的氧气（O2）以及存留下的氮气（N2）等，它们是燃料和空气完全燃烧后的产物，从毒物学的观点看排气中的这些成分是无害的。
除上述基本成分外，汽车发动机排气中还含有不完全燃烧的产物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）、二氧化硫（SO2）、固体颗粒（铅及铅化物、碳烟）及醛类等。
这些成分的质量总和在汽车发动机排气
中所占的比例不大，例如汽油机只占5,，柴油机还不到1,，但它们中大部分是有害的，有强烈刺激性的臭味，或有致癌作用，因此被列为有害排放物。
1.1汽车排放对人体的危害
汽车排放的主要污染物中含有大量的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）硫化物和微粒物（由碳烟、铅氧化物等重金属氧化物和烟灰等组成）。
这些物质对人体健康存在着很大的威胁。
在内然发动机中，CO是空气不足或其他原因造成不完全燃烧时，所产生的一种无色、无味的气体。
CO吸入人体后，非常容易和血液中的血红蛋白结合，它的亲和力是氧的300倍。
因此，肺里的血红蛋白不与氧结合而与CO结合，致使人体缺氧，引起头痛、头晕、呕吐等中毒症状，严重是造成死亡。
CO的容许限度规定为8h内100ppm。
如1h内吸入500ppm的CO，就会出现中毒症状，并危害中枢神经系统，造成感觉、反应、理解、记忆等机能障碍，严重时引起神经麻痹。
如1h内吸入1000ppm的CO，就会发生死亡。
HC是指发动机废气中的未燃部分，还包括供油系中燃料的蒸发和滴漏。
单独的HC只有在浓度相当高的情况下才会对人体产生影响，一般情况下作用不大，但它却是产生光化学烟雾的重要成分。
NOx是发动机大负荷工作时大量产生的一种褐色的有臭味的废气。
发动机废气刚一排出时，气内存在的NO毒性较小，但NO很快氧化成毒性较大的NO2等其他氮氧化合物。
这些氮氧化合物，我们统称为NOx。
NOx进入肺泡后能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生剧烈的刺激作用。
亚硝酸盐则能与人体内的血红蛋白结合，
形成变性血红蛋白，可在一定程度上导致组织缺氧。
3.5ppm的NO2作用1h即可对人产生有害影响，而0.5ppm的NO2作用1h可对自然界中的某些敏感植物产生毒害作用。
NOx与HC受阳光中紫外线照射后发生化学反应，形成光化学烟雾。
当光化学烟雾种的光化学氧化剂超过一定浓度时，具有明显的刺激性。
它能刺激眼结膜，引起流泪并导致红眼症，同时对鼻、咽、喉、器官积肥不均有刺激作用，能引起急性喘息症。
发动机废气中的铅化合物是为了改善汽油的抗暴性而加入的，他们以颗粒装排入大气中，是污染大气的有害物质。
当人们吸入含有铅微粒的空气时，铅逐渐在人体内积累。
当积累量达到一定程度时，铅将阻碍血液中红血球的生长，使心、肺等处发生病变;
侵入大脑时则引起头痛，出现一种精神病的症状。
炭烟是柴油发动机燃料燃烧不完全的产物，其内含有大量的黑色炭颗粒。
炭烟能影响道路上的能见度，并因含有少量的带有特殊臭味的乙醛，往往引起人们恶心和头晕.
废气中的硫化物易被湿润的粘膜表面吸收生成亚硫酸、硫酸。
对眼及呼吸道粘膜有强烈的刺激作用。
大量吸入可引起肺水肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。
轻度中毒时，发生流泪、畏光、咳嗽，咽喉灼痛等;
严重中毒可在数小时内发生肺水肿;
极高浓度吸入可引起反射性声门痉挛而致窒息。
皮肤或眼接触发生炎症或灼伤。
慢性影响:
长期低浓度接触，可有头痛、头昏、乏力等全身症状以及慢性鼻炎、咽喉炎、支气管炎、嗅觉及味觉减退等。
少数工人有牙齿酸蚀症。
除以上几种物质外，还有臭气。
它由多种成分组成，除了、有臭味外，主要就
是燃料的不完全燃烧产物，如甲醛、丙烯醛等。
当汽车停留在街道路口时，产生这些物质较多，它能刺激眼睛的粘膜。
1.2汽车排放污染对环境的破坏
0.5ppm的NO2作用1h可对自然界中的某些敏感植物产生毒害作用。
光化学烟雾还具有损害植物、降低大气能见度、损坏橡胶制品等危害。
HC也是产生光化学烟雾的重要成分。
光化学烟雾是由于汽车尾气和工业废气排放造成的，一般发生在湿度低、气温在24,32?
度的夏季晴天的中午或午后。
汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和
二氧化氮（NO2）被排放到大气中后，在强烈的阳光紫外线照射下，会吸收太阳光所具有的能量。
这些物质的分子在吸收了太阳光的能量后，会变得不稳定起来，原有的化学链遭到破坏，形成新的物质。
这种化学反应被称为光化学反应，其产物为含剧毒的光化学烟雾。
CO2是一种无色气体，略带刺激性气味，本身并没有毒性，它的危害在于作为温室气体造成地球表面温度升高，也就是所谓的温室效应。
会使全球气温上升、南北极冰层溶化;
海平面上升;
大陆腹地沙漠趋势加剧，是人类和动植物赖以生存的生态环境遭到破坏。
因此近年来对CO2的控制也已上升为汽车排放研究的
来自于以内燃发动机为重要课题。
有资料表明，在全球CO2的排放中，有14
动力的交通工具。
为了摆脱温室效应的严重后果，世界各国正在开发各种高性能的汽车发动机，以降低燃料消耗和CO2排放.
由汽车尾气排放引起的铅污染问题凸现。
由于我国主要使用含铅汽油，在1995—1998年期间，上海因汽车燃用含铅汽油向环境中排放了铅1381吨。
2002年广州市由汽车尾气向环境中排放了铅302.9吨，占全国总排放量的19.94,。
北京郊区安兰公路两侧30米内的蔬菜含铅量达0.15,3.88mg,kg，明显超出正常的含铅背景值范围。
2002年上海市对10个交通路口的监测发现，多数监测点出现铅含量超标的现象，最大超标倍数为2.3倍
第2章汽车尾气污染物的主要成分及其生成机理
2.1废气污染物的主要成分
汽车排放的主要污染物是:
一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）硫化物和微粒物（由碳烟、铅氧化物等重金属氧化物和烟灰等组成）。
就CO来说，如果把汽油发动机CO排放量当作1的话，则液化气发动机的CO排放量为1/2，而柴油发动机的CO排放量为1/100。
可以看出，柴油发动机与其有发动机相比，其CO排出量要小得多。
而且，柴油发动机的HC排出量也较少，但NOx排出量则和汽油机差不多，且会排出令人讨厌的黑烟。
汽车有害气体主要从下述途径排入大气:
以HC为主要成分（约占HC总排量的25%），并含有CO等其他成分的窜气，从曲轴箱排出;
在不同运行工况，从发动机废气排出不同成分的CO、HC（约占HC总排量的55%）及NOx等有害气体;
汽油从油箱、化油器浮子室及油泵接头处蒸发，散发出HC（约占HC总排量的20%）。
2.2废气污染物的生成机理
汽车过量空气系数（α）:
α=燃烧1kg燃料所实际供给的空气质量,完全燃烧1kg燃料所需的理论空气质量由此定义表达式可知:
无论使用何种燃料，凡过
量空气系数α=1的可燃混合气即为理论混合气;
α,1的为浓混合气;
α,1的则为稀混合气。
2.2.1一氧化碳的产生机理
对于汽油机，根据燃烧化学反应，在不同空燃比AF下，燃烧产物各成分的计算值如图1所示。
理论上当过量空气系数α=1（AF?
14.8）时，燃料完全燃烧，其产物为CO2和H2O。
14.8时，则有部分燃料不能完全燃烧，生成CO。
当空气不足，AF,
所以，CO的排出浓度基本上受空燃比所支配，图2为汽油机空燃比与排气浓度变化关系，与图1是一致的。
理论上当α=1以上时，排气中不存在CO，而代之产生O2。
实际上由于混合、分配不均匀，在排气中还含有少量CO。
即使混合气混合的很均匀，由于燃烧后的温度很高，已经生成的CO2也会由于一小部分被分解成CO和O2，H2O也会部分被分解成O2和H2，生成的H2也会使CO2还原成CO，所以，排气中总会有少量CO存在。
2.2.2碳氢化合物（HC）的产生机理
汽油是由多种成分HC所组成，如果完全燃烧将生成CO2和H20。
但是汽油的燃烧很复杂，任何发动机都可能发生不完全燃烧，在排气中都会有少量HC存在。
因为
为了提高发动机的最大功率，常使发动机在α,1（AF=12.5-13.0）浓棍合气情况下工作。
在低负荷时，由于气缸在汽油机中用电火花点火，由火焰传播把混合
气烧掉，但紧靠燃烧室壁面附近的混合气层，由于缸壁得冷却形成激冷层，使火焰传播终止而熄灭，因此激冷层的混和气不能完全氧化燃烧，从而有许多未燃的HC也要排出来。
从燃烧化学考虑，汽油的氧化燃烧是很复杂的，不是一下子就能反应成CO2和H2O
的，以辛烷C8H18为例:
C8H18+12.5O2?
8CO2+9H2O
一个气态的汽油分子C8H18，完全氧化需要12.5个O2分子，此外还夹着47个N2分子来干扰C8H18与O2的反应。
不可能想象一个C8H18分子同时碰到12.5个O2分子而一下子生成CO2和H2O。
一般气态反应，两个分子互相碰撞的机会较多，三个分子同时碰撞在一起的机会已很少。
所以汽油分子的反应过程必须是经过一连串的反应而达到最终生成物CO2和H2O，在反应的不同阶段，存在着不同的中间生成物。
这些中间生成物，若进一步氧化的条件不适宜，就可能生成为部分氧化物而排出。
由此可以理解，为什么在排气中总有少量的过氧化物:
醛、酮等。
总之，排气中的HC是燃料不完全燃烧或部分被分解的产物。
含有饱和烃、不饱和烃、芳烃及部分含氧化合物（如醛、酮、酸等），成分复杂，组成变化也很大。
有人曾从排气的HC中分析出200多种不同成分的碳氢化合物。
2.2.3氮氧化合物（NOx）的产生机理
关于NOx的生成机理，国外已进行大量研究，其研究结果不仅对汽油机而且对柴油机也很有用，摘要地介绍如下。
在较低的温度下，N2和O2生成NO的机理可以认为是简单的双分子反应，即N2+O2-2NO
但是在高温时，NO的生成机理按泽尔多维奇（Zeldovich）反应所至配，有以下两个反应:
N2+O2--NO+N（K1、K-1）N+O2--NO+O（K2、K-2）
式中K1、K-1、K2、K-2----分别为正逆反应的速度常数，其数值示于表1。
这些反应是连锁反应，分子状态的氮和原子状态的氧碰撞，或者氧份子和氮原子碰撞而生成NO。
反应是
（1）左边的O一部分由反应式
（2）右边生成的O供给，但是大部分是依靠以下离解反应生成的。
表1反应速度常数
注:
表内温度T以K为单位，R=1.986cal/g?
mol?
K
）右边生成的N供给。
式
（1）和式
（2）反应式
（2）的N，主耍靠反应式（1
生成的NO是同数量级的。
由表1可知，反应式
（1）的正反应速度K1，显然在很大程度上取决于温度。
式
（2）K2的与温度关系很小，但是反应式
（2）的N主要由反应式
（1）生成，所以NO的生成量在很大程度上取决于温度，并与温度成指数关系。
另外，作为氮原子的生成机理，也提出了HC燃烧生成碳氢化合物自由基时产生N的可能性，例如:
HC+N2一?
CHN+N，但多数不予考虑。
至于生成NO的其它机理还有蓝沃埃（Lavoie）等提出更复杂的经过OH自由基反应生成。
但这些反应不是主要反应。
生成NO的因素有以下三点:
温度:
随着高温的形成，NO平衡浓度也高，而且生成速度也加快了，特别有氧存在时温度是重要的。
氧的浓度:
在氧气不足的条件下，即使温度高，NO也被抑制了。
滞留时间:
因为NO的生成反应比燃烧反应缓慢，所以即使在高温条件下，如果停留时间短的话，NO的生成量也可被抑制。
这些结论对于汽油机和柴油机都是适用的，这些结论可以从实践得到的图2得到证明，当AF稍大于理论混合比时，燃烧室温度最高，并且还有过剩的O2，所以生成NO浓度最大，当AF小于理论混合比时，由于缺氧，NO的生成量随着AF减小而下降。
相反当AF大于理论混合比时，因燃烧室温度降低，所以NO生成量很快下降。
综上所述，在内燃机中为了降低NO的生成量，就必须降低燃烧室火焰高峰温度;
在产生NO阶段，使O2处于低浓度;
缩短燃烧气体在高温下停留的时间。
凡是影响这三个方面的因素，都改变NO的生成量。
其中，燃烧室温度可以衡量燃烧状态的好坏，也是影响NO生成量的支配因素。
下面讨论其影响因素。
2.2.4、碳烟的产生机理
汽油机排烟可分为白烟、蓝烟和黑烟三种。
不同的烟色形成的原因不同，有的研究认为起决定作用的是温度;
在250?
以下形成的烟通常是白色的;
从250?
到着火温度形成蓝烟;
黑烟只在着火后才出现。
1.白烟
适合在低温起动不久及怠速工况时发生。
此时，气缸中温度较低，着火不好，未经燃烧的燃料和润滑油呈液滴状态，直径在1.3μm左右，随废气排出而形成白烟。
当气缸磨损加大，窜气、窜油时，使白烟增多。
2.蓝烟（青烟）
通常在柴油机尚未完全预热或低负荷运转时发生。
此时，燃烧室温度较低，约600?
以下，燃烧着火性能不好，部分燃料和窜入燃烧室的润滑油未能完全燃烧，其中大部分是已蒸发的油，再凝结而成微粒状态，直径比白烟小，在0.4μm以下，随废气排出而成蓝烟。
这种烟的蓝色是此种大小微粒由蓝色光折射而成的。
排出蓝烟时，同时有燃烧不完全的中间产物（如甲醛等）排出，因而蓝烟常常带有刺激性臭味。
3.黑烟
通常在柴油机大负荷时发生，例如当汽车加速，爬坡及超负荷时排气就冒黑烟。
在柴油机发展初期到高速强化地今天，柴油机黑烟的排出，仍然是一个限制功率的突出问题，而且黑烟带有的臭味及烟雾给人以直接的不愉快的厌恶感。
因此对黑烟的形成，各国早已作了大量的工作，但对其生成机理说法不一。
一般认为，黑烟也是不完全燃烧的产物，是燃料的氢先燃烧完了的中间产物。
当柴油机高负荷时，喷如燃烧室的燃料增多，由于柴油机混合气形成不均匀，即使平均过量空
1，仍不可避免产生局部地区空气不足，此时燃烧室温度又较高，燃气系数α,
料在高温缺氧情况下，由裂解过程释出并经聚合过程形成碳烟。
碳烟不是纯碎的碳，而是一种聚合体，其主要成分随柴油机负荷不同稍有改变，一般含C85%-95%，O24%-8%及少量的H2和灰粉。
也有人认为碳烟是石墨结晶，由直径0.05μm左右微粒附聚成0.1-10μm的多孔性碳粒构成。
2.2.5SO2的生成机理
二氧化硫（SO2）。
排气中SO2的含量与燃料中的含硫量有关。
一般来说，柴油机比汽油机中的SO2要多些。
SO2对汽车发动机使用催化净化装置有破坏作用，即使少量的SO2堆积在催化剂的表面，也会降低催化剂的使用寿命。
同时SO2是生成柴油机排气微粒的原因之一。
但总的来说，与其他发生源（如燃煤）相比，汽车排放的SO2所占的比例很小。
从大气污染角度看，不是汽车排放的主要问题。
第3章汽车尾气排放污染的控制措施
3.1控制汽车排放污染的管理措施
汽车排放控制管理体系和相应法规的建立和健全，是正确有效地实施管理对策的根本保障。
是对汽车尾气污染控制的必要方式。
3（1（1车辆排放控制管理体系
（1）汽车环保认证程序（EPA）包括制造厂以书面形式相政府主管机关提出申请，并附上报告、车辆有关的说明书、技术参数、实验规格及有关数据和资料，并提交车辆或发动机运行50000mile或1500h的耐久性实验排气检测结果。
主管机关审查认证申请资料后，选择实验样车或样机，进行EPA法规要求的试验，试验结果如符合EPA法规要求，则认为该车型或发动机通过认证。
并给予官方公布。
（2）联邦汽车安全型式认证程序:
汽车制造厂按照安全法规的规定进行检查和严正，并将检验报告、产品说明书及其有关材料上报政府主管机关。
主管机关根据呈上来的材料依照法规进行审查核实，与法规相符则认为通过安全人证，并在联邦注册公诸于市众。
为确保车辆符合机动车产品安全法规要求，主管机关随时可以进一步核实制造厂的鉴定实验数据和其他证据资料，检查以在使用中或正在制造中的任何阶段的车辆和装备，进行选择性坚定实验，以及采取其他必要的检查和调查手段等。
如断定不符，则要求制造厂限期休整，并对已售的车辆实施回调。
3（1（2在用车检查和维护（I/M）制度
在用车的检查和维护制度，简称I/M制度，是削减在用车污染排放最重要的手段。
I/M制度通过对机动车进行定期和不定期的排放检测，促进机动车的正常维
护，防止人为对排放控制系统的损坏，保持车辆处于良好的运行状态，从而减少污染物的排放。
I/M制度是对新车实行强制性排放标准的有效补充。
I/M制度有两个目的:
一是发现因调整不当或机械故障导致的高排放车辆;
第二是发现控制设备的非正常工作和人为破坏，确定机动车的故障根源，便于对车辆进行维修，并督促车主加强维护，使得在整个汽车使用生命周期中排放控制系统始终有效。
大量的调查分析表明，在用车排放的大部分污染物来自一小部分高排放车辆。
据统计，在用车中5%的高排放车的污染物排放占总排放量的25%，
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