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结语………………………………………………………………………………………11
汽车排放污染对环境的影响
宋楠
（西安汽车科技学院汽车检测与维修专业，陕西西安，710038）
摘要：
汽车尾气排放对人们的生产生活造成严重的危害。
目前，尾气排放及控制技术正在迅速的发展，本文主要对汽油机缸内直接喷射技术的发展以及在降低汽油机有害物排放方面具有潜在的优势进行阐述。
关键词：
尾气排放危害排放及控制技术缸内直接喷射
前言
随着汽车工业的飞速发展，人们的出行条件得到了极大的改善，同时在很大程度上也推进了社会经济的发展，呈现出一片繁荣的景象，出行变的舒适而便利。
无论在发达国家还是发展中国家，汽车都具有巨大的市场空间，尤其是中国。
城市汽车保有量迅速递增，汽车排污负荷幅度加大，直接影响到空气环境质量及人们的健康。
对汽车尾气污染控制技术的研究无疑是当今的一个重要课题[1]
第一章汽车排放污染物及其危害
1.我国汽车污染现状
汽车已成为城市大气污染中最重要的污染源，而且其贡献率远远超过其他污染源。
与工业污染排放相比较，汽车尾气污染排放的人体吸入比例更高。
随着我国汽车保有量的迅速增长，汽车污染也日趋严重。
早在“九五”期间，对几个重点城市汽车污染的调查就显示，汽车已成为城市大气中最重要的污染源，而且其贡献率远远超过其他污染源（如表）。
研究结果还表明，汽车的浓度分担率高于排放分担率。
由于汽车是近地面排放，在街道环境中不易扩散，易造成道路沿线的污染，直接形成较高污染物浓度的大气污染。
而工业污染源排放一般为高空排放，在高空中易于扩散稀释。
根据北京2011年的相关数据，计算得到汽车排放中一氧化碳、氮氧化物、一次可吸入颗粒物的人体吸入比例。
一氧化碳的人体吸入比例（10－6）为106，氮氧化物的人体吸入比例（10－6）为35.5，一次可吸入颗粒物的人体吸入比例（10－6）为81.5。
进一步的研究表明，汽车尾气排放污染物的人体吸入比例大约是相应电厂污染物人体吸入比例的10倍。
有关近几年汽车污染现状的研究结果尚未公布，但从飞速增长的汽车保有量即可断定:
情况要比前些年更加严重。
2.汽车尾气的主要成分
尾气污染主要是指柴油、汽油等机动车燃料因含有添加剂和杂质，在不完全燃烧时，所排出的一些有害物质对环境及人体的污染和破坏。
汽车发动机排放的尾气中有一部分毒性物质在燃料不完全燃烧或燃气温度较低时产生较多。
尤其是在次序起动、喷油器喷雾不良、超负荷工作运行时，燃油不能很好地与氧化合燃烧。
另一部分有毒物质，是由于燃烧室内的高温、高压而形成的。
汽车排放的尾气中含有上千种化学物质，除空气中的氮、氧和水蒸汽为无害成份外，其余均为有害成份。
这些有害物质可分为气体和颗粒物两大类。
气体包括：
一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、硫氧化合物、挥发性有机物和臭氧等。
颗粒物包括：
碳黑、焦油和重金属等。
2.1一氧化碳
汽车发动机若进气不足或燃油喷射时间过长，使得气缸内燃油不能完全燃烧，则汽车尾气中将产生CO。
CO与血液中的血红蛋白结合的速度比O2快250倍。
CO经呼吸道进入血液循环，与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液向各组织输送氧的功能，导致人体缺氧，危害中枢神经系统，造成人的感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，引起头晕、头痛、呕吐等中毒症。
重者危害血液循环系统，导致生命危险。
即使是微量吸入CO，也可能给人造成可怕的缺氧性伤害。
交通高峰时段常常出现CO的污染峰值，汽车内浓度有时比车外更高。
不同浓度一氧化碳对人体的危害
CO浓度（1/10000）
对人体的危害
10
慢性中毒但对健康者间题不大
30
4-6h内中毒,引起麻木或植物神经麻痹
100
头疼、恶心、强活动时呼吸困难
120
全身无力、梢神不振动、瘫痪、痉挛
200
数小时后神经机能低下
400
4h后头痛晕眩，呼吸困难
1500
1h后死亡
2.2氮氧化物
氮氧化合物主要是指一氧化氮和二氧化氮，它是发动机大负荷工作时，在燃烧室高温富氧的环境中产生的一种褐色且有臭味的气体。
氮氧化合物吸入肺部后能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生强烈的刺激和伤害，以致引起肺部病变。
当空气中氮氧化合物含量达10—20ppm时，可刺激鼻粘膜、咽喂、气管、眼角膜等，引起呼吸道干涩不适，流泪及红眼病等病症；
当氮氧化合物超过500ppm时，几分钟内就可使人出现肺气肿而死亡。
3的空气中暴露10min，即可造成人的呼吸系统功能失调。
此外，氮氧化物还会导致酸雨和光化学烟雾污染，在水系中的沉降会造成富营养化。
2.3碳氢化合物
碳氢化合物是不完全燃烧的排放物，包括未燃和未完全燃烧的燃油和机油蒸汽，气态时是VOCs，固态则为颗粒物。
单独的碳氢化合物只有在浓度相当高的情况下，才对人体产生伤害，一般影响不大。
但碳氢化合物和氮氧化合物在阳光紫外线照射下发生化学反应，形成光化学烟雾。
当光化学烟雾中的化学氧化剂超过一定浓度时，即对人体产生较强刺激性，人体吸人后可明显感觉到呼吸系统不适，引起急性喘息症。
2.4硫氧化物
主要是指SO2，它是形成酸雨的主要成分，严重污染河流、湖泊等水系，殃及野生动植物的生存安全，破坏生态系统的自然酸碱平衡，并严重腐蚀建筑物。
对人类会造成气管壁绷紧，使呼吸道疾病加重，患有心肺疾病和哮喘病的人尤其敏感。
汽车尾气中SO2主要来源于柴油车的排放。
2.5挥发性有机物
包括多环芳烃（PAH）、苯系物、烯烃等，是光化学烟雾形成的前体物。
苯已被证明是致癌物质，WHO（世界卫生组织）认为即使微量的苯，对人体健康也是有害的。
除尾气排放外，汽车燃油箱和加油过程中也会排放挥发性有机物。
2.6臭氧
光化学烟雾主要的生成物是臭氧，具有强氧化性，可使空气能见度降低，橡胶制品开裂损坏，植物受害。
臭氧刺激呼吸系统的黏膜，导致咳嗽、呼吸困难，削弱肺功能，对室外锻炼的人特别有害。
臭氧还引起一些常见症状，如头疼、眼鼻喉刺痒、深呼吸时胸部不适等。
臭氧会增加人对过敏源如花粉的敏感性，也降低人体对细菌和病毒的抵抗力，如易引起感冒、肺炎等。
2.7铅
铅是有毒的重金属元素，为了改善燃油的抗爆性，人们在汽油中添加含铅物质四乙基铅或甲基铅，导致汽车尾气排放时产生含铅化合物。
城市大气中的铅60％以上来自汽车含铅汽油的燃烧。
铅化合物以颗粒状排人大气中，是污染大气的有害物质。
人体长期吸入含铅颗粒浓度较高的空气后，铅会逐渐在体内积累。
当达到一定程度时，铅阻碍血液中红血球的生长，致使人体正常造血功能降低，血液、心肺器官等发生病变[4]。
而铅对脑细胞和中枢神经的损害更是不可逆转的，铅侵入人体大脑时会引起头疼、精神恍惚，严重时甚至会出现昏迷、惊厥等铅中毒症状。
由于铅尘比重大，通常积聚在1m左右高度的空气中，因此对儿童的威胁最大，直接影响儿童的智力发育。
2.8碳烟微粒
是指柴油发动机燃烧不完全所排出的黑色烟雾状的炭烟颗粒。
炭烟微粒能影响大气、道路的能见度，并含有少量带有特殊臭味的乙醛，吸入后使人感到恶心和头晕。
微粒表面吸附的可溶性有机物对人的呼吸道也有较大伤害。
固体悬浮颗粒的成分很复杂，并具有较强的吸附能力，可以吸附各种金属粉尘、强致癌物苯并芘和病原微生物等。
固体悬浮颗粒随呼吸进入人体肺部，以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道的不同部位，引起呼吸系统疾病。
当悬浮颗粒积累到临界浓度时，便会激发形成恶性肿瘤。
此外，悬浮颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛，阻塞皮肤的毛囊和汗腺．引起皮肤炎和眼结膜炎，甚至造成角膜损伤。
3.污染气体的危害
从1886年诞生的第一辆汽车开始，各国就争相发展汽车工业。
特别在20世纪，世界汽车保有量的增加速度大大超过了人口增长的速度。
在1950年，全世界只有5000万辆汽车，大约每1000人仅有2辆汽车；
到1995年，全球已经拥有6.5亿辆汽车，平均100人拥有10辆汽车；
根据目前的估计，2010年之前全世界机动车的数量可能达到8.16亿辆（不包括两轮和三轮机动车），到2050年全球将拥有30亿辆汽车。
世界卫生组织专家迈克尔·
克里斯赞罗瓦斯基表示，专家估计在全球范围内，每年由于空气污染问题死亡的人数达到75万，其中超过53万人来自亚洲各大城市。
专家指出，大气中一种名叫“PM10”的空气污染物的含量正呈现上升之势，PM10一旦被吸入人体，就会停留在人的肺部里。
PM10由煤炭、石油和天然气等矿物燃料的燃烧产生，而在亚洲城市里，PM10主要通过汽车废气排放到空气里。
亚洲发展银行在一份报告中警告称：
“在达卡、河内、胡志明市、雅加达、加德满都、加尔各答和新德里等亚洲大城市，空气中PM10的含量已达到‘严重’水平。
”
随着机动车保有量的持续增长，我国机动车污染物排放总量持续攀升。
2003年全国机动车碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和碳氧化物（
）排放量是1995年相应污染物排放总量的2.51、2.05和3.01倍。
事实上，汽车所产生的空气污染比任何其他单一的人类活动产生的空气污染量都多。
全球因燃烧矿物燃料而产生的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物的排放量，几乎50%来自于汽油机和柴油机。
因此，汽车排放及控制的新技术亟待解决。
亚洲发展银行的研究指出，在亚洲民众使用的交通工具中，私人机动车所占的比例仍很低，而且大部分以摩托车为主。
但随着亚洲国家经济的发展，私人机动车的拥有量将会大幅度上升。
以印度为例，在未来30年内，私人汽车的数字可能会出现13倍的增长，相应地，在同一时期内印度的二氧化碳排放量也可能会出现5.8倍的增长。
第二章汽车尾气排放标准
1.国内与国外汽车尾气排放标准的比较
欧盟国家为限制汽车废气排放污染物对环境造成的危害而共同采用的汽车尾气排放标准。
当前对几乎所有类型的车辆排放的氮氧化物、碳氢化物（HC）、一氧化物（CO）和颗粒物都有限制，比如小轿车、卡车、火车、拖拉机和类似机器、驳船，但不包括海轮和飞机。
对每一种车辆类型，汽车废气排放标准有所不同。
欧洲标准是由欧盟经济委员会的汽车废气排放法规和欧盟的汽车废气排放指令共同加以实现的。
汽车废气排放法规由ECE参与国自愿认可，排放指令是ECE或EU参与国强制实施的。
在欧洲，汽车废气排放的标准一般每四年更新一次。
在1992年实行了欧洲一号标准，从1996年开始实行了欧洲二号标准，从2000年开始，实行了欧洲三号标准，从2005年开始，实行了欧洲四号标准。
相对于美国和日本的汽车废气排放标准来说，测试要求比较宽泛，因此，欧洲标准也是发展中国家大都沿用的汽车废气排放体系。
例如中国大陆于2001年实施的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（Ⅰ）》等效于欧洲一号标准；
2004年实施《轻
型汽车污染物排放限值及测量方法（Ⅱ）》等效于欧洲二号标准；
2007年实施的国III
标准相当于欧洲三号标准，将于2010年实施的国IV标准相当于欧洲四号标准。
据国家环保总局科技司副司长罗毅介绍说，中国轻型汽车国Ⅲ、国4排放标准在污染物排放限值上与欧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。
国四标准中的颗粒物排放限值要比国三标准进一步降低80%.可见柴油商用车国4标准的严格执行对国内空气净化有着莫大的环保意义！
但商用车的国四执行时间，远落后于发达国家，甚至落后于其他发展中国家.我商用车国四排放标准原定2011年1月1日执行，经过两次推迟，目前商用车的国四执行时间推迟到2013年7月1日.例如欧盟于2009年就开始执行了比欧四要求更高的欧五排放标准；
日本，韩国，印度也早于2010年开始执行欧四排放标准，并将于2015年执行欧五排放标准;
俄罗斯也已于2012年开始执行欧四排放标准，并将于2015年执行欧五排放标准。
我国轻型汽车标准语欧洲标准实施日期比较
标准
中国实施年份
欧洲实施年份
相差时间（年）
国Ⅰ前（欧0）
1956
1973
17
国Ⅰ（欧Ⅰ）
2000
1992
8
国Ⅱ（欧Ⅱ）
2004
1996
国Ⅲ（欧Ⅲ）
2007
7
国Ⅳ（欧Ⅳ）
2010
2005
5
相较于国四标准，国五标准轻型车的氮氧化物排放量可以降低25%，重型车氮氧化物排放量可以降低43%。
上海市环保局副局长吴启洲表示，按照上海市机动车年度注册登记总量统计，预计上海市年度新增车辆可以减少氮氧化物年度排放量1000吨左右。
另外，为配套实施机动车国五标准，上海市已在去年11月起全面供应国五标准汽柴油，总质量小于3.5吨的轻型汽油车及公交、环卫、邮政用途的重型柴油车已提前实施国五标准,国五排放标准如图2.2所示。
根据上海市市政府3月27日发布的通告，今年4月30日起，上海市将提前实施机动车国五排放标准。
市环保局在昨天召开的新闻通气会上表示：
本月30日起，国四标准车辆将停止办理注册登记；
各汽车制造和销售企业应当组织安排生产和销售计划，4月30日以后不得继续销售国四产品，并有义务向购车者告知有关规定，与其签订购销合同时予以书面提示，告知车辆的排放等级。
此前在环保部2013年9月发布的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）》中,明确全国将从2018年1月起实施汽油车排放国五标准。
因此,上海国五标准的实施提前了4年,是继北京提前实施国五标准（2013年9月）后又一个提前实施汽油车国五排放标准的城市。
第三章排放及控制技术
1.1缸内直喷汽油机（GDI,GasolineDirectInjection）
近年来，由于能源紧缺和环境污染问题的日益突出，发动机面临着越来越严峻的考验。
而GDI的研究得到长足的发展。
1996年，三菱公司在世界上最先推出商品化的GDI发动机。
到目前为止，三菱、丰田、福特、Nissan、Isuzu、奔驰、Mazada、奥迪、本田、Fiat、雷诺、AVL、FEV等许多国外汽车公司和研究机构都开发了比较成熟的GDI机型和产品。
目前为绝大多数汽车所采用的EFI发动机已显出明显不足，主要由于混合气在进气门处形成，汽油雾化不完全、混合气质量欠佳，所以燃烧不充分冷启动排放和燃油经济性较差。
汽油机缸内直接喷射系统则与EFI系统迥然不同，汽油机缸内直接喷射技术在降低汽油机的燃油消耗方面较进气道喷射汽油机有明显优势，并在降低汽油机有害物排放方面具有潜在的优势，其经济效益和社会效益明显，有着广阔的应用前景，被认为是提高汽油机燃油经济性最有前途的对策。
现代的GDI机型，大都根据工况不同而采用了不同的燃油喷射模式：
第一种是后期喷射模式。
在中小负荷区域，通过在压缩行程后期喷油和燃烧系统的合
理配合，形成分层稀薄快速燃烧的混合气，并采用质调节以避免节流阀的节流损失，以达到与柴油机相当的燃油经济性；
第二种是早期喷射模式。
在大负荷和全
负荷工况下，通过较早地把燃油在进气行程中喷入气缸，在点火时刻形成预混燃烧的均质混合气，以保持汽油机升功率高的优点。
也有某些GDI机型采用两段喷射技术，把燃油分两次分别在进气和压缩行程中喷入气缸，形成界于两者之间的混合气。
利用“二次混合技术”，使燃料充分燃烧。
据报道可以实现负荷从中小区域向大负荷区的平稳过渡，并可以降低缸内气体温度，从而抑制了爆燃的发生，增加了功率的输出。
通过两段喷射分层燃烧方式，能大幅度改善稀薄区域的燃烧稳定性、热效率及排放性能。
在低负荷区域能显著扩大稀气极限，在高负荷区域能扩大爆燃极限。
燃烧系统的设计是GDI开发的关键之一，它要兼顾大负荷均质预混和中小负荷分层稀薄的要求。
GDI发动机的燃烧系统设计，需要进行油、气、室合理配合,还要优化喷油器和火花塞的位置、进气道的设计、喷油定时和点火定时等。
已经开发的GDI燃烧系统，按喷油器和火花塞的相对位置和混合气的组织方式可以分为：
喷束引导法；
壁面引导法；
气流引导法。
GDI发动机，除了温室气体CO2排放较少外，由于很少需要冷启动加浓，还可以大幅度降低冷启动时未燃碳氢的排放直喷汽油机机型和经过优化的进气道喷射的汽油机研究表明，其冷启动时未燃碳氢可下降30%左右。
在直喷汽油机的排放控制上，废气再循环（EGR）的采用比较有利，这主要是因为较稀空燃比使得缸内富裕氧气较多，允许使用较大比例的EGR率来降低NOx排放而不会引起燃烧的太大改变。
但如果为了降低80%的NOx排放而采用EGR和节流技术，燃油经济性的损失将达到15%。
燃油经济性和排放之间的协调将是直喷汽油机不得不面对的一个难点。
第四章汽车尾气治理的对策及趋势[2]
由于汽车运行严重的分散性和流动性,因而也给净化处理技术带来一定的限制。
除了开发在机内净化技术外,还要大力开发机外净化处理技术。
一是控制技术,主要是提高燃油的燃烧率,安装防污染处理设备和采取开发新型发动机;
二是行政管理手段,采取报废更新,淘汰旧车,开发新型的汽车（即无污染物排放的机动车）,从控制燃料使用标准入手。
1.汽车燃油的改用
1.1采用无铅汽油,以代替有铅汽油,可减少汽油尾气毒性物质的排放量
首先应抓汽车油的改用。
以无铅汽油代替四乙基铅汽油。
这种汽油是用甲荃树丁醚作渗合剂，它不仅不铅，而且汽车尾气排出的一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物均会减少。
目前，我国为了减少汽车尾气排放量，改善城区大气环境质量，国家规定从１９９９年７月１日起在全国范围内根本上使用含铅汽油。
２０００年７月１日起，市场根本上出售有铅汽油。
因有铅汽油中，它加入了一种抗爆剂――四乙基铅，它具有很高的挥发性，甚至在０摄氏度时就开始挥发，而挥发出的铅粉末，以蒸气及烟的动工存在空气中。
但铅的污染程度与交通密度（每小时通过的车辆数）以及汽油中铅的含量有密切关系。
虽然我国城市的交通密度比发达国家的密度低，但有铅汽油燃烧带来的铅的污染程度不可忽视。
因铅是一种蓄积毒物，它通过人的呼吸、饮水、食物等途径进入人体。
对人体的毒性作用是侵蚀造血系统、神经系统以及贤脏等。
诸如对血管系统、生殖系统以及癌症等毒性作用也可能发生。
1.2掺入添加剂,改变燃料成分
汽油中掺入15%以下的甲醇燃料,或者采用含10%水份的水-汽油燃料,都能在一定程度上减少或者消除CO、NOx、HC和铅尘的污染效果。
在机油中添加一定量（比例为3%-5%）石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯粉末等固体添加剂,加入到引擎的机油箱中,可节约发动机燃油5%左右。
1.4多种燃料作为汽车燃料来源
随着科学技术的发展和计算机的广泛应用，确保环境保护法规的实施和节能措施：
汽车中可广泛使用新的配方汽油、电力、压缩的天然气体、太阳能以及生态燃料的蓄电池等等。
然而在这种汽车上装上电脑，不断在行驶中早先调拨组合，以使汽车发挥最佳性能。
采用计算机控制点火系统，以便对发动机的不同工况作出快速反应，可取得最佳 燃料经济性和发动机动力性能，可减少尾气对大气的污染。
2.汽车发动机内部的调试
减少喷油提前角
减少喷油提前角,可降低发动机工作的最高温度（1500摄氏度）,使NOx的生成量减少。
2.2改善喷嘴质量控制燃烧条件
改善喷油器的质量,控制燃烧条件（燃比、燃烧温度、燃烧时间）,可使燃料燃烧完全,从而可减少CO、HC和煤烟。
3.发动机外部尾气净化
发动机外部尾气净化措施即汽车尾气由原有毒气体,变成为无毒气体,再排放到大气中。
从而可减少对大气环境的污染。
3.1采用催化剂
将CO氧化成CO2,HC氧化成CO
和H2O,NOx被还原成为N2等。
[3]
一项可以有效降低尾气排放量的新技术近日在天津研发成功，通过了天津市科委组织的专家鉴定。
天津市科委有关专家介绍说，这项由天津帅洁科技发展有限公司自主研发的新型机动车尾气净化技术，利用磁性原理及磁驱动技术，改变了燃油的分子结构，使燃油能充分燃烧，形成高燃烧率，使不可燃烧的物质达到可燃烧的程度，增加了发动机的旋转扭力，具体表现为可使发动机尾气排放削减
率在60％以上，柴油发动机尾气削减率在55％以上。
专家表示，这项技术不但体现绿色环保功能，还起到了不同程度的节油作用，能使汽油节省29％，柴油节省23％。
结语
我国汽车尾气环境污染并不是一天两天造成的，汽车尾气的排放是大气环境污染的一个重要组成部分，有效地控制汽车尾气排放，治理好它，不可能在短期内完成。
况且环保不是一种口号，而是需要一个漫长的过程，依靠国家的政策，指定一系列法律、法规等诸多方面综合考虑，全面治理，并通过社会和个人的努力来完成。
相信只要人人从自我做起，从今天做起，树立环保意识，积极加入保护环境的行列，那么蔚蓝的天空、清澈的河流将会再次展现在世人的面前。
参考文献
[1]《大气污染控制工程》。
[2]《汽车尾气的净化处理技术》。
[3]《研发和应用新型汽车燃料》。
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