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汽车污染物排放原因与预防措施
摘要
随着社会经济和汽车工业的飞速发展,汽车使用造成的污染日趋加剧。
汽车在给人类带来便捷与文明的同时也成为破坏生态环境的元凶和能源的最大消耗者。
本文在研究了汽车污染的类型、生成机理、特点和对生态环境造成的危害后,指出了汽车工业未来的发展趋势,即生产新型节能环保汽车。
在政府倡导建设资源节约型、环境友好型社会的背景下,加强对节能环保汽车产品的研发和推广,以推动中国环保事业和汽车工业的发展。
关键字:
汽车污染,生态环境,能源,节能环保
Abstract
Withrapiddevelopmentofsocialeconomyandtheautomotiveindustry,increasingpollutioncausedbymotorvehiclesincreased.Easycartobringtomankindandcivilizationandhasbecometheculpritandthedestructionoftheecologicalenvironmentofthelargestconsumerofenergy.Thispaperstudiedthetypesofpollutionfrommotorvehicles,thegenerationmechanism,characteristicsandtheecologicalenvironmentofthehazard,theautomotiveindustryWeiLaipointedoutthatthetrendnamely,theproductionofnewenvironment-friendlyvehicle.Inthegovernmentadvocatedthebuildingofaresource-conserving,environment-friendlysocietyinthecontext,tostrengthenenergy-savingenvironmentalprotectionandpromotionofresearchanddevelopmentofautomotiveproductstopromoteenvironmentalprotectionandChina'sautoindustry.
Keywords:
Automotivepollution,ecologicalenvironment,energy,energysaving
1概述
1.1课题的来源
本课题《汽车排放物污染的成因及预防措施的讨论》湖北汽车工业学院汽车工程系汽车教研室。
1.2论文背景
近年来,我国机动车行业发展迅速,2003年,我国成为世界上汽车第四大生产国和第三大消费国,汽车产量445万辆,保有量2421万辆;2003年我国摩托车产量1450万辆,居世界第一,保有量5929万辆;农用车年产量290万辆,保有量2400万辆。
进入2004年,由超高速发展转入快速发展期。
2004年1-9月,全国汽车产量385.5万辆,增长19.3%,销售372.9万辆,增长18.4%,产销率97.9%。
与上年相比,尽管产销率有所下降,仍保持了较高的增长势头。
专家预计机动车和摩托车将在未来的10年内保有量持续高速增长。
到2020年,机动车保有量增至9000万辆,而摩托车保有量高达1.92亿辆。
国家环境保护总局自开展新车环保达标型式核准至2004年10月底,共发布国1车型21046个,国2车型25944个;04年1-10月发布国1车型7297个,国2车型15758个。
机动车保有量的高速增长是导致城市机动车污染加重的直接原因。
随着机动车保有量的持续增长,全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)和氮氧化物(NOx)排放量已分别达到836.1、3639.8和549.2万吨,比1995年增加了2.51、2.05和3.01倍,而其他污染源大气主要污染物排放总量1995年与2003年相比,平均下降了15%左右。
2003年,城市环境空气质量监测结果显示,北京、上海、广州等大城市大气污染物中机动车排放的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、细颗粒物所占平均比例为80%、75%、68%和50%,已成为这些城市空气污染的第一大污染源。
据预测,按照目前机动车的发展趋势,2005年我国机动车排气污染在城市大气污染中所占的平均比例将达到79%。
尽管目前我国的大气污染仍以煤烟型为主,但从环境变化的趋势分析,如果不能有效控制机动车污染,到2010年,我国661个城市中的400个左右的环境空气污染将从煤烟型转化为煤烟型与机动车污染型的混合型污染。
机动车排放引起大气中的污染物升高,尤其是碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和细颗粒物(PM)浓度上升。
据研究,高浓度CO和NOx主要出现在城市交通干道两侧和交通密集区域,与路人的距离近,同样的排放量,行人对机动车排放污染的摄入量是电厂排放污染的30倍[1]。
我国城市道路两侧空气质量超标严重,司机、交通警察长期处于污染严重空气环境,乘车者、骑车者和行人也深受道路空气污染的危害。
据测算,全国有2亿人每天至少有1小时暴露于质量超标空气中。
有报告显示,我国机动车污染的上升,城市烟雾导致医疗成本日益庞大,我国肺病发病率在过去的30年翻了一番。
另一项研究表明,我国交通警察的平均寿命49.8岁,比全国的平均寿命少22.3岁,道路交通空染是主要原因。
1.3综合分析以及论文目的
提高人的环保意识我们国家应该加强对国民进行环保意识教育,形成人人重视环保爱护环境。
加强交通法规的教育,加强行政管理和执法力度,使人人遵守交通法规。
在西欧一些国家里,驾驶员严格按照顺序行驶,不抢道,不乱插;行人认真遵守交通法规,过街走人行横道,即使无车也等绿灯行。
道路不宽,但交通畅通,有效地减少了汽车的排放污染。
国家应该严格执行环境质量标准,汽车排放标准、污染物控制标准等。
加强对在用车辆的检测,超标车辆严禁上路行驶。
动员每一个公民从自已做起,从家庭做起,人人承担起保护环境的责任和义务。
2汽车污染分析
2.1.汽车排放物污染源的分析
汽车污染,主要指CO、HC,NOx,Pb的污染。
这些成分大部分来自汽油车,主要从三个部位释放有害气体,其成分和比倒是I1。
排气管排放一2。
曲轴箱串气一CO(98%~99%),HC(55%~65),NOx(98%~99),Pb。
HC(20%~25%),NOz(1%~2%),CO(1~2)。
燃料蒸发HC(15%~20%)。
最近欧iflf共同体组织对世界上汽车年排放情况作了一次调查,表明城市大气污染有50%来自汽车,一有机物燃烧时氧气不足,部分有机物生成CO。
汽车排放是城市产生CO的主要来源,污染严重的地区每立窍米空气中CO含量可达100多毫克,它可危及人体生命安全。
去年雅典在一周内就有200人死于CO过量的环境CO还对人体心脏、血液系统及支气管都有害处。
驾驶员也难免吸进CO,因为发动机与驾驶室之间密封不好,如果行车中车窗紧闭,情况会更糟。
NOx:
发动机在吸进可燃混台气的同时,气缸内温度升高,产生NOx。
故城市NOx含量高,乡村每立方米空气中含量几毫克,而城市就高迭几十毫克。
交通高峰时期在隧道深处甚至迭几百万毫克。
所以一般情况下,住在交通繁忙地段的居民或交通警察易患呼吸系统的疾病Pbt在汽油中加四乙铅可改善发动机工作性能,现用的汽油大部分都渗有少量铅,它在燃烧中生成PbOx沉积物,引起零部件孔道堵塞现象。
为了解决堵塞问题,西方石油商在高级汽油中再添加卤化物,这种添加剂可把PbOx转换成氯化铅,溴化铅。
卤化铅是一种在高温条件下易挥发的物质,随同废气一起排出机外。
重金属铅与其他污染物不同,铅会与七壤结合,污染植物,又与人体骨质有相吸附作用,引起人体铅中毒。
此外,经常接触含铅汽油的人,也会出现接触性铅中毒现象。
HC,世界上汽车制造商l5。
年来一直致力于研究降低HC排放逸一课,题目前先进国家已馒HC排量减少了60。
但由于气缸内燃烧速率快,仍有相当部分未燃气体从排气中逸出,污染大气环境。
未完垒燃烧的气体是一个很复杂的提合及其他有机化台物体,它还包括丙丁烷、萃、甲荤、二甲苯等[3]。
表2.1空气污染物年排放量
污染物
年排放量
汽油车
其他
CO
7000000吨
70%
30%燃烧
NO
2400000吨
45%
30%工业25%农业
HC
2100000吨
38%
42%汽油溶剂
PB
8000吨
90%
10%工业
灰尘
180000吨
35%
65%工业及燃烧
SO2
1800000吨
5%
95%工业及燃烧
2.2汽车污染的原因
2.2.1中国汽车尾气排放政策落后
随着汽车尾气污染的日益严重,汽车尾气排放立法势在必行,世界各国早在六、七十年代就对汽车尾气排放建立了相应的法规制度,通过严格的法规推动了汽车排放控制技术的进步,而随着汽车排放控制技术的不断提高,又使更高标准的制订成为可能。
与国外先进国家相比,中国汽车尾气排放法规起步较晚、水平较低。
2.2.2.汽车保有量增加过快,而且集中在城市
2008年,中国民用汽车保有量突破6000万辆,达到6467万辆,比2001年增长了300%,近十年以12%的年均速度增长,到2020年中国汽车保有量将超过1.5亿辆。
这些量的变化,我们也可以从行驶在大路的汽车牌上发现,据调查,哈市车牌从“黑A”,到两个英文字母,再到现在的三个英文字母车牌不过十年左右的时间,现在哈市每天新车落户都在200辆左右,高峰的时候达300多辆,每月上车牌的汽车5000多辆。
仅去年一年,哈市就新增机动车8万余辆。
目前,哈市汽车保有量突破了5万辆,其中哈市市区40多万辆,私家车占总数的七成左右,从中可见一斑。
而增加的大多数为化油器型机动车,排气量小,油耗大,未达到环保汽车的要求[7]。
2.2.3汽车排放性能差,汽车保养及淘汰制度不严格
中国新车单车排放污染物为先进国家的5倍,随着汽车的使用,在短时间后就为先进国家的10倍或几十倍。
加上没有完善和严格的汽车维修制度和旧车淘汰制度,失修和老旧车运营十分普遍,看看哈市红红火火的旧车交易市场,就不难看出汽修行业的隆的原因之所在。
2.2.4发动机性能的影响
空燃比是影响汽油机排放污染的重要因素之一。
它对排气中的CO、HC、NOX的影响如图l所示。
从图中可以看出。
随着空燃比的增加,CO排放浓度逐渐下降,HC排放浓度两头高中间低,而NOX排放浓度两头低中间高。
NOX的浓度峰值出现在理论空燃比附近并且靠近稀混合气的一侧。
而HC的谷值出现在较理论空燃比更稀的地排放与发动机功率之间并没有直接联系(如图2.2),空燃比与排放的关系仅是对排放数据与功率的关系进行统计分析,随着发动机功率增加,排放性总体上能有减小的趋势,排放值较为平均。
由于功率的增加一般缸径也较大,燃烧系统较容易优化;另外缸径较大的发动机一般供油系统提供的喷油压力较高,使燃油雾充分;燃烧的充分同时会导致NOx的排放量有所增加。
发动机点火提前角,供油提前角对发动机燃烧性能、经济性和排放都有着重要影响。
随着供油提前角的增加,发动机的排放也在增加[4]。
图2.2空燃比与排放的关系
2.2.5燃料性质的影响
燃料的质量直接影响有害物的排放。
因此,有人提出改善汽油性质来降低污染物。
在美国就汽油的挥发性、组成及添加剂对排放影响作了大量研究,但目前收效不大。
如果降低汽油的蒸气压,可以减少从化油器和燃料箱的蒸发损失。
可以减少总HC排出量,因而可减少10%~20%光化学反应。
同时若以饱和烃代替同沸点的轻稀烃作燃料,在总HC排出量不变的情况下,可以减少光化学反应20%~30%。
汽油组成对HC总排量的影响不显著,而对排气中HC的组成则影响很大。
燃料组成也是对NOx排出量影响较大的因素之一。
随燃料中芳烃的增加,NOx排出量也增加,这是由于芳烃燃烧温度较高所致[2]。
2.3汽车污染对人体的危害
从世界范围看,空气污染的另一重大因素是汽车尾气。
汽车尾气中含有一氧化碳、氧化氮以及对人体产生不良影响的其他一些固体颗粒,尤其是含铅汽油,对人体的危害更大。
铅在废气中呈微粒状态,随风扩散。
农村居民,一般从空气中吸入体内的铅量每天约为一微克;城市居民,尤其是街道两旁的居民会大大超过农村居民。
锡进入人体后,主要分布于肝、肾、脾、胆、脑中,以肝、肾中的浓度最高。
几周后,铅由以上组织转移到骨骼,以不溶性磷酸铅形式沉积下来。
人体内约90%~95%的铅积存于骨骼中,只有少量铅存在于肝、脾等脏器中。
骨中的铅一般较稳定,当食物中缺钙或有感染、外伤、饮酒、服用酸碱类药物而破坏了酸碱平衡时,铅便由骨中转移到血液,引起铅中毒的症状。
铅中毒的症状表现很广泛,如头晕、头痛、失眠、多梦、记忆力减退、乏力、食欲不振、上腹胀满、暖气、恶心、腹泻、便秘、贫血、周围神经炎等;重症中毒者有明显的肝脏损害,会出现黄疸、肝脏肿大、肝功能异常等症状。
1943年,在美国加利福尼亚州的洛杉矶市,250万辆汽车每天燃烧掉1100吨汽油。
汽油燃烧后产生的碳氢化合物等在太阳紫外光线照射下发生化学反应,形成浅蓝色烟雾,使该市大多市民患了眼红、头疼病。
后来人们称这种污染为光化学烟雾。
1955年和1970年洛杉矶又两度发生光化学烟雾事件,前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死亡,后者使全市四分之三的人患病。
这就是在历史上被称为“世界八大公害”和“20世纪十大环境公害”之一的洛杉矶光化学烟雾事件。
也正是这些事件使人们深刻认识到了汽车尾气的危害性。
为了提高城市空气质量,美国制订了严格的降低汽车污染的计划。
1996年,欧盟又制订了据说比美国还严格的汽车尾汽排放计划。
欧盟的计划中,提出了提高汽油和柴油质量的标准,要求在2000年前取消含铅汽油,在雅典、伦敦等污染严重的地区,采用特殊燃料。
同时,要求新推出的车型,都必须进行技术改造,以净化汽车尾气。
据调查,英国10%的儿童在6岁前铅中毒。
儿童铅中毒,智商将降低,还会出现捣乱和过失行为。
为了改善大气质量,我国许多城市都禁止污染企业进市区;对原有企业进行技术改造,减少废气、烟尘排放量,集中供热。
减少取暖炉灶烟尘排放量,提高柴油、汽油质量,减少钻含量,积极向无铅汽油过渡,安装汽车净化器,等等。
在现代文明的今天,汽车已经成为人类不可缺少的交通运输工具。
自从1886年第一辆汽车诞生以来,它给人们的生活和工作带来了极大的便利,也已经发展成为近现代物质文明的支柱之一。
但是,我们也应该看到,在汽车产业高速发展、汽车产量和保有量不断增加的同时,汽车也带来了大气污染,即汽车尾气污染[9]。
1943年,在美国加利福尼亚州的洛杉矶市,250万辆汽车每天燃烧掉1100吨汽油。
汽油燃烧后产生的碳氢化合物等在太阳紫外光线照射下发生化学反应,形成浅蓝色烟雾,使该市大多市民患了眼红、头疼病。
后来人们称这种污染为光化学烟雾。
1955年和1970年洛杉矶又两度发生光化学烟雾事件,前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死亡,后者使全市四分之三的人患病。
这就是在历史上被称为“世界八大公害”和“20世纪十大环境公害”之一的洛杉矶光化学烟雾事件。
也正是这些事件使人们深刻认识到了汽车尾气的危害性。
汽油主要由碳和氢组成,汽油正常燃烧时生成二氧化碳、水蒸气和过量的氧等物质。
但由于燃料中含有其他杂质和添加剂,且燃料常常不能完全燃烧,常排出一些有害物质。
研究表明,汽车尾气成分非常复杂,有100种以上,其主要污染物包括一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物。
一氧化碳会阻碍人体的血液吸收和氧气输送,影响人体造血机能,随时可能诱发心绞痛、冠心病等疾病。
碳氢化合物会形成毒性很强的光化学烟雾,伤害人体,并会产生致癌物质。
产生的白色烟雾对家畜、水果及橡胶制品和建筑物均有损坏。
氮氧化合物使人中毒比一氧化碳还强,它损坏人的眼镜和肺,并形成光化学烟雾,是产生酸雨的主要物质,可使植物由绿色变为褐色直至大面积死亡。
治理汽车尾气主要有三条途径。
第一,也是最根本和最终的途径,改变汽车的动力。
如开发电动汽车及代用燃料汽车。
此途径使汽车根本不产生或只产生很少的污染气体。
第二,改善现有的汽车动力装置和燃油质量。
采用设计优良的发动机、改善燃烧室结构、采用新材料、提高燃油质量等都能使汽车排气污染减少,但是不能达到“零排放”。
第三,也是目前广泛采用的适用于大量在用车和新车的净化技术。
是采用一些先进的机外净化技术对汽车产生的废气进行净化以减少污染,此途径也不能达到“零污染”。
机外净化技术就是在汽车的排气系统中安装各种净化装置,采用物理的、化学的方法减少排气中的污染物。
可分为催化器、热反应器和过滤收集器等两类。
前者多用于汽油机汽车,后者多用于柴油机汽车[7]。
汽车尾气在我国大中型城市,汽车尾气排放已成为主要的大气污染源。
有资料表明,上海市的汽车总量只相当于日本东京的1/12,但空气中主要由汽车排放的CO、HC和NOx的总量却基本相同。
目前我国在用汽车量有1300多万辆,然而随着经济的迅速发展和社会需要的增加,在今后10~15年内,中国汽车保有量将以年均9%的速度增长。
由此可见,减少汽车尾气排放物的紧迫[6]。
3人类对汽车污染采取的措施
随着汽车数量的增加,汽车污染愈来愈严重。
国家环保总局、科技部、机械工业局联合发布的《机动车排放污染防治技术政策》,对新车及产品的开发、质量控制、售后服务、等环节明确规定了技术规范;对在用车的治理提出了严格的技术要求;对车用燃料的生产、销售、使用提出了具体要求;对排放控制装置和测试设备的研究开发、技术引进及技术匹配等方面都做出了明确规定。
现就以下环节探讨机动车污染物排放控制技术[10]。
3.1控制汽车排放物的对策
3.1.1汽车制造生产方面
总结发达国家发展低污染汽车的经验并结合中国实际,其着眼点主要集中于:
(1)传统汽车技术的进一步完善;
(2)积极发展代用燃料汽车;(3)做好电动汽车的关键技术准备。
3.1.2汽油车排放控制技术
所有轻型汽油车应采用死循环电控燃油供给系统,电子式燃油喷射系统(EFI)。
它取代传统的发动机供油系统化油器,采用各种传感器把发动机的负荷、转速、加速与减速、进气温度、冷却液温度等变化情况,转换成电信号并输入到微电脑(控制盒)。
计算机经过运算处理发出控制喷嘴开启时间与持续时间信号,向发动机供给最适当的供油量。
从而极有成效地降低了燃油消耗,提高了运行性能,减少了排气污染。
安装三元催化转化器等排放控制装置发动机改型设计时尽量采用多点燃油喷射
技术。
改善燃料和空气混合系统,采用多气门可变配气相位和进气涡流等技术,优化燃烧室结构改改进点火系统,采用高能电子点火技术。
采用先进的发动机管理系统,加大力度推广使用车载诊断系统技术,对汽车排放控制系统进行自动监控。
鼓励开发稀薄燃烧(包括缸内直喷)发动机技术。
3.1.3汽车使用维修方面
大力加强在用车I/M(检查/维护)制度鼓励新开发的车型逐步采用车载诊断系统(OBD),对车辆上与排放相关的部件的运行状况进行实时监控,确保实际运行中的汽车稳定达到设计的排放削减效果,并为在用车的检查维护制度(I/M)提供新的支持技术。
实施车辆的检查/维护制度(I/M制度)是最经济、合理、科学、有效的控制在用车排放的措施。
随着新车的排放法规不断加严,地方环保部门应根据实际情况不断调整各车型的I/M检测方法和检测频率,以保证所有机动车都得到很好的维护保养。
2000年后,新产轻型汽油车已逐步采用新的死循环电喷和三元催化净化等技术,目前的怠速检测方法难以满足这部分车辆的检测的需要,应尽快采用双怠速法检测,并检查空燃比控制是否正常。
增加高频使用车,如出租车、公共汽车,以及老旧车辆的检测次数,促进其维护保养。
对使用死循环电喷加三元催化净化技术的车辆,检测还应包括对排放控制系统的目测检查,以及必要的双怠速排放测试法检查催化转化器是否正常工作等。
根据各地的具体情况,可增加对燃油蒸发排放控制系统的检查测试。
—增加路检频率,扩大检范围,使之形成促进车辆正常保养的机制。
努力减少润滑油的消耗。
因为柴油机运行情况较为复杂,润滑油在缸壁上的分布不会以理想的油膜方式出现。
局部地方会存在润滑油堆积,使其消耗增加。
从而成为微粒排放的生成源之一,故需要柴油机活塞、缸套组件始终保持合适的配合[13]。
3.1.4柴油车排放控制技术
轻型柴油车适宜发展以电控柴油喷射及可变进气涡流控制为主的技术。
暂时不能采用电控柴油喷射加可涡流控制技术的轻型柴油车,应改进燃烧室设计,采用废气再循环等技术和用来降低微粒排放的微粒捕集器。
重型柴油车要发展电控柴油喷射和增压中冷技术,并加装用来降低微粒中有机可溶成分SOF主要成分是高分子的HC以及气态HC和C0的氧化型催化转化器;和用来降低NOx的选择性还原催化转化器。
改进燃油喷射系统和喷油规律,合理调整喷油时刻,提高燃油喷射压力,减少压力室容积。
改进进气系统,优化进排气时刻,以优化残余废气量;提高进气充量,合理组织进气涡流,利用可变进气相位,以及进气管动态效应(惯性增压),采用提高进气紊流强度等技术改善燃料和空气分配系统,采用可变惯性增压进气系统,带中冷的涡轮增压等技术[8]。
3.1.5慎重考虑在用车改造
对在用车辆进行的排放控制技术改造,是一种补救措施,但至今尚没有适合国内在用车发行的成熟的成套技术,正在进行试验开发的技术有:
加装尾气催化净化装置、高能电子点火装置、化油器电控补气加死循环三元净化装置,以及改造成可燃用液化石油气(IJPG)或压缩天然气(CNG)的双燃料或单燃料车等。
对此我们必须综合考虑本地车辆类型的保有状况和城市环境质量,以及改造技术的经济性等多种因素,因地制宜地选择合适的技术路线进行实施试验。
3.1.6鼓励加速淘汰
在国外,淘汰在用车是很平常的事而且多属于自然淘汰。
美国是汽车工业高度发达的国家,一些富裕的美国人几乎每年都要更换新车,通常在9月份之后,他们使开始以数千美元卖掉现有的汽车,再花1万~2万美元购买下年度新年。
中产阶层家庭一般2~3年也要更新一次汽车。
这些人更换下来的在用车就转移到下层社会。
一般情况下当车辆的累计行驶里程达到15万~20万英里(24万~32万公里)时,这些汽车就作报废处理。
综合考虑生产、贸易等因素国外也鼓励在用车的更新大体上是通过经济手段,例如增加老龄车的年检费用等方法来非强制性淘汰在用车。
如日本采用增加旧车的年检频率,增加检查费用等措施加快旧车的淘汰。
在我国,根据国家汽车淘汰标准,经修理和调整或采用排气污染控制技术后排放污染物仍超过国家规定的车辆应予以淘汰。
对于各项指标尚能达到国家标准要求的在用车辆非强制性地鼓励用户进行更新或通过税费调节机制促使旧车淘汰。
但由于实际情况的复杂性和经济因素的制约,这一严格的淘汰标准并没有得到很好的执行。
国际上绝大多数国家,包括汽车工业非常发达的美国、德国等政府并没有强制车辆按使用年限或累计行驶里程淘汰的政策和规定。
而实际上,这些国家的汽车更新速度都是比较快的。
比较通行的做法是。
当车辆达不到政府规定的排放标准和安全标准要求时不允许上路行驶。
车辆经过修理后,仍然达不到政府规定的强制标准,或者因为修理费用过高,车主自动放弃原有车辆的:
当超标车辆在规定的时限内一直没有再次进行检测(例如半年),等等,诸如这类情况,车辆管理部门将作为自动淘汰处理。
淘汰旧车可以采用三种方式自然淘汰,包括车祸淘汰和无法修复淘汰强行淘汰,可每年淘汰一定比例的旧车;向农村地区转移。
由于我国原有汽车排放控制水平较低随着车辆的使用时间增