汽车尾气分析及净化处理毕业设计.docx

1、汽车尾气分析及净化处理毕业设计毕 业 设 计（论 文）级 汽车检测与维修 专业题 目： 汽车尾气分析及净化处理 毕业时间： 学生姓名： 指导教师： 班 级： 汽车检测与维修 2011 届各专业毕业论文（设计）成绩评定表姓名班级专业汽车检测与维修指导教师第一次指导意见年 月 日指导教师第二次指导意见年 月 日指导教师第三次指导意见年 月 日指导教师评语及评分 成绩： 签字（盖章） 年 月 日答辩小组评价意见及评分成绩： 签字（盖章） 年 月 日教学系毕业实践环节指导小组意见签字（盖章） 年 月 日学院毕业实践环节指导委员会审核意见签字（盖章） 年 月 日说明：1、以上各栏必须按要求逐项填写.。2

2、、此表附于毕业论文 (设计)封面之后目录摘要 3一、汽车尾气的成分和危害 3二、汽车尾气排放物的影响因素 3三、尾气成分异常的原因分析 3四、汽车排放标准 3五、汽车尾气的防治和净化处理 3（一）、提高燃油品质，研究开发新的代用燃料 3（二）、研究开发新的动力装置 3（三）、改进现有汽车发动机的结构和性能，减少尾气污染主要包括两方面。 3（四）、汽车燃油方面的改用 3（五）、汽车发动机内部的调试，可减少尾气污染物的排放量。 3（六）、发动机外部尾气净化措施 3（七）、发动机内部净化处理措施、 3（八）加强行政管理，减少和消除汽车尾气对大气环境的污染 3结束 3参考文献 3谢 辞 3摘要：汽车尾

3、气污染是由汽车排放的废气造成的环境污染。可以说，汽车是一个流动的污染源。在世界各国，汽车污染早已不是新话题。20世纪40年代以来，光化学烟雾事件在美国洛杉矶、日本东京等城市多次发生，造成不少人员伤亡和巨大的经济损失！进入21世纪，汽车污染日益成为全球性问题。随着汽车数量越来越多、使用范围越来越广，它对世界环境的负面效应也越来越大，尤其是危害城市环境，引发呼吸系统疾病，造成地表空气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，使城市环境转向恶化。有关专家统计，到21世纪初，汽车排放的尾气占了大气污染的3060%。随着机动车的增加，尾气污染有愈演愈烈之势，由局部性转变成连续性和累积性，而各国城市市民则成为汽车尾

4、气污染的直接受害者。汽车作为现代化交通工具，给予了人们的生产与生活带来十分方便的同时，可是它的尾气排放物，给大气环境造成严重污染。我国某城市对该市的机动车辆尾气污染程度作了如下初步调查：该市目前拥有机动车辆万辆，并以年增率的速度增加。机动车年排放一氧化碳万吨，相当于该市工业企业一氧化碳排放量的倍。市区主要交通道路中心点一氧化碳超标倍以上的达，在车流量高峰之际，有的监测点一氧化碳浓度高达每立方米，超标倍。在车流量比较集中的火车站，氮氧化合物测点平均值为每立方米，超标准倍。这些数据充分说明：该市机动车尾气污染已上升为主要的大气污染，而过去以二氧化硫为主煤烟型污染转变为以一氧化碳、氮氧化物为主的机动

5、车尾气污染和二氧化硫为主的煤烟型污染并重的格局。为此，一些城市政府会同有关部门，制定了相应的法规。主要是控制机动车尾气对大气环境的污染，还给广大市民一个洁净的大气生活空间由此可见汽车尾气的净化处理和键能减排措施的应用迫在眉睫。关键词：汽车尾气的成分；污染；净化处理汽车尾气分析及净化处理一、汽车尾气的成分和危害一氧化碳 一氧化碳是烃燃料燃烧的中间产物，主要是在局部缺氧或低温条件下，由于烃不能完全燃烧而产生，混在内燃机废气中排出。当汽车负重过大、慢速行驶时或空挡运转时，燃料不能充分燃烧，废气中一氧化碳含量会明显增加。一氧化碳是一种化学反应能力低的无色无味的窒息性有毒气体，对空气的相对密度为0.96

6、70，它的溶解度很小。一氧化碳由呼吸道进入人体的血液后，会和血液里的红血蛋白Hb结合，形成碳氧血红蛋白，导致携氧能力下降，使人体出现反应，如听力会因为耳内的耳蜗神经细胞缺氧而受损害等。吸入过量的一氧化碳会使人发生气急、嘴唇发紫、呼吸困难甚至死亡。研究表明，人对一氧化碳的承受能力相当高，一个健康的人能短时间承受血液中含量为20%40%的一氧化碳的侵袭。虽然对人体无副作用的一氧化碳阈值尚未确定，但长期吸收一氧化碳对城市居民身体健康是一个潜在威胁氮氧化合物 氮氧化合物是在内燃机气缸内大部分气体中生成的，氮氧化合物的排放量取决于燃烧温度、时间和空燃比等因素。从燃烧过程看，排放的氮氧化物95%以上可能是

7、一氧化氮，其余的是二氧化氮。人受一氧化氮毒害的事例尚未发现，但二氧化氮是一种红棕色呼吸道刺激性气体，气味阈值约为空气质量的1.5倍，对人体影响甚大。由于其在水中溶解度低，不易为上呼吸道吸收而深入下呼吸道和肺部，引发支气管炎、肺水肿等疾病。在浓度为9.4mg/m2的空气中暴露10分钟，即可造成呼吸系统失调。对于氮氧化合物世界卫生组织环境健康评价组曾做出这样的结论：二氧化氮浓度0.94mg/m-3是短期暴露引起有害影响的最低水平，0.190.32mg/m-3最长1小时，一个月不能出现多于两次才能确保公共健康碳氢化合物汽车尾气的碳氢化合物来自三种排放源。对一般汽油发动机来说，约60%的碳氢化合物来自

8、内燃机废气排放20%25%来自曲轴箱的泄漏，其余的15%20%来自燃料系统的蒸发。甲烷是窒息性气体，其嗅觉阈值是142.8mg，只有高浓度时才对人体健康造成危害。乙烯、丙烯和乙炔则主要是对植物造成伤害，使路边的树木不能正常生长。苯是无色类似汽油味的气体，可引起食欲不振、体重减轻、易倦、头晕、头痛、呕吐、失眠、粘膜出血等症状，也可引起血液变化，红血球减少，出现贫 血，还可导致白血病。其嗅觉阈值16.29mg，对人体健康有影响的阈值34.8mg。汽车尾气中还含有多环芳烃，虽然含量很低，但由于多环芳烃含有多种致癌物质（如苯丙芘）而引起人们的关注HC和NOX在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，产生一

9、种复杂的光化学反应，生成一种新的污染物形成光化学烟雾，1952年12月伦敦发生的光化学烟雾4天中死亡人数较常年同期约多4000，45岁以上的死亡最多，约为平时的3倍，1岁以下的约为平时的2倍。事件发生的一周中，因支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱者死亡分别为事件前一周同类死亡人数的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8倍 醛醛是烃类燃烧不完全产生，主要由内燃机废气排放，汽车尾气排放的醛类成分见表： 如图：表1.1名称成分（%）甲醛 6073 乙醛 714 丙醛0.416丙烯醛 2.69.8 丁醛 14 丁烯醛 0.41.4 戊醛 0.4 苯甲醛 3.28.5 汽车尾气排放的醛类以甲醛为主，占60

10、%70%。甲醛是有刺激性的气体，对眼睛有刺激性作用，也会刺激呼吸道，嗅觉阈值为0.061.2 mg，高浓度时会引起咳嗽、胸痛、恶心和呕吐。乙醛属低毒性物质，高浓度时有麻醉作用。丙烯醛是一种辛辣刺激性气体，对眼睛和呼吸道有强烈刺激，可引起支气管细胞损害，嗅觉阈值为0.484.1 mg。 含铅化合物汽车尾气排放的含铅颗粒大部分来自内燃机的废气排放。四乙铅是作为加进汽油中的，一般汽油的含铅量在0.08%0.13%之间，四乙铅燃烧后生成氧化铅排出。铅主要作用于神经系统、造血系统、消化系统和肝、肾等器官。铅能抑制血红蛋白的合成代谢过程，还能直接作用于成熟的红细胞。经由呼吸系统进入人体的铅粒，颗粒较大者能

11、吸附于呼吸道的粘液上，混于痰中而吐出；颗粒较小者，便沉积于肺的深部组织，它们几乎全被吸收。铅在人体内各器官中积累到一定程度，会对人的心脏、肺等造成损害，使人贫血，行为呆傻，智力下降，注意力不集中，严重的还可能导致不育症以及高血压。根据进入身体的方式，可以有高达60%的摄入总铅量永久留在人体内，成年人血液中混入0.8mg以上称为铅中毒。 含铅汽油经燃烧后，85%左右的铅排入大气中造成铅污染。铅氧化物不仅对人体有害，它还会吸附在汽车尾气催化净化器的催化剂表面上，对催化剂产生“毒害”，明显地缩短尾气催化净化装置的寿命，是汽车尾气催化净化装置要解决的难题之一。20世纪40年代以来，通过汽车燃烧排入大气

12、中的铅已达数百万吨，成为一种公认的全球性污染。二、汽车尾气排放物的影响因素 汽车尾气中CO、HC和NOx三种有害气体的影响因素比较多，主要为可燃混合气的空燃比，点火提前角、发动机的负荷和转速以及发动机的内部结构等。 2.1 空燃比对尾气成分的影响 HC是未燃燃料、可燃混合气不完全燃烧或裂解的碳氢化合物及少量的氧化反应的中间产物。CO主要来自在空气不足的情况下可燃混合气的不完全燃烧，是汽油机尾气中有害成分浓度最大的物质。CO2是可燃混合气燃烧的产物，它能够反映出燃烧的效率。 随着空燃比的增加，CO的排放浓度逐渐下降，HC的排放浓度两头高、中间低，CO2的排放浓度中间高、两头低。当空燃比小于14.

13、7:1时（混合气变浓），由于空气量不足引起不完全燃烧，CO、HC的排放量增大。空燃比越接近理论空燃比14.7:1，燃烧越完全，HC、CO的值越低，O2越接近于零，而CO2的值越高（最大值在13.5%14.8%之间）。而当混合气空燃比超过16.2:1时（混合气变稀），由于燃料成分过少，用通常的燃烧方式已不能正常着火，产生失火，使未燃HC大量排出。在理论空燃比附近，CO曲线有一个拐点，当A/F减少时，可燃混合气过浓，燃油无法充分燃烧，CO生成物便急剧增加；当A/F增大时，氧含量充足，燃油可以充分燃烧，使CO生成量减少，而且比较稳定 如图2.1。2.2 点火正时对尾气成分的影响 点火提前角对CO的排

14、放没有太大影响，但对HC和NOx的影响较大，过分推迟点火会使CO没有时间完全氧化而引起CO排放量增加，但适度推迟点火可减小CO排放。实际上当点火时间推迟时，为了维持输出功率不变需要开大节气门，这时CO排放明显增加。随着点火提前角的推迟，HC的含量降低，主要是因为增高了排气温度，促进了 CO和 HC的氧化，也由于减小了燃烧室内的激冷面积。火提前角对CO的生成量影响不大，但对HC和NOx的影响较大。随着点火提前角的增大，HC和NOx生成物都会急剧增加，其原因与燃烧时的速度、压力、温度等有关，当点火提前角增大到一定值后，由于燃烧时间过短，HC和NOx生成量便有所下降。当然，正确的调整点火正时是非常必

15、要的，过迟的点火提前角会是会使发动机动力下降，油耗增大，工作不稳。 如图2.2 2.3 发动机负荷对尾气成分的影响 发动机负荷可以用与节气门开度相关的进气管压力来表示，进气管压力越大（即进气管真空度越低），发动机负荷也就越大。 对CO来说，空燃比不变，功率输出的大小对CO排放没有影响，CO的排放量随功率的输出及空气的消耗量的增加而增大，发动机在小负荷及大负荷工作时，所供给的混合气均较浓，在两种情况下CO排放均比较高。例如，最大功率时，节气门全开，供给较浓的混合气，因此CO的排放较高。 当空燃比和转速保持不变，并按最大功率调节点火提前角时改变负荷对HC的排放影响不大。这是因为影响HC排放的因素有

16、的使HC降低，有的使它增加，结果作用恰恰相互抵消。当进气管压力在30.5kPa81.0kPa范围内时，因供给的混合气较稀，所以HC排放降至很低，当进气管压力超过81.0kPa时，接近全负荷时混合气加浓。此时HC排放量理应上升，但由于全负荷时，排气温度相应增大，这时排气后反应对HC排放的消除作用加强了，从而限制了HC的排放。小负荷时进气管压力低，由于缸壁激冷作用的增强，混合气又较浓，若进气管压力低于20KPA，时还可能发生火焰传播不完全，结果使HC排放明显升高。例如在汽车突然关闭节气门时，进气管内液体燃料的瞬时蒸发，造成高进气真空下的混合气的额外加浓，也会出现这种情况。发动机负荷小时（进气管压力

17、低），可使NOx排放浓度下降。负荷减小进气压力降低，发动机温度低，残余废气增加，导致着火落后期变大及火焰传播速度减慢，这两个因素均使燃烧时间加长，若在此时点火时间不变，则燃烧过程将更多的膨胀行程延伸，这样就会使循环最高温度降低而使排气中的NOx浓度下降三、尾气成分异常的原因分析 HC的读数高,说明燃油没有充分燃烧。气缸压力不足、发动机温度过低、油箱中油气蒸发、混合气由燃烧室向曲轴箱泄漏、混合气过浓或过稀、点火正时不准确、点火间歇性不跳火、温度传感器不良、喷油嘴漏油或堵塞、油压过高或过低等因素都将导致HC读数过高。 CO的读数是零或接近零,只说明混合气充分燃烧;C0 的含量过高,表明燃油供给过多

18、、空气供给过少,造成混合气过浓。多系燃油供给系统和空气供给系统有故障,如喷油嘴漏油、燃油压力过高、空气滤清器不洁净。其它方面问题,如活塞环胶结阻塞、曲轴箱强制通风系统受阻、点火提前角过大或水温传感器有故障等;C0的含量过低,则表明混合气过稀,故障原因有:燃油油压过低、喷油嘴堵塞、真空泄漏、EGR阀泄漏等。 CO2是可燃混合气燃烧的产物,其高低反映出混合气燃烧的好坏,即燃烧效率。可燃混合气燃烧越完全,CO2的读数就越高,混合气充分燃烧时尾气中CO2的含量达到峰值1316%。当发动机混合气出现过浓或过稀时,CO2的含量都将降低。当排气管尾部的CO2低于12%时,要根据其他排放物的浓度来确定发动机混

19、合气的浓或稀。燃油滤芯太脏、燃油油压低、喷油嘴堵塞、真空泄漏、EGR阀泄漏等将造成混合气过稀。而空气滤清器阻塞、燃油压力过高等,都可能导致混合气过浓。 O2的含量是反映混合气空燃比的最好指标,是最有用的诊断数据之一。O2的读数和其他3个读数一起,能帮助找出问题的难点。可燃混合气燃烧越完全,CO2的读数就越高;与此相反,燃烧正常时,只有少量未燃烧的O2通过气缸,尾气中O2的含量应为12%。O2的读数小于1%,说明混合气过浓;O2的读数大于2%,表示混合气过稀。导致混合气过稀或过浓的原因前面已作说明,在此不再重复。 当CO、HC浓度高,CO2、O2浓度低时,表明发动机混合气很浓。HC和O2的读数高

20、,则表明点火系统工作不良、混合气过稀。 利用功率平衡试验和尾气分析仪的读数,还可以知道每个气缸的工作状况。如果每个缸CO、CO2的读数都下降,HC、O2的读数都上升,且上升和下降的量都一样,表明各缸都工作正常。如果只有一个缸的变化很小,而其它缸都一样,则表明这个缸点火或燃烧不正常。另外,当某缸不工作时, O2 的浓度会增加。如四缸发动机当有一缸不工作时,其浓度将上升到4.75%7.25 % ,若有两缸不工作,则会上升到9.5%12.5%。四、汽车排放标准汽车排放是指从废气中排出的CO(一氧化碳)、HCNOx(碳氢化合物和氮氧化物)、PM(微粒，碳烟)等有害气体。从2004年1月1日起，北京对机

21、动车的尾气排放标准由欧洲I号改为欧洲II号;到2008年，正式实施欧洲III号标准。 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。 汽车排放是指从废气中排出的CO（一氧化碳）、HCNOx（碳氢化合物和氮氧化物）、PM（微粒，碳烟）等有害气体。它们都是发动机在燃烧作功过程中产生的有害气体。这些有害气体产生的原因各异，CO是燃油氧化不完全的中间产物，当氧气不充足时会产生CO，混合气浓度大及混合气不均匀都会使排气中的CO增加。

22、HC是燃料中未燃烧的物质，由于混合气不均匀、燃烧室壁冷等原因造成部分燃油未来得及燃烧就被排放出去。NOx是燃料（汽油）在燃烧过程中产生的一种物质。PM也是燃油燃烧时缺氧产生的一种物质，其中以柴油机最明显。因为柴油机采用压燃方式，柴油在高温高压下裂解更容易产生大量肉眼看得见的碳烟。 对策为了抑制这些有害气体的产生，促使汽车生产厂家改进产品以降低这些有害气体的产生源头，欧洲和美国都制定了相关的汽车排放标准。其中欧洲标准是我国借鉴的汽车排放标准，目前国产新车都会标明发动机废气排放达到的欧洲标准。 排放标准欧洲标准是由欧洲经济委员会（ECE）的排放法规和欧共体（EEC）的排放指令共同加以实现的，欧共体

23、（EEC）即是现在的欧盟（EU）。排放法规由ECE参与国自愿认可，排放指令是EEC或EU参与国强制实施的。汽车排放的欧洲法规（指令）标准1992年前巳实施若干阶段，欧洲从1992年起开始实施欧（欧型式认证排放限值）、1996年起开始实施欧（欧型式认证和生产一致性排放限值）、2000年起开始实施欧（欧型式认证和生产一致性排放限值）、2005年起开始实施欧（欧型式认证和生产一致性排放限值）。 汽车排放的国标与欧标不一样。国标是根据我国具体情况制定的国家标准。欧标是欧共体国家成员通行的标准。欧标略高于国标。欧州汽车排放标（g/km） 表二年份汽油机 柴油机 CONOXHCNOXPM1986年1.54

24、.61989年14.00.51992年（欧）2.81.08.00.361996年（欧）2.30.38.00.252000年（欧）2.30.150.25.00.102005年（欧）1.00.080.15.00.022008年（欧）2.00.02欧型式认证排放限值（g/km） 表三车辆类别基准质量（RM）kgCOHCNOXPM第一类车全部2.720.97（1.36）0.14（0.20）第二类车1级RM12502.720.14（0.20）0.14（0.20）2级1250RM17005.170.19（0.27）0.19（0.27）3级RM17006.900.25（0.35）0.25（0.35） 欧型式

25、认证和生产一致性排放限值（g/km） 表四车辆类别基准质量（RM）kgCOHCNOXPM汽油机柴油机汽油机非直喷柴油机直喷柴油机非直喷柴油机直喷柴油机第一类车_全部2.21.00.50.70.90.080.10第二类车1级RM12502.21.00.70.70.90.080.102级1250RM17004.01.251.01.01.30.120.143级1700RM5.01.51.21.21.60.170.20 欧型式认证和生产一致性排放限值（g/km） 表五汽油机柴油机汽油机汽油机柴油机柴油机柴油机第一类车全部2.30.640.20.150.500.560.05第二类车1级RM13052.3

26、0.640.20.150.500.560.052级1305RM17604.170.800.250.180.650.720.073级1760RM5.220.950.290.210.780.860.10 欧型式认证和生产一致性排放限值（g/km） 表六车辆类别基准质量（RM）kgCOHCNOXHCNOXPM汽油机柴油机汽油机汽油机柴油机柴油机柴油机第一类车全部1.000.500.100.080.250.300.025第二类车1级RM13051.000.500.100.080.250.300.0252级1305RM17601.810.630.130.100.330.390.043级1760RM2.2

27、70.740.160.110.390.460.06 我国的标准与国外先进国家相比，我国汽车尾气排放法规起步较晚、水平较低，根据我国的实际情况，从八十年代初期开始采取了先易后难分阶段实施的具体方案，其具体实施至今主要分为三个阶段。 第一阶段1983年我国颁布了第一批机动车尾气污染控制排放标准，这一批标准的制定和实施，标志着我国汽车尾气法规从无到有，并逐步走向法制治理汽车尾气污染的道路，在这批标准中，包括了汽油车怠速污染排放标准、柴油车自由加速烟度排放标准、汽车柴油机全负荷烟度排放标准三个限值标准和汽油车怠速污染物测量方法、柴油车自由加速烟度测量方法、汽车柴油机全负荷烟度测量方法三个测量方法标准。

28、 第二阶段在1983年我国颁布第一批机动车尾气污染控制排放标准的基础上，我国在1989年至1993年又相继颁布了轻型汽车排气污染物排放标准、车用汽油机排气污染物排放标准二个限值标准和轻型汽车排气污染物测量方法、车用汽油机排气污染物测量方法二个工况法测量方法标准，至此，我国已形成了一套较为完态的汽车尾气排放标准体系；值得一提的是，我国93年颁布的轻型汽车排气污染物测量方法采用了ECER1504的测量方法，而测量限值轻型汽车排气污染物排放标准则采用了ECER1503限值标准，该限值标准只相当于欧洲七十年代来的水平（欧洲在1979年实施ECE R1503标准）。 第三阶段以北京市DB11/10519

29、98轻型汽车排气污染物排放标准的出台和实施，拉开了我国新一轮尾气排放法规制订和实施的序曲，从1999年起北京实施DB11/1051998地方法规，2000年起全国实施GB149611999汽车排放污染物限值及测试方法（等效于91/441/1EEC标准），同时压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法也制订出台；与此同时，北京、上海、福建等省市还参照ISO3929中双怠速排放测量方法分别制订了汽油车双怠速污染物排放标准地方法规，这一条例标准的制订和出台，使我国汽车尾气排放标准达到国外九十年代初的水平。 目前在我国新车常用的欧和欧标准等术语，是指当年EEC颁发的排放指令。例如适用于重型柴油车（质量大于3.5吨）的指令“EEC88/77”分为两个阶段实施，阶段A（即欧）适用于1993年10月以后注册的车辆；阶段B（即欧）适用于1995年10月以后注册的车辆。 汽车排放的欧洲法规（指令）标准的内容包括新开发车的型式认证试验和现生产车的生产一致性检查试验，从欧开始又增加了在用车的生产一致性检查。 汽车排放的欧洲法规（指令）标准的计量是以汽车发动机单位行驶距离的排污量（g/km）计算，因为这对研究汽车对环境的污染程度比较合理。同时，欧洲排放标准将汽车分为总质量不超过3500公斤（轻型车）和总质量超过3500公斤（重型车）两类。轻型车不