汽车运用工程第七章汽车环保性

汽车环保性是指汽车排放、汽车噪声和汽车电磁干扰方面的性能。随着汽车工业的迅速发展，汽车保有量急剧增加，汽车排放对大气的污染、汽车噪声对环境的危害和电磁干扰对环境的影响已构成汽车三大公害。目前，世界许多国家都制定了汽车排放、噪声和电磁干扰标准，这对汽车生产和使用维修部门都提出了新的要求。,前言,由于低公害新结构汽车的生产和控制排气污染的各种自控系统的出现，原有的知识与技术已不能适应汽车检测和维修工作的需要。因此，了解汽车公害的形成机理和掌握其检测技术已成为正确运用和维修汽车的必要条件。,前言,汽车的有害气体主要通过汽车尾气排放、曲轴箱窜气和汽油蒸汽等三个途径进入大气中，造成对大气的污染。 1.汽车尾气排放 尾气排放是汽车最主要的大气污染源，排放物包含有许多种成分，并且随发动机类型及运行条件的改变而变化。若燃料和空气完全燃烧时，其发动机排气的基本成分是二氧化碳（CO2）、水蒸气（H2O），过剩的氧（O2）及残余的氮（N2）等，这些物质均是无毒的。,7.1 汽车排气公害 7.1.1 汽车污染源,排气中除了上述基本成分外，还有不完全燃烧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）、颗粒物（炭烟、油雾等）、二氧化硫（SO2）以及臭气（甲醛、丙稀醛）等。这些污染物基本上都是有毒的，而且它们的排放量随汽车运行工况的不同变化较大。其排放总量，在柴油机排气中占不到废气总量的1%，而在汽油机中所占的比例最高可达5%以上。表7.1给出汽车在不同运行工况下排气中有害成分的含量值。,7.1 汽车排气公害 7.1.1 汽车污染源,在有害成分中，CO、HC、NOx和碳烟是造成大气污染的主要物质，汽车和内燃机的净化措施就是研究如何控制汽车排气中这些物质的含量。,7.1 汽车排气公害 7.1.1 汽车污染源,7.1 汽车排气公害 7.1.1 汽车污染源,7.1 不同工况下汽车排气有害成分的含量,2.曲轴箱窜气 在发动机工作的压缩行程和做功行程，燃烧室的气体由活塞与汽缸之间的间隙窜入曲轴箱后，由于曲轴箱内必须有新鲜空气不断循环，早期的方法是将曲轴箱与空气滤清器连通，外界新鲜空气从加机油管口盖的空气过滤器进入曲轴箱，和窜气混合后，由进气歧管真空度吸入空气滤清器，过滤后进入汽缸烧掉。这种方法，在发动机高负荷运转时，窜气量增加，但由于进气歧管真空度减弱，反而不能全部吸走窜气，因此窜气会从加机油管口盖处逸出，造成污染。,7.1 汽车排气公害 7.1.1 汽车污染源,其主要污染物是HC，也有部分CO、NOx等。自从有了封闭式带PCV阀的曲轴箱强制通风装置后，这部分污染得到了有效的控制。图7.1是目前汽车上普遍采用的封闭式曲轴箱强制通风装置。从空气滤清器引入新鲜空气，经C管和闭式呼吸器进入曲轴箱，与窜气混合后，从汽缸盖罩经A管，由PCV阀计量后吸入进气歧管进入汽缸内烧掉。高速、高负荷时进气歧管真空度减弱，一旦窜气量过多而不能完全吸尽时，窜气会从曲轴箱倒流入空气滤清器，吸入进气管进入汽缸烧掉。,7.1 汽车排气公害 7.1.1 汽车污染源,7.1 汽车排气公害 7.1.1 汽车污染源,3.汽油蒸气 由于温度升降产生呼吸作用，使油箱中的油蒸气HC向大气中排放；油管接头处的渗漏蒸发也向大气中排放HC。目前采用活性炭罐吸附使油箱的HC，汽油蒸气排放得到了一定的控制，但并未从根本上解决这一污染源的污染问题。,7.1 汽车排气公害 7.1.1 汽车污染源,汽车排放是目前增长最快的大气污染源，在发达国家城市区域，汽车是CO、HC、NOx和O3等空气污染物的主要来源，柴油车排放的细微颗粒物在城市区域往往也占到很大的比重。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,1.一氧化碳 一氧化碳是燃料不完全燃烧产物，是汽车及内燃机排气中有害浓度最大的产物。现代发达国家城市空气中的CO有80%是汽车排放的。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,一氧化碳是无色、无味、无臭的窒息性易燃有毒气体。一般城市中的CO水平对植物及有关的微生物均无害，但对人体则有害，因为它能与血红素作用生成羧基血红素。试验证明，血红素与一氧化碳的结合能力较与氧的结合能力大200300倍，因此，使血液输送氧的能力降低而引起缺氧。一氧化碳被人体大量吸入后会使人发生恶心、头晕、疲劳症状，严重时会使人窒息死亡。表7.2是不同浓度CO对人体健康的影响。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,表7.2 不同含量CO对人体健康的影响,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,2.碳氢化合物 碳氢化合物主要是未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物。汽车排放的碳氢化合物主要有烷烃或饱和烃CnH2n2、环烷烃CnH2n、烯烃、芳香族化合物和含氧化合物醛、醇、醚类和酮类。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,烷烃有100多种，其中直链烃最多，其碳原子数为137，带有支链的异构烷烃其碳原子数在6以下；多环芳香烃有200多种；醚、醇、酮和醛的数量在十几种到几十种不等。通常含有110个碳原子的挥发性碳氢化合物在大气中以气相存在。含有较多碳原子的不易挥发的碳氢化合物经常形成气溶胶或吸附在微粒物上。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,饱和烃危害不大，不饱和烃危害性很大。甲烷气体无毒性。当甲醛、丙烯醛等醛类气体含量（体积分数）超过1×10-6时，就会对眼、呼吸道和皮肤有强刺激作用；含量（体积分数）超过25×10-6时，会引起头晕、呕心、红白血球减少、贫血；超过1000×10-6时，会急性中毒。苯是无色气体，但有特殊气味。应当引起特别注意的是带更多环的多环芳香烃，如苯并芘及硝基烯，是强致癌物质。烃类成分还是引起光化学烟雾的重要物质。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,3.氮氧化物 氮氧化物是燃料高温燃烧过程中剩余的氧与氮化合形成的产物，其主要成分有NO、NO2、N2O3、N2O5等，总称为NOx。在汽车排放中主要是NO，约占95%，其次是NO2，约占5%。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,NO是无色无味气体，稍溶于水，只有轻度刺激性，毒性不大，高浓度时会造成中枢神经轻度障碍，NO可被氧化成NO2。NO2是一种棕红色强生理刺激性的有毒气体，是引起急性呼吸道疾病的主要物质，在含量（体积分数）为（0.0630.083）×10-6下，持续6个月，儿童的支气管炎发病率就会增加，含量（体积分数）为0.1×10-6时即可嗅到，1×10-64×10-6就感到恶臭，其对人体健康的影响见表7.3。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,表7.3 不同含量的NO对人体健康的影响,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,NO2吸入人体后，和血液中血红素蛋白Hb结合，使血液输氧能力下降，对心脏、肝、肾都会有影响。NO2会使植物枯黄，但NO2较易扩散，遇水易溶解：3NO2+H2O2HNO3NO。故其累积含量不会过高。NO2是地面附近大气中形成光化学烟雾产生臭氧的主要物质。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,4.风光化学烟雾 光化学烟雾是汽车排放到大气中的HC和NOx在太阳光能（30004000×10-10m紫外线）作用下进行光化学反应生成臭氧、醛类和过氧化酰基硝酸盐等形成的一种浅蓝色烟雾。它是一种强刺激性有害气体的二次污染物。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,空气中的HC和NOx在特殊的地理环境，即大气对流不畅的河谷、盆地的工业交通发达地区；特定的气象条件，即夏秋晴朗季节，日照充足，无风，大气处于稳定状态下，产生一系列光化学反应生成。 光化学烟雾各成分含量的变化规律如图7.2所示。HC和NO2在上午上班时间（8点左右）含量达到最高值；经34h照射后，臭氧和醛类的含量达到最大值。到了晚上，臭氧和醛类等的含量便显著降低。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,光化学烟雾的主要危害可归纳为四个方面。第一是光化学烟雾中的甲醛、过氧化苯甲醛酰硝酸酯和丙烯醛对眼睛的刺激。第二是光化学烟雾中的臭氧是强氧化剂，引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等症状，空气中臭氧的含量对人体健康的影响如表7.4所示。第三是光化学烟雾中的臭氧对有机物质（如橡胶、棉布、尼龙和聚酯等）的损害。第四是使哮喘病增多，植物毁坏。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,表7.4 臭氧的含量对人体健康的影响,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,5.微粒 汽车排放到大气中的微粒绝大多数是直径小于1m以下的固态和液态物质，属于PM2.5范畴之内，以气溶胶、烟雾、尘埃等状态存在于大气中。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,汽油机和柴油机所排放的微粒是不同的，汽油机主要是铅化物、硫酸盐以及一些低分子物质，只有当技术状况变坏，烧机油时，才有大量碳烟排出；柴油机微粒排放要比汽油机高3060倍，成分也更复杂，它是一种类似石墨形式的含碳物质（碳烟）并凝聚和吸附了相当数量的高分子可溶性有机物和SO2等，这些有机物包括未燃的燃油、润滑油及其不同程度的氧化和裂解产物。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,（1）铅化物。铅化物是发动机燃用含铅汽油时，抗爆剂四乙基铅的燃烧产物，其微粒直径小于0.2m排放到大气中的铅化物除燃烧直接排出的小颗粒外，多数是附着于排气道及消声器而逐渐长大的颗粒，大部分散落在地面上。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,铅化物主要影响人的神经系统，可导致智力低下。由于儿童摄入的铅剂量相对其体重更高，而神经系统又正处于发育阶段，因此儿童是铅污染的主要受害者。它可通过肺部、消化器官和皮肤等途径进入人体，并在体内逐渐蓄积起来，妨碍红血球的生长和发育。儿童的血铅水平与儿童智能发育障碍、神经系统发育等问题都有显著的相关关系，据上海市调查，当铅含量提高0.01mg/（100mL），儿童智力将下降7%。高血铅儿童成年以后高血压、心肌梗塞和慢性肾功能衰竭的发病率都将明显提高。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,血液中含铅量超过0.010.06 mg/（100mL）时，将引起贫血、牙齿变黑、肝功能不正常等慢性中毒症状，提高心血管、肾炎的发病率；含铅量超过0.08mg/（100mL）时，会出现四肢麻痹、腹痛直至死亡等典型铅中毒症状。铅还会使催化转化器中催化剂“中毒”失效，影响其使用寿命。我国于2000年7月1日开始全面禁止使用有铅汽油。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,（2）碳烟。碳烟是柴油在高温（20002200）、局部缺氧的条件下，经过热裂解、脱氢，再经聚合、环构化和进一步脱氢形成的具有多环结构的不溶性碳烟晶核，然后经不断聚集、长大成为大的、甚至肉眼能见的碳烟微粒。其形成过程如图7.3所示。,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,7.1 汽车排气公害 7.1.2 汽车主要污染物的产生与危害,碳烟微粒表面往往粘附有SO2和致癌物质苯并芘等有机化合物和臭气，对人体和生物都有危害，且微粒越小，悬浮在空气中的时间越长，吸入人体后滞留在肺部和支气管中的比例越大，危害也就越大。,小于0.1m的碳烟微粒能在空气中作随机运动，进入肺部并附在肺细胞的组织中，有些还会被血液吸收。0.10.5m微粒能深入肺部并粘附在肺叶表面的粘液中，随后会被绒毛所清除。碳烟微粒除对人体呼吸系统有害外，由于微粒的孔隙内粘附着SO2、未燃HC、NO2等有毒物质或苯并芘等致癌物，因而对人体健康造成更大危害。