汽车尾气处理技术研究Word文件下载.doc
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摘要
随着汽车社会拥有率的大幅增加，汽车尾气对大气造成的污染也日益加重。
从全国来看汽车尾气污染分担率已经上升到了95%，年排放一氧化碳为3500万吨，碳氢化合物为500万吨，氮氧化合物为380万吨。
我国定期发布空气质量周报的30个城市的资料显示，有相当一部分城市的空气呈现中度、重度污染。
环保部门监测表明：
大气中HC的96%，CO的86%，NO。
的56%来自机动车排放，北京、上海、广州等10余个城市已经出现最为严重的光化学烟雾的先兆。
上海1993--1994年监测结果表明：
主要交通路口和路段大气中的CO平均浓度超标率达27%，最大超标倍数为2.1倍，NO平均浓度超标率为85%，最高日均浓度超标倍数达9倍;
其他城市主要交通道路上大气污染物超标现象亦很严重，有资料表明，这些区域的汽车尾气污染都很严重。
而且，近年来随着我国汽车产销量的迅速增长，我国的汽车保有量越来越多，都集中在大城市，而且车况差，都集中在大城市，原油质量低，单车的排污往往高出国外同类车的几倍，因此汽车尾气已对我国城市空气质量造成巨大的威胁。
汽车尾气处理刻不容缓，本文就汽车尾气成分进行分析，对国内外汽车尾气处理技术进行分析、比较，并且列举了尾气处理技术改进建议，希望可以给汽车研究个人或者团体给予帮助。
关键词：
汽车尾气处理：
稀薄燃烧：
三效催化剂：
ABSTRACT
Withtheincreaseofcarownership,thepollutioncausedbyautomobileexhaustisincreasing.Fromthepointofviewofthewholenation,thepollutionshareratehasrisento95%,theannualemissionsofcarbonmonoxideis35000000tons,thehydrocarbonis5000000tons,andthenitrogenoxygencompoundis3800000tons.Ourcountryregularlypublishairqualityweeklydatashowthataconsiderablepartofthecity'
sairismoderate,severepollution.Environmentalprotectiondepartmentmonitoringshows:
96%oftheatmosphere,CO86%,NO.56%,Beijing,,Shanghai,Guangzhouandother10citieshaveemergedasthemost.Shanghai1993--1994annualmonitoringresultsshowthat:
themaintrafficjunctionsandsectionsoftheCOaverageconcentrationexceeded2.1,theaverageconcentrationofNOexceeded85%,thehighestaveragedailyconcentrationThestandardmultipleof9times;
othercitiesinthemainroadontheairpollutantsexceededthephenomenonisalsoveryserious,thedatashowthattheseareasofautomobileexhaustpollutionisveryserious.
Andinrecentyears,withtherapidgrowthofChina'
sautomobileproductionandsales,ourcountryautomobileretainmoreandmore,areconcentratedinlargecities,andpoorcondition,areconcentratedinlargecitieswithlowqualitycrudeoilandsewageofcyclingareoftenhigherthanthesimilarforeigncarseveraltimes,sotheautomobiletailgashasonChina'
surbanairqualitycausedgreatthreat.Automobileexhausttreatmentwithoutdelay,theautomobileexhaustgascompositionanalysis,tothedomesticandforeignautomobileexhaustprocessingtechnologyanalysis,comparison,andliststheexhausttreatmenttechnologyimprovementsuggestions,hopingtoprovideassistancetotheautomotiveresearchindividualsorgroups
.Keywords:
automobiletailgastreatment:
leanburn:
threeeffectcatalyst:
目录
第1章绪论 1
1.1汽车尾气 1
1.2汽车尾气主要成分及危害概述 1
1.2.1一氧化碳 1
1.2.2氮氧化物 1
1.2.3碳氢化合物 1
1.2.4硫氧化物 2
1.2.5挥发性有机物 2
1.2.6臭氧 2
1.2.7铅 2
1.2.8碳烟微粒 3
第2章汽车尾气处理技术 4
2.1我国汽车尾气排放标准
4
2.1.1第一阶段
2.1.2第二阶段
2.1.3第三阶段
2.2机内尾气处理技术 5
2.3机外尾气处理技术 5
2.3.1贵金属催化剂 5
2.3.2非贵金属催化剂 6
2.4其他尾气处理技术 6
2.4.1采用无铅汽油。
6
2.4.2掺入添加剂。
2.4.3选用恰当的润滑剂。
7
2.4.4采用绿色燃料。
2.4.5用多种燃料作为汽车燃料。
2.4.6节约能源。
第3章汽车尾气处理技术发展趋势 8
3.1车用汽油机机内净化技术
8
3.1.1采用电控发动机 8
3.1.2曲轴箱强制通风系统的设计 8
3.1.3废气再循环系统的设计 8
3.1.4蒸发排放控制系统的设计 8
3.2车用汽油机后处理净化 8
3.2.1三效催化剂
3.2.2热反应器
9
3.2.3空气喷射
3.3稀薄燃烧技术 9
3.3.1GDI系统 9
3.3.2PFI系统 10
3.3.3HCCI系统 11
第4章总结 12
参考文献 13
III
第1章绪论
1.1.汽车尾气
汽车尾气主要是指柴油、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。
汽车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。
1.2汽车尾气主要成分及危害概述
1.2.1一氧化碳
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与血红蛋白结合的速度比氧气快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。
1.2.2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。
在二氧化氮浓度为9.4mg/m3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。
1.2.3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VOC，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。
1.2.4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。
1.2.5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。
1.2.6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。
1.2.7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。
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。
1.2.8碳烟微粒
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。
第2章汽车尾气处理技术
与国外先进国家相比而言，我国汽车尾气排放法规起步较晚、水平较低，根据我国的国情出发，从八十年代初期伊始采取先易后难分阶段实施的具体方案，具体实施至今主要分为三个阶段。
2.1.1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。
2.1.2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ECER15-04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ECER15-03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
R15-03标准）。
2.1.3第三阶段
以北京市DB11/105-1998《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DB11/105-1998地方法规，2000年起全国实施GB14961-1999《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。
2.2机内尾气处理技术
机内治理技术是通过对发动机的调整和改造，改善燃烧过程，以防止或减少有害污染物在机内生成。
机内净化的主要方式是改进发动机的燃烧方法，即利用所谓稀薄燃烧方式来接近理想燃烧方式，以在较好的条件下使混合气体燃烧，减少污染物的发生量。
由于一氧化碳的生成主要取决于空燃比，氮氧化物的生成主要取决于燃气的最高温度、在高温下停留时间和燃气中的含氧量，根据他们生成的特点，科学家有针对性地进行了治理技术研究。
其措施有：
一是改进燃烧室结构，如采用复合涡流控制燃烧，MCA-JET三门发动机;
二是改进点火系统，如在化油器上设置断油装置和稀混合气供给装置，采用延迟点火装置和晶体管点火装置等。
目前国外已运用的机内净化方法有：
延迟点火法、废气再循环装置（EGR）、控制燃烧装置（CCS）、清洁空气装置（CAP）、电子控制汽油喷射系统装置等，都能有效的降低一氧化碳、碳氢化合物的排放量，抑制氮氧化物的生成。
2.3机外尾气处理技术
机内净化能减少有害气体的生成，但不能除去已生成的有害气体。
通常人们更关注的是机外净化。
催化净化是目前研究与应用最多的机外净化方式。
70年代以来，许多国家都进行了汽车尾气净化催化剂的研究。
目前已投入使用的催化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂两种。
2.3.1贵金属催化剂
1978年美国某公司首先推出了同时有效地处理汽车尾气中的CO、HC和NO三种气体的贵金属三效催化剂TWC。
80年代中期，TWC的制备和应用已趋成熟，它以蜂窝状堇青石为第一载体，以γ-Al2O3为第二载体，Pt、Pd和Rh为活性组分，Ce、La等稀土元素作为助剂。
贵金属催化剂TWC具有机械强度高，比表面积大，气阻小和活性高等优点，在105r/h的高速和300~650℃条件下对3种污染物的转化率均高于80%，且行车10104km无明显失活，但它也有自身的不足。
首先，它的转化率受空燃比（A/F）影响较大。
只有在发动机A/F达14.6的条件下操作时，催化剂对HC、CO及NO的净化才可同时达到最佳值。
因此，2等发达国家的汽车排气管中普遍安装了具有氧探头的燃料喷射电子控制系统，以控制A/F比在理想的状态。
其次，Pt、Rh、Pd等贵金属价格昂贵，资源有限，且抗SO2和Pb中毒性能差，限制了它的普遍使用。
因此，国内外科研工作者开始致力于非贵金属催化剂方面的探索。
2.3.2非贵金属催化剂
近年来，过渡金属和稀土元素的氧化物型和复合氧化物型催化剂一直受到人们的重视。
已有一些过渡金属氧化物型、钙钛矿型的催化剂研制成功并投入使用。
对于稀土资源丰富的我国来说，开发非贵金属催化剂具有广阔的前景。
谭宇新等以稀土元素La、Ce和过渡元素Cu、Ca、Mn为主添加少量Pd作为活性组分，研制出La-Co-Cu-Mn-Ce-Pd等稀土催化剂具有高活性，高热稳定性和和低起燃温度，操作弹性好等特点。
有的研究者以Fe2O3为载体，经高温焙烧制成一种新型复合金属氧化物催化剂，WCX-1（Re-Ni-Co-Cu-Ox/Fe2O3），该催化剂具有较好的高温活性及很强的抗SO2中毒和抗积炭性能。
2.4其他尾气处理技术
2.4.1采用无铅汽油。
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、生殖系统以及癌致畸等毒性作用也可能发生。
2.4.2掺入添加剂。
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。
若采用“甲醇燃料”，即采用甲醇和其它醇类同汽油混合所制成的燃料。
当甲醇占比例30%～40%，汽车尾气排出的污染物可基本上消除。
2.4.3选用恰当的润滑剂。
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。
市面上添加剂品种多样，纳米技术制备的添加剂很多，效果也是良莠不齐，慎重选择。
此外，采用上述固体润滑剂可使汽车发动机汽缸密封性能大大改善，汽缸压力增加，燃烧完全。
尾气排放中，CO和碳氢含量随之下降，可减轻对大气环境的污染。
2.4.4采用绿色燃料。
据美国的俄亥俄州某研究所用豆油与甲醇、烧碱混合，然后去除其中的甘油，从而可获得“大豆柴油”。
用“大豆柴油”，以3∶7的比例掺入到普通柴油中，可供柴油汽车之用。
它可大大减少发动机工作时排放的硫化物、碳氢化合物、一氧化碳和烟尘。
故誉作绿色燃料。
2.4.5用多种燃料作为汽车燃料。
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。
2.4.6节约能源。
根据有关专家指出，开发乙醇代替汽油，即节约能源，又可消化陈粮，使汽车排出的有害汽体减少，是一项有利于保护环境和资源的新课题。
第3章汽车尾气处理技术发展趋势
3.1．车用汽油机机内净化技术
所谓机内净化就是从有害排放物的生成机理及影响因素出发，以改进发动机燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。
简单说就是降低污染物生成量的技术，如改进发动机的燃烧室结构、改进点火系统、改进进气系统、采用电控汽油喷射、采用废气再循环技术等。
机内净化被公认为是治理车用汽油机排气污染的治本措施。
3.1.1采用电控发动机
发动机电子控制系统是根据相应传感器的信号由汽车电脑精确的控制喷油和点火，使发动机处于最佳状态下工作，不仅
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