环境污染与内燃机排放污染物

1、汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 1太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院内燃机排放与控制内燃机排放与控制太原理工大学太原理工大学机械工程学院车辆工程系机械工程学院车辆工程系主讲人：张翠平主讲人：张翠汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 2太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院教教 材材内燃机排放与控制内燃机排放与控制 张翠平张翠平 王铁王铁 机械工业出版社机械工业出版社汽车排放及控制技术汽车排放及控制技术 第第2版版 龚金科龚金科 人民交通出版社人民交通出

2、版社主要参考书主要参考书NoImage汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 3太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院课程目的课程目的 汽车排放污染与控制技术课程是车辆工程专业一门重要的专业课程，其教学目的是：通过本课程的学习，要求学生掌握汽车发动机三种有害气体排放物即一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化合物NOx及光化学烟雾和微粒的生成机理和影响因素，掌握发动机有害排放物控制的基本理论与方法、净化技术和发展趋势，主要包括汽油机和柴油机的机内净化技术、后处理净化技术，掌握气体污染物的测量原理和方法以及微粒的测量和分析。汽车排放与控制汽车排放与

3、控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 4太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 了解燃料性质对排放的影响，了解车用汽油机污染物排放法规和车用柴油机排气烟度及可见污染物排放法规，了解欧美等国家的排放法规及其最新发展。在学完本课程之后，应具备分析和设计发动机排放控制技术的能力，能开展发动机排放污染及控制技术方面的研发工作。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 5太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院学时分配学时分配 章节教学内容学时 1环境污染与内燃机排放污染物2 2内燃机排放污染物的生成机理与影响因素43汽油机

4、机内净化技术44汽油机后处理净化技术4 5柴油机机内净化技术4 6柴油机后处理净化技术47排放污染物的测试技术48汽车排放法规及测试规范39车用低排放燃料及新型动力系统3合计 32汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 6太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院第第1章章 环境污染与内燃机排放污染物环境污染与内燃机排放污染物1.1 环境污染与保护环境污染与保护1.2 环境空气质量标准环境空气质量标准1.3 大气污染与汽车大气污染与汽车 1.4 汽车发动机排放污染物及其危害汽车发动机排放污染物及其危害1.5 污染物的评定指标污染物的评定指标汽车排

5、放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 7太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 目前全球环境问题表现为森林植物破坏、水土严重流失、土地沙漠化扩大、生物多样性减少、大气污染日益严重、温室效应加剧、大气臭氧层破坏、酸雨蔓延、能源危机、水污染加剧、各种自然灾害频繁发生等等。总之，生态平衡遭破坏，环境严重恶化，将严重危害人体健康，发展下去最终将使自然界失去供养人类生存的能力。 因此环境问题己成为国际性热点问题，引起人们的严重关注。 1.1 环境污染与保护环境污染与保护汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 8太原

6、理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 在诸多的环境问题中，大气污染是一个十分严重的问题。世界上许多城市都曾出现过很严重的空气污染事件。 1943年，美国洛杉矶市发生了世界上最早的光化学烟雾事件，此后，在北美、日本、澳大利亚和欧洲部分地区也先后出现这种烟雾。经过反复的调查研究，直到1958年才发现，这一事件是由于洛杉矶市拥有的250万辆汽车排气污染造成的，这些汽车每天消耗约1600 t汽油，向大气排放1000多吨碳氢化合物和400多吨氮氧化物，这些气体受阳光作用，酿成了危害人类的光化学烟雾事件。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 9太原理工

7、大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 1952年12月伦敦上空受强冷空气控制，形成逆温层。大雾弥漫，连续四天烟雾笼罩，二氧化琉（SO2）浓度高达3.5mg/m3，颗粒物质高达4.5mg/m3。成千上万市民胸部憋闷，咳嗽呕吐，心血管、呼吸系统疾病迅速上升，4天内死亡4000多人，造成震惊世界的“伦敦烟雾事件”。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 10太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 11太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 1955年格杉

8、矶又出现“光化学烟雾事件”，由于汽车排气造成大气中臭氧严重超标，使烟雾的浓度高达0.65ppm。造成大批森林枯黄死亡，成千上万人得红眼病，呼吸系统疾病迅速上升，65岁以上老人几天内死亡400多人。 这些典型的大气污染事件表明，大气污染与人类对能源的利用有着密切的关系。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 12太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院大气污染分类按污染区域分类大气污染局部污染区域性污染全球性污染汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 13太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院局

9、部污染出现在一个城市或更小区域范围出现在一个城市或更小区域范围的空气污染，如北京、广州、兰州等城市的空气的空气污染，如北京、广州、兰州等城市的空气污染，其距离尺度一般小于污染，其距离尺度一般小于100km2。区域性污染范围在范围在500km2以上的地区出现以上的地区出现的空气污染，以及这些污染物的跨国输送，最典的空气污染，以及这些污染物的跨国输送，最典型的是酸雨问题，如北美、欧洲、中国西南三大型的是酸雨问题，如北美、欧洲、中国西南三大酸雨区。酸雨区。全球性污染污染范围在数千污染范围在数千km2以上的大以上的大气环境问题，如温室气体排放引起的全球气候变气环境问题，如温室气体排放引起的全球气候变化

10、，以及空调制冷剂和有机溶剂在使用中排放的化，以及空调制冷剂和有机溶剂在使用中排放的氯氟烃（氯氟烃（CFCS）对地球平流层臭氧的破坏等。）对地球平流层臭氧的破坏等。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 14太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院大气污染分类按大气污染源人为污染源人为污染源天然污染源天然污染源生活污染源生活污染源工业污染源工业污染源交通污染源交通污染源汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 15太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院天然污染源是指自然界向大气排放污染物的地点或

11、地区，如排放灰尘、二氧化硫、硫化氢等污染物的活火山、自然逸出的瓦斯气、土壤和岩石的风化，以及发生森林火灾、地震等发生自然灾害的地方.汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 16太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 2010年4月22日晚，冰岛埃亚菲亚德拉火山喷发出的黑烟汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 17太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院冰岛火山喷发冰岛火山喷发 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 18太原理工大学机械工程学院太原理

12、工大学机械工程学院 人为污染源按人们的社会活动功能可分为生活污染源、工业污染源、交通污染源等。其中交通运输业是最主要的污染源之一，汽车、火车、轮船、飞机等交通工具都需要燃烧燃料，排放废物，对大气造成污染，其中以汽车为甚。 汽车成为主要的运输和代步工具后，在提高社会生产效率，改善人们生活质量的同时，也消耗了大量的能源，排放的尾气也成了主要的交通污染源。与固定污染源相比，汽车尾气排放的高度与人群呼吸带相同，排出的污染物长时间在城市的街道、楼群中滞留，对人们健康的危害最直接。可以说，汽车是一个流动的污染源。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 19太原理

13、工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院中华人民共和国环境保护法中华人民共和国环境保护法和和中华人民共和中华人民共和国大气污染防治法国大气污染防治法制定了制定了环境空气质量标准环境空气质量标准（GB3095-1996）我国评价空气质量好坏的科学依据我国评价空气质量好坏的科学依据1.2 环境环境空气质量标准空气质量标准汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 20太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 2012年根据经济社会发展状况和环境保护要求，对该标准进行了适时修订，环境空气质量标准（GB 3095-2012）规定了环境空气功能区分类、标准

14、分级、污染物项目、平均时间及浓度限值、监测方法、数据统计的有效性规定及实施与监督等内容。 GB 3095-2012分期实施的时间要求为：汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 21太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 GB3095-1996污染物项目包括二氧化硫SO2、总悬浮物颗粒TSP、可吸入颗粒物PM10、氮氧化物NOx、碳氧化物等， 总悬浮颗粒物(Total Suspended Particicular，TSP)：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径100m的颗粒物。 可吸入颗粒物(Particular matter less tha

15、n10m，PM10)：指悬浮在空气中，空气动力学当量直径10m的颗粒物。 氮氧化物(以NOX计)：指空气中主要以一氧化氮和二氧化氮形式存在的氮的氧化物。 铅(Pb)：指存在于总悬浮颗粒物中的铅及其化合物。 苯并(a)芘(BaP)：指存在于可吸入颗粒物中的苯并a芘。 氟化物(以F计)：以气态及颗粒态形式存在的无机氟化物。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 22太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 GB 3095-2012修订的主要内容有： 调整了环境空气功能区分类，将三类区并入二类区； 增设了细颗粒物PM2.5（粒径小于等于2.5m）浓

16、度限值和臭氧O38小时平均浓度限值； 调整了可吸入颗粒物PM10（粒径小于等于10m）、二氧化氮、铅和苯并a芘等的浓度限值； 调整了数据统计的有效性规定。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 23太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院GB 3095-2012将环境空气功能区分为二类：一类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的区域；二类区为居住区、商业交通居民混合区、文化区、工业区和农村地区。一类区适用一级浓度限值，二类区适用二级浓度限值。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 24太原理

17、工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院环境空气污染物基本项目浓度限值环境空气污染物基本项目浓度限值 序号污染物项目平均时间浓度限值单位一级二级1二氧化硫（SO2）年平均2060g/m324 小时平均501501 小时平均1505002二氧化氮（NO2）年平均404024 小时平均80801 小时平均2002003一氧化碳（CO）24 小时平均44mg/m31 小时平均10104臭氧（O3）日最大 8小时平均100160g/m31 小时平均1602005颗粒物（粒径小于等于 10 m）年平均407024 小时平均501506颗粒物（粒径小于等于 2.5 m）年平均153524 小时平均357

18、5汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 25太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院环境空气污染物其他项目浓度限值环境空气污染物其他项目浓度限值 序号 染物项目平均时间浓度限值 单位一级二级1总悬浮颗粒物（TSP）年平均80200g/m324 小时平均1203002氮氧化物（NOx）年平均505024 小时平均1001001 小时平均2502503铅（Pb）年平均0.50.5季平均114苯并a芘（BaP）年平均0.0010.00124 小时平均0.00250.0025汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工

19、程系 26太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 2011年12月，位于北京的美国驻华大使馆监测到高达522ug/m3的PM2.5瞬时浓度，对应的空气质量指数已经超过上限值。这也是继2010年11月21日后，美使馆监测到的PM2.5瞬时浓度的第二次“爆表”。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 27太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 28太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理

20、工大学车辆工程系 29太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 30太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院表表1 空气污染指数对应的污染物浓度限值空气污染指数对应的污染物浓度限值空气污染指数的定义及分级限值空气污染指数的定义及分级限值API（Air Pollution Index的英文缩写）是空气污染指数，的英文缩写）是空气污染指数，我国城市空气质量日报我国城市空气质量日报API分级标准如表分级标准如表1：污染指数污染物浓度（mg/m3）APISO2日均值NO2日均值PM10日均值CO小时均值O3

21、小时均值500.0500.0800.050 50.1201000.1500.1200.150 100.2002000.8000.2800.350 600.4003001.6000.5650.420 900.8004002.1000.7500.5001201.0005002.6200.9400.6001501.200汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 31太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 空气污染指数划分为050、51100、101150、151200、201250、251300和大于300七档，对应于空气质量的七个级别，指数越大，级

22、别越高，说明污染越严重，对人体健康的影响也越明显。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 32太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 空气质量指数（空气质量指数（Air Quality Index，简，简称称AQI）是定量描述空气质量状况的无量纲）是定量描述空气质量状况的无量纲指数。针对单项污染物的还规定了空气质指数。针对单项污染物的还规定了空气质量分指数（量分指数（Individual Air Quality Index，简称简称IAQI）。利用空气质量指数可以直观）。利用空气质量指数可以直观地评价大气环境质量状况并指导空气污染地评价大气

23、环境质量状况并指导空气污染的控制和管理。的控制和管理。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 33太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 2012年上半年出台规定，将用空气质量指数（年上半年出台规定，将用空气质量指数（AQI）替代原）替代原有的空气污染指数（有的空气污染指数（API）。）。AQI共分六级，从一级优，二共分六级，从一级优，二级良，三级轻度污染，直至五级重度污染，六级严重污染。级良，三级轻度污染，直至五级重度污染，六级严重污染。 AQI与原来发布的空气污染指数（与原来发布的空气污染指数（API）有着很大的区别。）有着很大的区别。

24、AQI分级计算参考的标准是新的环境空气质量标准（分级计算参考的标准是新的环境空气质量标准（GB3095-2012），参与评价的污染物为），参与评价的污染物为SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO等六项；而等六项；而API分级计算参考的标准是分级计算参考的标准是老的环境空气质量标准（老的环境空气质量标准（GB3095-1996），评价的污染物），评价的污染物仅为仅为SO2、NO2和和PM10等三项，且等三项，且AQI采用分级限制标准采用分级限制标准更严。因此更严。因此AQI较较API监测的污染物指标更多，其评价结果监测的污染物指标更多，其评价结果更加客观。更加客观。汽车排放与控制汽车排

25、放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 34太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 35太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 36太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院太原太原9个监测点（个监测点（2013.7.22）汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 37太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院中国汽车工业协会发布的汽车产销数据

26、显示，中国汽车工业协会发布的汽车产销数据显示，2009年国产汽车产销突破年国产汽车产销突破1300万辆居世界第一。万辆居世界第一。1.3 大气污染与汽车大气污染与汽车 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 38太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 据中国汽车工业协会发布的数据显示: 2010年，中国汽车产销双双超过1800万辆，稳居全球产销第一，分别达到1826.47万辆和1806.19万辆，同比分别增长32.44%和32.37%。 2011年国产汽车产销为1841.89万辆和1850.51万辆，分别增长0.84%和2.45%，比上年回落

27、31.60和29.92个百分点，增速为13年来最低。 2012年，我国汽车市场保持平稳增长态势，产销量月月超过120万辆，平均每月产销突破150万辆，我国全年累计生产汽车1927.18万辆，同比增长4.6，销售汽车1930.64万辆，同比增长4.3，产销同比增长率较2011年分别提高了3.8和1.8个百分点。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 39太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 截止2011年8月，我国汽车保有量首次突破1亿辆。我国汽车的保有量如图所示。 根据公安部最新通报：至根据公安部最新通报：至2012年底，全国机动车保有量

28、年底，全国机动车保有量已达已达2.4亿辆，机动车驾驶人数亿辆，机动车驾驶人数量已达量已达2.6亿人。汽车保有量亿人。汽车保有量1.2亿辆，去年增长亿辆，去年增长1510万辆，增万辆，增长量超过长量超过1999年底全国汽车保年底全国汽车保有量。有量。18个大中城市汽车保有个大中城市汽车保有量超过百万。汽车驾驶人首次突量超过百万。汽车驾驶人首次突破破2亿人，去年增长亿人，去年增长2647万人，万人，增长量超过增长量超过1997年底汽车驾驶年底汽车驾驶人总量。人总量。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 40太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院

29、汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 41太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 目前大气中38.5%的一氧化碳(CO)、21.7%的碳氢化合物(HC)、87.6%的氮氧化物(NOx)、6.2%的二氧化硫(SO2)、32%的微粒物(PM)均来自汽车废气排放，这些气体均对人体有毒害。而城市大气中，61%的CO、87%的HC、55%的NOx均来自汽车废气排放。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 42太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院2011年我国石油对外依存度达到年我国石油对外依存度达

30、到56.5%，比比2010年上升了年上升了1.7个百分点。我国自从个百分点。我国自从1993年首度成为石油净进口国以来，中国年首度成为石油净进口国以来，中国石油对外依存度由当年的石油对外依存度由当年的6%一路攀升，一路攀升，2009年突破年突破50%的警戒线。的警戒线。2012年我国生产的原油是年我国生产的原油是2亿零亿零400万吨，万吨，进口是进口是2亿亿8000万吨，石油的对外依存度已万吨，石油的对外依存度已经是经是58%左右。左右。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 43太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院“汽车的确给人们的出行

31、和生活增加了许汽车的确给人们的出行和生活增加了许多方便，没有理由制止人们去拥有。中国多方便，没有理由制止人们去拥有。中国这么多人口，恐怕一亿辆私家车也打不住这么多人口，恐怕一亿辆私家车也打不住。但由此带来的能源安全和环境污染的担。但由此带来的能源安全和环境污染的担忧也是必须面对的。忧也是必须面对的。”汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 44太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院1.4 汽车发动机汽车发动机排放污染物及危害排放污染物及危害汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 45太原理工大学机械工

32、程学院太原理工大学机械工程学院 内燃机用碳氢化合物燃料在燃烧室内内燃机用碳氢化合物燃料在燃烧室内完全完全燃烧燃烧时，如果不考虑燃料中的微量杂质，将只产生二时，如果不考虑燃料中的微量杂质，将只产生二氧化碳氧化碳(CO2)和水蒸气和水蒸气(H2O)。水在地球上大量存。水在地球上大量存在，内燃机排出的水分不会对地球水循环构成重在，内燃机排出的水分不会对地球水循环构成重大影响。至于大影响。至于CO2，过去并不认为它是一种污染，过去并不认为它是一种污染物，但因为含碳化石燃料的大量使用，使地球的物，但因为含碳化石燃料的大量使用，使地球的碳循环失衡，加剧了碳循环失衡，加剧了“温室效应温室效应”，引起全人类，

33、引起全人类的关注。的关注。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 46太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 二氧化碳二氧化碳CO2在大气中比例只有万分之几，它不但对在大气中比例只有万分之几，它不但对人体无害，而且对人类来说，它几乎和氧气有同等重要作人体无害，而且对人类来说，它几乎和氧气有同等重要作用，提高用，提高CO2浓度可增强植物的光合作用。浓度可增强植物的光合作用。 但是世界工业化进程引起的能源大量消耗，导致大气但是世界工业化进程引起的能源大量消耗，导致大气CO2的剧增。其中的剧增。其中30%约来自汽车排气。因约来自汽车排气。因CO2对

34、红外热对红外热辐射的吸收而形成的温室效应，会使全球气温上升、南北辐射的吸收而形成的温室效应，会使全球气温上升、南北极冰层溶化；海平面上升；大陆腹地沙漠趋势加剧，是人极冰层溶化；海平面上升；大陆腹地沙漠趋势加剧，是人类和动植物赖以生存的生态环境遭到破坏。类和动植物赖以生存的生态环境遭到破坏。 因此近年来对因此近年来对CO2的控制也已上升为汽车排放研究的的控制也已上升为汽车排放研究的重要课题。重要课题。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 47太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 实际上，燃料在内燃机中不可能完全燃烧。实际上，燃料在内燃机中不

35、可能完全燃烧。内燃机一般转速很高，燃料燃烧过程占有的时间内燃机一般转速很高，燃料燃烧过程占有的时间极短，燃料与空气不可能混合得完全均匀，燃料极短，燃料与空气不可能混合得完全均匀，燃料的氧化反应不可能完全。排气中会出现不完全燃的氧化反应不可能完全。排气中会出现不完全燃烧产物，例如烧产物，例如一氧化碳(CO)和未完全燃烧甚至完和未完全燃烧甚至完全未燃烧的全未燃烧的碳氢化合物(HC)。 内燃机最高燃烧温度往往达内燃机最高燃烧温度往往达2000以上，使以上，使空气中的氮在高温下氧化生成各种空气中的氮在高温下氧化生成各种氮氧化物(NOx)。 缺氧的燃料在高温高压环境下会发生裂解、脱缺氧的燃料在高温高压环

36、境下会发生裂解、脱氢，最后生成氢，最后生成碳烟粒子。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 48太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院汽车主要污染物汽车主要污染物 通常汽车排放的污染物以及与交通源相关的主要污染物通常汽车排放的污染物以及与交通源相关的主要污染物有：一氧化碳（有：一氧化碳（CO）、氮氧化合物（）、氮氧化合物（NOX）、碳氢化合物）、碳氢化合物（HC）和微粒）和微粒(PM)等。等。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 49太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院一氧化碳一氧化碳

37、一氧化碳（CO）无色无臭，是一种窒息性的有毒气体。产生条件：局部缺氧或低温条件下，由于烃不能完全燃烧而产生的。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 50太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 CO与血液中血红素与血液中血红素(Hb)的亲和力是氧气的亲和力是氧气的的300倍，因而倍，因而CO能很快和能很快和Hb结合形成结合形成碳氧血红素蛋白(CO-Hb)。因此当吸入。因此当吸入CO后，血液吸收和运送氧的能力降低，导致后，血液吸收和运送氧的能力降低，导致头晕、头痛等中毒症状。当吸入头晕、头痛等中毒症状。当吸入CO气体气体的体积分数达到的体积分数

38、达到0.3%时，可致人死亡。时，可致人死亡。 生成生成CO的主要原因是的主要原因是CH燃料的不完全燃燃料的不完全燃烧，除此之外，在燃烧过程中局部高温热烧，除此之外，在燃烧过程中局部高温热分解也是主要原因。分解也是主要原因。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 51太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院表表1-2 不同体积分数的不同体积分数的CO对人体健康的影响对人体健康的影响CO体积分数(10-6)对人体健康的影响CO体积分数(10-6)对人体健康的影响5103040对呼吸道患者有影响人滞留8h，视力及神经系统出现障碍，血液中CO-Hb=

39、5%人滞留8h，出现气喘12025050030001h接触，中毒，血液中CO-Hb10%2h接触，头痛，血液中CO-Hb=40%2h接触，剧烈心痛、眼花、虚脱30min即死亡汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 52太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院碳氢化合物碳氢化合物HC还包括供油系中燃料的蒸发和滴漏。饱和烃一般危害不大。不饱和烃却有很大的危害性。HC是产生光化学烟雾的重要成分。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 53太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院汽车排放与控制汽车排放与

40、控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 54太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院氮氧化物氮氧化物 氮氧化物指的是只由氮、氧两种元氮氧化物指的是只由氮、氧两种元素组成的化合物。作为空气污染物的氮素组成的化合物。作为空气污染物的氮氧化物（氧化物（NOx）常指）常指NO和和NO2。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 55太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 NO是无色无味气体，只有轻度刺激性，毒性不大，高浓度时会造成中枢神经的轻度障碍，虽然气体内存在的NO毒性较小，但NO刚从发动机排出时，很快氧化成毒性较大的N

41、O2等其它氮氧化合物。NO2 与血液中的血红素的结合能力比CO还强。NO2是一种红棕色气体，对呼吸道有强烈的刺激作用，对人体影响甚大。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，会损害心脏、肝、肾等器官。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 56太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 同时，二氧化氮还是产生酸雨和引起气候变化的主要原因。同时，二氧化氮还是产生酸雨和引起气候变化的主要原因。另外，另外，HC和和NOx在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，会生成新的污染物会生成新的污染物

42、光化学烟雾光化学烟雾。表表1-3 不同体积分数不同体积分数NO2对人体健康的影响对人体健康的影响 NO2体积分数(10-6)对人体健康的影响NO2体积分数(10-6)对人体健康的影响15101550闻到臭味闻到强臭味10min，眼、鼻、呼吸道受到刺激1 min内人呼吸困难801502503min，感到胸闷、恶心在3060 min内因肺水肿而死亡很快死亡汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 57太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院光化学烟雾光化学烟雾（photo chemical smog） 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学

43、车辆工程系太原理工大学车辆工程系 58太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 概念：主要含有氮氧化物和碳氢化合物等一次性污染物的大气，在阳光照射下发生化学反应而产生的二次污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾，因最早在1940年的美国洛杉矶首先发现，因此又称为洛杉矶烟雾。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 59太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院光化学烟雾光化学烟雾（photo chemical smog） 光化学烟雾的形成：光化学烟雾的形成： 根据氮氧化物和根据氮氧化物和碳氢化合物的

44、转化过程，只要大气中碳氢化合物的转化过程，只要大气中存在三个条件：存在三个条件： 强烈的太阳光强烈的太阳光+碳氢碳氢化合物化合物+氮氧化合物时，就会由光化学氮氧化合物时，就会由光化学反应引发一系列的化学过程，产生一反应引发一系列的化学过程，产生一些氧化性很强的物质，如些氧化性很强的物质，如臭氧臭氧O3 、过过氧酰基硝酸盐氧酰基硝酸盐PAN，硝酸，硝酸 HNO3，过，过氧化氢氧化氢 H2O2等二次污染物，该过程等二次污染物，该过程实际就是光化学烟雾的形成过程。实际就是光化学烟雾的形成过程。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 60太原理工大学机械工程学

45、院太原理工大学机械工程学院 光化学烟雾具有刺激性，呈浅蓝色。它包含有臭氧光化学烟雾具有刺激性，呈浅蓝色。它包含有臭氧(O3)、醛类、硝酸酯类、醛类、硝酸酯类(PAN)等多种复杂化合物。这些化等多种复杂化合物。这些化合物都是光化学反应生成的合物都是光化学反应生成的二次污染物。当遇到低温或不。当遇到低温或不利于扩散的气象条件时，烟雾会积聚不散，造成大气污染利于扩散的气象条件时，烟雾会积聚不散，造成大气污染事件。这种污染事件最早出现在美国洛杉矶，所以又称事件。这种污染事件最早出现在美国洛杉矶，所以又称洛洛杉矶光化学烟雾杉矶光化学烟雾。 在光化学烟雾中，在光化学烟雾中，O3约占约占85以上。以上。 O

46、3是强氧化剂是强氧化剂，能使植物变黑直至枯死，能使橡胶开裂，它有特别的臭，能使植物变黑直至枯死，能使橡胶开裂，它有特别的臭味，日光辐射强度是形成光化学烟雾的重要条件，因此每味，日光辐射强度是形成光化学烟雾的重要条件，因此每年夏季是光化学烟雾的高发季节；在一天中，下午年夏季是光化学烟雾的高发季节；在一天中，下午2时前时前后是光化学烟雾达到峰值的时刻。后是光化学烟雾达到峰值的时刻。在汽车排气污染严重的在汽车排气污染严重的城市，大气中臭氧浓度的增高，可视为光化学烟雾形成的城市，大气中臭氧浓度的增高，可视为光化学烟雾形成的信号。信号。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大

47、学车辆工程系 61太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道粘膜，引起眼睛红肿和喉炎，和上呼吸道粘膜，引起眼睛红肿和喉炎， 当大气中臭氧的浓度达到当大气中臭氧的浓度达到2001000g/m3时时，会引起哮喘发作，导致上呼吸道疾病恶化，同，会引起哮喘发作，导致上呼吸道疾病恶化，同时也刺激眼睛，使视觉敏感度和视力降低；时也刺激眼睛，使视觉敏感度和视力降低； 浓度在浓度在4001600g/m3时，只要接触时，只要接触2h就会就会出现气管刺激症状，引起胸骨下疼痛和肺通透性出现气管刺激症状，引起胸骨下疼痛和肺通

48、透性降低，使机体缺氧；降低，使机体缺氧； 浓度再高，就会出现头痛，并使肺部气道变浓度再高，就会出现头痛，并使肺部气道变窄，出现肺气肿。接触时间过长，还会损害中枢窄，出现肺气肿。接触时间过长，还会损害中枢神经，导致思维紊乱或引起肺水肿等。神经，导致思维紊乱或引起肺水肿等。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 62太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院表表1-6 不同体积分数不同体积分数O3对人体健康的影响对人体健康的影响 所以，我们必须采取一系列综合性的措施来预防和减轻光化学烟雾给人类造成的损害，但需要区别的是对流层臭氧与平流层臭氧。由内燃

49、机排放产生的臭氧是在近地面(012m)的对流层大气中出现的，称为对流层臭氧，对生态系统危害极大。而平流层的臭氧层距地面10km高，能吸收太阳的紫外线辐射，对人类和动植物起到非常有益的保护作用。O3体积分数(10-6)对人体健康的影响O3体积分数(10-6)对人体健康的影响0.020.20.20.5开始嗅到臭味1h闻到臭味3h6h视力下降1510501 h会引起气喘，2h会引起头痛全身痛，麻痹引起肺气肿30min即死亡汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 63太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院emiPqg 汽车排放与控制汽车排放与控制技术

50、技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 64太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院颗粒物或微粒颗粒物或微粒 (PM，particulate matter)颗粒物颗粒物(PM，particulate matter)的主要成分是碳的主要成分是碳烟、有机物质及少量的铅化合物、硫氧化物等。烟、有机物质及少量的铅化合物、硫氧化物等。颗颗粒物对人体健康的影响，主要取决于微粒的粒物对人体健康的影响，主要取决于微粒的浓度浓度、在空气中暴露的、在空气中暴露的时间时间及及粒径大小粒径大小。柴油机排气中。柴油机排气中的微粒比汽油机高出的微粒比汽油机高出3060倍，因而一般说到微粒倍，因而一般说到

51、微粒都是指柴油机微粒。都是指柴油机微粒。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 65太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院 颗粒的粒径大小是危害人体健康的另一重要因素，它主颗粒的粒径大小是危害人体健康的另一重要因素，它主要表现在两个方面：要表现在两个方面： （1） 粒径越小，越不易沉积，长期漂浮在大气中容易粒径越小，越不易沉积，长期漂浮在大气中容易被吸入体内，而且容易深入肺部。一般粒径在被吸入体内，而且容易深入肺部。一般粒径在100m以以上的微粒会很快在大气中沉降；上的微粒会很快在大气中沉降；10m以上的尘粒可以滞以上的尘粒可以滞留在呼吸道

52、中；留在呼吸道中；510m的尘粒大部分会在呼吸道沉积的尘粒大部分会在呼吸道沉积，被分泌的粘液吸附，可以随痰排出；小于，被分泌的粘液吸附，可以随痰排出；小于5m的微粒的微粒能深入肺部；能深入肺部；0.010.10m的尘粒，的尘粒，50以上将沉积在以上将沉积在肺腔中，引起各种尘肺病。柴油机排放中的微粒，其粒肺腔中，引起各种尘肺病。柴油机排放中的微粒，其粒度一般小于度一般小于0.3m ，可长期悬浮在大气中而不沉降，会，可长期悬浮在大气中而不沉降，会深入人肺深部造成机械性超负荷，损伤肺内各种通道的深入人肺深部造成机械性超负荷，损伤肺内各种通道的自净机制，促进其他污染物的毒害作用。自净机制，促进其他污染

53、物的毒害作用。 （2）粒径越小，粉尘比表面积越大，物理、化学活性）粒径越小，粉尘比表面积越大，物理、化学活性越高，加剧了生理效应的发生和发展。此外，尘粒的表越高，加剧了生理效应的发生和发展。此外，尘粒的表面可以吸附空气中的各种有害气体及其他污染物，而成面可以吸附空气中的各种有害气体及其他污染物，而成为它们的载体，被吸入人体，也会对人体造成损害。为它们的载体，被吸入人体，也会对人体造成损害。 汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 66太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院炭烟(soot) 炭烟是柴油发动机燃料燃烧不完全的产物，汽车发动机的炭烟

54、主要是指直径0.110m的多孔性炭粒，其内含有大量的黑色炭颗粒。燃烧中各种各样的不完全燃烧产物可以以多种形式附着在多孔的活性很强的炭粒表面，这些附着在炭粒表面的物质种类繁多，其中有些是致癌物质。 炭烟能影响道路上的能见度，并因含有少量的带有特殊臭味的乙醛，往往引起人们恶心和头晕。 为此包括我国在内的不少国家都规定了最大允许的烟度值，并规定了测量方法。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 67太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院硫氧化物 汽车内燃机尾气中硫氧化物的主要成分为二氧化硫（SO2）。当汽车使用催化净化装置时，就算很少量的SO2也会

55、逐渐在催化剂表面堆积，造成所谓催化剂中毒。 二氧化硫对人体健康有很大影响，刺激人体的眼和鼻粘膜等呼吸器官，引起鼻咽炎、气管炎、支气管炎、肺炎及哮喘病、肺心病等。 SO2还是形成酸雨的主要成分，也是影响城市能见度的主要原因之一。汽车排放与控制汽车排放与控制技术技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 68太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院铅化合物铅化合物 发动机废气中的铅化合物是为了改善发动机废气中的铅化合物是为了改善汽油的抗爆性而加入的，他们以颗粒排入汽油的抗爆性而加入的，他们以颗粒排入大气中，是污染大气的有害物质。当人们大气中，是污染大气的有害物质。当人们吸入含有铅微粒的空气时，铅逐渐在人体吸入含有铅微粒的空气时，铅逐