1.概述

    汽車(chē)是一種高效的現(xiàn)代化交通工具, 它提高了人們的出行效率, 促進(jìn)了生產(chǎn)的發(fā)展, 方便了人們的生活。但汽車(chē)又是一種流動(dòng)污染源。汽油車(chē)的主要污染物成分是CO、HC、NOx以及碳粒等。汽車(chē)排放大量的污染物,使環(huán)境付出了沉重的代價(jià),它給人類(lèi)帶來(lái)難以估計(jì)的損失。據(jù)資料介紹，城市街道上的車(chē)流量在每小時(shí)1000～2000輛時(shí)，CO、HC和NOx這三種有害氣體占全部有害氣體的80%～90％以上。世界上幾乎所有大城市和中小城市都遭受汽車(chē)排放污染的嚴(yán)重危害。

    2. 汽車(chē)排放主要污染物的來(lái)源、種類(lèi)及其危害

    當(dāng)燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸里進(jìn)行燃燒時(shí)，由碳、氫、氧組成的液體石油燃料完全燃燒后生成的是二氧化碳(CO2)，水蒸汽(H2O)，氮?dú)?N2)和過(guò)量的氧氣(O2)。這幾種氣體在正常情況下被認(rèn)為是無(wú)害的。但是，內(nèi)燃機(jī)所用的燃料往往都含有其它雜質(zhì)與添加劑，且內(nèi)燃機(jī)的燃燒總是不完全的，再加上發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的其它原因，使發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣成分中還含有一定量的一氧化碳(CO)，碳?xì)浠衔?HC)，氮氧化物(NOx)，二氧化硫(SO2)，微粒物質(zhì)(鉛化物、碳煙、油霧等)與臭氣（甲醛、丙烯醛等）有害排放物。它們的部分是有毒的，有些還帶強(qiáng)烈刺激性，有臭味，甚至有些有致癌作用。這些由汽車(chē)排出的CO、HC、NOx和碳煙、微粒等正是造成大氣污染的主要物質(zhì)。這幾種有害成分隨不同的發(fā)動(dòng)機(jī)型與運(yùn)轉(zhuǎn)條件均有所變化。

    汽車(chē)排放污染物主要來(lái)源于三個(gè)部位：排氣管排氣、曲軸箱竄氣和燃料蒸發(fā)。其比例為：

    －CO 99%

    － 排氣管排氣 －HC 55%

    －NOx 99%

    排放污染物－ －Pb、碳粒 100％

    － 曲軸箱串氣－ HC 25％、CO1％、NOx 1％

    － 燃油蒸發(fā)－HC 20％

    據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，每千輛汽車(chē)每天排出的CO量約為3000kg,HC化合物約200～400kg,NOx約為50～150kg,平均每燃燒1噸燃油生成的有害物質(zhì)達(dá)40～70 kg。由于污染物排放區(qū)域恰為人們呼吸帶區(qū)，因此對(duì)人體健康威脅很大。

    （1）一氧化碳 (CO)

    一氧化碳(CO)是汽油機(jī)有害排放物中濃度適合高的一種成分,城市大氣中的一氧化碳大部分都來(lái)自汽車(chē)排氣,它是燃油燃燒不充分的產(chǎn)物,車(chē)速越慢,交通堵塞越嚴(yán)重,排放量越多。它是無(wú)色、無(wú)刺激的有毒氣體。一氧化碳經(jīng)人呼吸進(jìn)入肺部，被血液吸收后，能與體內(nèi)血紅蛋白結(jié)合成一氧化碳－血紅蛋白。一氧化碳與血紅蛋白的親和力比氧與血紅蛋白的親和力要大250倍。一氧化碳－血紅蛋白一經(jīng)形成，離解很慢，容易造成低氧血癥，因而導(dǎo)致組織缺氧。當(dāng)大氣中的一氧化碳濃度達(dá)到70～80ppm以上時(shí)，人在接觸幾小時(shí)以后，一氧化碳－血紅蛋白含量為20%左右時(shí)，就會(huì)引起中毒，當(dāng)含量達(dá)60%時(shí)，即可因窒息而死。

    （2）碳?xì)浠衔?HC) 各種碳?xì)浠衔锟偡Q(chēng)為烴類(lèi)，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中所含的烴類(lèi)成分有百余種之多，但其濃度總量比一氧化碳要少。碳?xì)浠衔镏写蟛糠謱?duì)人體健康的直接影響并不明顯，但從汽車(chē)排氣成分的檢測(cè)中得知，在排出的碳?xì)浠衔镏泻猩俨糠秩╊?lèi)(甲醛、丙烯醛)和多環(huán)芳烴(苯并[a]芘等)。其中甲醛與丙烯醛對(duì)鼻、眼和呼吸道黏膜有刺激作用，可引起結(jié)膜炎、鼻炎、支氣管炎等癥狀，它們還有難聞的臭味。苯并[a]芘被認(rèn)為是一種強(qiáng)致癌物質(zhì)。加上烴類(lèi)還是光化學(xué)煙霧形成的重要物質(zhì)，因此碳?xì)浠衔锱欧诺奈：π允遣豢珊鲆暤摹?/p>

    （3）氮氧化物(NOx)

    汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，總稱(chēng)NOx。大氣中的氮氧化物和碳?xì)浠衔镌谖窗l(fā)生光化學(xué)反應(yīng)以前，單獨(dú)存在時(shí)也能產(chǎn)生一些直接危害。NOx中的NO與血液中血紅蛋白的親和力比CO還強(qiáng),通過(guò)呼吸道及肺進(jìn)入血液,使其失去輸氧能力,產(chǎn)生與CO相似的嚴(yán)重后果。NO很易氧化成劇毒的NO2,進(jìn)入肺臟深處的肺毛細(xì)血管,引起肺水腫,同時(shí)還能刺激眼黏膜,麻痹嗅覺(jué)。NO2單獨(dú)存在時(shí)是一種棕色氣體，有特殊的刺激性臭味，被吸入肺部后，能與肺部的水分結(jié)合生成可溶性硝酸，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起肺氣腫。如大氣中的NO2達(dá)5ppm，就會(huì)對(duì)哮喘病患者有影響，若在100～150ppm的高濃度下連續(xù)呼吸30～60分鐘，就會(huì)使人陷入危險(xiǎn)狀態(tài)。此外，即使是NOx的濃度很低，也會(huì)對(duì)某些植物產(chǎn)生不良影響。

    （4）微粒

    汽車(chē)排氣中的微粒，主要有作為抗爆劑加入到汽油中的四乙基鉛經(jīng)燃燒后生成的鉛化物微粒以及燃料不完全燃燒生成的碳煙粒等。鉛化物擴(kuò)散到大氣中對(duì)人體健康十分有害，當(dāng)人們吸入這種有害物并積累到一定程度時(shí)，鉛將阻礙血液中的紅血球的生長(zhǎng)與成熟，使心、肺等發(fā)生病變，侵入大腦時(shí)則引起頭痛，出現(xiàn)一種精神病的癥狀。當(dāng)血液中含鉛量超過(guò)80μg/100mL時(shí)，隨著血液中紅血球狀態(tài)的變化，會(huì)出現(xiàn)四肢肌肉麻痹、嚴(yán)重腹痛、臉色蒼白以至死亡等典型鉛中毒癥狀。此外，鉛化物還會(huì)吸附在催化劑表面，使催化劑“中毒”從而降低催化劑的凈化效果，并顯著縮短其使用壽命。

    碳煙的危害不僅在其本身對(duì)人的呼吸系統(tǒng)有害，而且因?yàn)樘紵熈５目紫吨型街趸蚣坝兄掳┳饔玫亩喹h(huán)芳烴如苯并[a]芘等。微粒對(duì)人體健康的影響，除了與濃度有關(guān)外，粒子的直徑及其化學(xué)性質(zhì)起決定作用，5μm以下的粒子可以進(jìn)入呼吸道，3μm以下的粒子可以沉積在肺細(xì)胞內(nèi)，引發(fā)肺病變，粒子攜帶的苯并[a]芘是強(qiáng)致癌物質(zhì)，可引發(fā)癌癥。

    （5） 光化學(xué)煙霧

    光化學(xué)煙霧是由汽車(chē)和工廠排出的碳?xì)浠衔锖偷趸镌陉?yáng)光作用下，在波長(zhǎng)4000×10-10m以下的紫外線區(qū)進(jìn)行一系列的光化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧(O3)和過(guò)氧化乙酰硝酸鹽(PAN)等光化學(xué)過(guò)氧化產(chǎn)物以及各種游離基、醛、酮等成分，形成一種毒性較大的淺藍(lán)色煙霧。在光化學(xué)氧化產(chǎn)物中，臭氧是一種強(qiáng)的氧化劑，在0.1ppm濃度時(shí)就具有特殊的臭味。并可達(dá)到呼吸系統(tǒng)的深層，刺激下氣道黏膜，引起化學(xué)變化，其作用相當(dāng)于放射線，使染色體異常，使紅血球老化。PAN、甲醛、丙烯醛等產(chǎn)物的人眼睛、咽喉、鼻子等有刺激作用，其刺激域值約為0.1ppm。此外，還發(fā)現(xiàn)光化學(xué)煙霧能促使哮喘病患者哮喘發(fā)作，能引起慢性呼吸系統(tǒng)疾病惡化，長(zhǎng)期吸入氧化劑能降低人體細(xì)胞的新陳代謝，加速人的衰老。并且，光化學(xué)氧化產(chǎn)物中的臭氧和過(guò)氧化乙酰硝酸鹽都能使植物受害，臭氧具有極強(qiáng)的氧化力，能使植物變黑、橡膠開(kāi)裂；動(dòng)物在1ppm臭氧濃度下4小時(shí)就會(huì)出現(xiàn)輕度肺氣腫。過(guò)氧化乙酰硝酸鹽的毒性介于NO和NO2之間。

    3 汽車(chē)排氣污染的控制與凈化技術(shù)

    根據(jù)中國(guó)環(huán)境保護(hù)遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要,重點(diǎn)城市應(yīng)達(dá)到國(guó)家大氣環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。為盡快改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量，在控制城市固定污染源排放的同時(shí)，根據(jù)各城市大氣污染分擔(dān)率的特點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)的流動(dòng)污染源的控制力度，尤其要加強(qiáng)重點(diǎn)城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染排放的控制力度。為此制定了相關(guān)的排放法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。具體計(jì)劃是：輕型汽車(chē)在200年達(dá)到歐洲第一階段控制水平。重型車(chē)和摩托車(chē)2001年前后達(dá)到歐洲第一階段控制水平，2005年前后達(dá)到歐洲第二階段控制水平；2010年前后重點(diǎn)地區(qū)和重點(diǎn)企業(yè)爭(zhēng)取與國(guó)際接軌。國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局組建的新生產(chǎn)車(chē)監(jiān)督檢測(cè)網(wǎng)，將對(duì)新車(chē)實(shí)行監(jiān)督性檢測(cè)。達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)的依照《大氣污染防治法》，不準(zhǔn)生產(chǎn)、進(jìn)口和銷(xiāo)售。

    機(jī)動(dòng)車(chē)控制工作是一項(xiàng)涉及多部門(mén)，多方面的系統(tǒng)工程，除了加強(qiáng)法規(guī)要求和執(zhí)法力度外，機(jī)動(dòng)車(chē)控制技術(shù)的進(jìn)步是根本的物質(zhì)保證。經(jīng)對(duì)國(guó)內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況證明：在汽油車(chē)上通過(guò)使用電子控制燃油噴射和點(diǎn)火系統(tǒng)，配裝氧傳感器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作，同時(shí)安裝排氣三效催化轉(zhuǎn)化器是大幅度降低汽油車(chē)排放污染物的有效手段，1998年9月國(guó)務(wù)院決定自2000年1月1日起，汽車(chē)制造企業(yè)生產(chǎn)的所有汽車(chē)都要適合使用無(wú)鉛汽油。新生產(chǎn)的轎車(chē)要采用電子控制燃油噴射裝置并安裝排氣凈化三效催化轉(zhuǎn)化器。

    （1〕 三效催化轉(zhuǎn)化器

    三效催化劑是一種當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在近似理論空燃比下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，同時(shí)具有凈化排氣中CO、HC和NOx能力的催化劑。在催化反應(yīng)過(guò)程中，廢氣中的CO和HC將NOx還原成氮?dú)獾龋煌瑫r(shí)CO、HC被氧化成CO2和H2O。

    三效催化劑的空燃比必須保持在適合佳的范圍內(nèi)，如圖7－1所示，在濃的一側(cè)，會(huì)降低HC和CO的轉(zhuǎn)化率；在稀的一側(cè)，NOx的轉(zhuǎn)化率急劇下降；在空燃比附近三種成分均在高轉(zhuǎn)化率，這范圍越寬廣越好，也就是說(shuō)即使理論空燃比變動(dòng)較大時(shí)，還具有高的三效轉(zhuǎn)化效果，這種使用范圍是理想的。但要使發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)缸都在理論空燃比條件下運(yùn)行是不太可能的。為改善這種情況，發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了在接近理論空燃比運(yùn)行的電子控制汽油噴射和閉環(huán)反饋系統(tǒng)。電子控制汽油噴射系統(tǒng)是由微機(jī)控制系統(tǒng)與三效催化劑結(jié)合在一起，用氧傳感器檢出排氣中的氧濃度，向微機(jī)輸出一個(gè)隨氧濃度變化的電信號(hào)，微機(jī)根據(jù)設(shè)定好的程序，按理論空燃比自動(dòng)控制進(jìn)氣混合比。A/F控制范圍是由三效催化劑的氧化還原的特性決定的。

    發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了在接近理論空燃比運(yùn)行的電子控制汽油噴射和閉環(huán)反饋系統(tǒng)。比化油器供油優(yōu)越。它可以采用較稀的混合氣, 其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能都比同類(lèi)化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)好, 是當(dāng)前綜合解決節(jié)能和減少排氣污染適合有效的措施。電子控制系統(tǒng)和三效催化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程和排放的控制, 是機(jī)內(nèi)和機(jī)外凈化方法的結(jié)合, 可保證在低排放水平的基礎(chǔ)上充分提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。

    使用催化凈化器，絕對(duì)禁止使用有鉛汽油，因?yàn)殂U能使貴金屬催化劑“中毒”而失去活性，影響催化劑的使用壽命；另外，汽車(chē)潤(rùn)滑油中的磷和汽油中硫等雜質(zhì)都有可能影響催化劑的性能，

    （2）改進(jìn)和提高燃料質(zhì)量

    油品質(zhì)量的降低車(chē)輛污染物的排放，保證發(fā)動(dòng)機(jī)及其排放控制系統(tǒng)正常工作十分重要。提高燃料質(zhì)量，改變?nèi)剂蠘?gòu)成，也是強(qiáng)化燃燒過(guò)程，降低排氣中有害物質(zhì)含量的有效措施。國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局于1999年6月發(fā)布了《車(chē)用汽油有毒物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)》，車(chē)用汽油中對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康有直接毒害的、或?qū)ζ?chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和排放控制裝置有害、造成汽車(chē)排放狀況惡化的9類(lèi)物質(zhì)（苯、烯烴、芳烴、錳、鐵、銅、鉛、磷、硫）含量將按照相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行控制。

    （3）推廣使用清潔燃料汽車(chē)

    清潔代用燃料汽車(chē)的開(kāi)發(fā)和普及應(yīng)用，為防治機(jī)動(dòng)車(chē)污染開(kāi)辟了新的途徑。為達(dá)到更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，世界各國(guó)汽車(chē)制造商都在努力積極地研究開(kāi)發(fā)各種低污染代用燃料汽車(chē)：天然氣汽車(chē)、液化氣汽車(chē)、甲醇汽車(chē)、乙醇汽車(chē)、生物燃料汽車(chē)、多種靈活燃料汽車(chē)、氫燃料汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、太陽(yáng)能汽車(chē)等等。其中尤以天然氣汽車(chē)和液化石油氣汽車(chē)適合為成熟并在一些國(guó)家普及，成為很有實(shí)用價(jià)值的清潔燃料汽車(chē)。目前我國(guó)已有哈爾濱、長(zhǎng)春、沈陽(yáng)、北京、烏魯木齊、西安、上海、福州、廣州、深圳、廣東省南海市、四川省、重慶、香港等地區(qū)推廣使用天然氣汽車(chē)和液化氣汽車(chē)。并將公共汽車(chē)和出租汽車(chē)這類(lèi)運(yùn)營(yíng)線路相對(duì)固定、行駛時(shí)間較長(zhǎng)的車(chē)輛作為發(fā)展清潔燃料汽車(chē)中的重點(diǎn)。

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