汽车污染排放与控制毕业论文
毕 业 设 计（论文）
（说
明 书）
题 目：汽车排放污染与控制
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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指导教师评阅书
评阅教师评阅书
教研室（或答辩小组）及教学系意见
毕业设计（论文）任务书
姓名王腾飞
专业汽车运用技术
任务下达日期年月日设计（论文）开始日期年月日设计（论文）完成日期年月日设计（论文）题目：汽车排放污染与控制
A·编制设计
B·设计专题（毕业论文）
指导教师
系（部）主任
年月日
毕业设计（论文）答辩委员会记录
机电系汽车运用技术专业，学生王腾飞于年月日
进行了毕业设计（论文）答辩。
设计题目：汽车排放污染与控制
专题（论文）题目：汽车排放污染与控制
指导老师：
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩为。
答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）：
答辩委员会副主任（签字）：
答辩委员会委员：，，，
，，，
平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语
第页
毕业设计（论文）及答辩评语：
摘要
随着经济条件的迅猛发展，汽车在全国范围内已越来越普及，在人们交通越来越便利的同时，汽车尾气排放的污染也越来越成为威胁人们赖以生存的环境的主要途径之一。分析了汽车尾气的主要成分危害以及治理方法，对柴油机的一些故障诊断方法作了一些具体的分析，以及柴油机排气净化，机内、机外净化作了详细的研究，然后作出了对柴油机高压共轨多次喷射技术的改进，排气后处理技术的研究及发展进程等。最后提出了努力发展研制可替代能源的环保型汽车的一些方法和具体行动，为未来汽车污染的有效控制以及新一代更为环保型汽车指明了有效的途径。
曾为我国淘汰含铅汽油、机动车排放标准制定等工作提供咨询的国际清洁交通委员会主席沃尔什近日表示：“经过十几年的不懈努力，中国建立了完备的机动车环境管理体系，并成功实施了一系列严格的污染防治措施，取得了令人瞩目的成绩。”他同时也指出，中国机动车污染防治仍存在诸多必须克服的问题和不足。一是低硫燃油供应滞后是影响中国机动车环保技术发展的最大障碍和瓶颈，车油不配套大大削弱了污染物排放标准的实施效果，同时也严重制约了机动车污染控制技术水平的提升。二是机动车环保监督管理能力严重不足，人员设备配置和资金支持与机动车污染防治形势不相适应。三是缺乏激励与惩罚并行的环保政策措施，没能有效利用税收、价格等手段的杠杆作用，油品、车辆生产企业及消费者的环保积极性没有得到有效调动。
为了应对未来中国机动车保有量仍将保持快速增长所带来的污染物排放问题，报告提出了相关建议。一是继续严格实施机动车污染物排放标准，缩小与发达国家环保技术水平的差距；二是继续降低车用燃油含硫量，统筹推进机动车污染物排放标准和车用燃油标准；三是强化用车检验、维修制度，建立机动车环保检验数据库；四是大力推动高排放黄标车淘汰，政府可以考虑创建基金，为黄标车维修或报废提供补贴；五是强化在用车环保标志管理，考虑延伸标志用途，将标志改为销售前核发，引导环保消费。
目录
前言 (1)
一、汽车排放污染物 (1)
{一}污染物的主要成分 (1)
{二}污染物的主要危害 (1)
{三}污染物的治理 (2)
二、对汽车尾气的治理 (5)
{一}提高燃油质量················································`5
{二}提高燃油质量....................................................`7 {三}定期保养和维修汽车..............................................`8 {四}仪表指示.....................................................`8 {五}查曲轴箱通风..................................................`9 {六}闻气味........................................................`9 {七}检查喷油质量 (10)
{八}研制新型发动机 (10)
三、柴油机排放净化技术 (11)
{一}柴油机微粒排放 (11)
{二}主要净化措施··················································`11
1、机内净化措施···················································`12 1.a燃烧系统的优化·················································`12 1.b进气增压与空气冷却技术·········································`12 1.c降低机油消耗量·················································`12
1.d燃料的改进措施·················································`13
2、机外净化措施···················································`13
四、柴油机高压共轨多次喷射技术的改进 (16)
五、柴油机排气后处理技术的研究及发展进程 (17)
{一}催化氧化法 (17)
{二}过滤法 (17)
{三}低温等离子体技术 (18)
{四}Nox净化系统 (18)
1.选择性催化还原 (18)
2.吸附催化还原 (19)
{五}同时净化系统 (19)
1.同时催化法 (19)
2.四效催化剂 (20)
六、努力发展研制可替代能源的环保型汽车 (20)
{一}使用可替代能源 (20)
{二}降低废气排放 (21)
{三}减少燃油消耗 (21)
七、对汽车尾气的治理 (22)
{一}提高燃油质量................................................`22 {二}提高燃油质量....................................................`22 {三}定期保养和维修汽车. (23)
{四}仪表指示 (24)
{五}查曲轴箱通风 (24)
结束语 (25)
致谢 (25)
参考文献 (26)
第一章、汽车排放污染物的成分和危害性
汽车排放污染物中含有大量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物(NOx)、二氧化硫、铝、碳微粒和其他杂质粉尘等，这些物质对人类和整个生态环境危害极大。
一氧化碳(CO)与人体血液中的血红素有很强的亲和力，使血液丧失对氧的输送能力而产生缺氧中毒。当环境中CO的浓度超过100 ppm(100×10-6)时，人体就会产生头晕、乏力等不适感；随着CO浓度的增加，会进一步产生头痛、呕吐、昏迷等症状；当CO浓度超过600 ppm时，短期内会引起窒息死亡。
汽车废气中排出多种氮氧化物(NOx)，其中一氧化氮(NO)与人体血液中血红素的亲和力比CO还强，两者结合后会产生与CO相似的症状，一般情况下对人体的眼睛、鼻子、咽喉、支气管和肺部等会带来更大的损害，严重时至人于死地。
碳氢化合物(HC)为燃油未经完全燃烧后排出的气体，具有一定的毒性和易燃易爆的特性，其中的苯类物质又具有致癌作用。
HC与NOx在阳光下极易发生光化学反应，形成以臭氧(O3)和以醛类为主的光化学烟雾。当O3达到一定浓度时，会令生物在短期内发生高温氧化而脱水死亡；醛类有机物带有毒性，对眼睛和呼吸系统有强烈的刺激作用，严生的会导致中毒死亡。
二氧化硫(SO
2)为燃油中的硫燃烧后的生成物，人体吸入SO
2
后，即产生咳嗽、咽喉肿痛、
呼吸困难、胸闷、四肢乏力，进一步会引起支气管炎、肺炎和心脏病等，严重的会导至人畜死亡。SO
2
还极易与大气中的水蒸气结合生成亚硫酸烟雾，达到一定积聚量后便形成酸雨，使水土酸化，破坏林木、植物的生长。故此，应尽量减少燃油中的含硫量。
铅(Pb)为一种有毒的金属，它由燃油中的铅化物添加剂(如四乙铅)经高温燃烧后还原而成的铅微粒。铅与血液中的血红素结合后，使血红素产生异变。当血液中的铅含量达到一定的程度时，会积聚于肝、肾、大脑和脊髓中，严重地破坏人体的神经系统和造血功能。
碳微粒和其他杂质粉尘是柴油机的主要排放物，由于其粒径极小，约为0.01～0.2um，能长期悬浮于空气中，易于通过呼吸系统而沉积于肺泡内，极具致癌作用。
铅、碳微粒和其他杂质粉尘等因粒径极小，SO
2
又具有胶粘性，特别是铅微粒，因无法燃烧，一旦被吸附在催化剂的表面上，便令三元催化净化器丧失催化功能，此即为三元催化净化器的铅中毒。
第二章、对汽车尾气的治理
2.1提高燃油质量
燃油质量是影响汽车尾气污染的关键因素，应尽快建立清洁油品质量标准和有效监管体系。总体来看，我国燃油的质量与国际水平相比差距较大，主要是烯烃和硫含量比较高，特别是柴油带来的污染更为严重。研究低烯烃、低硫的清洁油品是国内炼油企业的当务之急，如果汽车使用了不符合标准的燃油，不但会损害车辆的供油系统，影响车辆的使用寿命，而且会给人体健康和社会环境都将造成不可估量的损害。所以要鼓励兼并或关闭小的炼油企业，防止不合格的燃油流向市场。在追求高质量燃油的基础上，还应当进行“燃油调质”处理，如美国环保局将汽油最大含铅量限制在 0.0264kg/m3 ，以降低铅和添加剂二溴乙烷、二氯乙烷的排放，提高催化剂的转化率和使用寿命。因此，应当全面提高燃油质量，在研制清洁油品、加强监管体系和进行燃油调质的基础上，有效控制尾气污染。
2.2提高燃油质量
尾气污染治理是采用在汽车排气口增加尾气净化器的方式，对汽车产生的废气进行净化以减少污染，此方法虽然不能达到“零污染”，但可以采用物理、化学的方法减少汽车尾气中的污染物。对于汽车尾气的治理，现实生活中比较常用的方法有：
（1）安装汽车曲轴箱强制通风装置，可以减少曲轴废气泄漏，削减汽车HC总排放量的20%～25%，削减汽车CO总排放量的1%～2%；
（2）安装汽油车燃油蒸发污染控制装置，可以减少汽油蒸发污染物，削减汽车HC总排放量的15%～20%；
（3）安装汽车电子点火器，可以削减汽车尾气中 HC和CO总量的10％；
（4）安装汽车磁化净化器，可以削减汽车尾气中 HC和CO的20％；
（5）在尾气排放口安装三元催化转化器是目前应用最多的汽车尾气净化技术。当发动机工作时，尾气经排气管进入催化器，其中的氮氧化物与尾气中的一氧化碳、氢气等还原剂在催化作用下分解成氮气和氧气，而碳氢化合物和一氧化碳分别与废气中残存的氧气及前一反应生成的氧气在催化作用下充分氧化，生成二氧化碳和水蒸汽。由于三元催化器中的催化剂是蜂窝结构，蜂窝表面涂有催化材料，与废气的接触表面积非常大，所以其净化
效率很高。经测试，当发动机的空燃比（空气和燃料的比例）接近理论值时，三元催化剂可将90％的碳氢化合物和一氧化碳及70％的氮氧化物同时净化掉。
以上治理方法对控制汽车尾气污染都十分有效，但还不能达到理想的程度。在使用这些方法的同时，还应不断地研发新的方法，以完善尾气净化技术。
2.3定期保养和维修汽车
定期保养和维修汽车也是能有效控制汽车尾气污染的方式。虽然汽车在出厂时能够达到国家要求的排放标准，但这一水平的保持有赖于车主的良好驾驶习惯和正常的保养维护。只有定期保养发动机、定期更换机油及滤芯、定期清洗燃油系统、定期清洗曲轴箱及通风装置、定期保养水箱等以进行日常维修或季节性维修，使汽车正常运行，保持良好状态，消除不必要的污染，才能够健全汽车的质量保证体系，保证最佳的空燃比、适当的马力，达到国家现行的排放标准。
2.4研制新型发动机
发动机是汽车的动力源，被喻为汽车的“心脏”。它是汽车部件中最复杂、最难制造、更新换代最慢的产品，也是最主要的尾气排放污染源。要想有效控制汽车尾气污染，应当研制开发出新型的节能型的发动机，以达到对尾气排放量的控制。目前，主要可以通过以下技术的研发来研制新型的发动机：
（1）发动机结构优化技术。如采用多气阀进气机构，组织进气气流，改进燃烧室等。通过改善发动机燃烧状况，提高燃烧效率，降低发动机一氧化碳、碳氢化合物的生成量。
（2）闭环电控发动机管理技术。包括电控燃油喷射和电控点火。
（3）燃油蒸发污染物控制技术。对油箱和供油系统排出的汽油蒸发污染物进行控制。国外从20世纪80年代就普遍使用该技术，可控制汽油车20％左右的碳氢化合物排放。
对应于这些新技术，目前国际上研制出的比较成功的发动机有：本田Insight3缸汽油机、马自达新型转子发动机、法拉利F360ModenaV8发动机、雷诺F5R型直喷汽油机、丰田新型1.0L4缸发动机等。当然，这些新型的发动机投入运行后，某些排放问题仍会存在，与此有关的一些问题尚未得到完全解决，但它们能够控制汽车污染物的排放量，对汽车的发展和环境的保护都起到了重要作用。
第三章．柴油机微粒排放的净化技术
{一}.柴油机微粒排放
柴油机排放物中的有害成分主要有c0、IlC、NO:、微粒等，而微粒的成分主要包括碳烟颗粒(占30%)、可溶碳氢有机物(占35%)、硫及水(占35%).由于排放的微粒比表面积大、吸附力强(吸附有多环芳香烃、苯并花等)且微粒直径小(只有0.01一0.05林m)、重量轻，故能长时间悬浮在大气中，易被人体吸人并沉积在肺胞中，对人类的健康有极大的危害.为此，世界各国对柴油机微粒排放的限制越来越严格。
由于喷人燃烧室的嫩料与空气混合不完全，高温燃料及嫩气历经高温聚合及分解反应，产生了高分子量的HC，经过进一步的凝聚作用，产生了碳烟颗粒，虽大部分在随后的富氧区烧掉，但终究因混合不完全仍有约1%的碳烟颗粒没被烧掉，重的颗粒随即排出.可溶碳氢有机物来源于未燃的燃油和机油.碳氢有机物在冷凝过程中吸附在碳烟颗粒的表面，成为柴油机微粒排放的一部分.为了达到日益严格的排放法规的要求，目前世界各国都在积极开发减少柴油机微粒排放的技术措施.
{二}柴油机微粒排放的主要净化措施
1.机内净化措施
机内净化着眼于降低燃烧室内碳粒初始粒子的形成、通过改进发动机结构或增加附加装置达到微粒净化的目的.
1.a燃烧系统的优化
燃烧过程对微粒产生的影响最大，也是研究的热点，主要有以下几个研究方向
a.燃油喷射系统的优化与喷油有关的参数
主要有喷油量、喷油嘴端压力、喷油嘴结构和喷油提前角.喷油系统的性能直接影响嫩油的雾化和混合气的质量，最终影响微粒排放特性.例如，增加喷油嘴孔数、采用电控技术和提高喷射压力可以使燃油在燃烧室内更均匀地分布，减少燃油碰壁，将有利于减少微粒排放，但会引起N0，的增加;
b.嫩烧方式的改进为了减少微粒排放，日本、美国都在研究预混合燃烧方式的柴油机，这样，可使燃油与空气充分混合，尽量避免在高温缺氧情况下燃油裂解成碳粒的可能性;
c.进气旋流的优化在高压喷射的情况下采用低涡流比有利于减少微粒排放.这是由于
涡流比大，提高了进气速度，而降低充气效率.但在发动机实际运行时，低转速时要求较高的进气旋流;而高速时要求有较低的进气旋流.采用可变涡流进气道技术可使运行中的涡流
比在0.2一2.5之间变化，使发动机性能及微粒排放特性在整个范围内得到优化; d.四气门技术采用四气门结构，使活塞上的嫩烧凹坑和缸盖上的喷油嘴布置在燃烧室中央，改善了进气涡流和油雾分布，使燃烧状况明显优化，同时也改善了活塞和喷嘴的冷却条件，从而减少微粒排放:
e.采用陶瓷材料用陶瓷材料制成的燃烧室、活塞顶和缸套可以提高嫩烧室的绝热效果.用陶瓷材料制成气门摇臂等运动部件，可减少摩擦阻力、降低机油耗量，从而减少微粒排放.
1.b进气增压与空气冷却技术
进气增压与中冷可以增加进气量，这样姗料在最大扭矩时可以得到充分的氧，而避免达到临界空燃比。使用变截面增压器(vCT)并配合先进的控制系统，可有效地降低微粒排放量.
1.c降低机油消耗量
在柴油机排放的微粒中，未燃机油占很大比重，所以必须降低机油消耗量.为此，须对活塞、活塞环、缸套等零部件进行优化设计并进行配合间隙的优化研究，特别是热变形条件下的研究，以达到降低机油消耗的目的.
1.d燃料的改进措施
a.降低含硫量在燃烧过程中，柴油中的硫约有98%转化为S0。，其余的2%成为硫酸盐颗粒. 部分s0:被进一步氧化并与嫩烧过程中生成的HZO结合，形成HZSO.和硫酸盐(如
C‘50‘等)，增加了微粒的排放量.当嫩料中的S从0.12%下降到0.05 %时，微粒排放量将减少8%~10%，但进一步减少S对微粒的排放量不再有影响.美国1993年10月规定高速公路上行驶的汽车所用的柴油，其硫含量不得高于0.05%，1996年已全部供应低硫柴油.日本也于1997年全部供应低硫柴油; b.降低燃油比重燃油比重直接影响非直喷式柴油机的微粒排放，即微粒排放量随燃油比重的增加而增加: c.燃油的乳化采用油包水型乳化燃油，这样由于油中水的急剧汽化使油滴变得更加细小，有利于扩散然烧，可有效降低微粒排放.
2.机外净化措施
机外净化即排气后处理，将柴油机排气引人专门的后处理装置中，消除其中的部分微粒后再排人大气.主要的机外净化措施示于图1. 机外净化措施中应用最广泛的是微粒的过薄技术，即用耐高温的过滤材料制成特定结构的过滤体，将排气中的微粒截留在过滤体内，从而达到净化的目的.过滤体的材料和结构应满足以下要求: a.通过特性好，排气阻力尽可
能小; b.抗热冲击性好，有较好的机械性能c.热稳定性好，能承受很高的热负荷; d.过滤效率高;e.适应再生的要求.
目前国内外应用最广泛的过滤材料有壁流式蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、陶瓷纤维等. 随着过滤体内微粒的不断积累，柴油机排气阻力增加、背压升高.当背压升高到一定程度时，将导致柴油机功率和过滤效率下降.所以必须及时清除过滤体内积存的微粒.
众所周知，当柴油机在最大负荷、转速的工况下，气缸排气口的温度可达到500一600℃，此时柴油机排气微粒开始迅速氧化、升温直至着火燃烧，以此减少微粒，从而达到过滤体的排气阻力和过滤效率恢复到原来的水平，即过滤体的“再生”. 目前过滤体的再生方法主要是:“热再生”，即利用全负荷再生、喷油助燃再生、电加热再生、电自加热再生、节流再生等，此外，也开发了如逆向喷气再生、振动再生等非加热再生方法，也就是利用外部热源使积存在过滤体内的微粒升温、自燃，以减少过滤体内的微粒.
2.1柴油机排放后处理系统柴油机微粒后处理系统是利用泡沫陶瓷过滤微粒，并利用微波对滤体进行再生.
2.1.1泡沫陶瓷过滤体将陶瓷原料配制成泥浆，并在聚醋或聚醚泡沫塑料内浸演成型，最后经烧制而成.泡沫陶瓷内部由许多小孔(称为“气室”)组成，每个气室通过窗口与多个邻室相连，由于微粒直径远小于气室直径，所以微粒的捕集发生在整个气室里.其优点是多孔结构使火焰易于传播。
2.1.2微波再生
柴油机微粒排放后处理系统在国内率先采用了微波再生这一新技术.与其它再生方法相
比具有以下特点.
a.选择加热陶瓷材料对微波的吸收能力很差，但微粒对微波的吸收能力却是陶瓷的100倍以上，因此，在微波再生过程中，微粒是主要的被加热对象，这种选择加热特性对于提高能量利用率、延长过滤体寿命、提高再生效率都是十分有利的;
b.空间加热当微波进人被加热物质时，引起被加热物质分子偶极子高速振动的摩擦，从而产生热量.微波能在过滤体中是空间分布的.因此，微波再生具有加热迅速、均匀的特性，使再生过程能量利用率高，且减少了因加热不均匀引起过滤体热损坏的可能性.
柴油机微粒排放后处理系统主要由过滤器、微波源、车用电源和自动控制系统四部分组成柴油机工作时，排气通过过滤体，其中的部分微粒被过滤体捕集，净化后的排气排人大气.当过滤体中的微粒积累到一定程度时则开始再生.
微波由微波源发出，在过滤器与微波源之间由于微波源功率有限，再生过程中如有高速气流流经过滤体，那么再生就很难实现.为了保证再生能顺利进行，再生时旁通阀关闭排
气管至过滤器的通路，同时打开旁通通路，使废气直接排入大气，以免气体对过滤体的冲击。
再生时，旁通阀、车用电源、微波源均由控制系统自动控制. 经台架试验和整车台架试验，其过滤效率超过钧%.微波再生效率超过80%，整个系统工作稳定可靠，具有很高的实用价值.
2.1.3其它过滤材料
2.1.
3.a壁流式蜂窝陶瓷
壁流式蜂窝陶瓷开有许多蜂窝孔，相邻的蜂窝孔道两端交替堵孔.发动机排气从人口通道进人后，须经过过滤体内部的多孔薄壁才能排出.由于薄壁的气孔率高达400目/25.4mm，所以过滤效率高，可达60%一80%;结构强度高，抗热冲击和机械振动的能力强.但蜂窝陶瓷各向异性，其径向膨胀系数是轴向膨胀系数的两倍，且微粒都沉积在进气孔道内，因此再生过程中受热不均匀，易发生热冲击损坏.
2.1.
3.b编织陶瓷纤维
编织陶瓷纤维具有高度表面积化和良好的抗高温能力，不受固定尺寸的限制，给过滤体内孔形状和孔的分布提供了广泛的选择余地，通过改变各种设计参数使应用达到优化.由于过滤体内纤维表面积，所全是有效过滤面以过滤效率高达95%.但是，陶瓷纤维是一种脆性材料，虽能适应催化剂因素，却有生产工艺较复杂且易损坏的缺点. 设计一参数使应用达到优化由于过滤体内纤维表面全是有效过滤面积，所以过滤效率高达95%.但是，陶瓷纤维是一种脆性材料，虽能适应催化剂因素，却有生产工艺较复杂且易损坏的缺点.
2.1.4非过滤技术—静电式微粒收集器柴油机排气微粒中有70%一80%呈带电状态、每个带电微粒约带1一5个基本正电荷或负电荷，整体呈电中性，国内外已尝试利用附加强电场对呈带电特性的碳烟微粒进行静电吸附，并取得了一定的试验成果.但由于附加设备体积大结构复杂以及高压电源的供给等给实用化带来一定的困难。
2.1.5非过滤技术—电压捕集技术
在柴油机排气管的上下游分别装金属网，网间加约50V直流电压.一般上游的金属网网格较大且加负电压，下游的金属网网格较密且加正电压.当微粒经过上游金属网时带上负电，经过下游带正电的金属网时被吸附，从而达到微粒净化的目的.这种方法装置简单且过滤效率高.
2.1.6微粒后处理的催化技术
常用的催化剂有贵金属(铂、把等)、贱金属(锰、钻、钒、铬的氧化物)和稀土，催化剂可以添加到嫩料中，也可浸在过滤体上，其目的是: 促进过滤体内碳粒的氧化，有效地降低碳粒的着火温度，使过滤体“再生”更容易;
b有效地降低排气中的HC和C0含量.但由于催化剂的氧化作用，排气中的硫易形成硫化物，不仅会引起催化剂‘’中毒”，而且会因硫化物沉积在过滤体内而降低过滤效率和使排气阻力增加.同样，金属添加剂的燃烧产物流经过滤体时也会有一部分沉积物，也会影响过滤效率和增加排气阻力. 贵金属催化剂不会导致两次污染，且催化效率高，但价格昂贵，贱金属和稀土催化剂价格低，但催化效率不如贵金属催化剂。我国是世界上稀土蕴藏量最大的国家，故稀土催化剂在我国大有前途.