探讨汽车空气污染与防治

【摘 要】对汽车排放的危害进行了分析，介绍了目前世界汽车采用的新技术、新工艺以及汽车排放控制新技术和采取的一些对策。

【关键词】汽车；空气污染；控制对策

【中图分类号】U461.99【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0303-01

目前，我国大城市机动车污染已经达到比较严重的程度，汽车造成的污染有交通扬尘、尾气排放，尾气中细小的颗粒物能引起呼吸系统疾病，损坏肺部；当颗粒有毒时，可能导致癌症，刺激皮肤和眼睛，造成皮炎、眼结膜炎。可见，汽车排放的有害废气，严重地危害着人类的健康。及时研究造成机动车排放污染的原因，并进行有效的控制已经迫在眉睫。

一、汽车排气污染

1.汽车排放污染物的来源。汽油车排放物中，氮气约占71%、二氧化碳14%、水和水蒸气13%，一氧化碳、氮氧化合物，碳氢化合物、二氧化硫占1%～2%。其污染的来源有三个：一是从排气管直接排出的废气，主要的有害物质是CO、HC、NOX；二是曲轴箱窜气，即从活塞和气缸壁之间的间隙中漏出，再经过曲轴箱通气孔排出的可燃混合气体，其主要有害物质是HC；三是燃油箱盖、燃油箱通气孔、油管等连接部位蒸发出的汽油蒸汽，其主要成分是HC。另外，汽车排放出大量的CO，产生温室效应。

2.汽车排放污染物的主要成分及其危害。汽油车排气中的污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOX）等。一氧化碳（CO）是汽油机不完全燃烧时产生的一种无色、无味的气体，吸入人体后，和血液中的血红蛋白结合成为一氧化碳血红蛋白，阻止氧的输送，使人体缺氧，引起头痛、头晕、呕吐等中毒症状，严重时造成死亡；碳氢化合物（Hc）是发动机排气中的未然尽的燃料分解的气体，以及供油系中燃料的蒸发和滴漏。碳氢化合物（Hc）只有在高浓度的情况下才会对人体产生影响，它是光化学烟雾的重要组成成分。光化学烟雾是排气中的HC和NOX排入大气后在紫外线照射下进行光化学反应产生的黄色烟雾。光化学烟雾具有明显的刺激性，能刺激眼结膜，引起流泪并导致红眼病，另外还具有损害植物、降低大气能见度、损坏橡胶制品等危害；氮氧化合物（NOX）是在高温条件下产生的有臭味的废气，对肺组织产生剧烈的刺激作用。

汽车排出CO，是没有毒的，但是它是产生“温室效应”的主要物质。“温室效应”使地球表面的温度上升，对全球气候变化会产生巨大的影响，因此CO，已经被列为重点排放控制的对象。

二、汽车上采用的新技术

1.缸内汽油直接喷射技术。缸内汽油直接喷射实现分层燃烧，不但可大幅降低CO、HC及NOx排放，而且还能提高燃油经济性。因此，三菱公司将其汽油直接喷射发动机定为全球环保发动机。

2.可变气门正时技术。可变气门正时系统，气门的开闭时间随发动机转速与负荷而连续变化，可达到省油、怠速稳定、提高转矩、增大动力输出及减少排气污染的目的。

3.电脑控制的点火技术。电脑控制的点火系统提高了发动机的动力性和燃油经济性，并使排气中的CO、HC含量大为降低。

三、汽车排放控制技术

为了彻底解决排放向低排放、超低排放发展的问题，目前现代汽车主要采取了以下控制技术：

1.燃油蒸发排放控制系统（EVAP）。在汽车排出的HC中来自汽油蒸发的约占20%以上。在外界温度升高时，燃油箱的汽油会加速蒸发，从燃油箱盖和油箱通气孔排入大气。为此，有些发动机采用吸附法将汽油蒸汽吸附。待到发动机工作时，再将吸附的汽油蒸汽在负压条件下解附，送入发动机燃烧室燃烧，这样防止了汽油直接排放到大气污染环境。基本的工作过程是：从燃油箱来的汽油蒸气先通过活性炭滤毒器（又称活性炭罐）吸附收集起来，当发动机工作时，再从活性炭器中进入进气歧管到燃烧室燃烧。

常用的有两种形式：一种是不带双金属真空转换阀的EVAP系统，当发动机停车、怠速或低速时，从燃油箱来的HC在活性炭滤毒器被吸附，当发动机在中速和高速时，又从活性炭滤毒器带到进气歧管。另一种是带双金属真空转换阀的EVAP系统，它的工作与冷却液温度有关，水温低于35℃，HC在活性炭滤毒器被吸附；水温高于65℃，又从活性炭滤毒器带到进气歧管。

2.废气再循环系统（EGR）。发动机燃烧反应生成的NOX的量，完全是由于参加燃烧的空气中的N0和氧反应的结果。废气中NOX的含量与燃烧反应的温度、时间和过量空气系数有关，而且主要是由反应温度决定。降低燃烧反应的温度，废气中的NOX含量呈指数关系下降。

实验证明：当温度下降到1700℃以下时，发动机排出的NOX含量几乎为零；而在高速运行条件下，由于反应时间短，NOX含量也少。

废气再循环系统（EGR）的基本原理是：将5%～20%的废气再引入进气歧管，与新鲜混合气一起进入燃烧室，使最高燃烧温度下降，从而减少NOX的生成量。因此EGR阀相当于在进、排气管之间安装了一个阀门，根据发动机不同工况，关闭或者引进不同量的废气。显然，废气的引进会影响发动机的动力性、经济性、起动、怠速稳定性。

废气再循环和废气不再循环完全受发动机ECU的控制，只要出现下列信号，ECU就会发出切断EGR的命令，废气不再循环：发动机冷却液温度低于55℃；减速过程（节气门全关）；怠速或小负荷工况（进气量很小）；发动机转速超过4000rpm（高速大负荷）；发动机空挡运转。

3.三元催化系统（TWC）。发动机排出废气含有的CO、HC、NOX有害物质，可以利用三元催化器的作用将上述三种物质进行化学反应，生成无害的物质排放出去，极大地减少了环境污染。三元催化器是一块整体的孔氧化铝骨架，上面浸渍有铂、钯、铑等贵重金属作为催化剂，表面包覆不锈钢作为保护套。

废气通过催化剂时，再催化剂表面进行一系列的氧化和还原反应。

CO+NOX+HCCO2+N2+H2O最终排到大气都是无毒害的气体。

在催化反应的过程中，必须严格保证在α=1的很窄的过量空气系数范围内。如果α>1，则CO氧化反应的氧气由废气供给，从而不能还原NOX。因此只能在ECU控制的燃油喷射系统和在氧传感器提供废气中氧含量的信息，才能保证α=1的范围。特别注意的是，由于上述反应是放热反应，所以在过量HC和CO存在时，会使三元催化剂过热而损坏。因此装有三元催化器的汽车，怠速的运动时间不得超过20分钟，同时铅也会使催化剂中毒而失效，故不能使用含铅的汽油。

四、制理汽车尾气排放的措施

1.制定严格的排放标准。对日益严重的大气污染，为确保人们有一个良好的生活环境和满足人们对生活环境的要求，各地政府应制定更为严格的排放标准。

2.开展无车日活动。据测算，如开展“无车日”活动一天，仅民用汽车可节约燃油3300万升，可减少有害气体排放约3000吨，数百人的生命和身体会幸免于交通事故伤害。

3.加大环保监测力度。加大检测力度，提高检测人员的综合素质和职业道德，实现检测与维修分家，进行道路抽检，教育驾驶员及时做好汽车维护工作，另外加速不符合排放要求的汽车淘汰工作。

4.改进检测方法。目前，部分城市实行“双怠速法”和“工况法”，还有大部分城市仍然实行“怠速法”，应尽快强制实行“双怠速法”和“工况法”或者“工况法”。

5.加强城市绿化，加大植树造林力度，吸收大量CO2，减小温室效应。