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2、层次清晰,文字简练,专业术语规范。
任务内容(包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求)
一、内容:
通过分析了日益严格的汽车排放法规的动向,介绍汽车排放污染物种类及其对人体的危害,分析汽车排放物的形成原因,阐述现有汽车排放控制的技术措施;
分析代用燃料汽车、电动汽车和混合动力汽车的排放特性,指出为了环境保护和汽车工业的可持续发展,代用燃料汽车技术、电动汽车技术和混合动力汽车技术是解决汽车排放、噪声和能源结构问题的有效手段。
混合动力汽车具有低油耗、低排放、长行驶里程、技术成熟等优点,是近期较理想的汽车发展模式;
燃料电池汽车是未来零排放的理想汽车
二、计划、时间安排
1、2012年12月15日——2012年1月30日毕业论文准备,摸底、选题
2、2013年2月1日——3月10日搜集文献资料,学习相关理论,撰写开题报告3、2013年3月11日——4月30日分析调研、收集的资料、撰写毕业论文
4、2013年4月16日——5月17日完成论文初稿、修改。
5、2012年5月15日——5月25日定稿、打印、评阅、修改、答辩
三、完成工作量与水平具体要求:
按计划进度、按指导教师的要求完成预定的工作量,论文10000字以上,其中中文参考文献15篇以上,外文参考文献2篇
专业负责人意见
签名:
年月日
毕业论文审阅评语
一、指导教师评语
建议成绩:
是否同意答辩:
同意答辩□不同意答辩□
指导教师(签名)职称年月日
二、评阅人评语
同意答辩□不同意答辩□
评阅教师(签名)职称年月日
毕业论文答辩评语及成绩
三、答辩委员会评语
答辩成绩:
四、毕业设计成绩
综合以上指导教师成绩:
评阅人成绩:
答辩成绩:
总成绩评定为:
签字(盖章):
年月日
五、答辩委员会主任单位:
答辩委员会主任职称:
答辩委员会主任签字:
摘要
汽车尾气污染是由汽车排放的废气造成的环境污染。
可以说,汽车是一个流动的污染源。
在世界各国,汽车尾气排放和净化措施早已不是新话题。
各国不断出台政策法规对汽车尾气污染物进行控制,欧洲早在上世纪90年代就制定了欧标,我国也制定了适合我国国情的国标,进入21世纪,汽车污染日益成为全球性问题。
随着汽车数量越来越多,使用范围越来越广,它对世界环境的负面效应也越来越大,我国截止到2012年末我国汽车保有量已达到12089万辆(包括三轮汽车和低速货车1145万辆)汽车尾气危害城市环境,引发呼吸系统疾病,造成地表空气臭氧含量过高,加重城市热岛效应,使城市环境转向恶化。
本文主要分析汽车尾气排放污染物CO、HC、NOx的生成机理及造成的危害,控制汽车尾气排放污染的技术废气再循环系统、电子燃油喷射系统和稀薄燃烧技术,采取了一系列措施使汽车的尾气排放得到了有效的控制。
随着近年来空气污染越来越严重,石油资源的日益紧张,发展新能源汽车以势在必行,本文详细阐述了电动汽车、混合动力汽车技术。
同时给出了新能源汽车的优势与不足和解决方案。
关键词:
汽车尾气;
环境污染;
净化处理
Researchstatusofvehicleexhaustemissionandpurificationmeasures
Abstract
Automobileexhaustpollutionistheenvironmentalpollutioncausedbytheexhaustgasfromcars。
Cansay,thecarisamobilepollutionsources。
Intheworld,automobileexhaustemissionandpurificationmeasuresalreadynotanewtopic。
Countriescontinuetopoliciesandregulationstocontrolautomobileexhaustpollutant,Europeintheearly90'
soflastcenturyonthedevelopmentoftheEuropeanstandard,ChinahasalsodevelopedasuitableforChina'
snationalstandard,toenterintwenty-firstCentury,theautomobilepollutionhasbecomeaglobalproblem。
Withtheincreasingnumberofvehicles,moreandmorewidelyused,itsnegativeeffectontheworldenvironmentismoreandmoreseriousinChinabytheendof2012,China'
scarownershiphasreached120890000units(includingvehiclesandlow-speedtrucks11450000)automobileexhaustcityenvironmentalharm,causerespiratorysystemdisease,causinghighozonecontentofthesurfaceair,urbanheatislandeffectisaggravating,thedeteriorationofenvironmenttothecity。
ThispapermainlyanalyzestheformationmechanismofemissionpollutantsinautomobileexhaustCO,HC,NOxandharm,electronicfuelinjectiontechnologyofexhaustgasrecirculationsystem,controlsystemofautomotiveexhaustemissionsandcombustiontechnology,tookaseriesofmeasurestomaketheautomobileexhausthasbeeneffectivelycontrolled。
Inrecentyearswiththeairpollutionismoreserious,oilresourcesbecomeincreasinglystrained,thedevelopmentofnewenergyvehicletobeimperative,thispaperdescribesindetailtheelectricvehicle,hybridvehicletechnology。
Atthesametime,thenewenergyvehicles,advantagesanddisadvantagesandsolutions。
Keywords:
Automobileexhaust;
pollution;
purification;
目录
摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………...…………………Ⅱ
1绪论1
1.1选题背景及意义1
1.2国内外现状研究1
1.2.1欧洲排放标准1
1.2.2我国排放标准2
1.2.3我国现行排放标准与欧洲标准总述2
1.3本课题研究的内容4
2汽车尾气污染物生成机理及对人类的危害5
2.1一氧化碳5
2.2碳氢化合物5
2.3氮氧化合物5
2.4其他污染物6
3现代汽车污染控制技术7
3.1废气再循环原理与净化任务7
3.1.1废气再循环系统ERG的工作原理7
3.1.2本田轿车的废气再循环系统7
3.1.2EGR系统的任务9
3.2稀薄燃烧技术的净化作用10
3.3机外燃烧控制14
3.3.1三元催化转化器在汽车尾气净化中应用14
3.3.2汽车中三元催化转化的净化作用15
4新能源汽车对空气净化的作用18
4.1混合动力电动汽车的基本型式及其特点18
4.1.1混合动力电动汽车的基本型式18
4.1.2混合动力汽车的关键技术20
4.1.3混合动力电动汽车对空气净化的作用及其特点。
21
4.2电动汽车发展现状22
4.2.1电动汽车充电模式、设施的建设及对电网的影响23
4.2.2充电设施的布建24
4.2.3电动汽车充电对电网的影响与对策25
4.2.4电动汽车对空气净化的作用及其特点26
结论27
致谢28
参考文献29
1绪论
1.1选题背景及意义
据统计截止到我国2012年末全国民用汽车保有量达到12089万辆(包括三轮汽车和低速货车1145万辆),比上年末增长14.3%。
国家统计局1月22日公布的2012年统计公报显示,在全国12089万辆民用汽车中,私人汽车保有量9309万辆,增长18.3%。
民用轿车保有量5989万辆,增长20.7%,其中私人轿车5308万辆,增长22.8%。
汽车尾气污染问题日益严重。
我国已严格规定了汽车尾气排放标准,相关执法部门也加强了检查力度。
新闻机构还定期报告空气质量状况或发布空气质量日报,使人们能清楚了解生活环境的状况增强环保意识随着我国政治经济体制的改革、开放的不断深入发展和世界贸易经济组织的加入,城市用地、活动空间、城市道路与客、货车的运输量成倍增长,给城市密集性城区带来产业升值,也给生活环境造成直接污染。
20世纪90年代以来,全国机动车保有量以年平均约12%的速度快速增长,我国城市的大气污染正在由第一代燃煤型污染向第二代燃油型污染转变,根据专家预测,到2015年中国城市小汽车拥有量将会达到每千人100~230辆,到2020年还要增加一倍。
研究表明,汽车尾气成分非常复杂,有一百种以上。
其主要污染物包括:
一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、铅(Pb)、苯并芘(BaP)等。
这些污染物不仅污染环境,对人体也有巨大危害。
为此,控制汽车尾气排放的污染已成为改善城市环境、提高大气质量的头等大事,是问题解决的重中之重。
当今,国内外控制汽车尾气污染的举措有:
建立严格的机动车排放标准;
降低新车尾气排放;
开发代用燃料和电动汽车;
开发先进的尾气净化技术[1]。
1.2国内外现状研究
1.2.1欧洲排放标准
欧洲标准是由欧洲经济委员会(ECE)的排放法规和欧共体(EEC)的排放指令共同加以实现的,欧共体(EEC)即是现在的欧盟(EU)。
排放法规由ECE参与国自愿认可,排放指令是EEC或EU参与国强制实施的。
汽车排放的欧洲法规(指令)标准1992年前巳实施若干阶段,欧洲从1992年起开始实施欧Ⅰ(欧Ⅰ型式认证排放限值)、1996年起开始实施欧Ⅱ(欧Ⅱ型式认证和生产一致性排放限值)、2000年起开始实施欧Ⅲ(欧Ⅲ型式认证和生产一致性排放限值)、2005年起开始实施欧Ⅳ(欧Ⅳ型式认证和生产一致性排放限值)。
1.2.2我国排放标准
所谓国Ⅰ、国Ⅱ、国Ⅲ和国Ⅳ标准,是我们国家制定的汽车尾气排放阶段性限制标准,其准确定义为机动车尾气排放达到《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)》(GB18352.3-25)和《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ、V阶段)》(GB17691-25)中的第三阶段排放控制要求。
与国外先进国家相比,我国汽车尾气排放法规起步较晚、水平较低,根据我国的实际情况,从八十年代初期开始采取了先易后难分阶段实施的具体方案,其具体实施至今主要分为四个阶段,也就是我们常说的国I、国II、国III、国IV
表1-1欧洲排放标准与我国排放标准的对比
发展历程
排放标准
中国实施日期
欧洲实施时间
相差年份
国一(欧I)
GB18352.1-2001
2001.4.16
1992
9
国二(欧II)
GB18352.2-2001
2004.7.1
1996
8
国三(欧III)
GB18352.3-2005
2007.7.1
2000
7
国四(欧IV)
2010.7.1
2005
5
1.2.3我国现行排放标准与欧洲标准总述
汽车尾气排放的控制标准,即国Ⅰ、国Ⅱ、国Ⅲ和国Ⅳ,同时还有欧Ⅰ、欧Ⅱ、欧Ⅲ和欧Ⅳ。
那么,他们之间关联和区别如下:
1)二者的关联:
我国的汽车尾气排放限制标准源于欧洲标准,我国制定的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(Ⅰ)》等效于“欧Ⅰ”标准;
《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(Ⅱ)》等效于“欧Ⅱ”标准。
而欧Ⅲ则比欧Ⅱ标准上了个台阶。
做一个形象的比喻:
7辆执行欧Ⅱ标准的汽车,相当于1辆化油器车的污染物排放量;
14辆执行欧Ⅲ标准的汽车,才相当于1辆化油器车的污染物排放量。
按照轻型汽车Ⅲ号标准,家庭轿车和轻型汽车的一氧化碳排放量将在原有基础上减少30%,碳氢和氮氧化合物则分别减少40%。
国Ⅳ引用的是欧Ⅳ,大部分都完全引用。
2)二者的差异:
国标许多内容根据国内情况进行了更改。
《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国III、IV阶段)》油品质量对于汽车尾气排放效果的影响相当明显。
目前在我国新车常用的欧Ⅰ和欧Ⅱ标准等术语,是指当年EEC颁发的排放指令。
例如适用于重型柴油车(质量大于3.5吨)的指令“EEC88/77”分为两个阶段实施,阶段A(即欧Ⅰ)适用于1993年10月以后注册的车辆;
阶段B(即欧Ⅱ)适用于1995年10月以后注册的车辆。
国家第Ⅲ、Ⅳ阶段排放标准的主要技术内容与欧Ⅲ、欧Ⅳ排放标准相同,即各项试验的试验方法和限值都与欧Ⅲ、欧Ⅳ排放标准相同。
中国Ⅲ号标准的尾气污染物排放限值比我国目前执行的中国Ⅱ号标准尾气污染物排放限值降低了3%,而中国Ⅳ号标准将进一步降低6%。
为保证车辆使用过程中稳定达到排放限值要求,根据中国车用燃料的特点,规定了适合国情的燃油规格,保证车辆排放控制性能的耐久性,增加了对车载诊断系统(简称OBD)和在用车符合性的要求,这个OBD系统的实行体现出了很大的中国特色。
该系统特点在于,检测点增多、检测系统增多,在三元催化转化器的进出口上都有氧传感器。
完全通过实时监控车辆排放来控制达标,可以更加保证欧Ⅲ排放标准的执行。
应该注意到的一个重要问题是路况和油品将影响OBD的准确率,为保证车辆在使用过程中稳定达到排放限值要求,在实施新标准时,一个名叫车载诊断系统(OBD)要被加装到汽车上,OBD系统将根据发动机的工作状况随时监测汽车排放的尾气是否超标,超标时即发出警示。
目前能够达到欧Ⅲ排放标准的发动机,只是排放方面相比欧Ⅱ有所改进。
对于国标Ⅲ号,由于这些车辆出厂之前没有安装OBD系统,因此尚不能称在完全意义上达到欧Ⅲ排放标准。
车辆在使用过程中,如果车油不相配,会造成因油损车的情况。
如果汽油中的硫、锰、铁等杂质含量过高,可能损害三元催化器和氧传感器,降低对污染物的催化效果;
若汽油饱和蒸气压较高,也会带来挥发性污染。
新油品标准的制定体现了车厂和油厂的利益之争。
值得注意的是OBD系统不能在车辆出厂之后经过改造加上,因此即使现在购买那些已经具备达到欧Ⅲ排放标准条件的车辆,今后也不会视同已经符合我国新排放标准。
关键所在是油品的问题,如果使用相应的低品质燃油或油品质量不断反复,必然会导致排放标准不合要求,,排放同样达不到新标准要求。
要使汽车达到更严格的尾气排放标准,不仅要求汽车生产厂家提高整车生产技术,还需油品供应商提高相应的燃油质量。
欧Ⅳ与欧Ⅱ相比,欧Ⅲ排放标准中最大的变化在于车辆出厂前必须装配核心组件OBD,即车载自诊断系统,在全国市场提供质量稳定的燃油产品是实施更高排放标准的先决条件,加装OBD自动诊断系统才是当务之急。
1.3本课题研究的内容
通过近年来我国汽车保有量得不断增多,尾气排放的污染之严重,本文介绍汽车排放污染物种类和生成机理及其对人体的危害,分析汽车排放物的形成原因,阐述现有汽车排放控制的技术措施,主要包括机内控制和机外控制,本文介绍了两种机内控制废气再循环系统、稀薄燃烧技术,本文详细分析代用燃料汽车、电动汽车和混合动力汽车的排放特性,指出为了环境保护和汽车工业的可持续发展,代用燃料汽车技术、电动汽车技术和混合动力汽车技术是解决汽车排放、噪声和能源结构问题的有效手段。
燃料电池汽车是未来零排放的理想汽车。
2汽车尾气污染物生成机理及对人类的危害
2.1一氧化碳
CO是汽油燃烧不完全的产物,其数量占尾气成分的首位。
化石燃料的不完全燃烧和高温下存在的2CO+O2═2CO2的平衡,使得CO存在于所有实际燃烧器的尾气之中。
CO是一种无色、无味、无刺激性的有害气体,主要从排气管排出,也有少量由曲轴箱排出。
人吸入CO后,血中结合氧的血红蛋白将失去携带氧的能力,人就会出现中毒现象,如反应能力、视敏度下降等。
CO中毒的早期症状是流泪、咳嗽、头晕、恶心、呕吐、胸痛、呼吸困难,严重时会发生虚脱。
2.2碳氢化合物
大气的烃类污染物的定义并不严格,它是指各种烃类及其衍生物,品种极多,一般以HC表示(此处HC主要是指油箱及化油器的逸散和滴漏的燃料油和部分因燃烧不完全而生成的烃类及其各种衍生物)。
汽车尾气排放的未经燃烧的汽油和燃烧不完全成产生的烃类衍生物成分极其复杂,其中有饱和烃、不饱和烃、芳香烃以及这些烃类的含氧衍生物(如醛、酮等),不仅成分种类多,且组成变化也大。
烃类污染物对自然界的危害,主要是破坏了生态系统的正常循环,还诱发产生光化学烟雾有时简称未燃烃。
人体内吸入较多的未燃烃,会破坏造成血机能,造成贫血,神经衰弱,并会降低肺的抵抗力。
2.3氮氧化合物
氮的氧化物种类很多,但在大气中有危害作用的,主要是NO和NO2,习惯上将这两种化合物以NOx表示,称为氮氧化物。
NOx主要是在气缸点火的高温瞬间由空气中的氮与氧化物合成成的。
NOx对人体有危害,它进入人体后,开始是刺激呼吸器官,然后逐渐侵入肺部,与细胞液中水分结合成亚硝酸和硝酸后产生强烈的刺激与腐蚀作用,引起肺水肿。
NO2的毒性高于NO,NO2气体呈红棕色,有特殊刺激臭味。
NOx既有害于人体健康,还会腐蚀建筑物,并能导致形成酸雨和光化学烟雾,被列为大气中的重要污染物。
2.4其他污染物
可吸入颗粒物
直径大于10μm的颗粒,能依靠其自身重力作用降落到地面,称为降尘。
它们在空气中停留时间短,不易被人吸入,故危害不大。
直径小于10μm的颗粒,在空气中可较长时间飘游,称为飘尘。
对人体健康危险性最大的是0.5μm-5μm的颗粒,这种飘尘可直接到达肺细胞而沉积在肺中,并可进入血液,导致呼吸道疾病,它们还可能和SO2,NO2等产生协同作用,损害粘膜、肺细胞,引起支气管和肺部炎症,部分病人最后会导致肺心病。
汽车尾气中的颗粒物包括铅化合物、碳颗粒和油雾等。
铅化合物是大气的重金属污染中毒性较大的一种,它来自于汽油的抗爆添加剂,这是一种含铅的有机化合物四乙基铅[(C2H5)4Pb]。
其毒性比无机铅化合物约大百倍,并且随行车和风力扩散。
它是引起急性精神病症的剧毒物质,它可以在人体中不断积累,当血液铅含量超过0.1mg时,可造成贫血等中毒症状。
所以现在逐步推广使用无铅汽油。
碳颗粒是燃料不完全燃烧的产物,而油雾通常是由于油箱及化油器的逸漏而造成的。
3现代汽车污染控制技术
汽车尾气的控制有机内控制与机外净化两种形式。
机内控制是通过改变发动机设计、制造工艺等手段来减少有害物质的生成。
本文主要介绍了,废气再循环系统汽油电喷系统及稀薄燃烧技术[2]。
3.1废气再循环原理与净化任务
3.1.1废气再循环系统ERG的工作原理
废气再循环系统,简称EGR,其作用是将柴油机产生的一小部分废气再送回气缸。
再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过程,这就是氮氧化合物会减少的主要原因。
EGR率是用来反映EGR控制量的,即废气混入的多少EGR=返回废气量/进气量+返回废气量×
100%。
另外,提高废气再循环率会使总的废气流量减少,因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。
废气再循环系统示意图(见图3-1)。
图3-1废气再循环系统示意图
3.1.2本田轿车的废气再循环系统
废气再循环装置主要用于减少NOx的生成量、减少废气污染。
因为NOx是在高温富氧的条件下生成,引入废气再燃烧,可降低混合气的燃烧温度,可以抑制NOx的生成量。
废气再循环装置,通过EGR阀把少量的废气引入进气歧管与混合气混合,进入气缸燃烧。
废气中几乎不含氧,是不可燃气体。
这些气体与混合气混合使可燃成份下降,减少了发动机燃烧时的温度,从而减少了NOX的生成量。
另外,从排气歧管进入进气歧管的废气有一定温度,使进气歧管中的混合气受热膨胀、使吸入发动机汽缸中的有效燃烧物质减少,形成较弱的可燃混合气和一定数量的废气进入发动机燃烧室,也降低了混合气的燃烧温度,使NOX生成量减本田轿车的电脑控制废气再循环系统主要由ECM电脑、EGR阀、EGR阀位置传感器、EGR真空控制阀和EGR电磁阀等组成。
电脑控制EGR系统由进气歧管绝对压力传感器、进气温度、冷却液温度、EGR阀的位置和A/F等检测到的信号输入ECM,ECM根据这些参数计算出EGR阀的开启位置,同时向EGR电磁阀发出指令、使EGR阀的阀门处在优先位置,让发动机燃烧生成的NOX降低到最低限度而又不影响发动机的动力性。
在EGR系统管路中排气歧管与进气歧管相通,中间依靠EGR阀等执行元件控制开启。
在EGR阀的上方安装有EGR阀位置传感器,EGR真空控制阀、EGR电磁阀通过控制EGR阀的开度控制废气再循环量。
EGR阀的开启受真空度控制,真空度又由EGR真空控制阀控制,EGR真空控制阀的作用是保持进入E
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