影响汽车排放性能的因素分析

四川职业技术学院毕业论文第1页共17页影响汽车排放性能的因素分析摘要：我国汽车保有量急剧增加，汽车排放对空气的污染已成为严重的社会公害。在汽车密集的城市，汽车排放污染对人们的生活环境造成了极大的影响，严重地威胁到人们的身心健康，同时也危害着一些动、植物的生存和生长，破坏了自然界的生态平衡。因此，解决汽车排放污染已成为亟待认真研究的重要课题。我们写这篇论文的目的是：分析汽车排放的影响因素，对当代汽车排放方面的不足的分析，探讨如何提高汽车排放在结构上、性能上的措施和方法，为未来汽车在排放性能上提供发展方向。本论文通过采用文献研究法和通过上网查阅资料和数据的方法，阐述了当代汽车需改进的方向，论证了汽车排放存在的缺点，得出解决汽车排放的问题已成为当今汽车发展的重要课题。关键词：汽车；排放性能；排放污染随着经济的高速发展，21世纪的今天，汽车是人类不可缺少的交通工具，但汽车排放污染却是大气的主要污染源。本文的目地在于帮助大家认清汽车排放污染的危害性，增强人们的环保意识，唤起人们加快治理汽车排放污染的步伐。环保和节能，是当今和未来经济社会发展中人类面临的重大问题。汽车排放是空气污染的主要因素，我国城市排放污染中，汽车尾气排放所占比例已超过70%，所以，加强汽车排放治理刻不容缓。我国汽车石油消耗量约占全国石油消费的1/3以上，而且随着汽车保有量的上升，我国汽车污染物排放总量也日趋增加，汽车排放造成的大气污染严重影响了人们的生活和身心健康。因此，在汽车工业发展和环境保护之间,需要寻求新的平衡。1汽车排放性能的概述1.1汽车排放物的来源汽车的有害气体主要通过汽车尾气排放、曲轴箱窜气和汽油蒸发等三个途径进入大气中，造成对大气的污染。1.1.1汽车尾气排放尾气排放是汽车最主要的大气污染源，排放物包含许多的成分，并且随着发动机的类型及运行条件的改变而变化。若燃料和空气完全燃烧时，其排气主要成分是二氧化碳（CO2）、水蒸气，过剩的氧气及残余的氦气,它们均是无毒的。当燃料和空气不完全燃烧时，其排气的主要成分是一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、颗粒物等。这些污染物基本上都是有毒的，而且它们随着汽车运行工况的不同变化较大。其排放总量，在柴油机排气中占不到总量的1%，而汽油机中所占比例最高可达5%以上。1.1.2曲轴箱窜气在发动机工作的压缩行程和作功行程，燃烧室的气体由活塞与气缸之间的间隙窜入四川职业技术学院毕业论文第2页共17页曲轴箱内，由于曲轴箱内必须有新鲜空气不断循环，早期的曲轴箱与空气滤清器连通，外界新鲜空气从加机油管口盖的空气滤清器进入，和窜气混合后，由进气歧管真空度吸入空气滤清器，过滤后进入气缸烧掉。但是，在发动机高负荷运转时，窜气量增加，进气歧管的真空度减少，不能全部吸走窜气，就导致窜气从加油管口盖处逸出，造成污染。其主要污染物是HC,也有部分的CO、NOX等。自从有了密闭式带PCV阀的曲轴箱强制通风装置后，这部分污染得到了有效的控制。1.1.3汽油蒸气油箱、化油器浮子室等盛油容器，由于温度的升降产生呼吸作用，使油蒸汽HC向大气中排放；油管接头处得渗漏也向大气中排放HC。目前采用活性炭罐吸附使油箱和化油器浮子室呼吸作用产生的HC排放得到了一定控制，但未从根本上解决这一污染源的污染问题。1.2汽车排放物形成的原因汽车排放物产生的原因是不同的,其中CO是因燃烧时供氧不足生成的，在汽油机中主要是因混合气较浓，HC是由于燃烧不完全，低温缸壁使火焰受冷熄灭、电火花微弱、混合气形成条件不良而生的;NOX是燃烧过程中，在高温、高压条件下，原子氧和氮化合的结果；炭烟是燃油在高温缺氧条件下裂解生成的，汽油机正常工作时很少出现炭烟。1.3汽车排放物的危害一氧化碳是汽油发动机工作时排放的一种有毒气体，无色无味(也称煤气)，比空气轻，不易被人察觉。空气中的一氧化碳达5%时，人经呼吸器官吸入后，血中结合氧的血红蛋白将失去带氧能力，人就会产生中毒，这时反应能力、视敏度下降。一氧化碳中毒的早期症状是流泪、咳嗽、头晕、恶心、呕吐、胸痛，呼吸困难，严重时发生虚脱昏迷，甚至死亡。氮的氧化合物中最重要的是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，一氧化氮吸入后进入血液中也与血红素结合，直接危害人体生命。二氧化氮(NO2)一种褐色有毒气体，并且有特殊臭味，它损害人体肺部和眼睛。HC和NOx化合物在太阳光的紫外线作用下，能生成一种有害的烟雾状，即光化学烟雾，滞留在大气中，使人的呼吸感到困难，头晕目眩，眼红咽痛，甚至引起中枢神经瘫痪痉挛；同时对农作物生长有影响，还会使轮胎等橡胶制品老化变质。此外汽油发动机中所燃用的汽油，一般都含有四乙铅，随排出的铅化合物微粒，其毒性也非常大。燃油中还有少数的硫，燃烧后使废气中产生二氧化硫(SO2)，它溶于水后生成酸性物质，有损人体健康。2汽车排放性能的影响因素汽油机的设计和运行参数、燃料设备、分配及成分等因素都与排放污染物的排出量有很大关系。为了降低汽油机排气中污染物的有害排出物，必须了解这些因素对有害排放物生成的影响。四川职业技术学院毕业论文第3页共17页2.1空燃比空燃比是指可燃混合气中空气质量与燃油质量之比为空燃比，空燃比A/F（A:air-空气，F:fuel-燃料）表示空气和燃料的混合比。空燃比是发动机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。空燃比比大于理论值的混合气叫做稀混合气，气多油少，燃烧完全，油耗低，污染小，但功率较小。空燃比小于理论的混合气叫做浓混合气就，气少油多，功率较大，在16时油耗最低，在18左右污染源浓度最低。因此，为了降低油耗减少污染，应当尽量使用空燃比大的稀混合气，只在需要时才提供浓混合气。随着空燃比的增加，CO的排放浓度逐渐下降，原因是空气量来的不断增加，混合气变稀，致使燃料在气缸内充分的燃烧；HC若在混合气过低的情况下，火焰传播会出现不充分和断火的情况，若在过高的情况下，空气量不足，燃料不能完全燃烧，致使HC的排放浓度增加；NOX在燃气中的氧的含量较高，此时燃烧温度处于峰值，自然NOX的排放浓度也处于峰值。2.2喷油速率及喷油提前角的影响喷油速率和喷油提前角是供油系统的两个主要参数，它们也是影响污染物排放的主导因素之一。这两个参数的变动，可能只降低某种污染物的排放量，却使另一种增加，即在这一过程中，改变这两个参数虽然降低了有害排放物的量，但是会是燃油的经济性及动力性下降。（1）喷油速率，是指喷油器在单位时间内喷入燃烧室内的燃油量。喷油速率的变化对氮氧化合物、碳氢化合物及一氧化碳都有一定的影响。若提高喷油速率，减少喷油的持续时间，并可在喷油终点时推迟喷油，这样不仅降低氮氧化合物的排放量，而且又保证了发动机的动力性和燃油经济性。但是，如果喷油率过高，会导致HC的排放量增加。这里所说的喷油率增加并不是指整个过程的喷油速率的提高。通俗的说，初期的喷油速率不能过高，用以抑制着火后期内混合气的生成量，降低初期的燃烧速率，从而降低内燃机内的温度和噪声以及抑制氮氧化合物的生成；中期急速喷油，即通过高喷油压力和高喷油速率来加速扩散燃烧速度，这样可避免低的喷油压力和雾化质量变差带来的不完全燃烧和微粒排放的增加。（2）喷油提前角它与点火提前角相似，对NOX、CO和HC排放的影响较大，不同的是喷油点火提前角的影响对象主要是柴油机：相同的是推迟喷油提前角，可降低这些污染物的排放量，但是，过分的推迟就会导致初期喷油速率增大，从而使NOX的排放量攀升。除了喷油速率和喷油提前角，供油系统的参数还有很多，如喷油压力、喷口直径喷孔数目等。它们对污染物的排放量都有一定的影响，比如，在喷油速率和压力等因素不变时，增加喷口的直径或是减少喷孔的数目，都可以降低NOX的排放量。2.3点火提前角四川职业技术学院毕业论文第4页共17页在空燃比一定的情况下，点火提前角对CO排放浓度影响不大，除非它过分的提前，致使CO没有充分的时间被氧化而引起CO排放量增加。但是，对HC和NOX的影响较大。随着最佳点火提前角的推迟，NOX和HC同时减低，后燃加重，热效率变差，燃烧消耗明显恶化；如果最佳点火提前角提前，就会导致排气温度上升，使得在排气行程以及排气管的HC加速氧化，使最终排出的HC减少。2.4发动机运转状态汽油机的运转状态分为稳定运转和非稳定运转。稳定运转状态是指发动机的零部件、冷却水及润滑油的温度趋于平衡，发动机在恒定的转速和负荷下运转；相反，非稳定运转是指发动机在实际运行中，零部件、冷却水及润滑油的温度不可能恒定不变，发动机的转速和负荷也需要随时调整以适合不同的外界条件。在稳定运转状态下影响污染物排放的主要因素是转速和负荷。转速对排放的影响较为复杂，因为转速的变化，将引起充气系数、点火提前角、混合气的形成、空燃比等等因素的变化。但是，当转速增加时，汽油机内的温度升高，利于燃料的燃烧，减低CO和HC的排放。但是汽油机怠速时，由于转速低、汽油雾化差、混合气很浓，CO和HC的排放浓度较高；同样，随着负荷的增加对污染物排放的影响较小。若在非稳定运转状态下影响污染物的排放主要因素是冷启动、加速、减速等。冷启动时，汽油机不仅转速及温度低，而且过量空气系数小于1，致使汽油机内混合气过浓，从而导致较高浓度的CO排放；加速时，发动机部分负荷迅速增加，使内燃机内的混合气过浓，从而增加了废气的排放量；减速时，发动机由于汽车倒拖的过程。在汽油机内，处于怠速状态，即污染物的排放量增加。2.5驾驶操作者对汽车排放性能的影响驾驶技术是影响有害物质排放的一个重要因素。正确地驾驶操作可以大大降低汽车污染物的排放。据测试证明，不同技术水平的驾驶员在相同使用条件下驾驶相同的汽车，污染物排放量差异很大。有丰富经验的驾驶员，在驾驶过程中对换挡、加速减速的时机和强度有充分的了解，车辆运行平稳。而没有经验的驾驶员，驾驶时操作时机掌握不好，虽车辆运行不够平滑，空燃比波动较大，导致加速度和减速度超过排放法规值。2.5.1起动控制发动机起动时化油器供给气缸的混合气浓度高，尾气中的化合物含量大，特别是起动不成功时，进入气缸中的汽油没有燃烧直接排放到大气中，造成严重的化合物污染。试验表明，起动时保持阻风门开度为左右排污量最小，因为阻风门开度过小或完全关闭时混合气过浓，会引起尾气中的含量明显增加，所以驾驶员应保持点火系、起动系和供油系性能良好，起动时控制好油门和阻风门，争取一次起动成功。2.5.2车速控制理论分析和试验结果表明，车辆加速或减速时，尾气中的含量显著增加，加速时由于发动机温度的升高还可能引起化合物排放的增加，只有在等速行驶时汽车的排污量最四川职业技术学院毕业论文第5页共17页低。因此，在道路条件和环境允许的情况下，应保持等速行驶，不要频繁变换车速。2.5.3油门控制油门踏板直接控制进入气缸的混合气浓度，对尾气排放影响很大。在急踩油门踏板时，化油器中对其排放性能的影响的省油器起作用，向气缸供给极浓的混合气，尾气中的化合物将显著增加。在急松油门踏板时，由于节气门突然关闭无节气门缓冲装置的化油器，造成进气歧管真空度急剧增大，这时附着在进气歧管壁上的油膜和怠速油道中燃油会迅速蒸发并进入气缸，短时间内使混合气变浓，而后混合气又迅速变稀，造成发动机燃烧条件恶化，工作不稳定，排污量增加。因此，驾驶员开车时应平稳操作油门，不宜急踩或急松油门踏板。2.5.4发动机水温控制发动机工作时由于冷却水的作用会使气缸壁附近形成一层温度较低的混合气，称为激冷层。激冷层内的混合气因温度低而不能燃烧，主要以化合物的形式排出，形成污染。发动机水温越低，激冷层越厚，尾气中化合物含量越多，所以要注意发动机保温，保持发动机水温接近允许值的上限。2.6道路对汽车排放性能的影响2.6.1城市行驶中汽车运行工况对排放物的影响由于城市交通不畅，道路拥挤，汽车在频繁地减速、停车、起步，使发动机怠速、小功率范围内运行时间增长，使汽车有害排放物急剧增加。我国城市道路大致有三种类型：主干道，其特点是路面宽，车流量大，基本无红绿灯；次干道，路面较宽，车流量较大，有红绿灯；一般道路，路面较窄，平面交叉，商业区多。不同的道路类型对汽车的