第7章--汽车环保性.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 汽车环保性,7.1 汽车排气公害,7.2 汽车噪声公害,7.3 汽车电磁干扰公害,7.1 汽车排气公害,7.1.1 汽车污染源,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汽等三个途径进入大气中，造成对大气的污染。,1.汽车尾气排放,尾气排放是汽车最主要的大气污染源，排放物包含有许多种成分，并且随发动机类型及运行条件的改变而变化。,若燃料和空气完全燃烧时，其发动机排气的基本成分是二氧化碳（,CO2,）、水蒸气（,H2O,），过剩的氧（,O2,）及残余的氮（,N2,）等，这些物质均是无毒的。,排气中除了上述基本成分外，还有不完全燃烧和燃烧反应的中间产物，包括一氧化碳（,CO,）、碳氢化合物（,HC,）、氮氧化物（,NOx,）、颗粒物（炭烟、油雾等）、二氧化硫（,SO2,）以及臭气（甲醛、丙稀醛）等。这些污染物基本上都是有毒的，而且它们的排放量随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废气总量的,1%,，而在汽油机中所占的比例最高可达,5%,以上。表,7.1,给出汽车在不同运行工况下排气中有害成分的含量值。,在有害成分中，,CO,、,HC,、,NOx,和碳烟是造成大气污染的主要物质，汽车和内燃机的净化措施就是研究如何控制汽车排气中这些物质的含量。,表7.1 不同工况下汽车排气有害成分的含量,车种,工况/（km/h）,CO的体积分数（%）,HC的体积分数（10,6,）,NO,x,的体积分数（10,6,）,炭烟浓度/（g/m,3,）,排气量,汽油车,怠速0,加速040,等速40,减速400,3.010,0.75.0,0.51.0,1.54.5,3002000,300600,200400,10003000,50100,10004000,10003000,550,0.005以下,少,增多,高速最多,减少,柴油车,怠速0,加速040,等速40,减速400,00.01,00.50,00.10,00.05,300500,200300,90150,300400,5070,8001500,2001000,3035,0.10.3,少,增多,高速最多,减少,2.曲轴箱窜气,在发动机工作的压缩行程和做功行程，燃烧室的气体由活塞与汽缸之间的间隙窜入曲轴箱后，由于曲轴箱内必须有新鲜空气不断循环，早期的方法是将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过滤器进入曲轴箱，和窜气混合后，由进气歧管真空度吸入空气滤清器，过滤后进入汽缸烧掉。这种方法，在发动机高负荷运转时，窜气量增加，但由于进气歧管真空度减弱，反而不能全部吸走窜气，因此窜气会从加机油管口盖处逸出，造成污染。其主要污染物是HC，也有部分CO、NOx等。自从有了封闭式带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。,图7.1是目前汽车上普遍采用的封闭式曲轴箱强制通风装置。从空气滤清器引入新鲜空气，经C管和闭式呼吸器6进入曲轴箱，与窜气混合后，从汽缸盖罩经A管，由PCV阀计量后吸入进气歧管进入汽缸内烧掉。高速、高负荷时进气歧管真空度减弱，一旦窜气量过多而不能完全吸尽时，窜气会从曲轴箱倒流入空气滤清器，吸入进气管进入汽缸烧掉。,图7.1 封闭式曲轴箱强制通风装置,1.一氧化碳,一氧化碳是燃料不完全燃烧产物，是汽车及内燃机排气中有害浓度最大的产物。城市空气污染中80%左右的CO来自于汽车排放。,一氧化碳是无色、无味、无臭的窒息性易燃有毒气体。一般城市中的CO水平对植物及有关的微生物均无害，但对人体则有害，因为它能与血红素作用生成羧基血红素。实验证明，血红素与一氧化碳的结合能力较与氧的结合能力大200300倍，因此，使血液输送氧的能力降低而引起缺氧。一氧化碳被人体大量吸入后会使人发生恶心、头晕、疲劳症状，严重时会使人窒息死亡。,表7.2是不同浓度CO对人体健康的影响。,CO含量（体积分数）（10,6,）,对人体健康的影响,510,30,40,120,250,500,3000,对呼吸道患者有影响,人滞留8b，视力及神经机能出现障碍，血液中COHb=5%,人滞留8h，出现气喘,1h接触，中毒，血液中COHb10%,2h接触，头痛，血液中COHb=40%,2h接触，剧烈心痛、眼花、虚脱,30min即死亡,2.氧碳氢化合物,碳氢化合物主要是未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物。汽车排放的碳氢化合物主要有烷烃或饱和烃CnH2n2、环烷烃CnH2n、烯烃、芳香族化合物和含氧化合物醛、醇、醚类和酮类。,饱和烃危害不大，不饱和烃危害性很大。甲烷气体无毒性。当甲醛、丙烯醛等醛类气体含量（体积分数）超过1106时，就会对眼、呼吸道和皮肤有强刺激作用；含量（体积分数）超过25106时，会引起头晕、呕心、红白血球减少、贫血；超过1000106时，会急性中毒。苯是无色气体，但有特殊气味。应当引起特别注意的是带更多环的多环芳香烃，如苯并芘及硝基烯，是强致癌物质。烃类成分还是引起光化学烟雾的重要物质。,3.氮氧化物,氮氧化物是燃料高温燃烧过程中剩余的氧与氮化合形成的产物，其主要成分有NO、NO2、N2O3、N2O5等，总称为NOx。,NO是无色无味气体，稍溶于水，只有轻度刺激性，毒性不大，高浓度时会造成中枢神经轻度障碍，NO可被氧化成NO2。NO2是一种棕红色强生理刺激性的有毒气体，是引起急性呼吸道疾病的主要物质,。,NO2遇水易溶解：3NO2+H2O2HNO3NO,NO2是地面附近大气中形成光化学烟雾产生臭氧的主要物质。,NO,2,含量（体积分数）（10,6,）,对人体健康的影响,1,5,1015,50,80,100150,250,闻到臭味,闻到强臭味,10min眼、鼻、呼吸道受到刺激,1min内人呼吸困难,3min感到胸痛、恶心,在3060min因肺气肿而死亡,很快死亡,4.风光化学烟雾,光化学烟雾是汽车排放到大气中的HC和NOx在太阳光能（300040001010m紫外线）作用下进行光化学反应生成臭氧、醛类和过氧化酰基硝酸盐等形成的一种浅蓝色烟雾。它是一种强刺激性有害气体的二次污染物。,光化学烟雾各成分含量的变化规律如图7.2所示。HC和NO2在上午上班时间（8点左右）含量达到最高值；经34h照射后，臭氧和醛类的含量达到最大值。到了晚上，臭氧和醛类等的含量便显著降低。,图7.2 光化学烟雾各成分含量的变化情况,光化学烟雾的主要危害可归纳为四个方面。第一是光化学烟雾中的甲醛、过氧化苯甲醛酰硝酸酯和丙烯醛对眼睛的刺激。第二是光化学烟雾中的臭氧是强氧化剂，引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等症状，空气中臭氧的含量对人体健康的影响如表7.4所示。第三是光化学烟雾中的臭氧对有机物质（如橡胶、棉布、尼龙和聚酯等）的损害。第四是使哮喘病增多，植物毁坏。,臭氧含量（10,6,）,人体中毒后的症状,0.02,0.20.3,0.11.0,0.20.5,12,510,1520,5min内多数人能觉察，1h内胶片脆化,胸机能降低、胸部有压迫感,1h内呼吸紧张,36h内视力降低,2h内头疼、胸痛、肺活量减少,全身疼痛，开始出现麻痹症，得肺气肿,小动物2h内死亡,表7.4 臭氧的含量对人体健康的影响,5.微粒,汽车排放到大气中的微粒绝大多数是直径小于,1m,以下的固态和液态物质，以气溶胶、烟雾、尘埃等状态存在于大气中。汽油机和柴油机所排放的微粒是不同的，汽油机主要是铅化物、硫酸盐以及一些低分子物质，只有当技术状况变坏，烧机油时，才有大量碳烟排出；柴油机微粒排放要比汽油机高,3060,倍，成分也更复杂，它是一种类似石墨形式的含碳物质（碳烟）并凝聚和吸附了相当数量的高分子可溶性有机物和,SO2,等，这些有机物包括未燃的燃油、润滑油及其不同程度的氧化和裂解产物。,（,1,）铅化物,（,2,）碳烟,6.,二氧化硫,7.1.3 汽车排放标准,1.国外汽车排放标准,汽车排放控制最早起源于美国的加州地区，1960年，美国加利福尼亚州颁布了世界上第一部汽车排放法规。1963年美国政府制定了大气清洁法，其后进行了多次修订和补充，逐步严格化，但在1968年以前美国一直采用加州汽车排放标准。从1968年起美国才有了联邦汽车排放标准，之后几乎是逐年严格化。但是直到现在加州汽车排放标准仍然是世界上最严格的汽车排放标准。继美国之后，日本和欧洲经济委员会分别于1966年和1970年相继制定了机动车排放法规和标准。,欧洲汽车排放标准（g/km）,年份,汽油机,柴油机,CO,NO,x,HC,NO,x,PM,1986年,1.5,4.6,1989年,14.0,0.5,1992年（欧）,2.8,1.0,8.0,0.36,1996年（欧）,2.3,0.3,8.0,0.25,2000年（欧）,2.3,0.15,0.2,5.0,0.10,2005年（欧）,1.0,0.08,0.1,5.0,0.02,2009年（欧）,2.0,0.02,2.我国汽车排放标准,我国从1981年开始制定标准，于1983年首次发布了国家汽车排放标准GB3842384783，并于1984年4月1日起执行。其中GB384283、GB384383、GB384483分别为四冲程汽油机新车和在用车怠速时的排放标准、柴油车自由加速时的烟度标准、柴油机全负荷时的烟度标准。,1993年，我国发布七项汽车排放国家标准GB14761.193轻型汽车排气污染物限值及测试方法、GB14761.293车用汽油机排气污染物排放标准、GB14761.393汽油车燃油蒸发污染物排放标准、GB14761.493汽车曲轴箱污染物排放标准、GB14761.593汽油车怠速污染物排放标准、GB14761.693柴油车自由加速烟度排放标准、GB14761.793汽车柴油机全负荷烟度排放标准。1999年，我国正式发布四项汽车排放国家标准GB147611999、GB176911999、GB38471999、GB36921999，于2000年1月1 日起实施。至此，我国新车排放达到欧洲90年代初期水平。国家2001年4月16日发布了GB18352.12001与GB18352.22001，分别于2001年4月16日和2004年7月1日起实施。国家于2002年11月27颁布了GB147622002，从2003年1月1日起实施。,新的排放标准已与国际接轨，目前汽车排放标准执行的是GB182852005，其标准见表7.10和表7.11。装配压燃式发动机的车辆排气烟度限值见表7.12（GB38472005）,表7.10 新生产汽车排气污染物排放限值（体积分数）,车 型,类 别,怠 速,高怠速,CO（%）,HC（10,6,）,CO（%）,HC（10,6,）,2005 年7 月1 日起新生产的第一类轻型汽车,0.5,100,0.3,100,2005 年7 月1 日起新生产的第二类轻型汽车,0.8,150,0.5,150,2005 年7 月1 日起新生产的重型汽车,1.0,200,0.7,200,注：,第一类轻型汽车是指设计乘员数不超过6人（包括驾驶员），且最大总质量25000kg的M,1,类车。,第二类轻型汽车是指除第一类轻型汽车以外的其他所有情形汽车。,重型汽车是指最大总质量3500kg的车辆。,轻型汽车是指最大质量3500kg的M,1,类、M,2,类和N,1,类车辆。,表7.11 在用汽车排气污染物排放限值（体积分数）,车 型,类 别,怠 速,高怠速,CO（%）,HC（10,6,）,CO（%）,HC（10,6,）,1995 年7 月1 日前生产的轻型汽车,4.5,1200,3.0,900,1995 年7 月1 日起生产的轻型汽车,4.5,900,3.0,900,2000 年7 月1 日起生产的第一类轻型汽车,0.8,150,0.3,100,2001 年10 月1 日起生产的第二类轻型汽车,1.0,200,0.5,150,1995 年7 月1 日前生产的重型汽车,5.0,2000,3.5,1200,1995 年7 月1 日起生产的重型汽车,4.5,1200,3.0,900,2004 年9 月1 日起生产的重型汽车,1.5,250,0.7,200,注：,对于,2001,年,5,月,31,日以后生产的,5,座以下（含,5,座）的微型面包车，执行此类在用车排放限值。,表7.12 装配压燃式发动机的车辆排气烟度限值,车辆类型,检测类型,限值,2005年7月1日以后生产的在用汽车,自然吸气式,光吸收系数/m,1,涡轮增压式,2001年10月1日2005年6月30日期间生产的在用汽车,自然吸气式,光吸收系数/m,1,2.5,涡轮增压式,3.0,1995年7月1日2001年9月30日期间生产的在用汽车,波许烟度值/Rb,4.5,1995年6月30日以前生产的在用汽车,波许烟度值/Rb,5.0,7.1.4 汽车排放试验规范,目前，我国在用汽车采用怠速法、双怠速法、稳态工况法（ASM）、瞬态工况法、简易瞬态工况法等方法检测汽油车辆的排气污染物，用自由加速法检测柴油发动机的可见污染物。,7.2 汽车噪声公害,7.2.1 汽车噪声的来源,噪声是汽车的第二公害。按照噪声产生的过程，汽车噪声源大致可分为：与发动机转速有关的声源和与车速有关的声源。图7.6说明了这些基本噪声源。,图7.6 主要噪声源示意图,与发动机转速有关的噪声源主要有：进气噪声、排气噪声、冷却系风扇噪声和发动机表面辐射噪声。用发动机带动旋转的各种发动机附件（如空气压缩机、发电机等）的噪声，也属此类。,与车速有关的噪声源包括：传动噪声（变速器、传动轴等）、轮胎噪声、车体产生的空气动力噪声。,1.发动机噪声,发动机噪声包括燃烧、机械、进气、排气、冷却风扇等及其它部位发出的噪声。,2.传动机构噪声,3.轮胎噪声,产生轮胎噪声最主要的原因是轮胎的胎面花纹。,7.2.2 汽车噪声限值,随着机动车拥有量的增加，交通噪声已成为影响城市环境的主要公害之一，为了提高我国汽车的设计、制造水平和控制城市环境交通噪声污染，国家环保局分别制订颁布了控制机动车辆噪声的标准，如表7.18所示，和控制城市区域环境噪声的标准如表7.19所示。,汽车分类,噪声限值dB（A）,第一阶段,第二阶段,2002.10.12004.12.30期间生产的汽车,2005.1.1以后生产的汽车,M,1,77,74,M,2,（M3.5t），或N,1,（M3.5t）：,M2t,2tM3.5t,78,79,76,77,M,1,（3.5tM5t），或M,1,（M5t）：,P150kW,P150kW,82,85,80,83,N,1,（3.5tM12t）。或N,1,（M12t）：,P75kW,75kWP150kW,P150kW,83,86,88,81,83,84,说明：,a）M,1,，M,2,（M3.5t）和N,1,类汽车装用直喷式柴油机时，其限位增加1dB（A）。,b）对于越野汽车.其M2t时：,如果P150kW，其限值增加1dB（A），,如果P150kW，其限值增加2dB（A）。,c）M,1,类汽车。若其变速器前进挡多于四个，P140kW，P/M之比大于75kw/t，并且用第三挡测试时其尾端出线的速度大于61km/h。则其限值增加dB（A）。,d）M最大总质量（t）；,e）P发动机额定功率（kW）。,表7.18 汽车加速行驶车外噪声限值（GB14952002）,表7.19 城市各类区域环境噪声标准（GB309682）,适用区域,昼间/dB（A）,夜间/dB（A）,特殊住宅区,居民、文教区,一类混合区,二类混合区、商业中心区,工业集中区,交通干线道路两侧,45,50,55,60,65,70,35,40,45,50,55,55,注：特殊住宅区：指特别需要安静的住宅区；居民文教区：指纯居民区和文教区；一类混合区：指一般商业与居民混合区；二类混合区：指工业、商业、少量交通与居民混合区；商业中心：指商业集中的繁华地区。,7.2.3 噪声测量仪器,GB14962002,汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法,中规定，测量噪声应使用精密声级计或普通声级计。,声级计是用话筒把声音信号转变为电信号，再把电信号经放大处理后，由仪表把噪声级指示出来。图,7.7,为声级计外形图。声级计由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器、指示表头和电源等组成,1滤波器开关；2电池盖板（背面）；3计权网络开关；4长六边形开关；5校正电位器；,6透明旋钮（输出衰减器）；7黑色旋钮（输入衰减器）；8电容传声器,7.2.4 噪声试验,1.测量条件,（1）测量场地,测量场地（见图7.8）应达到的声场条件是：在该场地的中心（O点）放置一个无指向小声源时，,半球面上各方向的声级偏差不超过士1 dB。如果下列条件满足，则可以认为该场地达到了这种声场条件：,a）以测量场地中心（O点）为基点、半径为50 m的范围内没有大的声反射物，如围栏、岩石、桥梁或建筑物等；,b）试验路面和其余场地表面干燥，没有积雪、高草、松土或炉渣之类的吸声材料；,c）传声器附近没有任何影响声场的障碍物，并且声源与传声器之间没有任何人站留。进行测量的观察者也应站在不致影响仪器测量值的位置。,测量场地应基本上水平、坚实、平整，并且试验路面不应产生过大的轮胎噪声。,图7.8 测量场地和测量区及传声器的布置,（2）气象,测量应在良好天气中进行。测量时传声器高度的风速不应超过5m/s。必须注意测量结果不受阵风的影响。可以采用合适的风罩，但应考虑到它对传声器灵敏度和方向性的影响。,气象参数的测量仪器应置于测量场地附近，高度为1.2 m。,（3）背景噪声,背景噪声（A计权声级）至少应比被测汽车噪声低10 dB。,（4）汽车,被测汽车应空载，不带挂车或半挂车（不可分解的汽车除外）。,被测汽车装用的轮胎由汽车制造厂选定，必须是为该车型指定选用的型式之一，不得使用任一部分花纹深度低于1.6 mm的轮胎。必须将轮胎充至厂定的空载状态气压。,在开始测量之前，被测汽车的技术状况应符合该车型的技术条件（特别是该车的加速性能）和GB/T 12534的有关规定（包括发动机温度、调整、燃油、火花塞等等。,如果汽车有两个或更多的驱动轴，测量时应采用道路上行驶常用的驱动方式。,如果汽车装有带自动驱动机构的风扇，在测量期间应保持其自动工作状态。如果该车装有诸如水泥搅拌器，空气压缩机（非制动系统用）等设备，测量期间不要起动。,2.测量方法,（1）测量区和传声器的布置,1）加速行驶测量区域按图7.8确定。加速段长度为2（10m0.05m），AA线为加速始端线，BB线为加速终端线，CC为行驶中心线。,2）传声器应布置在离地面高1.2 m0.02 m，距行驶中心线CC7.5m0.05m处。其参考轴线必须水平并垂直指向行驶中心线CC。,（2）加速行驶操作,1）汽车分别以30、40、50 km/h的稳定速度接近AA线，其速度变化应控制在1km/h之内。,2）当汽车前端到达AA线时，必须尽可能地迅速将加速踏板踩到底（即节气门或油门全开），并保持不变，直到汽车尾端通过BB线时再尽快地松开踏板（即节气门或油门关闭）。,3）汽车应直线加速行驶通过测量区，其纵向中心平面应尽可能接近中心线CC。,4）如果该车是由牵引车和不易分开的挂车组成，确定尾端通过BB线时不考虑挂车。,（3）声级测量,7.3 汽车电磁干扰公害,汽车电磁噪声分为由汽车内部的电磁噪声和汽车外部的电磁噪声。汽车内部的电磁噪声，是指车用发电机、继电器、开关等部件工作时及开关触点断开瞬间所发生的噪声；外部噪声是指人为的各种电气设备，例如，高压输电线、铁轨、广播电台设备所辐射出来的对汽车引起干扰的电磁辐射和雷电、静电等自然现象引起的噪声。,7.3.1 汽车内部的电磁噪声,1.汽车内部电磁噪声的来源,汽车内部电磁噪声主要来源于具有触电的负荷装置、点火系统、发电机、电机、电子控制系统等。,2.汽车内部电磁噪声的类型,根据电磁噪声的发生机理不同，电磁噪声可分为由点火放电引起的噪声、由触电开关引起的噪声和微机时针引起的噪声三种。,7.3.2 汽车外部的电磁噪声,在汽车外部的电磁噪声中对电子系统有较大影响的是静电及社会环境中的电车、高压输电线与通信设备（包括广播电台设备）。,1.由静电引起的电磁噪声,在汽车的电子系统中所使用的元件经历了晶体管集成电路大规模集成电路的飞速发展过程，静电现象也日益为人们重视。在汽车中，在下车时或在车椅上滑动时，以及在工厂组装车间检测、维修调整时，由静电引起的电磁噪声都必须加以考虑。静电的产生，与湿度、衣服等相关，而且，人体所具有的等价静电容量及人体电阻也因人而异，其评价模式现在还未出现。,2.社会环境中的电磁噪声,在社会电磁环境中必须考虑的是，在超高压输电线下的电磁噪声、电车轨道近旁的电磁噪声及广播电台放射的各种电波，通信设备的发射天线近旁的电磁噪声。,高压输电线为了减少输电损耗通常采用高压输电形式。不仅是空气中电晕放电，也必须考虑到高压输电线下的电磁噪声。在500kV输电线下进行测量的实例是：离地高2m，1kV/m（60Hz）。此外，在这种地点汽车内部的电场强度与车种有直接关系，而且在车窗玻璃面附近最为严重。电台发射塔近旁的电磁噪声的特性，与电场、磁场的特性有关。在中波、短波频带中磁场比电场更占重要因素。在短波频带中以电场为主体。,