在用汽車排放及其規(guī)律研究論文(doc 34頁).doc

1、摘 要隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，汽車尾氣排放污染日益嚴重，本文分析了汽車排放污染物的主要成分、危害、生成機理以及影響因素，現(xiàn)行汽車排放法規(guī)等，著重對在用國產(chǎn)汽車發(fā)動機怠速工況污染物的排放統(tǒng)計特征進行深入系統(tǒng)地研究，根據(jù)汽車檢測線檢測得到的大量樣本實測數(shù)據(jù)，展開參數(shù)估計和假設檢驗，確定其最優(yōu)擬合分布和相應的分布參數(shù)，進而建立輕型普通貨車發(fā)動機的怠速工況污染物的排放分布密度函數(shù)和分布函數(shù)統(tǒng)計模型。對在用汽車的排放情況進行深入分析和研究，為控制車輛排放污染提供可靠的保證，對正確評價其對城市周圍大氣環(huán)境所造成的污染以及排放法規(guī)的修訂必將起到重要的作用。關鍵詞：汽車，發(fā)動機，怠速工況，排放物，統(tǒng)計規(guī)律Ab

2、stractWith the continuous development of automobile industry, car exhaust emission pollution is increasingly serious, this article analyzes the main components of the vehicle emission pollutants, harm, formation mechanism and influencing factors, the existing vehicle emission regulations, the pollut

3、ant emissions in a car engine idle speed conditions of statistical features in-depth study systematically, according to the sample of automobile test line detection to get a large number of measured data, parameter estimation and hypothesis test, determine the optimum fitting distribution and corres

4、ponding distribution parameters, then build a light-duty ordinary freight car engine idle speed condition emissions of pollutants distribution density function and distribution function of statistical model. To use the car emission situation in-depth analysis and research, to provide reliable guaran

5、tee to control vehicle emission pollution, to correctly evaluate its around the city atmospheric environment caused by pollution and emission regulations revision will play an important roleKeywords: Automobile, engine, idle speed condition, emissions, statistical law前 言11 汽車排放污染物的種類及其危害21.1 我國汽車發(fā)展概

6、況與環(huán)境污染21.2 汽車排放污染物的種類21.3 汽車排放污染物的危害31.3.1 CO的危害31.3.2 碳氫化合物的危害41.3.3氮氧化合物的危害41.3.4光化學煙霧的形成和危害41.3.5碳煙顆粒的危害51.3.6 CO2排放危害51.3.7 非常規(guī)污染物的危害52.汽車排放物的產(chǎn)生機理和影響因素72.1 CO的生成機理和影響因素72.2 HC的生成機理及影響因素72.3 NOX的生成機理及影響因素82.4 碳煙(顆粒)的生成機理及影響因素83. 汽車排氣污染物檢測93.1 常用汽車排放物的檢測方法93.1.1 怠速法和雙怠速法93.1.2 簡易工況法103.1.3 我國普遍常用汽

7、車檢測方法113.2 汽車排放檢測儀器的選擇123.3 汽車排氣污染物檢測標準134 汽車排放物排放樣本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征分析154.1汽車排放樣本數(shù)據(jù)采集154.2排放樣本實測數(shù)據(jù)的初步處理154.2.1數(shù)據(jù)分析的直方圖154.2.2參數(shù)估計與假設檢驗204.3 數(shù)學統(tǒng)計模型的建立及應用244.3.1建立數(shù)學統(tǒng)計模型244.3.2 統(tǒng)計模型的應用25結 論27致 謝28參考文獻29附 錄3029前 言隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)也隨之迅速發(fā)展，城市大氣環(huán)境污染已經(jīng)變的越來越嚴重，而其中汽車排放污染占到很大比重。因此，如何采取有效措施，最大限度地降低汽車發(fā)動機排放的污染物，以滿足國內(nèi)外

8、越來越嚴的排放標準，已是廣大汽車面臨的日趨嚴峻的主要問題。汽車排放控制已經(jīng)引起世界各國的高度重視，國內(nèi)外相關科技技術人員也對此做出了極大的努力，在新型汽車排放控制方面已經(jīng)取得了良好的成果。為了更好控制大氣環(huán)境質(zhì)量，目前，對在用車排放污染物檢測與控制的研究已成為一項重要的工作。因此采取有效的尾氣排放控制措施，制定相應的排放法規(guī)，研究有效的汽車排氣檢測方法和分析技術，對于經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和城市環(huán)境治理有著重大的現(xiàn)實意義和深遠影響，而研究和分析這些有害排放物的生成機理及影響其生成的因素和排放規(guī)律為此提供一些有益的依據(jù)。在城市交通條件下，汽車發(fā)動機經(jīng)常處于怠速工況，因此，本論文通過分析汽油車排放污染物

9、的種類、危害以及生成機理，對在用國產(chǎn)車發(fā)動機怠速工況污染物的排放的統(tǒng)計特征進行深入系統(tǒng)地研究，根據(jù)汽車檢測線檢測得到的大量樣本實測數(shù)據(jù)，展開參數(shù)估計和假設檢驗，確定其最優(yōu)擬合分布和相應的分布參數(shù)，進而建立兩種主要轎車發(fā)動機的怠速工況污染物的排放分布密度函數(shù)和分布函數(shù)統(tǒng)計模型。對在用汽車的排放情況進行深入分析和研究，為控制車輛排放污染提供可靠的保證，對正確評價其對城市周圍大氣環(huán)境所造成的污染以及排放法規(guī)的修訂必將起到重要的作用。1 汽車排放污染物的種類及其危害1.1 我國汽車發(fā)展概況與環(huán)境污染近年來，隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,我國民用汽車保有量，尤其是大中城市的乘用車保有量一直保持高速增長, 中國

10、社科院發(fā)布的中國汽車社會發(fā)展報告2012-2013披露，到今年第一季度，中國私人汽車擁有量將破億，未來10年左右每百戶汽車擁有量將達到或接近60輛,從2000年開始，中國汽車市場進入到黃金10年,汽車保有量從1600萬輛攀升到1億多輛，過去五年，中國汽車產(chǎn)銷量從930余萬輛增加至1900多萬輛。在城市中大氣污染物來自不同的污染源，除汽車排放源外，還有工業(yè)源、生活源、第三產(chǎn)業(yè)污染源，包括點源、線源和面源1，已有的研究表明，一輛技術狀況良好的汽車在運行中，每天約排放CO 3kg、HC 0.20.4kg、NOX 0.050.15kg，若汽車技術狀況不良，排放的污染物將成倍增加，即使是在汽車排氣控制嚴

11、格、技術水平先進的發(fā)達國家，汽車排氣也仍然是大氣污染物的一個重要來源，它的分擔率較高。據(jù)研究，在大城市中，空氣中的CO、HC、NOx等有害氣體分別有87、61、55來自汽車排氣。美國大氣中CO的84、HC的70、NO、的42來源于汽車的排氣；在歐洲，CO的76、HC的36和NOx的51來源于汽車排氣2 ，對國內(nèi)一些城市大氣污染狀況的調(diào)查研究結果也得到類似的研究結論。因而汽車排放所造成的污染日益加重,全國各地的霧霾天氣越來越嚴重，機動車污染被認為是造成灰霾、光化學煙霧污染的重要原因。越來越多的證據(jù)顯示，汽車排放對大氣的污染已成為主要公害，由于汽車排放公害直接危害人類的健康，并破壞著自然界的生態(tài)平

12、衡，因此引起各個國家的重視，控制汽車排放污染刻不容緩。全國人大在3013年3月4日舉行的新聞發(fā)布會上稱，將針對主要污染物的總量控制、機動車污染防治等提出明確的應對措施?！皣覒獎澇銎嚤Ｓ辛考t線”被全國人大代表初次提出。1.2 汽車排放污染物的種類汽車排放的污染物主要來源于內(nèi)燃機，主要是一氧化碳（CO），碳氫化合物（HC）,氮氧化物（NOX）及碳煙微粒(PM)等有害氣體，他們會對人體健康造成危害，一氧化碳(CO)和人體紅細胞中的血紅蛋白親和生成碳氧血紅蛋白,從而削弱血液向各組織輸送氧的功能,造成感覺、反應、理解、記憶力等機能障礙,重者導致生命危險。氮氧化物(NO、NO2)都是對人體有害的氣體,

13、特別是對呼吸系統(tǒng)有危害。據(jù)統(tǒng)計,機動車20萬輛以上的城市,排放的氮氧化物所造成的空氣污染占空氣中氮氧化物(NOX)污染比例已上升到40%以上。另外，汽車排出的二氧化碳雖對人體健康無害，但它會造成溫室效應，對大氣環(huán)境有嚴重的影響。內(nèi)燃機的排氣成分隨內(nèi)燃機的類型及運轉條件的改變而發(fā)生改變。汽油機中，這些有害排放物約占廢氣總量的5%，而一輛機動車所排出的有害廢氣相當于四輛小轎車。城市大氣污染物中氮氧化合物居高不下,主要是由汽車尾氣引起的，特別是在夏天陽光的照射條件下,NO2和O2、SO2可產(chǎn)生光化學反應，生成淡藍紫色的光化學煙霧，其毒害性更大。在國內(nèi)一些城市，汽車尾氣污染已占大氣污染比重的50%。因

14、此機動車污染已成為各城市的環(huán)境公害之一,做好機動車排污檢測管理工作,是市政府有效遏制機動車污染的重要手段1.3 汽車排放污染物的危害1.3.1 CO的危害一氧化碳是燃料不完全燃燒后產(chǎn)生的一種無色、無味、難溶于水，無刺激性的有害氣體。一氧化碳是汽油機排放濃度最高的有害氣體，人吸入一氧化碳后，非常容易和血液中的血紅蛋白結合，他的結和力是氧的200300倍，因此肺里的血紅蛋白不與氧結合而與一氧化碳結合，人就會出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，如反應能力、視敏度下降等，一氧化碳中毒的中期癥狀是咳嗽、頭暈、惡心、嘔吐、胸痛、呼吸困難，嚴重時會發(fā)生虛脫昏迷甚至死亡。表1.1不同濃度對人體健康的影響CO濃度（）對人體健康的影響

15、5-10對呼吸道患者有影響30人滯留8h，視力及神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)障礙40人滯留8h，出現(xiàn)氣喘1201h接觸，中毒2502h接觸，頭痛5002h接觸，劇烈心痛、眼花、虛脫300030min即死亡1.3.2 碳氫化合物的危害碳氫化合物是具有刺激性的氣體，其濃度量小于一氧化碳，碳氫化合物中大部分對人體健康的直接影響并不明顯。汽車尾氣中的碳氫化合物有200多種，其中C2H4在大氣中的濃度達0.5ppm（十萬分之一）時，能使一些植物發(fā)育異常。碳氫化合物具有一定的毒性和易燃易爆的特性，其中的苯類物質(zhì)又具有致癌作用，對人的呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)都有嚴重的損壞作用。碳氫化合物形成酸雨，污染湖泊、土壤，影響林

16、業(yè)漁業(yè)、牧業(yè)生產(chǎn)，侵蝕石質(zhì)和某些金屬建筑物等。1.3.3氮氧化合物的危害氮氧化合物含量較少，但毒性很大，其毒性是含硫氧化物的3倍，氮氧化合物進入肺部后，能形成亞硝酸和硝酸，對肺組織產(chǎn)生劇烈刺激，增加肺毛細血管的通透性，最后造成肺氣腫，亞硝酸則與血紅蛋白結合，形成高鐵血紅蛋白，引起組織缺氧。氮氧化合物的最大危害是形成光化學煙霧，氮氧化合物與碳氫化合物在日光照射下會生成化學煙霧。光化學煙霧能使人眼紅、頭痛、手足抽搐，還能使植物枯死，橡膠破裂等。表1.2不同濃度對人體健康的影響NO2的濃度（）對人體健康影響1聞到臭味5聞到強烈臭味5-1010min，眼、鼻、呼吸道受到刺激501min內(nèi)呼吸困難803

17、min，感到胸悶、惡心150在30-60min內(nèi)因肺水腫而死亡250很快死亡1.3.4光化學煙霧的形成和危害光化學煙霧指HC和NO、在陽光作用下發(fā)生化學反應而生成的刺激性產(chǎn)物。光化學煙霧一般發(fā)生在逆溫層和低風速、空氣接近停滯狀態(tài)，陽光充足的氣象條件下。光化學煙霧的危害：第一，光化學煙霧中的甲醛、過氧化苯甲醛硝酸酯等對人的眼睛有刺激；第二，光化學煙霧中的臭氧引起人的胸部壓縮、刺激粘膜、頭痛、咳嗽、疲倦等；第三，光化學煙霧中的臭氧對有機物質(zhì)有損害作用；第四，哮喘病增多、植物毀壞。1.3.5碳煙顆粒的危害碳煙是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物。汽車發(fā)動機的碳煙主要是指直徑0.110um的多空性碳粒。燃燒中各種各

18、樣的不完全燃燒產(chǎn)物，可以以多種形式附著在多孔的活性很強的碳粒表面，這些附著在碳粒表面的物質(zhì)種類繁多，其中有些是致癌物質(zhì)。碳煙會降低大氣能見度，造成交通不便。所謂微粒是排氣中的鉛化物、碳煙和油霧的總稱，在車用汽油中，為了改善汽油的品質(zhì)，曾采用添加各種鉛的化合物，這種含鉛的化合物隨發(fā)動機排出時成為污染大氣的有害物質(zhì)，如果人們吸入這種鉛化物氣體時，鉛將在人體內(nèi)逐漸積累造成危害。當成年人的血液中混入0.08g/ml以上的鉛時，將引起鉛中毒。另外，汽油中添加的鉛還會使催化劑中毒，影響催化反應器的轉化效率和使用壽命。1.3.6 CO2排放危害CO2是一種無色，略帶刺激性氣味的氣體，本身并沒有毒性，它的危害

19、在于做為溫室氣體造成地球表面溫度升高，也就是所謂的溫室效應。由于地球上的森林資源越來越少，而燃料燃燒后排入大氣的CO2不斷增加，溫室效應就日益嚴重。因此CO2就被列為重點排放控制的對象。有資料表明，在全球CO2的排放中，有14%來自于以內(nèi)燃機發(fā)動機為動力的交通工具。為了擺脫溫室效應的嚴重后果，世界各國正在開發(fā)各種高性能的汽車發(fā)動機，以降低能源消耗和CO2排放，同時，還在研究其他汽車新能源動力裝置。1.3.7 非常規(guī)污染物的危害（1）硫化物的危害二氧化硫是有刺激性氣味，易溶于水的無色氣體。在一定條件下可以被氧化生成三氧化硫，遇水變?yōu)榱蛩?。二氧化硫?qū)τ谌说暮粑鞴僖约把勰ぞ哂袀ψ饔?，人吸入二氧?/p>

20、硫以后，容易產(chǎn)生喉頭水腫以及支氣管炎。人若是長期吸入二氧化硫后容易造成慢性中毒，促使呼吸道疾病加重，容易傷害肝、腎、心臟。當吸入的濃度達到400-500ppm時人就會窒息造成死亡。大氣中的二氧化硫?qū)τ趧?、植物以及建筑物都有一定的傷害，尤其是二氧化硫在一定條件下被氧化生成三氧化硫，在空氣中與水蒸氣相結合形成酸霧甚至酸雨，會對建筑物和金屬物品造成嚴重腐蝕，并且會造成河流湖泊還有土壤的逐漸酸化。柴油機產(chǎn)生的二氧化硫比汽油機產(chǎn)生的要多，重型柴油機產(chǎn)生的更多，有些甚至會腐蝕一些后處理系統(tǒng)造成永久性失效。（2）甲醛的危害甲醛是一種有強烈刺激氣味，無色，易溶于水的氣體。甲醛具有高毒性，在我國有毒化學品優(yōu)先控

21、制名單上高居第二位。是全社會公認的變態(tài)反應源，世界衛(wèi)生組織已經(jīng)將甲醛確定為致癌以及致畸性物質(zhì)，并且也是潛在的強制突變物。人若是甲醛中毒會產(chǎn)生嗅覺異常、過敏、肝功能異常、肺功能以及免疫功能異常。當空氣中的甲醛濃度達到0.06-0.07時，兒童會產(chǎn)生氣喘。當甲醛在空氣中達到0.1時，就會有異味、不適感覺 ，達到0.5時，會刺激眼睛，流淚，達到0.6時，會造成咽喉疼痛。當濃度更高時，就會造成嘔吐惡心，胸悶氣喘，甚至肺水腫。達到30時，人會死亡。 2.汽車排放物的產(chǎn)生機理和影響因素汽車內(nèi)燃機排氣所造成的公害，對汽油機而言，CO、HC和NOX是主要的有害成分，而光化學煙霧是由HC和NOX轉化而成的?？杖?/p>

22、比(AF)：是指可燃混合氣中空氣與燃料的質(zhì)量比。理論上，1kg汽油完全燃燒需要空氣14.7kg。故對于汽油機而言，空燃比為14.7的可燃混合氣可成為理論混合氣。若可燃混合氣的空燃比小于14.7，則意味著其中汽油含量有余（亦即空氣量不足），可稱之為濃混合氣。同理，空燃比大于14.7的可燃混合氣則可稱為稀混合氣，應當指出，對于不同的燃料，其理論空燃比數(shù)值是不同的。過量空氣系數(shù)（）：=燃燒1kg燃料所實際供給的空氣質(zhì)量完全燃燒1kg燃料所需的理論空氣質(zhì)量 由此定義表達式可知：無論使用何種燃料，凡過量空氣系數(shù)=1的可燃混合氣即為理論混合氣；1的為濃混合氣；1的則為稀混合氣。2.1 CO的生成機理和影響

23、因素CO 是一種由于缺氧而不完全燃燒的產(chǎn)物，其生成機理比較復雜。CO 的產(chǎn)生主要受可燃混合氣的質(zhì)量和濃度的影響。對內(nèi)燃機來說，CO主要在濃混合氣燃燒時形成，混合氣濃度越大，排氣中的CO含量就越高，當降低混合氣濃度時，排氣中CO就明顯降低。在怠速工況下，混合氣較濃，由于缺氧使燃料中的C不能完全氧化成CO2，從而有CO 作為其中間產(chǎn)物生成。除此之外，HC 在發(fā)動機排氣過程中的不完全氧化也會產(chǎn)生少量的CO。一般來說，燃燒終了時的CO 濃度通常取決于燃氣溫度，但實際上由于發(fā)動機膨脹過程中氣缸內(nèi)的溫度下降很快，從而使溫度的下降速度遠高于氣體中各成分建立新的平衡過程的速度，而產(chǎn)生“凍結”現(xiàn)象，所以使實際的

24、CO 濃度會大于排氣溫度相對應的化學平衡濃度。2.2 HC的生成機理及影響因素HC指未燃烴，是指沒有燃燒或未完全燃燒的碳氫化合物的總稱。除排氣中的未燃烴外，還包括燃料供給系統(tǒng)的蒸發(fā)排放及曲軸箱排出(漏出)的未燃烴，但排氣中的未燃烴在HC的生成的總量中所占比例要大的多。其生成機理有:（1）不完全燃燒怠速運轉時，汽油機中的可燃混合氣處于過濃狀態(tài)（過量空氣系數(shù)0 (4.1)對式（1）移項整理，反復取兩次自然對數(shù)后有 (4.2)令,，得到線性回歸方程Y=a+bX (4.3)于是可得：服從威布爾分布的參數(shù)m=b，=，相關系數(shù)R。不同分布線性回歸模型對應的相關系數(shù)見下表：表4.4 怠速CO排放參數(shù)估計及擬

25、合檢驗結果分布形式參數(shù)估計值分布擬合檢驗相關系數(shù)威布爾分布m=1.5062=1.8007R=0.9347指數(shù)分布=2.1098R=0.9565正態(tài)分布=0.4974=0.4123 R=表4.5 怠速HC排放參數(shù)估計及擬合檢驗結果分布形式參數(shù)估計值分布擬合檢驗相關系數(shù)威布爾分布m=1.3076=81.9921R=0.9919指數(shù)分布=0.0151R=0.9230正態(tài)分布=73.6696=49.5076 R=表4.6 怠速CO2排放參數(shù)估計及擬合檢驗結果分布形式參數(shù)估計值分布擬合檢驗相關系數(shù)威布爾分布m=0.6568=9.1878R=0.9056指數(shù)分布=0.1290R=0.7769正態(tài)分布=8.

26、0291=5.4364R=（2） 擬合檢驗在EXCEI中，使用圖表功能求出服從威布爾分布的形狀參數(shù)m和尺度參數(shù)，以及服從指數(shù)分布時的，通過插畫散點圖，添加回歸直線，可以得出擬合相關系數(shù)，從而判斷檢驗擬合的高低程度，以下各圖即為各排放物服從最優(yōu)分布時的線性回歸檢驗圖：圖4.4 CO服從指數(shù)分布是的線性回歸檢驗圖圖4.5 HC服從指數(shù)分布是的線性回歸檢驗圖圖4.6 CO2服從指數(shù)分布是的線性回歸檢驗圖由以上各圖表可知，對于怠速CO排放，用指數(shù)分布擬合所得相關系數(shù)最大，所以指數(shù)分布是最優(yōu)擬合分布，對于怠速HC、CO2排放，用兩參數(shù)威布爾擬合所得的相關系數(shù)在各種不同擬合分布中最大，所以威布爾分布被認為

27、是最優(yōu)擬合分布。4.3 數(shù)學統(tǒng)計模型的建立及應用4.3.1建立數(shù)學統(tǒng)計模型根據(jù)以上研究，可以建立本文研究的田野BQ1021普通輕型車發(fā)動機怠速CO、HC、CO2排放最優(yōu)統(tǒng)計模型，其分布密度函數(shù)和分布函數(shù)分別為：怠速CO分布密度函數(shù)f(x)和分布函數(shù)F(x)分別為： ，x0 (4.4) x0 (4.5)怠速HC分布密度函數(shù)f(x)和分布函數(shù)F(x)分別為： x0 (4.6) x0 (4.7)怠速CO2分布密度函數(shù)f(x)和分布函數(shù)F(x)分別為： x0 (4.8) x0 (4.9) 為判斷本文所建立的統(tǒng)計模型的精確性，可將模型計算合格率與樣本實測合格率加以比較，最終判斷計算結果與樣本實際測量之間

28、的誤差，其CO和HC排放限制國標中已給出，雖然目前尚未有任何國家對在用汽車CO2排放限值做出規(guī)定，但可假定讓實測車輛怠速排放的80%合格，得出相應的限值，計算模型合格率，表為汽車怠速排放物模型計算結果與樣本實測結果及其之間的相對誤差：表4.7 計算與實測的各排放物排放合格率及其相對誤差CO(%)HC()(%)模型計算合格率/%81.5188.7472.75實際測量合格率/%84.5889.8780.18相對誤差3.071.137.43實際上，威布爾分布可以提供許多不同形狀的曲線，甚至可以涵蓋很多種不同的數(shù)學分布。例如：當威布爾分布的形狀參數(shù)m=1時，它是指數(shù)分布，當m=2時，它為瑞利分布，而當m=34時，非常近似為正態(tài)分布，用威布爾分布所建模型在數(shù)學形式上具有通用性，對應發(fā)動機的怠速排放物的樣本數(shù)據(jù)，只要根據(jù)實際情況估計出具體的形狀參數(shù)m和尺度參數(shù)，并帶入模型表達式，就可以得到相應的排放分布規(guī)律及其數(shù)學模型。4.3.2 統(tǒng)計模型的應用由以上研究可以看出，所建立的汽車排放物的統(tǒng)計特征值和統(tǒng)計模型，其計算結果和實測結果誤差很小，完全可以投入實際使用。由于怠速CO、HC排放實測合格率均在80%以上，尤其HC排放更高，可以說明GB18285-2005在用汽車排氣污染物限值及測試方法中的相應限值（見表1）相對寬松，應當首先