汽车尾气污染物的主要成分及其危害

毕业论文（设计）任务书

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二﹑题目：

汽车尾气污染物的主要成分及其危害

三﹑主要研究内容及意义：

大气污染已不仅仅是在几个工业化国家中，他已逐渐发展成为世界性的问题，尤其是在一些大中城市。随着汽车保有量的增加（年递增率达到10%以上），汽车排气污染物造成的环境污染情况将日趋严重。

虽然我国也确立相关的法制法规来监控与防治汽车的排气污染物，不久以后我过也将实行欧4标准了。柴油车的电控系统相对于汽油车就不那么准确了，大部分学者与生产商都着力于对汽油机的各项研究，对柴油机的减排研究相对于比较少。

随着柴油车的不断普及，柴油车的尾气排放量所占的比重也不断的增加，柴油车的尾气所造成的污染也日益严重了。

在检测站的机动车的年度中，由于种种的因素，如人为因素等原因造成了很多测量所得的碳烟值或多或少存在着不真实性。这对于尾气的排放没有实质性的预防作用，国家的尾气排放等工作也因此如同虚设。

在论文中，着重探讨各种因素造成的柴油车的尾气检测所得值的不准确性。为此有顺便提些建议，希望我国的尾气排放预防和控制能取得更好的效果，为保护环境做出更大的贡献。

指导教师签字：年月日

学生签字：2011年3月30日

目录

前言 (1)

1 尾气污染物的主要成分及其危害 (1)

1.1 尾气污染物的主要成分 (1)

1.1.1 白烟 (2)

1.1.2 蓝烟（青烟） (2)

1.1.3 黑烟 (3)

1.2 尾气污染物的危害 (3)

2 柴油车自由加速烟度的检测 (3)

2.1 检测准备及注意事项 (4)

2.2 检测方法 (4)

2.3 排放限值 (5)

3 烟度值高的主要原因及防范 (5)

3.1 混合气过浓 (5)

3.1.1 原理 (5)

3.1.2 空气量问题 (6)

3.1.3 供油量问题 (7)

3.2 机械因素 (7)

3.3 人为因素 (8)

3.3.1 尾气检测员因素 (8)

3.3.2 引车员因素 (9)

3.3.3 车主因素 (9)

结论 (10)

参考文献 (10)

致谢 (11)

摘要为了汽车有较好的安全性能，汽车年度检测已成为了一项必要的工作了，这本来是件好事。但近年来随着人们对汽车的认识不断深入，或种种因素，人们也不断地想方设法通过种种行为来通过汽车年度检测，使得汽车年度检测的碳烟值的数值缺少了真实性，对环境污染等产生了极大的影响。

【关键词】柴油车年检碳烟值影响

前言

目前，大气污染已不仅仅是在几个工业化国家中，他已逐渐发展成为世界性的问题，尤其是在一些大中城市。随着汽车保有量的增加（年递增率达到10%以上），汽车排气污染物造成的环境污染情况将日趋严重。所以对汽车排气污染物的监控预防治，已处于刻不容缓的地步。要搞好汽车排气污染物的监控与防治，首先必须做好防治工作。对各个影响检测所得的碳烟值的变动进行大体分析，并期望有所提高人们的环境意识，能真正的用废气分析仪和烟度计测定排气污染物的浓度，控制排气污染物的扩散，使其限定在被允许的范围内，达到保护生态环境和自然界生态平衡的目的。

1 尾气污染物的主要成分及其危害

1.1 尾气污染物的主要成分

汽车排放的主要污染物是：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）硫化物和微粒物（即炭烟、铅氧化物等重金属氧化物和烟灰等组成）。

柴油车的尾气中，就CO来说，如果把汽油发动机CO排放量当作1的话，则液化气发动机的CO排放量为1/2，而柴油发动机的CO排放量为1/100。可以看出，柴油发动机与其有发动机相比，其CO排出量要小得多，而且，柴油发动机的HC排出量也较少。但NO

排出量则和汽油机差不多，而且柴油车会排出令人讨厌的黑烟。

x

由此可见，柴油车尾气主要污染物是炭烟。炭烟是柴油发动机燃料燃烧不完全的产物，其内含有大量的黑色炭颗粒。柴油机年检中的尾气检测主要是以炭烟的浓度检测值高低来判定该柴油车是否能否通过年检的，柴油车一般不再需要测得HC值等数值来判

定尾气是否能符合标准的。

其中（通常），排烟按照其颜色可分为白烟、蓝烟和黑烟这三种。不同的烟色形成的原因是不同，有的研究认为起决定作用的是温度；在250℃以下形成的烟通常是白色的；从250℃到着火温度形成蓝烟；黑烟只在着火后才出现。下面对这三种不同的烟色分别做一说明：

1.1.1 白烟

白烟一般在低温起动不久及怠速工况时发生。因为此时气缸中温度较低，着火性能不好。混合气中未经燃烧的燃料和润滑油呈液滴状态（直径在1.3μm左右），这随废气排出而形成白烟。当气缸磨损加大，窜气、窜油时，使白烟增多。正常的发动机在暖车后，一般就不再形成白烟。改善起动性可减少白烟。

1.1.2 蓝烟（青烟）

通常是在柴油机尚未完全预热或低负荷运转时发生。此时，燃烧室温度较低，约600℃以下，燃烧着火性能不好，部分燃料和窜入燃烧室的润滑油未能完全燃烧，其中大部分是已蒸发的油，再凝结而成微粒状态，直径比白烟小，在0.4μm以下，随废气排出而成蓝烟。这种烟显蓝色是由于蓝色光在此种大小微粒的作用下折射而成的。排出蓝烟时，同时有燃烧不完全的中间产物（如甲醛等）排出，因而蓝烟常常带有刺激性臭味。

产生大量蓝烟也有可能是由于汽缸壁和活塞的间隙过大或活塞环装配不当后产生大量机油进入燃烧室参与燃烧。

减少蓝烟方法：注意活塞环的装配及于汽缸壁和活塞的间隙。并且提高燃烧室和室内空气温度，减少室内空气运动，以免燃料很快被吹散形成过稀混合气，减少喷注贯穿力，以免燃料碰到冷的室壁等措施，都可减少蓝烟。但是，上述措施大部分对减少黑烟的措施是矛盾的，因此在新机调试时，要妥善处理。

1.1.3 黑烟

碳烟不是纯碎的碳，而是一种聚合体，其主要成分随柴油机负荷不同稍有改变，一般含C85%-95%，O24%-8%及少量的H2和灰粉。也有人认为碳烟是石墨结晶，由直径0.05μm左右微粒附聚成0.1-10μm的多孔性碳粒构成。

通常在柴油机大负荷时发生，例如当汽车加速，爬坡及超负荷时排气就冒黑烟。在

柴油机发展初期到高速强化地今天，柴油机黑烟的排出，仍然是一个限制功率的突出问题，而且黑烟带有的臭味及烟雾给人以直接的不愉快的厌恶感。

因此对黑烟的形成，各国早已作了大量的工作，但对其生成机理说法不一。一般认为，黑烟也是不完全燃烧的产物，是燃料的氢先燃烧完了的中间产物。当柴油机高负荷时，喷如燃烧室的燃料增多，由于柴油机混合气形成不均匀，即使平均过量空气系数α＞1，仍不可避免产生局部地区空气不足，此时燃烧室温度又较高，燃料在高温缺氧情况下，由裂解过程释出并经聚合过程形成碳烟。

柴油机中燃料的高温裂解反应是不可避免的，特别在空间混合燃烧的柴油机中，高温的气体包围着液态的油滴，造成了进行裂解反应最有利的条件。对燃烧过程的高速摄影已证实，在燃烧初期上止点附近（燃料着火后5°-10°CA）都会出现大量黑烟。但是在一般情况下，含碳燃气与空气混合时又在燃烧过程后期完全燃烧，而使排气无烟。如果气缸中空气不足，混合不佳或由于燃气膨胀而使气缸内局部温度下降到碳反应温度（约1000°C）以下，则碳不能进一步燃烧而保持其固体状态排出气缸外。因此研究指出：废气中是否出现碳烟，取决于膨胀期间温度过分下降以前燃料是否能足够快地与空气混合和燃烧。

1.2 尾气污染物的危害

从历年来的种种报道可知，汽车尾气的危害性极大。其中炭烟的危害也难逃追究，碳烟严重地污染了我们的环境，也造成了许多疾病的引发。柴油车碳烟严重影响市容市貌的文明建设，进一步影响道路上的能见度，并因内含有少量的带有特殊臭味的乙醛，往往引起人们恶心和头晕

2柴油车自由加速烟度的检测

柴油机（车）年检中的尾气检测主要是以炭烟的浓度检测值高低来判定该柴油车是否能否通过年检的。近年来，由于不透光计具有准确性高、可重复使用等优点，所以现在大部分汽车检测站都使用不透光计来检查柴油车的碳烟值。并且，柴油车一般也不再需要测得HC值等数值来判定尾气是否能符合标准的。

2.1 检测准备及注意事项

(1)车辆在不进行预处理的情况下也可以进行试验。出于安全考虑，必须确保发动机处于热状态，并且机械状态良好。

(2)发动机应充分预热。例如：在发动机机油标尺孔位置测得的机油温度应至少为

80℃；如果温度低于80℃，发动机也应处于正常运转温度。因车辆结构，无法进行温度测量时可以通过其它方法使用发动机处于正常运转温度，例如，通过控制发动机冷却风扇。

（3）引车员在测试前应采用至少三次自由加速过程或其它等效方法对排气系统进行吹拂。

（4）废气检测操作员需目测检测车辆的排气系统的相关部件是否泄漏。

（5）发动机包括所有装有废气涡轮增压的发动机，在每个自由加速循环的起点均处于怠速状态。对重型发动机，将油门踏板放开后至少等待10 秒钟。

2.2 检测方法

（1）废气检测员找到相关车辆信息并将该车登陆检测流程。

（2）经过废气检测员的遥控操作，电脑自动使不透光计调零。

（3）废气检测员将按不透光计上的取样探头插入被检车辆排气管内至少6D（D为排气管开口处直径）。

（4）废气检测通过按

不透光计上的K键，激活

检测流程，尾气检测正式

开始。

（5）引车员按照屏幕

上的加速提示进行一系列

有规律的自由加速（如右

图）。在进行自由加速测量

时，引车员必须在1 秒内，将油门踏板快速、连续地完全踩到底，使喷油泵在最短时间内供给最大油量。

对于每一个自由加速测量，引车员在松开油门踏板前，发动机必须达到断油点转速。对带自动变速箱的车辆，则应达到制造厂申明的转速（如果没有该数据值，则应达到断油转速的2/3）。关于这一点，在测量过程中必须进行检查，例如：通过监测发动机转速，或延长油门踏到底后与松开油门前的间隔时间，对于重型汽车，该间隔时间应至少为2秒。

（6）计算机通过不透光烟度计取得的三次自由加速测量数值得出的算术平均值, 此数据将在仪表板或电子灯牌上显示出来。在计算均值时可以忽略与测量均值相差很大的测

量值。必要时，应重新进行检测。

2.3 排放限值

柴油车自由加速烟度排放限值

注：经环境保护行政主管部门认可的汽车烟度监测人员，可采用目测法测量，车辆不许有明显的可见烟度，烟度值不超过林格曼1级。

3.烟度值高的主要原因及防范

烟度值高，就意味着该柴油车的尾气中可能含有较多的物体小微粒。烟度值高的产生原因主要有可燃混合气过浓、不透光计仪器失灵。由于在汽车在年检时不可避免地一些操作需要检测人员进行，所以，造成烟度值高还可能是人为因素。

3.1 混合气过浓

3.1.1 原理

空燃比(AF)：是指可燃混合气中空气与燃料的质量比。理论上，1kg燃油完全燃烧需要空气14.7kg。故空燃比为14.7的可燃混合气可成为理论混合气。若可燃混合气的空燃比小于14.7，则意味着其中汽油含量有余（亦即空气量不足），可称之为浓混合气。同理，空燃比大于14.7的可燃混合气则可称为稀混合气。应当指出，对于不同的燃料，其理论空燃比数值是不同的。

过量空气系数（α）：α=燃烧1kg燃料所实际供给的空气质量／完全燃烧1kg燃料所需的理论空气质量。由此定义表达式可知：无论使用何种燃料，凡过量空气系数α=1的可燃混合气即为理论混合气；α＜1的为浓混合气；α＞1的则为稀混合气。

3.1.2 空气量问题

在一切因素都正常的情况下，供予发动机充足、过量的空气，使得柴油车的可燃混合物能充分地燃烧。那必能使柴油车因为空气量供给不足而造成的碳烟值过高的故障排除。

发动机的气体流动大致流程如下：

大气→进气管口→空气滤清器→进气总管→进气歧管→气缸→排气管→大气

显然，在进入气缸充分燃烧之前，若某处有发生堵塞或泄漏，那必使发动机得不到预计的空燃比所需要的空气量。那在供油正常的情况下，实际得到的空气量比ECU计算所得的空气量少，即该可燃混合气为浓混合气。持续的浓可燃混合气的供给，导致了碳烟值的瞬时值都相对比较大，导致碳烟值过大。

为了能使碳烟值下降至规定的范围内，使得每辆汽车年度检测都能顺利通过。我们必须得尽量满足在空气未进入气缸前，各个气管等部件应保持通畅，不堵塞也不漏气的。这样，起码能保证发动机在一切正常的情况下，所得混合气与ECU控制的相对吻合。

我们也可通过修改ECU的程序或改装相对执行元件来获得充足、甚至过量的空气，使得混合可燃气为稀混合气。但我们知道柴油车一般为载重货车等车辆，这些车都是以追求大功率而获得较高的经济效率为目的的，倘若一直处于稀混合气，那该柴油车的功率必定会下降，得不偿失。所以，此做法不现实也不可取。

排气管由于一直处于高温废气的恶劣环境下，排气管经久破损几率大。我们通过上面气体流动大致流程可知，若排气管某处发生泄漏，那必经使所测量的碳烟值会相对比较低。但一般检测站进行机动车年度尾气检测前，尾气检测员会事先大体观察排气管是否破裂的。因此，排气管的完整性对于降低碳烟值，保护环境并没有实质性的作用。

我们在机动车尾气年度时检测时，我们发现其实那些进气管道发生泄漏、堵塞的几率都很低。大部分是由于驾驶员忙于生计而到处奔波，从而忽略了汽车养护，如空气滤清器堵塞也是引起检测所得碳烟值过高的主要因素之一。

空气滤清器部分或严重堵塞时，会对进气产生一定的阻力，从而使得空气供给量不足，即浓混合气形成。进而引起在引车员急踏油门自由加速时会产生黑烟滚滚。

在年度检测中的尾气检测时，进一步降低柴油车的碳烟值，使得碳烟排放值在规定的范围内，从而使我们的柴油车碳烟值不会由于数值过高而无法通过年度检测。我们可以在检车前清洗或更换空气滤清器，甚至在检测时暂时地将空气滤清拆卸下。为了进一步确保通过检测，车主可以在检测前处于室外连续模拟引车员急踏油门踏板做自由加速。这样做至少有两个好处：一是使大量充足的空气快速到达发动机各相关部位，为下

次可燃混合物完全充分燃烧做准备，降低黑烟的形成；二是这样有利于使排气气流带走大量排气管内的积碳，避免了由于引车员大意而未进行检测前的加速的原因导致的碳烟值过高。

3.1.3 供油量问题

根据空燃比定义可知，在正常工作行程中，若喷油量过多，将使提供给发动机的可燃混合物成为浓混合气，即所测得的碳烟值过高。影响喷油量的因素包含油压高低、喷油脉冲等。

燃油的大致走向流程如下：

油箱→燃油粗滤器→燃油泵→高压输油总管→燃油滤清器→燃油脉动镇流器→分油管（喷油嘴）→油压调节器→油箱

由燃油大致走向显然可知，燃油由油箱到分油管的管路中，若有某处发生堵塞或泄漏，那将一定程度上影响燃料的供给。这样不仅可能造成燃料的浪费，也可能使发动机损坏或发生事故。

油压调节器是利用真空歧管上的真空度来控制油压的大小的。若改油压调节器的真空连接管损坏或忘了连接，那将导致喷油总管的油压上升。这样，单位时间内供给的燃油就会比较多，即也会造成碳烟值的升高。

从一般来机动车年度尾气检测中的高碳烟值的车辆来看，大部分的故障点都是出现在喷油嘴这个部件上。由于种种原因，添加的柴油中或多或少的含有许多的杂质，这无疑使得喷油嘴的顶针有可能被杂质卡住而无法回位。这样就增加了喷油量，使得柴油车的碳烟值增高。所以，一般车主在尾气年检因过高而没有办法通过时，去修理厂清洗喷油嘴后，碳烟值大都有所下降，并成功通过尾气年度检测。

3.2 机械因素

随着汽车不断的使用，机械内部的运动会不可避免地会产生一系列的磨损。这些磨损也能造成柴油车尾气的碳烟值升高的。

比如，气缸壁和活塞间的间隙过大或活塞环的装配不当多会引起烧机油的故障，会产生大量的蓝烟。这样，发动机就必须得去修理，这样能保护环境，又对车主有较大的经济效益。

排气管或多或少的会有积碳的情况，要记得多次急踏油门来获得较强的气流去吹拂排气管内的积碳。我曾遇到过一辆柴油皮卡，由于车主非常爱惜自己的车，所以每次汽车加速时都是轻踏油门，慢加速的。日久后排气管内积蓄了厚厚的一层黑碳。当时检测

前引车员也进行了三次自由加速，测量后碳烟值竟都高达10.5以上。后经过多次有效的急踏油门踏板，该车的碳烟值却只有1.8而言。

当不透光计发生故障时也必定会影响所测量的值。这是必然的，不可抗力的，这里不再阐述，寄回生产商处修理。或不透光计的取样探头连接软管有发生泄漏或堵塞也会一定程度上影响碳烟值的高低。

3.3 人为因素

人为的因素能在一定的程度上影响所测柴油车的碳烟值，这样虽然能尽量地使更多的柴油车通过尾气检测，但却对降低碳烟值没有实质上的帮助，也对环境保护没有促进作用。

3.3.1 尾气检测员因素

尾气检测员在尾气检测中进行一系列的操作是最多的，所以，该尾气检测员在很大的程度上能影响所测柴油车的碳烟值高低的。

以下可能使所测得的碳烟值过

高：

a)在引车员自由加速来吹拂

排器管时，不按规范的将取样

探头提前伸入柴油的排气管

中。

b)在检测过程中偶尔或故意

使取样探头碰刮排气管上的炭

块。

c)由于本次测量前该不透光

计有承受过测量到最高碳烟值

16后，因为碳烟值太大超过了

不透光计的的自净能力，尾气检验员并没有及时手动清除，导致机器内残留了大量的黑炭，影响了碳烟值的准确性。

d)如上不透光式烟度计结构图，若烟道的左右两侧镜面上若有物体堵住，那会增

加碳烟值的。这可能会由于尾气检测员在擦拭时留下的纸屑等造成的。

e)尾气检验员的取样探头放置不规范，放得太深入。

以下可能使所测得的碳烟值过低：

a)不透光检测仪校对时，过早地将取样探头放置排气管中。

b)在检测过程中，取样软管发生泄露或软管部分打折、压扁，使得单位时间内碳烟

进入测量减少。

c)取样探头不按照规定的标准来放置，放置过浅或未完全放入。

3.3.2 引车员因素

引车员在测试过程中取了主要的位置，以下可能使所测得的碳烟值过高：

a)引车员踩下油门踏板位移量过多，使得发动机转速远远超过规定转速（2200r/min～2500r/min）。

b)引车员测试前未进行加速来吹拂排器管，使碳烟没有完全的排掉。

c)测量前，引车员长时间地使发动机处于怠速状态，造成排器管等多部位有积碳。

以下可能使所测得的碳烟值过低：

a)引车员踩下油门踏板位移量过少，使得发动机转速远远低于规定转速（2200r/min～2500r/min）

b)引车员未在规定的时间（1 秒）内，将油门踏板快速、连续地完全踩到底，而是缓慢加速。

3.3.3 车主因素

车主在机动车年度检测时总是希望自己的柴油车的尾气排放碳烟值在规定的范围内，以至于能一次性通过年检。在一定程度上，车主的因素就要是降低碳烟排放值，对于保护环境应该有一定的促进作用。但车主主要是通过喷油嘴、空气滤清器、加速踏板等来暂时降低碳烟值的，这样也只能是暂时地解决测量的数值过高文涛，对于解决柴油车排放没有实质的促进作用，反而有反作用。

有些车主会在检测时把空气滤清器拆卸掉来获得最大的空气量；有的是通过调整加速踏板的锁止装置，使引车员在加速踏板完全踩到底的情况下无法到达规定的最高转速；有些是通过调整喷油嘴的顶针位置，使得单位时间内获得的燃油量减少。

有一实例是某辆公交车来年检，该随车而来的维修工不调上述涉及的几种方法来降低碳烟值，而是将涡轮增压泵的管拔掉。这样，就降低了燃烧室的压力，进而减少了部分的可燃混合物的燃烧，也就减少了碳烟值了。

结论

通过上述的可知，影响汽车检测的碳烟值存在着多方的不确定的因素。主要是燃料浓度问题、人为因素等。其中燃料浓度包括空气供给量和燃油供给量等问题。但影响检测数值的最主要的还是人为因素。

为了实质性地降低柴油车的碳烟排放量，应该从汽车年检站中着实地把好检测关，使得那些侥幸脱逃的“黑烟”车真正地落实去修理，真正的降低柴油车的碳烟排量，做到真正的保护环境，而非虚设。

检测站的尾气检测员、引车员等必须认真地做好本职工作，不偏心，不作假。认真的检查上述可能出现的作假行为，不放过一辆超标车，这样就能促进柴油车降低碳烟排放量的稳定发展。

车主也应认真地关注自己的车的状况，平时做好保养。不做假，遇到有超标的车应该立即修理，这样不仅保护了环境，也使自己的经济效益提高了。

参考文献

[1]国家技术监督局.《柴油车自由加速烟度排放标准》.2000

[2] 安相壁、马麟丽.《安全环保检测》.北京.化学工业出版社.2006

[3] 陈家瑞.《汽车构造》.北京.人民交通出版社.2002

[4] 王建强等.《不透光烟度计》.北京.人民交通出版社.2004