第五章 汽车的公害

第一节 概述第二节 排气公害的形成及影响因素第三节 汽车噪声第四节 汽车排气污染物及噪声实验

第五章 汽车的公害第一节 概述

• 公害的组成 汽车的公害包括三个方面，汽车排气对大气的污染；噪声对环境的危害；汽车电器设备对无线电通讯及电视广播等的电波干扰。

• 制动蹄片、离合器片、轮胎的磨损物、扬起的粉尘。

• 排气公害 组成 主要有 CO 、 HC 、 NOX 、 SO

2 、铅化合物、碳烟、和油雾。

来源 1. 汽车发动机排出的燃烧产物； 2. 发动机曲轴箱通风污染（主 要是 HC) ； 3. 燃料箱和化油器溢出的汽油 蒸汽。

来源 1. 汽车发动机排出的燃烧产物； 2. 发动机曲轴箱通风污染（主 要是 HC) ； 3. 燃料箱和化油器溢出的汽油 蒸汽。

汽油、柴油机排气公害特点汽油、柴油机排气公害特点 汽油机主要是 CO 、 HC 、和

NOX ；柴油机的 CO 和 HC 排放量要比汽油机少得多，而碳烟的成分远高出汽油机，同时NOX 的排气量也较多。

排气中有害产物的比含量

微粒子

• 由发动机排出的全部废气，在接近大气条件下，除去非化合形态的凝聚水以后收集到的全部呈固体状和液体状的微颗粒。

• 微粒子的成分：• 可溶性成分（由润滑油产生）• 非可溶成分（碳烟）

有害物排放物

• 一次有害排放物：直接从发动机排出的有害物： CO 、 HC 、 NOx 和微粒。

• 二次有害排放物：未燃 HC 、 NOx 在一定环境条件下，会发生十分复杂的化学反应，诱发新的有害物。

地球温室效应

•当大气中的 CO2气体达到一定浓度后，会形成一层日益加厚的透明薄膜，太阳光照射在地表面的能量很难再散发到大气层外去，使全球气候变暖，极地冰层融化。

光化学烟雾

•是 HC和 NOX在太阳光紫外线作用下产生光化学反应生成的，它的主要成分是臭氧、醛等烟雾状物质。

光化学烟雾对人和环境的影响

一氧化碳 CO

是一种无色、无味的气体。人体通过呼吸道吸入CO，并经肺部吸收进入血液。同于 CO与血的亲和能力是氧的 210 倍，能很快形成碳氧血红蛋白，阻碍血液向心、脑等器官输送氧气，这时人会产生恶心、头晕、疲劳等缺氧症状，严重时会窒息死亡。

氮氧化物 NOx

NO 毒性不大，但浓度过高时会引起中枢神经障碍； NO2 有刺激性气味，吸入肺部后与肺部的水结合可形成可溶性硝酸，严重时会引起肺气肿。

碳氢化合物 HC

人体内吸入较多的 HC ，会破坏造血机能，造成贫血、神经衰弱，并会降低肺对传染病的抵抗力。

微粒 PM

• 微粒的直径大约在 0.1~10µm 之间。• 对人体和大气环境危害最大的是 2.5µM

左右的微粒，它悬浮在离地面 1~2m 的高度，容易被人体吸入，引起人体组织等的病变。

噪声公害 定义 噪声是指人们不需要并希望用

一定措施加以控制和消除掉的声音总称。

分类 交通噪声、生产噪声、建筑噪 声、生活噪声。

噪声公害 定义 噪声是指人们不需要并希望用

一定措施加以控制和消除掉的声音总称。

分类 交通噪声、生产噪声、建筑噪 声、生活噪声。

汽车噪声来源 1. 发动机噪声； 2. 轮胎噪声； 3. 车体振动； 4. 传动系噪声； 5. 车身干扰空气及喇叭声。

汽车噪声来源 1. 发动机噪声； 2. 轮胎噪声； 3. 车体振动； 4. 传动系噪声； 5. 车身干扰空气及喇叭声。

电波公害 产生原因 在汽车的电器设备中有很

多振荡回路，当火花放电时，就会产生高频振荡以电磁波的形式放射到空中，引起干扰。

减少措施 主要是限制汽车点火系产生的电波杂音强度

电波公害 产生原因 在汽车的电器设备中有很

多振荡回路，当火花放电时，就会产生高频振荡以电磁波的形式放射到空中，引起干扰。

减少措施 主要是限制汽车点火系产生的电波杂音强度

第二节 排气公害的形成及影响因素

一、 CO 的形成

OHm

nCOOnm

HC mn 222 2)

4(

OHm

nCOOmn

HC mn 22 2)

42(

:)1(.2 怠速时部分燃烧

:.1燃油完全燃烧时

1 ）混合气：混合不均匀或分配不均，造成局部缺 O2 ，会产生少量 CO 。

OHCOCOH

OHOH

COOCO

222

222

22

22

222

还原剂

:

,)1()3(

但实际上由于理论上不会生成当空气充足时 CO

:COCO2 2还原成）高温使

二、 HC 的形成 :

除了泄露、逸出之外，其主要原因是燃烧不完全产生的。

CO

:1

CO

:1

:

少量

缺氧气

增加

时增大减小

时排气污染物变化规律

100

200

600xNO

HC

CO

0 155 20 F/A

对于四冲程发动机：

加。化反应慢，热量损失增，氧或）没燃烧的燃料，局部（ 111

加。化反应慢，热量损失增，氧或）没燃烧的燃料，局部（ 111

(2) 激冷面温度过低，火焰传不到，反应终止， HC 化合物随废气排出。

(3) 狭缝的熄焰效应，可燃混合气不能燃烧。

(2) 激冷面温度过低，火焰传不到，反应终止， HC 化合物随废气排出。

(3) 狭缝的熄焰效应，可燃混合气不能燃烧。

对于二行程发动机，由于扫气作用，HC 排出。

增加燃烧不完全缺氧 HC1

雾化不良氧化反应差

燃烧层厚度增加增加HC废气量增加

律规化变

1

NOx 的形成

NO 的形成取决于温度、氧的浓度、停留在高温下的时间。

NOx 、 NO 占主要， NO2(>1500 氧气充足形成 )

燃烧效率（相当于，

氧浓度起主要作用），

变化规律

形成连锁反应）

缺氧

)16F/A2.11

(NO1

(ONOON

NNONO

O2O

2

2

2

maxT HC

NO（温度起主要作用）燃烧温度之后，

碳烟的形成

碳烟的生成经过高温热裂解、大量脱氢的过程而形成基本晶粒。

微粒（ PM ）的形成

• 炭烟 DS 、可熔性有机物成分 SOF 和硫酸盐。• 柴油机在高负荷时，炭烟在微粒中所占的比例升高，在部分负荷时则有所降低。

• 重馏分的未燃烃、硫酸盐以及水分等在炭粒上吸附凝聚，很多情况下，炭烟即指微粒。

四、影响因素1. 负荷影响（汽油机）

节气门开度 可燃混合气浓度（ 1 ）起动 20% 左右 0.2~0.

6

（ 2 ）怠速 0 0.6~0.8

（ 3 ）小负荷 0%~30% 0.7~0.9

（ 4 ）中负荷 30%~80% 0.9~1.1

（ 5 ）大及全负荷 >80%~100% 0.8~0.9

（ 6 ）加速 100% <1

四、影响因素1. 负荷影响（汽油机）

节气门开度 可燃混合气浓度（ 1 ）起动 20% 左右 0.2~0.

6

（ 2 ）怠速 0 0.6~0.8

（ 3 ）小负荷 0%~30% 0.7~0.9

（ 4 ）中负荷 30%~80% 0.9~1.1

（ 5 ）大及全负荷 >80%~100% 0.8~0.9

（ 6 ）加速 100% <1

）。不大（值的变化范围内在化油器从全关到全开

于采用量的调节，汽油机的可燃混合气由结论

9.0~6.0

稀混合气。柴油机（量调节），

，浓混合气。，一般节气门开度范围

,2.1~1

9.0~6.0

%100~%30

2.发动机转速ne

（1）汽油机

（ 2）柴油机 CO CO

ne HC 减少 ne=nemax HC

Nox NO

增加。总趋势

减少。减少提高常数

xee

e

NOnn

HCCOn

,%75~%65

,

max

升高 升高

3. 不稳定工况的影响 减速 HC 增加 （汽油机）

HC 减少 （柴油机） 怠速 CO增加（汽油机） CO 减少

（柴油机） 加速 Nox增加 HC增加 CO增加4. 发动机热工况影响

燃烧室的温度取决于 水温 冷却方式

冷却液温度 T升高 氧化条件改善 HC减少冷却液 T升高 缺壁温度升高 ， Nox升高

水温 T 下降 ge升高 HC

NO

5. 技术状态 动力性下降； 经济性下降；

可靠性下降； 排污提高。

增大L

升高

（ 1 ）燃油供给系（ 1 ）燃油供给系

不准确。化油器式燃油供给系 :.1 不准确。化油器式燃油供给系 :.1

分布不均。排污下降局部电喷式燃油供给系 :.2

分布不均。排污下降局部电喷式燃油供给系 :.2

保持不变。增加减小小

减减小柴油机燃油供给系 喷

COHCNO

T

x ,,

:.3 max

保持不变。增加减小小

减减小柴油机燃油供给系 喷

COHCNO

T

x ,,

:.3 max

（ 2 ）点火系 Pmax 增大 NOx 增大。

Tmax 增大

下降 HC 减小 过小 HC 升高。

（ 3 ）积炭

增大点

点 点

增加。漏入缸气体量增加环卡住 HC

第三节 汽车噪声一、汽车噪声的定义

由行驶的汽车所产生的这种综合的声辐射称为汽车噪声。

二、汽车噪声的组成 发动机噪声、传动系噪声、轮胎噪声、车

身噪声。三、汽车噪声的分类 1. 车内噪声 2. 车外噪声

2. 噪声特性：声级、频谱和辐射指向性指标。

（ 1 ）声级：声压级和声音的大小等级。• 研究噪声，不只是单纯探讨声音大小，

更重要的是应寻求人是如何听到声音的原因。噪声并非是一简单物理量，而应以对人体的感觉进行统计的方法，近似制定衡量噪声的尺度。

声波是空气密度变化的波（疏密波），它使振动压力产生变动。这种压力变动成分的有效值就叫声压。声压级用相对于基准声压的对数比表示，即 dB 。

0/lg20)( PPdB 声压级

P ：出现的声压级； P0 ：基准声压级（ 2× Pa ）510

• 人们听到声音时的感觉大小，是主观感觉量。• 等感曲线：通过众多人的试验，运用统计方法求得声

音大小的等级和声压级的关系。

声音的大小与人耳的主观感受之间关系

（ 2 ）噪声级• 为了近似地测定人耳所能感到的声音大

小，而在声压级计上配有标准的听觉计权网络，构成噪声计。

• 计权网络分 A 、 B 、 C三种特性。• A 特性与人的感觉最为相关。

（ 3 ）各种车型噪声频谱

（ 4 ）辐射指向性指标

• 汽车上各声源位置和辐射噪声大小不同以及噪声传播途径的差别，在行驶中表现出各方向上噪声强度并不相同的特点。

• 发动机和排气系统两个波峰

（ 5 ）噪声声源分解与比例图

四、车外噪声的影响因素（ 1 ）发动机转速 ne

（ 2 ）车速 ua

（ 3 ）加速 低档 ne提高则噪声升高。（ 4 ）档位 ua常数 同档位 du/dt 不同噪声不同。

不同档位起步 ne 减小则 噪声减小。

（ 5 ）载质量 G 载 增大则噪声升高。（ 6 ）技术状况

五、发动机噪声发动机噪声包括：燃烧噪声、机械噪

声、进气噪声、排气噪声、风扇噪声。1. 燃烧噪声

（ 1 ） Pmax

（ 2 ）用压力频谱曲线表征（ 3 ）单位： dB( 分贝 )

（ 4 ）影响因素1 ）发动机转速 ne升高，则噪声升高。

2 ）负荷（可用节气门开度表征） 发动机负荷减小，则噪声减小。

3 ）喷油提前角 减小则 Pmax 减小则噪声减小。

4 ） 点火提前角 减小则 Pmax 减小则噪声减小。

5 ）满附荷加速 噪声升高。6 ）不正常燃烧 噪声升高。

点

喷喷

点

2 2 机械噪声机械噪声11 ））活塞对汽缸套的撞击声活塞对汽缸套的撞击声

取决于取决于 PPmaxmax 和活塞与汽缸之间的间隙。和活塞与汽缸之间的间隙。噪声影响因素噪声影响因素11 ））活塞与汽缸壁间隙活塞与汽缸壁间隙 间隙越大，发动机噪声间隙越大，发动机噪声越大。越大。

22 ））线速度线速度 线速度提高则噪声升高。线速度提高则噪声升高。33 ））负荷负荷 负荷升高则噪声升高。负荷升高则噪声升高。44 ））润滑条件润滑条件 润滑条件得到改善则噪声下降。润滑条件得到改善则噪声下降。

（ 2 ）配气机构噪声 取决于气门运动速度。

（ 3 ）正时齿轮的噪声1 ）内因：交变载荷。2 ）外因：曲轴扭转刚度。

（ 4 ）喷油系噪声 包括流体噪声、机械噪声。3　进排气噪声

在进排气过程中的气体压力波动和气体流动所引起的振动而产生。

4风扇噪声 旋转噪声

包括 涡流噪声 ne升高则噪声升高。 机械振动噪声

取决于风扇的叶片角度、数目、材料。六、传动系噪声（ 1 ）变速器

1 ）齿轮振动：交变载荷2 ）轴承

3 ）润滑油的搅拌声4 ）发动机振动传到变速器

（ 2 ）传动轴（ 3 ）驱动桥七、轮胎的噪声

1. 花纹噪声2.道路噪声3.弹性振动4.风噪声

3 ）润滑油的搅拌声4 ）发动机振动传到变速器

（ 2 ）传动轴（ 3 ）驱动桥七、轮胎的噪声

1. 花纹噪声2.道路噪声3.弹性振动4.风噪声

5 　影响因素1 ） ua提高则噪声升高。2)负荷加大则噪声升高。3）胎压升高则噪声减小。4）磨损程度越高则噪声减小。5）路面状况（湿）则噪声升高。

八、喇叭噪声以声级计检测，在距汽车前 2米，

离地高 1.2 米处，应为 90～ 105dB 。

第四节 汽车排气污染物及噪声实验

一、排气污染物的测定1　试验方法（ 1 ）常规测定法　（新车、试用车） 10工况 6循环。

（ 2 ）简易测定法（在用车）　常测怠速时 HC 、 CO 浓度。

2　取样方法

现行标准与原标准比较• 从过去仅对排气污染物限制发展到对排气污染

物、燃油蒸发和曲轴箱污染物的全面限制。• 对定型、新生产的轻型汽车排气污染物的测定由过去的简易测定发展到定容取样（ CVS ）及 15工况常规测量，并增加了对 NOx 排放量的限制。

• 汽油车怠速污染物、柴油车自由加速的限值、测量规程

国际汽车标准体系：• 国际：（ ISO 、 ISO/IEC ）标准• 欧洲：欧共体（ EEC ）指令、欧洲经济委员会（ EC

E ）法规• 美国：美国汽车工程师学会标准（ SAE ） 、美国联邦

机动车安全标准（ FMVSS ） 、美国联邦机动车环境保护法规（ EPA ）

• 德国：德国工业标准（ DIN ）• 澳大利亚：澳大利亚机动车安全设计法规（ ADR ）• 日本：日本工业标准（ JIS ）、日本机动车标准（ JA

SO ）• 韩国：韩国工业标准 （ KS ）

欧洲Ⅰ、Ⅱ号标准

欧洲Ⅰ 号标准：以轿车为例 (最大质量不超过 2.5吨 )

CO 不得超过 3.16g/km,HC 不得超过 1.13g/km,

PM 不得超过 0.18g/km 。欧洲Ⅱ号标准：汽油车： CO 不得超过 2.2g/km ， HC 不得超过 0.5g/km;

柴油车： CO 不超过 1.0g/km ， HC 不超过 0.7g/km ，PM 不超过 0.08g/km.

（ 1 ）直接取样法：常用怠速循环规范（ 2 ）全量取样法：在实验时间、废气全部收集。

（ 3 ）比例取样法：按进排气量的关系，按一定比例稀释收集。

（ 4 ）定容取样法（ CVS 法）：将排气全部用清洁空气稀释，并使稀释后的总容量保持一定，再将被稀释后的样品的一小部分按未被稀释排气的容量成一定比例地收集在样品袋子里，然后导入分析仪进行测定的一种取样方法。

与 CVS法相关仪器 NDIR CO

FID HC

CLD Nox

3 NDIR工作原理

与 CVS法相关仪器 NDIR CO

FID HC

CLD Nox

3 NDIR工作原理

自由加速

2. 排气污染物的测量原理

轻便可携式红外线废气分析仪

（ 2 ）滤纸式烟度计：

二、噪声测定：表示声音强弱

1.测量单位 : 声压级

2.测定仪器：声级计 响应级 dB(A)

3 试验方法（ 1 ）加速噪声的测定；（ 2 ）匀速噪声的测定；（ 3 ）停车噪声的测定；（ 4 ）车内噪声的测定。

3 试验方法（ 1 ）加速噪声的测定；（ 2 ）匀速噪声的测定；（ 3 ）停车噪声的测定；（ 4 ）车内噪声的测定。

（ 1 ）通过噪声的试验方法• 1）加速噪声： 测试话筒位于20m跑道的中心两侧，各距中心线7.5m，距地面1.2m，话筒接受面应朝向车辆，并平

行于车辆行驶方向。

2) 停车噪声的试验方法

3 ）车内噪声的试验方法

大客车室内噪声的测点取在车厢中部及最后排的中间位置，距座垫水平面的高度为 650mm±50mm 。

汽车噪声的测量仪噪声仪器

1 ）声级仪2 ）频谱分析仪3 ）电平记录仪