汽车环境污染与防治对策李兴虎 编著2019-10-01

《汽车的环境污染及防治对策》首先介绍了汽车（包括传统燃油车、电动汽车和燃料电池汽车）生命周期内的环境危害、环境污染物的产生机理、排气污染物的测量及评价方法、减少污染物生成和排放的方法；其次，介绍了我国轻型汽车国6（GB 18352.6-2016）、重型车国6（GB 17691-2018）以及欧6排放标准、美国环保署Tier3标准、日本“次期”排放标准；再次，介绍了传统汽车针对上述排放法规的污染物控制技术，重点介绍了GDI汽油车及清洁柴油车排气污染防治的新技术；*后，介绍了汽车环境污染的全生命周期评价方法，分析了汽车生命周期内环境污染的影响因素及其防治方法，并对电动汽车进行了案例分析。

本书可作为高等学校车辆工程、载运工具运用工程(汽车)、动力机械及工程、环境工程等专业本科生及研究生“汽车排放与控制”“环境工程”“内燃机排放与控制”“交通污染与控制”等课程的教材或教学参考书，也可作汽车、内燃机、交通、环境保护和化工等行业工程技术人员的参考书使用。

李兴虎，北京航空航天大学教授，车辆工程和新能源工程专业博士生导师，主要研究方向为汽车环境保护技术、汽车内燃机燃烧污染及控制等，主持过的科研项目有国家重点研发计划项目、国家科技支撑计划子项目、高等学校骨干教师资助计划项目、北京市科技新星计划项目、北京市重点学科建设子项目等二十余项科研项目。

*章 汽车的环境污染及其基本防治对策/ 1

　*节　环境污染与汽车的环境污染 / 1

　　一、环境污染与环境污染物的概念 / 1

　　二、汽车生命周期内的环境污染 / 1

　　三、环境空气污染及室内空气污染 / 3

　　四、汽车排气中的空气污染物 / 5

　　五、汽车车室内的空气污染 / 6

　　六、汽车零件磨损等产生的非排气悬浮颗粒空气污染物 / 7

　　七、汽车的CO2 排放问题 / 8

　第二节　汽车排放的气体污染物的主要危害及防治对策 / 9

　　一、汽车排放的气体污染物的主要危害 / 9

　　二、汽车排放的气体污染物的主要防治对策 / 12

　第三节　汽车生命周期内的液体及固体污染 / 12

　　一、 废液及固体污染物的来源与种类 / 12

　　二、液体类污染物的主要特性与危害 / 13

　　三、废弃固体污染物的主要特性与危害 / 13

　第四节　汽车的噪声污染及防治方法 / 15

　　一、噪声的危害及道路交通噪声的现状 / 15

　　二、汽车噪声的来源 / 16

　　三、汽车的噪声标准 / 17

　　四、汽车噪声的防治方法 / 18

　第五节　报废汽车固、液废弃物污染的防治对策 / 20

　　一、汽车的材料组成 / 20

　　二、报废汽车环境污染的防治对策 / 22

　第六节　汽车的热、电磁波及光污染 / 24

　　一、汽车的热污染及防治对策 / 24

　　二、汽车的电磁波污染及防治对策 / 25

　　三、汽车的光污染 / 26

　第七节　电动汽车的优势与面临的问题 / 27

　　一、电动汽车的结构特点与种类 / 27

　　二、纯电动汽车的主要优势、不足及应用中面临的主要问题 / 28

　　三、燃料电池车的优势、不足及面临的问题 / 30

　　四、插电式混合动力汽车的主要优势及不足 / 33

　第八节　汽车环境污染的防治对策 / 34

　　一、汽车环境污染的宏观防治对策 / 34

　　二、汽车使用中的环境污染防治对策 / 36

　参考文献 / 37

第二章 汽车排气污染物的生成机理与防治原理/ 42

　*节　汽车内燃机的燃烧与燃烧污染物 / 42

　　一、汽车内燃机的燃烧与燃烧产物 / 42

　　二、燃料燃烧的基元反应 / 43

　　三、反应速率的概念 / 44

　第二节　CO 的生成机理与防治方法 / 45

　　一、CO 生成的主要化学反应 / 45

　　二、CO 生成量的近似计算 / 47

　　三、CO 生成的影响因素 / 48

　　四、CO 的防治措施 / 48

　第三节　HC 的生成机理与防治方法 / 48

　　一、汽油机排气中HC 的生成机理与防治方法 / 49

　　二、柴油机排气中HC 的生成机理与防治方法 / 53

　　三、 燃油蒸发和泄漏的HC 排放 / 54

　第四节　氮氧化物的生成与防治方法 / 54

　　一、NO 的生成机理 / 54

　　二、NO2 的生成机理 / 60

　　三、N2 O 的生成机理 / 61

　　四、氮氧化物的防治方法 / 62

　第五节　颗粒物的生成机理与防治方法 / 62

　　一、颗粒物的生成条件 / 62

　　二、颗粒物的生成过程与机理 / 63

　　三、颗粒物生成的计算模型 / 65

　　四、碳烟微粒生成的主要影响因素 / 66

　　五、碳烟微粒的氧化燃烧 / 68

　　六、基于φ-T 图的颗粒物排放防治方法 / 69

　第六节　光化学烟雾的生成机理与防治方法 / 70

　　一、光化学烟雾的生成条件 / 70

　　二、光化学烟雾生成的主要化学反应 / 70

　　三、光化学烟雾的防治措施 / 71

　参考文献 / 71

第三章 汽车排气污染物的测量方法/ 74

　*节　 汽车排气污染物的测量系统 / 74

　　一、排气污染物的评价指标 / 74

　　二、排气污染物测量的有关规定 / 74

　　三、排气污染物的发动机台架测量系统 / 75

　　四、排气污染物的整车测量系统 / 75

　　五、排气取样方法 / 77

　第二节　排气成分的分析方法 / 80

　　一、非分散式气体分析法 / 80

　　二、氢火焰离子化分析法 / 84

　　三、化学发光分析法 / 84

　　四、气相色谱分析法 / 86

　　五、紫外荧光分析法 / 88

　　六、傅里叶变换红外光谱分析法 / 90

　第三节　汽车排气中颗粒物的测量方法 / 92

　　一、PM 的测量方法 / 92

　　二、PM 的测量系统 / 92

　　三、颗粒物数量的测量系统 / 98

　第四节　实际行驶排放污染物的测量装置 / 101

　　一、PEMS 的主要组成及功能 / 101

　　二、PEMS 的主要性能参数 / 102

　　三、PEMS 的PM 和PN 测试装置 / 103

　第五节　柴油车排气烟度的测量方法 / 104

　　一、柴油机的排烟种类及评价方法 / 104

　　二、过滤式烟度计 / 104

　　三、不透光式烟度计 / 105

　参考文献 / 110

第四章 汽车排放标准及试验规范/ 112

　*节　汽车排放标准的发展历程 / 112

　　一、我国国家标准的发展历程 / 112

　　二、欧盟、美国和日本国家标准的发展历程 / 114

　　三、汽车排放标准的框架 / 116

　　四、汽车排放标准的常用术语 / 117

　第二节　全球统一的汽车测试循环 / 119

　　一、全球统一汽车测试循环推广的必要性 / 119

　　二、全球统一的轻型汽车测试循环 / 120

　　三、全球统一的重型发动机测试循环 / 122

　第三节　轻型汽车的型式检验、生产一致性、在用符合性检查及其限值 / 124

　　一、型式检验试验的类型与限值 / 124

　　二、生产一致性检查试验 / 128

　　三、在用符合性检查 / 129

　第四节　轻型汽车污染物排放试验的相关规定简介 / 129

　　一、Ⅰ型试验的主要规定及要求 / 129

　　二、Ⅱ型试验的主要规定及要求 / 130

　　三、Ⅲ型试验的主要规定及要求 / 132

　　四、Ⅳ型试验的主要规定及要求 / 133

　　五、Ⅴ型试验的主要规定及要求 / 135

　　六、Ⅵ型试验的主要规定及要求 / 138

　　七、Ⅶ型试验的主要规定及要求 / 139

　第五节　重型汽车的排放标准及测试规范简介 / 140

　　一、重型汽车污染物排放试验项目 / 140

　　二、车辆或发动机污染物的排放限值及测量方法 / 141

　　三、发动机非标准循环（WNTE）和整车实际道路排放测试规程 / 142

　　四、曲轴箱排放试验、排放控制装置的耐久性和排放质保期的主要规定 / 143

　　五、耐久性运行试验的主要规定 / 144

　第六节　欧盟、美国和日本的汽车污染物排放限值及测试规范简介 / 144

　　一、欧盟的排放限值及测试规范简介 / 144

　　二、美国联邦（加利福尼亚州除外）的汽车限值及测试规范简介 / 147

　　三、日本排放限值及测试规范简介 / 152

　参考文献 / 155

第五章 汽油车的排气污染与防治对策/ 157

　*节　汽油车排放污染物的防治方法 / 157

　　一、汽油机排气成分随空燃比的变化特性与汽油机工作模式 / 157

　　二、汽油车空气污染物的主要防治方法 / 159

　　三、EGR 的原理及EGR 系统的基本构成 / 161

　　四、热反应器 / 162

　　五、二次空气系统 / 164

　　六、燃料蒸发污染物净化装置 / 164

　　七、曲轴箱污染物净化装置 / 166

　　八、汽油及润滑油组分优化 / 167

　第二节　汽油车排气催化净化器的种类及其评价指标 / 168

　　一、排气催化净化器的种类 / 168

　　二、催化剂及其载体的种类 / 169

　　三、 载体的种类及主要结构参数 / 170

　　四、催化器的性能评价参数 / 172

　第三节　三效催化净化器 / 174

　　一、 三效催化净化器的组成 / 174

　　二、三效催化净化系统的构成 / 179

　　三、三效催化净化系统中空燃比的监测方法 / 180

　　四、装备三效催化净化系统汽油车的主要不足 / 183

　　五、汽油车冷启动后的净化措施 / 185

　第四节　缸内直喷汽油机的发展趋势及其气体污染物净化技术 / 188

　　一、缸内直喷汽油车的发展趋势 / 188

　　二、GDI 汽油机的燃烧模式及排放特点 / 189

　　三、GDI 汽油机汽车排气中气体污染物的后处理系统 / 190

　第五节　稀混合气GDI 汽油机排气污染物的净化技术 / 191

　　一、GDI 汽油机稀混合气燃烧模式的实现方法 / 192

　　二、稀混合气GDI 汽油机汽车的优势与不足 / 193

　　三、稀混合气GDI 汽油机汽车NOx 的控制方法 / 195

　第六节　GDI 汽车排气颗粒物的特性及其影响因素 / 200

　　一、GDI 汽车排气颗粒物产生的原因 / 200

　　二、GDI 汽车排气颗粒物的评价指标及特性参数 / 201

　　三、颗粒物的主要组成元素及其颗粒数量排放率 / 202

　　四、缸内直喷汽油机排气颗粒物的影响因素 / 204

　第七节　GDI 汽车排气颗粒物的防治对策 / 209

　　一、GDI 汽车排气颗粒物的防治对策 / 209

　　二、GPF 的结构参数及性能指标 / 210

　　三、GPF 的布置方案示例 / 212

　　四、GPF 推广应用情况及其面临的主要问题 / 213

　参考文献 / 215

第六章 柴油车的排气污染与防治对策/ 221

　*节　柴油机排放的特点与主要防治对策 / 221

　　一、柴油机排气污染物的种类及特点 / 221

　　二、柴油机PM 和NOx 的排放特点 / 221

　　三、柴油机HC 的排放特点 / 224

　　四、现代柴油车排污染物的主要防治对策 / 224

　第二节　柴油及润滑油特性对柴油车排气污染物的影响 / 226

　　一、柴油特性参数的影响 / 226

　　二、润滑油特性的影响 / 229

　第三节　柴油机的排气再循环及闭式曲轴箱通风系统 / 231

　　一、EGR 的NOx 降低效果及其对柴油机其他性能的影响 / 231

　　二、柴油机EGR 的种类及工作原理 / 231

　　三、闭式曲轴箱通风系统 / 233

　第四节　柴油车的氧化催化净化器 / 234

　　一、氧化催化净化器的种类及其应用情况 / 234

　　二、DOC 的污染物净化机理 / 236

　第五节　柴油车排气颗粒物的过滤净化技术 / 238

　　一、颗粒过滤器的结构及工作原理 / 238

　　二、DPF 滤芯的几何结构及其特性参数 / 239

　　三、DPF 的主要性能指标 / 242

　第六节　柴油车NOx 的净化技术 / 244

　　一、NOx 的净化原理与净化器的种类 / 244

　　二、NOx 吸附催化还原净化技术 / 244

　　三、NOx 的尿素选择催化还原净化技术 / 247

　　四、NOx 的HC 选择催化还原净化技术 / 249

　第七节　现代柴油车的排气后处理系统 / 250

　　一、现代柴油车的排气后处理技术 / 250

　　二、现代柴油车后处理系统示例 / 253

　参考文献 / 257

第七章 电动汽车的环境污染与防治对策/ 262

　*节　电动汽车环境污染的评价方法 / 262

　　一、电动汽车环境污染的特点与评价方法 / 262

　　二、汽车全生命周期的环境污染源及污染物排放量的计算流程 / 264

　　三、汽车制造用原材料的排放因子 / 266

　　四、汽车制造用燃料排放因子 / 268

　　五、电力生产过程的污染物排放因子 / 269

　　六、火力发电的环境污染及污染物排放因子 / 271

　　七、汽车全生命周期各阶段环境污染物排放量的计算方法 / 274

　第二节　汽车全生命周期环境污染的影响因素分析 / 276

　　一、汽车材料、制造、使用(行驶) 和报废阶段的CO2 排放 / 276

　　二、电力排放因子对汽车全生命周期各阶段CO2 排放比例的影响 / 277

　　三、材料组成对汽车全生命周期环境污染及CO2 排放的影响 / 278

　　四、行驶里程对汽车全生命周期CO2 排放量的影响 / 279

　　五、百公里能耗对汽车使用过程CO2 排放率的影响 / 280

　第三节　纯电动汽车的环境污染 / 280

　　一、PEV 行驶中的主要异地环境污染物 / 280

　　二、PEV 汽车生产制造中的环境污染 / 282

　　三、PEV 生命周期中的环境污染 / 285

　　四、PEV 环境污染的防治措施 / 287

　第四节　燃料电池电动汽车的环境污染与防治 / 287

　　一、氢燃料电池电动汽车的结构特点 / 287

　　二、燃料电池系统的组成与主要原材料种类 / 289

　　三、FCEV 生命周期内环境污染物排放及环境影响评价实例 / 294

　　四、FCEV 行驶过程异地环境污染的计算流程及计算实例 / 296

　　五、FCEV 环境污染的防治措施 / 302

　参考文献 / 305