机动车尾气对环境空气污染的综合分析

 ,刘霄秋 ,吴奕彬

摘要：除电能、氢气等清洁能源外，机动车燃烧燃料所排放的尾气都会对环境造成一定影响，本文主要从各种燃料的组成成分、发动机工作原理、尾气成分等综合评估各种燃料在汽车行驶过程中对环境的影响。

关键词：机动车尾气、空气污染、环保、成分

随着科学技术的不断发展，各式各样的机动车融入了我们的生活，据公安部消息，截至2022年8月，全国机动车保有量达4.08亿辆，其中汽车3.12亿辆。这些机动车确实给我们的生活提供了方便，但是同时也给环境带来了极大的危害，尾气污染日趋严重，使环境付出了严重的代价，全球变暖、大气层破坏、环境空气污染，对人类的活动和健康发展构成了极大的威胁。

一、主要成分

（一）汽油

C4~C12脂肪烃和环烷烃类，及一定量芳香烃。汽油标号显示汽油辛烷值的大小。

92＃汽油以催化裂化及二次加工汽油为基础，加入一定量重整汽油少量烷基化汽油、芳烃组分以及一定量的甲基叔丁基醚调合而得。95＃汽油主要由非常轻的饱和烃组分、含量很高的甲苯及少量的重芳烃组成，甲苯组分可占样品总质量分数的46％[1]。

（二）柴油

C10~C22复杂烃类混合，主要为正构烷烃，在油样中含量为49%~59%，其次是13%~25%的异构烷烃，2%~18%的多环芳烃，1%~14%的氧化物[2]。

柴油牌号依据为凝固点。温度在4℃以上时选用0号柴油;温度在-5℃~4℃时选用-10号柴油等。若选用的牌号低于上述温度，发动机燃油系统可能结蜡堵塞，影响其正常工作。

（三）天然气

主要成分是甲烷（CH4），约占85%～95%，还含有少量的乙烷、丙烷和丁烷，以及少量的杂质。

（四）液化石油气

以三个或四个碳原子的烃类（如丙烷、丙烯、丁烷、丁烯）为主的混合物。低质的液化气，系统需要定期调试以维持恰当的混合状态，并易发生气阻现象

二、汽车燃油的主要工作原理

由于汽油和柴油主要成分含碳量的不同，汽油的沸点为30~205℃，柴油的沸点为180~410℃，汽油的挥发温度比柴油低很多，所以汽油可以不用预热，在点火前就可以直接和空气混合形成预制混合气。而柴油由于沸点高，无法采用和汽油机一样的混合方式，不适合在气缸外预先进行混合，而是直接高压喷射进燃料缸内，与空气雾化混合。

（一）汽油机（点燃式）

汽油机的顶部有一个火花塞，在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合气体，在压缩冲程中内能增大温度升高的同时，火花塞放电点燃汽油和空气的混合气体，产生高温高压的燃气推动活塞做功。

（二）柴油机（压燃式）

柴油机的顶部没有火花塞，而是一个喷油嘴，在吸气冲程中吸入的是空气，在压缩冲程中吸入的空气温度升高，此时喷油嘴喷出雾状柴油，遇到高温气体燃烧后，产生高温高压气体推动活塞做功。

（三）天然气发动机

在混合气着火之前，低浓度的均质混合气在燃烧室内形成，当缸内温度压缩到天然气的自燃温度以上时，均质混合气开始着火，即实现均质压燃燃烧。均质压燃燃烧的天然气发动机在工作方式上融合了点火燃烧和压燃燃烧两种燃烧方式的工作特点，混合气形成采用预混形式，燃烧采用压燃燃烧方式，并且采用质调节的方式控制负荷，将节气门去掉。天然气是气体燃料，比起汽油和柴油等液体燃料来说，能够更容易的形成成均质混合气，再加上天然气的高辛烷值，有很好的抗爆性能，因此天然气发动机可以采用相对高的压缩比，从而更容易实现压缩着火的燃烧方式。

（四）液化石油气发动机

以液化石油气为燃料的发动机。液化石油气储存于特制的容器罐内,经减压蒸发后供给发动机。在运转中,当进气阀打开时,石油气随空气流同时被吸入气缸中。然后被活塞压缩,形成均匀的可燃混合气,并依靠电火花强制点火,引起燃烧。所产生的高温高压燃气,在气缸内膨胀,推动活塞做功。

三、交通源产生尾气的成分

（一）一氧化碳

CnH2n+n02==nC0+nH2O可看作是燃料燃烧的半反应。

（二）二氧化碳

2CO+O2==2CO2在氧气充分并且混合气较为均匀的条件下，一氧化碳又与氧气接触并被氧化为二氧化碳排出。

（三）氮氧化物

根据泽尔多维奇理论，在高温、高压和富氧的环境下，NO的化学反应链为：O2==2O    O+N2==NO+NN+O2==NO+0 [3]

（四）碳氢化合物

碳氢化合物的成因主要有以下几种：燃料不完全燃烧、淬熄效应、狭缝效应、壁面油膜和积碳。主要为燃料和润滑油的泄漏。

（五）含硫化合物

汽油柴油产品中含硫化合物以噻吩类、二硫化碳、硫醇和硫醚为主[4]。在目前已广泛使用的低硫汽油中噻吩类化合物的硫浓度为3.68mg/L，硫醇硫醚类化合物的硫浓度为3.68mg/L，二硫化物类化合物的硫浓度为1.54mg/L[5]。柴油中含硫化合物全部为噻吩类化合物，具体为苯并噻吩类化合物和二苯并噻吩类化合物，两者含量相近[6]。目前柴油执行最新的国六标准，规定总硫含量在35ppm以下，也就是大约30mg/L以下。

（六）颗粒物

根据《中国移动源环境管理年报（2021）》，可以看出在颗粒物的排放上，虽然汽油车的数量要超过柴油车的数量，柴油车在颗粒物的排放上仍占比90%以上，所以柴油车是颗粒物排放的主要原因之一。在成分上，碳质组分是尾气颗粒物种的最主要成分，其次是钙铝铁硫等成分。碳质组分主要由燃料的热裂解产生，钙铝铁硫来自于机械磨损和燃油的杂质。碳质组分的产生是由于燃料与空气混合不均，局部缺氧且在高温条件下，部分燃料高温下隔绝氧气发生热裂解产生小分子有机物和碳黑颗粒。

四、交通源污染的识别

（一）T/B比值法

发现机动车尾气中甲苯的体积占比约为10.2%，苯的体积占比约为5%，T/B体积比值约为2，所以使用T/B比值可以来识别机动车尾气对大气污染的贡献，发现当T/B<2时主要贡献为机动车尾气，当T/B>2时主要贡献为溶剂挥发等其他污染源。

（二）示踪物比值法

机动车尾气中的乙烯/3-甲基戊烷、甲苯/3-甲基戊烷和对-二甲苯/3-甲基戊烷的体积比值一般恒定为7.5、5.4和1.5。若比值与机动车尾气中的比值较为接近，表明机动车尾气是其主要贡献源，若比值与机动车尾气中的比值有较大差异，说明除机动车尾气外，还有其他源对大气污染有较大的贡献。

五、建议意见

越来越多的燃油机动车在行驶过程中产生了以上的污染物，对各地环境造成了不小的影响，对此我有以下建议：第一，倡导市民使用清洁能源车或油电混合车，同时政府对这部分车辆增加购车补贴；第二，宣传低碳出行，提倡地铁、公交车等公共交通工具；第三，对燃油机动车进行限产、限售，或增加燃油车的税收，进而增加燃油车的价格；第四，严格监管机动车检测机构，坚决打击出具伪造合格证明的检测机构，对不符合要求的机动车一律实施淘汰；第五，加装尾气黑烟识别探头，特别是部分乡村道路，黑烟机动车随处可见；第六，研发新型三元催化器，使尾气更有效处理过滤。

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[1] 李长秀,王亚敏,田松柏.成品汽油组成及馏程与计算辛烷值的分布关系[J].石油学报(石油加工),2017,33(01):138-143.

[2] 蔡智鸣,张俊勇,杨科峰,程喆.色谱-质谱测定市售0号柴油成分[J].同济大学学报(自然科学版),2002(01):124-126.

[3] 刘朋,张秋霞,汪东明,黄银花.柴油机中氮氧化合物(NO_X)的生成机理及影响因素[J].山东工业技术,2016(18):16.DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.015.

[4] 魏秀萍,贾黎黎,赵运芳.催化裂化汽油中含硫化物类型及分布规律[J].精细石油化工,2013,30(06):70-74.

[5] 钱钦,王征.低硫汽油中含硫化合物的形态分析[J].石油炼制与化工,2016,47(05):108-112.

[6] 王征,杨永坛.柴油中含硫化合物类型分布及变化规律[J].分析仪器,2010(01):70-73.