汽車排污凈化措施簡介

□李陸山　王　鵬　高一鵬

汽車的出現(xiàn)改變了人們的生活方式，為人們提供了方便快捷的服務(wù)，但是汽車又是一個巨大的污染源，隨著保有量的逐年遞增，汽車對環(huán)境的污染日益嚴(yán)重，已引起了世人普遍的關(guān)注。為了減少汽車排放物中的有害成份，降低對環(huán)境的污染，使汽車排放指標(biāo)滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)的要求，多年來許多汽車公司在降低排放污染上采取了一系列的技術(shù)措施，具體來講，可分為機內(nèi)凈化措施和機外凈化措施兩大類。

機內(nèi)凈化措施是根據(jù)有害排放物的生成機理，對發(fā)動機結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進行適當(dāng)?shù)馗脑旌透倪M設(shè)計，采用一些新工藝、新材料和新技術(shù)，使發(fā)動機內(nèi)的混合氣燃燒充分，從而減少有害排放物的生成，例如目前國內(nèi)外轎車上普遍采用的電子控制多點燃油噴射技術(shù)就屬于此類。機外凈化措施是對已產(chǎn)生的有害排放物(排氣管排出的燃燒廢氣、曲軸箱竄氣以及燃油蒸氣)，在進入大氣環(huán)境之前進行預(yù)處理的一種方法。本文限于篇幅，下面主要介紹一下目前汽車上普遍采用的機外凈化措施。

1.燃油蒸發(fā)吸附裝置

汽車不論在停放期間還是在行駛過程中，它的燃油系統(tǒng)都會有燃油蒸發(fā)，如果不加以處理，任由燃油蒸氣直接進入大氣(約占車輛排放到大氣中的HC總量的20％)，眾多的汽車便形成了可觀的HC排放污染。為了解決上述問題，汽車上普遍安裝了碳罐裝置，我國規(guī)定從1995年起所有新出廠的汽車一律安裝碳罐裝置。碳罐本身是一個抗油性的尼龍或塑料罐，里面裝滿了活性碳顆粒。碳罐有兩個入口(一個入口與油箱連接，不斷吸收燃油蒸發(fā)的蒸氣；另一個入口與外界大氣相通，特定時刻吸入空氣)和一個出口(與進氣管相連)。當(dāng)發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，由于進氣管存在著真空度，碳罐中吸附的油氣隨同從罐底流入的空氣一起被吸入氣缸燃燒。清除油氣后，碳罐中的活性碳顆粒又可重新吸附油氣，從而使碳罐可以循環(huán)使用。

2.曲軸箱強制通風(fēng)(PCV)系統(tǒng)

此系統(tǒng)主要解決由于曲軸箱竄氣造成的HC污染。其工作原理是從空氣濾清器引入一股新鮮的空氣，然后進入曲軸箱同竄氣混合，當(dāng)發(fā)動機工作時，利用進氣管的真空度將PVC閥(流量控制閥)打開，將上述混合氣吸入氣缸進行燃燒。PVC閥是一個根據(jù)發(fā)動機的不同工況，利用進氣管的真空度來改變其流通截面大小的控制閥。當(dāng)發(fā)動機怠速或負荷較小時，進氣管的真空度大，流通截面減小，避免因過多抽氣而使氣缸內(nèi)混合氣過稀；當(dāng)高負荷時，進氣管的真空度小，流通截面增大，以適應(yīng)竄氣量大時的換氣要求。目前幾乎所有的現(xiàn)代汽車發(fā)動機都裝用了該系統(tǒng)。

3.排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)

此系統(tǒng)的主要目的是降低排氣中的NOx含量。由NOx的生成機理可知，氣缸內(nèi)混合氣燃燒溫度若降低，就可以減少NOx的生成。EGR系統(tǒng)就是利用上述機理，從排氣管引出少量廢氣進入進氣管與新混合氣混合后進入氣缸燃燒，從而使燃燒溫度下降，抑制了NOx的生成。

由于采用EGR系統(tǒng)，使混合氣的點火性能和發(fā)動機的輸出功率有所下降，因此要選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍，進行適量的EGR控制。EGR的控制指標(biāo)通常采用EGR率來表示：

EGR率=引入廢氣量/(吸入空氣量＋引入廢氣量)×100％

通常所使用的EGR率控制在5％～20％范圍內(nèi)，過大將使發(fā)動機的功率及油耗損失太大。目前EGR系統(tǒng)已經(jīng)成為汽車上凈化NOx的主要措施之一。

4.進氣溫度控制和預(yù)熱裝置

汽車在外界溫度較低的條件下和發(fā)動機處于冷狀態(tài)下起動時，由于進入發(fā)動機的空氣溫度較低，燃油霧化質(zhì)量不高，為了解決起動難的問題，混合氣要相對變濃，這就使混合氣在氣缸中燃燒不完全，從而增加了排氣中的CO和HC的含量。采用進氣溫度控制和預(yù)熱裝置后，能保證在外界溫度較低的情況下，使發(fā)動機進氣溫度控制在40℃左右，從而改善了燃油的霧化和蒸發(fā)，可獲得較稀且較均勻的可燃混合氣，可顯著降低排氣中的CO和HC的含量。

該裝置主要由溫度傳感器、熱空氣閥和真空室等部件組成。熱空氣閥用于控制由排氣管加熱(水溫預(yù)熱或電阻元件加熱)的空氣的進入通道，當(dāng)進氣溫度較低時，溫度傳感器將進氣真空度引入真空室，驅(qū)動熱空氣閥開啟，使一部分預(yù)熱空氣摻入進氣流中，提高了進氣溫度。當(dāng)進氣溫度較高時，熱空氣閥將關(guān)閉而中止熱空氣的加入。

5.氧化催化反應(yīng)器

該反應(yīng)器外形像消聲器，以沉積在面容比很大的載體表面的催化劑作為媒介質(zhì)，通常采用貴金屬鉑和鈀作為催化劑，采用氧化鋁作催化劑載體材料。當(dāng)發(fā)動機排出的氣體經(jīng)過反應(yīng)器時，在催化劑的作用下，CO和HC與排氣中的余氧結(jié)合，生成無害的CO2和H2O，從而達到凈化目的。當(dāng)溫度足夠高時，CO的轉(zhuǎn)化率可達98％，HC的轉(zhuǎn)化率可達95％，但是在溫度低于250℃～300℃時，轉(zhuǎn)化率將急劇下降，氧化催化反應(yīng)器既可用于汽油機也可用于柴油機，用于汽油機時，為保證氧化質(zhì)量，通常要引入二次空氣。

6.三元催化反應(yīng)器

氧化催化反應(yīng)器只對CO和HC起作用，而對NOx的凈化卻毫無結(jié)果，而三元催化反應(yīng)器不僅能促使CO、HC的氧化反應(yīng)，也能促使NOx的還原反應(yīng)，從而使排氣中的CO、HC、NOx三種有害成分都得到凈化。

三元催化反應(yīng)器外觀和結(jié)構(gòu)與氧化催化反應(yīng)器基本相同。常用的催化劑是鉑和銠，鉑能促使CO、HC的氧化，銠能加速NOx的還原。由于此催化反應(yīng)特性與通過的排氣中所含的氧量有關(guān)，因此使用三元催化反應(yīng)器時，必須裝氧傳感器和空燃比反饋控制系統(tǒng)。催化劑利用排氣本身的熱量便可激發(fā)表面活性，一旦活化開始，催化床便因放熱而自動保持高溫。保持三元催化反應(yīng)器高凈化率、高使用壽命的理想運行條件的使用溫度約為400℃～800℃，使用溫度上限為1000℃，超過此溫度，催化劑就會過熱老化，甚至使催化劑失效。另外排氣中的鉛化物、碳煙、焦油等覆蓋在催化劑表面，也能使催化劑失效，所以裝有三元催化反應(yīng)器的汽車應(yīng)使用高品質(zhì)的無鉛汽油。在較好使用條件下，三元催化反應(yīng)器的壽命可達8～10萬公里。

7.電控補氣系統(tǒng)

北京市提前實施相當(dāng)于歐洲Ⅰ號的排放新標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)行的化油器汽車只有通過加裝電控補氣系統(tǒng)同時配合三元催化反應(yīng)器的使用才能達標(biāo)。具體的做法是先將混合氣適當(dāng)調(diào)濃，然后加裝一個氧傳感器，一個電控單元和一個補氣閥等元件。補氣閥一端通向空氣濾清器，另一端通向節(jié)氣門下方，電控單元借助氧傳感器等信號控制補入進氣系統(tǒng)的空氣量，使發(fā)動機氣缸內(nèi)油、氣混合比例達到最佳狀態(tài)，從而創(chuàng)造出加裝三元催化反應(yīng)器的條件。目前，一汽轎車、上海大眾和天津汽車都采用電控補氣系統(tǒng)加三元催化反應(yīng)器的方法來改造原生產(chǎn)的化油器汽車，它們都使用德國HJS公司生產(chǎn)的電控補氣系統(tǒng)。

8.真空延時閥

該裝置主要作用是降低排氣中NOx的含量。前面在介紹EGR系統(tǒng)時就說過，降低發(fā)動機燃燒的溫度便可減少NOx的生成，真空延時閥可以降低車輛加速時發(fā)動機的最高燃燒程度，從而降低汽車NOx的排放。真空延時閥通常安裝在分電器與進氣管之間的真空管上。

9.顆粒收集器

微粒是柴油機排氣凈化的主要對象之一，對車用柴油機排氣中微粒的處理通常采用過濾的方法。當(dāng)排氣通過由蜂窩狀陶瓷制成的顆粒收集器時，微粒便得以去除。使用一段時間后，顆粒收集器可通過高溫燃燒去除微粒，從而可以繼續(xù)使用。

10.二次空氣供給系統(tǒng)

二次空氣供給系統(tǒng)又稱空氣噴射反應(yīng)系統(tǒng)(通用公司)、空氣凈化系統(tǒng)(福特公司)、空氣保護系統(tǒng)(美國汽車公司)和二次空氣噴射系統(tǒng)(克萊斯勒公司)。其工作原理是將一定量的空氣引入排氣歧管或氧化催化反應(yīng)器中，使廢氣中的CO和HC進一步燃燒和氧化，減少廢氣中的CO和HC的含量。當(dāng)發(fā)動機以較稀混合氣工作時，新鮮空氣才被引入排氣系統(tǒng)；而在以濃混合氣工作時，新鮮空氣將被阻斷或被排入大氣。目前在國外轎車上二次空氣供給系統(tǒng)使用逐漸減少。