降低汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的技術(shù)淺談

吳茂軍　李錫坤

摘 要：汽車(chē)尾氣排放不但對(duì)人類(lèi)生存的環(huán)境造成直接污染，而且間接危害人類(lèi)的健康。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車(chē)的數(shù)量越來(lái)越多，汽車(chē)排放造成的環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)峻，對(duì)汽車(chē)排放進(jìn)行有效的控制并減少汽車(chē)排放已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)主攻方向。本文在分析了汽車(chē)尾氣排放對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康造成的危害的基礎(chǔ)，介紹了幾種降低汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的技術(shù)，對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排的技術(shù)研發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)；發(fā)動(dòng)機(jī)；排放污染；技術(shù)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展越來(lái)越快。汽車(chē)給人類(lèi)的出行帶來(lái)了越來(lái)越多的便利，于此同時(shí)，汽車(chē)的普遍使用也給人類(lèi)生存的環(huán)境和人類(lèi)的健康造成了嚴(yán)重危害。有關(guān)研究表明，城市中超過(guò)一半的重要空氣污染物都是由汽車(chē)尾氣排放造成的。由于大量汽車(chē)廢氣的排放，人類(lèi)的生命健康，生存環(huán)境正面臨著重大威脅，汽車(chē)就是主要的罪魁禍?zhǔn)住Ｒ虼耍档推?chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的技術(shù)研發(fā)和推行工作迫在眉睫。

2 汽車(chē)排放的危害

雖然在近幾十年來(lái)，汽車(chē)排放的控制技術(shù)有了一定程度的進(jìn)展，汽車(chē)技術(shù)研發(fā)者們也開(kāi)始關(guān)注節(jié)約能源，利用新型能源，利用清潔能源，設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力車(chē)和電池車(chē)等新型汽車(chē)，然而燃油汽車(chē)仍然是當(dāng)下汽車(chē)類(lèi)型中的主力軍，進(jìn)一步改進(jìn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，尾氣凈化性能依然是當(dāng)前汽車(chē)研發(fā)人員的主要課題。各國(guó)也都設(shè)定了未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的燃油耗標(biāo)準(zhǔn)[1]。

由于當(dāng)下汽車(chē)主要是以燃油作為主要的動(dòng)力能源，燃油可以完全燃燒的時(shí)候，有害氣體排放少，對(duì)環(huán)境的污染也小；但當(dāng)燃油不能完全燃燒的時(shí)候，它進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸就會(huì)和空氣進(jìn)行短時(shí)間的混合燃燒，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的氣體中就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染環(huán)境的氣體，主要有二氧化硫、一氧化碳、含氮化合物以及含碳顆粒，甚至是含鉛物質(zhì)等空氣污染物，嚴(yán)重污染環(huán)境。燃燒不完全產(chǎn)生的一氧化碳是一種有毒性的氣體，無(wú)色無(wú)味，一旦跟人體中的血紅素結(jié)合就會(huì)使人出現(xiàn)惡心、嘔吐、頭痛甚至窒息的情況危害人類(lèi)健康。有一些由于燃燒不完全產(chǎn)生的烴類(lèi)物質(zhì)會(huì)對(duì)人體的呼吸器官形成強(qiáng)烈的刺激，甚至可能致癌，有一些烴類(lèi)物質(zhì)還會(huì)對(duì)農(nóng)作物造成嚴(yán)重危害。汽車(chē)排放的廢氣中有多種類(lèi)型的氮氧化合物。有的氮氧化合物會(huì)引發(fā)肺水腫、支氣管炎；有的氮氧化合物與其他有害氣體混合形成酸雨酸霧，嚴(yán)重污染空氣。

3 降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放的技術(shù)

各國(guó)對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排放技術(shù)的治理主要從從發(fā)動(dòng)機(jī)本身和排放后尾氣處理凈化

入手。

3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油技術(shù)優(yōu)化

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在部分負(fù)荷的時(shí)候，會(huì)有比較大的機(jī)械損失，而且這種機(jī)械損失會(huì)因?yàn)檫M(jìn)氣的某些原因增加，進(jìn)而對(duì)熱效率造成嚴(yán)重影響。為此，需要降低機(jī)械損失，在保證較高的功率要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷低轉(zhuǎn)速，具體技術(shù)方案如表1所示。

3.1.1 電子控制燃油噴射系統(tǒng)

以前的汽油機(jī)是用化油器燃油，現(xiàn)在的電子控制燃油噴射技術(shù)已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。在電子控制燃油噴射系統(tǒng)中，汽車(chē)在不同情況下產(chǎn)生的反饋信息通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，向發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣裝置處噴油，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣體總能保持合理的混合度，具有較高的精度和準(zhǔn)度。不難看出，電子計(jì)算機(jī)是整個(gè)電控噴射系統(tǒng)的核心裝置，控制著噴射系統(tǒng)的運(yùn)行。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)各種傳感裝置獲得的反饋信息和事先編好的運(yùn)行程序確定最合適的噴油量，并通過(guò)對(duì)電控噴油器的脈沖寬度控制來(lái)進(jìn)行噴油。在整個(gè)控制過(guò)程中，輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息有發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，冷卻液體的溫度，進(jìn)氣量和進(jìn)氣溫度等信息。除此之外，對(duì)于點(diǎn)火前角、廢氣循環(huán)、轉(zhuǎn)速的控制也可以通過(guò)電子計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由此可見(jiàn)，使用電子控制燃油噴射系統(tǒng)可以有效的降低汽車(chē)排放。

3.1.2 汽車(chē)廢氣的再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）

在汽車(chē)排放的氣體中，氮氧化合物不是由于燃燒不完全而產(chǎn)生的，相反，在燃燒過(guò)程中氮氧化合物的含量隨著環(huán)境中燃燒的溫度升高而增多。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的工作原理是依據(jù)一定的比例將比熱容較大的氣體導(dǎo)入進(jìn)氣管，從而使混合氣體的濃度和燃燒的溫度下降，抑制氮氧化合物的形成。EGR具有電子控制和機(jī)械控制兩種類(lèi)型。電子控制的調(diào)節(jié)是通過(guò)電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的；機(jī)械控制的調(diào)節(jié)是通過(guò)排氣管或者進(jìn)氣管的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)雖然具有減少氮氧化合物含量，降低燃燒溫度的作用，但同時(shí)也具有一定的不利影響，如動(dòng)力性差，經(jīng)濟(jì)效益差，容易導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定等問(wèn)題，所以必須嚴(yán)格控制廢氣再循環(huán)率，尋求一個(gè)合理的控制程度。

電控廢氣再循環(huán)的換流器是電控再循環(huán)裝置的核心。接收到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)氣量等輸入信息之后，電子控制系統(tǒng)控制再循環(huán)換流器的電磁閥，進(jìn)而控制廢氣再循環(huán)率。汽車(chē)在啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于低溫狀態(tài)，EGR處于停止運(yùn)行狀態(tài)；汽車(chē)在告訴行駛的時(shí)候，電控裝置停止再循環(huán)運(yùn)行；當(dāng)汽車(chē)部分負(fù)荷的時(shí)候，EGR的循環(huán)率隨著負(fù)荷的增加而增加。

3.2 尾氣處理技術(shù)優(yōu)化（三元催化技術(shù)）

三元催化技術(shù)是比較成熟的高效率尾氣處理技術(shù)。三元催化技術(shù)就是要將汽車(chē)尾氣中的一氧化碳、烴類(lèi)物質(zhì)和氮氧化合物三項(xiàng)物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。即將一氧化碳和烴類(lèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水；將氮氧化合物和一氧化碳轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂投趸迹瑥亩档推?chē)尾氣排放中的有害污染物質(zhì)。

三元轉(zhuǎn)化器的穩(wěn)定性能比較高，使用壽命長(zhǎng)，可以廣泛應(yīng)用到很多類(lèi)型的汽車(chē)中。安裝在汽車(chē)尾氣處理裝置中的三元轉(zhuǎn)化器載體在材料上是由多孔的陶瓷材料構(gòu)成的。載體表面有一層重金屬并且不直接參與反應(yīng)。三元轉(zhuǎn)化器的殼體內(nèi)有蜂窩狀的細(xì)小通道隔板，廢氣通過(guò)時(shí)對(duì)廢氣進(jìn)行催化反應(yīng)，從而將有害氣體催化還原成無(wú)害氣體。

使用三元催化技術(shù)具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：

（1）實(shí)現(xiàn)了將排放處理技術(shù)的系統(tǒng)化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。可以同時(shí)適用于不同發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)，不同車(chē)型，不同燃料的汽車(chē)。

（2）解決了高功率、低油耗、低排放這三個(gè)終極目標(biāo)之間的矛盾問(wèn)題，并將三者作為一個(gè)統(tǒng)一的，單獨(dú)的系統(tǒng)。

（3）將低排放和低排氣熱量，低噪聲系統(tǒng)的統(tǒng)一為一個(gè)整體的系統(tǒng)進(jìn)行處理[2]。

汽油車(chē)大多已經(jīng)采用了降低排放的系統(tǒng)，系統(tǒng)圖如圖1所示。

3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)小型化

在人們一般的觀念里，汽車(chē)的功率大小與汽車(chē)的排量大小是成正比例增長(zhǎng)的關(guān)系，然而并非如此，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的小型化將帶來(lái)越來(lái)越多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)被廣為運(yùn)用，也有一些汽車(chē)制造商因?yàn)榕ぞ氐脑虿捎脵C(jī)械加壓，這樣就會(huì)出現(xiàn)一些節(jié)油潛力發(fā)揮不出來(lái)的問(wèn)題。汽油機(jī)的調(diào)節(jié)式廢棄加壓系統(tǒng)可以增加起步性能和加速性能。若汽油發(fā)動(dòng)機(jī)小型化，就可以通過(guò)較高的增壓比率來(lái)提高功率，用合理的方法來(lái)降低燃爆，這樣就可以在降低熱負(fù)荷的情況下達(dá)到節(jié)油效果。實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的小型化可以采用減少數(shù)目的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，以此來(lái)獲得最大限度的節(jié)油效果[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)大氣污染和全球變暖的關(guān)注度不斷提高，各大汽車(chē)制造商和研發(fā)者都投入了大量的人力物力和財(cái)力進(jìn)行汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)減排技術(shù)的研究，針對(duì)減排問(wèn)題提出了很多技術(shù)方法。在今后，降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放，減少污染，資源循環(huán)利用將依然是需要重點(diǎn)關(guān)注的重要課題，各汽車(chē)制造商在節(jié)能減排方面，應(yīng)致力于技術(shù)的高端化，穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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