汽油機排放控制研究

汽油機排放控制研究摘要：汽車是當今社會的一種必不可少的重要交通工具，因汽油機具有轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕以及造價低廉等優(yōu)點，它被大量用于汽車上，特別是在小型汽車上。而在評估汽油機的各方面性能時，其排放情況是其中一項重要的參考指標，同時排放也是目前汽車行業(yè)的生命線，而本文將會對國內(nèi)外的汽油機排放情況進行介紹并比較，同時給出車用汽油機一些常用的排放控制技術(shù)的闡述，并對各項技術(shù)的優(yōu)缺點及其應用前景進行分析，最后將會對后面的排放控制技術(shù)的發(fā)展給出建議。關(guān)鍵詞：汽油機；排放控制；環(huán)境污染；機外凈化；機內(nèi)凈化；機前凈化；新能源汽車；1前言1876年，德國人奧托研制出世界上第一臺以煤氣作為燃料的內(nèi)燃機，而在1886年，同是德國人的卡爾本茨發(fā)明了世界上第一輛汽車，他采用的是在奧托發(fā)動機基礎(chǔ)上改進的火花點火汽油機，而隨著這開始，汽油機和汽車行業(yè)不斷的取得進步和發(fā)展，并成為人類社會生產(chǎn)生活過程中不可或缺的工具，但是隨著1996年美國加州頒布了世界上第一個汽車排放法規(guī)，排放問題成為了關(guān)系到汽車和汽油機生死的重要問題[1]。現(xiàn)如今，汽車與人們的生活的聯(lián)系更為緊密，但是隨著環(huán)境問題，如溫室效應、大氣污染等已經(jīng)對人們生命安全形成威脅，相關(guān)的研究又表明，汽車尾氣的排放是溫室效應和大氣污染的重要原因之一，因而環(huán)境問題同樣對汽油機排放控制提出了嚴峻的考驗，同時這一切也表明控制汽車排放已經(jīng)到了刻不容緩的地步。2國內(nèi)汽油機排放現(xiàn)狀隨著我國經(jīng)濟社會不斷的向前發(fā)展，人民生活水平不斷提高，我國的汽車保有量急劇增加，但隨之而來的是汽車尾氣排放對環(huán)境造成的污染也越來越重，在我國的中大型城市中，汽車排放逐漸成為環(huán)境污染的主要源頭，例如，北京出現(xiàn)的霧霾的污染天氣，其中一個最為重要的原因是北京這座城市中的汽車數(shù)量太多，尾氣控制成為老大難問題，這一系列情況表明：控制汽油機也就是汽車的尾氣排放是關(guān)系我國社會健康發(fā)展的重要問題和重大難題。我國汽車也既是汽油機的排放之所以處在這么嚴峻的情形，主要原因有一下幾點：（1），汽車排放性能差，汽車保養(yǎng)以及淘汰制度不嚴格；（2），汽車保有量增加過快，尤其是在城市中；（3），我國汽油機燃油能耗標準落后；（4），廣大群眾對汽車尾氣排放危害的意識淡薄。面對這一系列的問題，通過政府以及各個部門機構(gòu)的不斷努力，通過立法以及出臺一些相關(guān)的政策制度，同時加強對汽車行業(yè)的監(jiān)管力度，進而在汽車尾氣的排放控制也取得了一些可喜的成就，例如，從廣州的一項基于多年排放清單對車輛排放控制的研究中可以看到，從2005年到2009年，一氧化碳、THC和PM10的平均排放因子估計減少了30—40%，但是從這份研究中還發(fā)現(xiàn)，氮化物的平均排放因子僅僅減少了不到10%[2]。從這份數(shù)據(jù)中不難看出，我國在排放控制方面取得了很大的進步，但是同時還面臨著很嚴峻的挑戰(zhàn)，因而需要我們不斷的改進技術(shù)，改進生產(chǎn)。3國外汽油機排放控制狀況以發(fā)達國家為例，由于發(fā)達國家經(jīng)濟發(fā)達，人均生活水平很高，因而其汽車的總量很高，這本身就使其排放控制的難度變得很大，因而，從很早的時候，發(fā)達國家就已經(jīng)開始關(guān)注汽油機排放控制方面的問題，他們通過排放法律法規(guī)的建立，以法律的強制手段來控制排放問題，例如，在1990年，美國制訂了最嚴格的排放法規(guī)，而后，又相繼出臺了一系列的法律法規(guī)來控制排放，而歐盟從1993年開始，積極強化汽車排放法規(guī)，這一系列的措施使得其排放控制取得很大的發(fā)展，同時通過不斷的改善汽油發(fā)動機的生產(chǎn)加工技術(shù)，改善其原油處理技術(shù)，使得其在汽油機排放方面處于世界領(lǐng)先行列。與發(fā)達國家相比，我們國家在汽油機排放控制方面存在許多的不足，尤其是在汽油發(fā)動機生產(chǎn)加工技術(shù)方面，這就需要我們不斷的努力，不斷的改善提高技術(shù)，而且同時還需要根據(jù)具體的實際情況，指定相應的法律法規(guī)政策，使得我們汽油機的排放技術(shù)能走在世界前列。4汽油機排放控制技術(shù)現(xiàn)狀為滿足日益嚴格的排放法規(guī)的需求，減少排放尾氣的環(huán)境的危害，各類車用汽油機廢氣排放控制技術(shù)和控制方法迅速發(fā)展。下面將會從常用的機前凈化技術(shù)、機內(nèi)凈化技術(shù)以及機外處理技術(shù)進行分析，并對未來發(fā)展趨勢進行闡述。4.1機前凈化技術(shù)車用汽油機的有害排放物CO、HC、NO、PM等，對人類和大氣環(huán)境造成了極大的危害。隨著汽車保有量的不斷增長，汽車廢氣排放對大氣的污染程度日益嚴重，世界各國紛紛制定汽車排放法規(guī)，以限制汽車廢氣對環(huán)境的污染。為減卻循環(huán)，會增加冷卻系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)的復雜性。4.3機外凈化技術(shù)在改進發(fā)動機本身設計及優(yōu)化其運行參數(shù)來降低污染物的排放，難度越來越大。需要兼顧發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性、排放性等要求的發(fā)動機結(jié)構(gòu)越來越復雜，成本急劇上升[8]。下文中將會對三元催化轉(zhuǎn)換器、二次空氣噴射系統(tǒng)以及閉式曲軸箱強制通風系統(tǒng)進行分析介紹。4.3.1三元催化轉(zhuǎn)換器三元催化器，是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機外凈化裝置，它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NO等有害氣體通過氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的二氧化碳、水和氮氣。當高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時，三元催化器中的凈化劑將增強CO、HC和NO三種氣體的活性，促使其進行一定的氧化-還原化學反應，其中CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳氣體；HC化合物在高溫下氧化成水(H20)和二氧化碳；NO還原成氮氣和氧氣。三種有害氣體變成無害氣體，使汽車尾氣得以凈化。三元催化器性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠、壽命長，經(jīng)過研究證明，三元催化器是減少這些排放物的最有效的方法。但是三元催化轉(zhuǎn)換器在一些情況下很容易失效，如在高溫、慢性中毒、表面積碳以及排氣惡化，所以三元催化轉(zhuǎn)換器需要較為專業(yè)和細致的保養(yǎng)[9]。4.3.2二次空氣噴射技術(shù)以減少廢氣排放為目的，二次空氣噴射技術(shù)被廣泛地應用在發(fā)動機上，通常有空氣泵式和脈沖式兩種。該技術(shù)是將新鮮空氣送入發(fā)動機排氣管內(nèi)，使廢氣中的HC、CO進一步氧化為H2O、CO2。因此二次空氣噴射系統(tǒng)也常被稱為補燃系統(tǒng)或后燃系統(tǒng)。自從世界上第一個車輛排氣污染控制標準實施以來，二次空氣噴射系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應用在汽車上，它實際上就是一種尾氣排放控制實用技術(shù)，用以減少排氣中的HC和CO的排放量。目前所用的二次空氣供給方法有空氣泵系統(tǒng)和脈沖空氣系統(tǒng)兩種方式[10]。其中空氣泵系統(tǒng)是使用空氣泵使新鮮空氣進入排氣系統(tǒng)，其有一個缺點，空氣泵由發(fā)動機驅(qū)動，會消耗一部分發(fā)動機功率。而脈沖空氣系統(tǒng)是利用排氣壓力的脈沖江新鮮空氣吸入排氣系統(tǒng)。其雖然不需要使用動力源，減小了發(fā)動機輸出功率的消耗，但是成本較高，控制較為復雜。4.3.3閉式曲軸箱強制通風系統(tǒng)曲軸箱通風系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)形式分為開式及閉式兩種。分離后的氣體直接排入大氣稱為開式曲軸箱通風系統(tǒng)，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但是很致命的缺陷是它會對環(huán)境造成很大的污染。分離后的氣體進入進氣系統(tǒng)重新參加燃燒稱為閉式曲軸箱通風系統(tǒng)，其優(yōu)點是能實現(xiàn)曲軸箱污染物零排放、但結(jié)構(gòu)復雜、成本高，如果曲軸箱通風系統(tǒng)與整機不匹配，導致機油消耗量增加（活塞、噴油器及火花塞積碳，嚴重時造成發(fā)動機爆震)，增壓器、中冷器性能都會不同程度下降[11]。5結(jié)論發(fā)動機排放污染物的凈化往往在降低HC、CO與降低氮化物的排放量上相互矛盾，無法兼顧。同時，廢氣處理凈化裝置也常與發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性指標發(fā)生沖突。因此，對發(fā)動機排放物控制的技術(shù)綜合優(yōu)化的關(guān)鍵是將性能達到最佳折中。同時還應在日常的車輛使用中養(yǎng)成良好的駕駛習慣，并對發(fā)動機做好維護保養(yǎng)，使發(fā)動機保持在最佳的工作狀態(tài)，從根本上預防、減少有害排放物的生成。而近些年，為了解決汽車排放帶來的一系列的環(huán)境問題，同時也是為了促進汽車行業(yè)不斷的向前發(fā)展，近些年，新能源汽車取得了長足的發(fā)展，所謂的新能源汽車是指使用除了汽油和柴油常規(guī)燃料以外的其他車用燃料來作為動力來的汽車，或是使用常規(guī)車用燃料，可是運用新式的車載動力裝置的汽車，綜合車輛動力控制和驅(qū)動等先進技術(shù)，具有全新的結(jié)構(gòu)、采用不同于傳統(tǒng)技術(shù)的汽車。新能源汽車主要包含以下種類：燃氣汽車、純電動車、燃料電池電動汽車、混合動力汽車、太陽能汽車、二甲醚汽車、生物燃料汽車等等。人類的所有產(chǎn)品的使用，應該是以不犧牲人類的其他利益為代價，而且能夠重復使用的。所以這一項技術(shù)會給人類社會出現(xiàn)的能源危機帶來解決的希望，同時這個也是未來發(fā)展的趨勢，但是，其中目前還存在著許多技術(shù)或者是設計上的問題，需要一批批人去解決。參考文獻[1]王建昕.汽車節(jié)能于排放控制技術(shù)進步及其對潤滑油的要求[J].潤滑油，2007（2）：1-5.[2]shaojunZhang,YeWU.HistoricalevaluationofvehicleemissioncontrolinGuangZhoubasedonamulti-yearemissioninventory[J].AtmosphericEnvironment,2013(9):32-42.[3]孫瀟，邴桂斌.車用汽油機排放控制技術(shù)研究[J].科技信息，2012（1）：15-17.[4]李士雨，司瑞，齊向娟.乙醇汽油中添加劑及最佳乙醇比例的研究[J].煉油與化工，2009（9）：8-10.[5]張奇，徐國強.小排量汽油機電控燃油噴射系統(tǒng)技術(shù)[J].小型內(nèi)燃機與摩托車，2011（4）：20-21.[6]鄭勝敏.汽油機稀薄燃燒技術(shù)發(fā)展分析[J].城市車輛，2007（6）：15-17.[7]張齊斌.發(fā)動機廢氣再循環(huán)凈化系統(tǒng)分析[J].銅業(yè)工程，2008（12）：12-13.[