《汽油車排放污染物的控制及治理探析》3200字

-PAGE4--PAGE5-汽油車排放污染物的控制及治理分析綜述1.1汽車排放控制技術(shù)發(fā)展歷程隨著美國(guó)第一代排放法規(guī)的限定開(kāi)始，國(guó)際各大公司越來(lái)越注重對(duì)汽車排放性能的改善，由表1.1可知[14]，從起初的僅對(duì)機(jī)內(nèi)燃燒方式的微小改進(jìn)，到逐漸的應(yīng)用了一些機(jī)外凈化技術(shù)，再到目前擁有較為系統(tǒng)的節(jié)能減排的技術(shù)措施可以看出，由于人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的愈發(fā)重視，汽車排放性能的更優(yōu)質(zhì)改善將會(huì)是目前及未來(lái)的主打旋律，值得我們更為深刻的研究。表1.1汽油機(jī)排放技術(shù)措施發(fā)展歷程年份技術(shù)措施1960-1968安裝了控制燃燒系統(tǒng)降低空燃比，安裝空氣噴射反應(yīng)器系統(tǒng)促進(jìn)廢氣中的HC和CO的燃燒1969-1979安裝變速器控制火花塞系統(tǒng)以延遲點(diǎn)火時(shí)間，首次應(yīng)用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）以降低燃燒室溫度，控制NOX排放1974-1979安裝活性炭罐控制燃油蒸發(fā)，改進(jìn)化油器，無(wú)觸點(diǎn)點(diǎn)火，使用并改進(jìn)催化劑，采用高能點(diǎn)火系統(tǒng)，開(kāi)始由含鉛汽油過(guò)渡為無(wú)鉛汽油，安裝各種催化轉(zhuǎn)化器，安裝燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)1980-1983反饋（閉環(huán)）系統(tǒng)，進(jìn)一步改進(jìn)化油器和催化劑，改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，揮發(fā)性排放控制，大量采用電控汽油噴射技術(shù)和三效催化器1984-1993完善發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，改善燃料成分和開(kāi)發(fā)清潔燃料，電子控制更精確化，燃油噴射、催化劑和EGR的進(jìn)一步改進(jìn)，開(kāi)發(fā)電控點(diǎn)火系統(tǒng)和新型燃燒系統(tǒng)1994至今進(jìn)一步改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)、控制裝置、供油和EGR，改善揮發(fā)性排放控制，，開(kāi)始實(shí)施低排放和零排放計(jì)劃書(shū)1.2汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)研究進(jìn)程由上文可知，對(duì)汽車尾氣的排放控制一直是汽車污染治理的重點(diǎn)，其主要技術(shù)措施可分為源頭控制技術(shù)（機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)），例如對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比的控制、可變氣門正時(shí)系統(tǒng)和排氣再循環(huán)技術(shù)等，這些技術(shù)措施是在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部改善其排放性能，將污染物在其源頭即在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒過(guò)程中消滅，多年來(lái)，機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)一直是汽油機(jī)尾氣排放污染物中的核心技術(shù)。目前來(lái)說(shuō)，主要的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)包括有：汽油噴射電控系統(tǒng)：發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)經(jīng)由各類傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)微機(jī)的控制，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在任何工況中都能獲得最佳空燃比的可燃混合氣，通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)化油器發(fā)動(dòng)機(jī)，它可大幅度降低燃油消耗率多達(dá)5%~15%，并提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率約10%左右，較為精確全面的控制汽車有害排放物，在越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)下，現(xiàn)代汽車大部分都已使用電控汽油噴射系統(tǒng)起到降低有害氣體排放的目的，目前較為典型的的電控噴射系統(tǒng)有：L-Jetronic系統(tǒng)、Motronic系統(tǒng)[15]等。點(diǎn)火系統(tǒng)的控制：眾所周知，點(diǎn)火系統(tǒng)的任務(wù)是在恰到的時(shí)間提供足夠能量的電火花來(lái)點(diǎn)燃燃燒室內(nèi)的可燃混合氣，其性能可以直接影響汽油機(jī)后續(xù)的燃燒過(guò)程，從而控制有害氣體的產(chǎn)生和排放[16]，為使汽油機(jī)能夠符合高效節(jié)能、排放低等要求，點(diǎn)火系統(tǒng)必須可靠、正時(shí)優(yōu)化，但因?yàn)閭鹘y(tǒng)電子點(diǎn)火系統(tǒng)存在點(diǎn)火提前角控制不夠準(zhǔn)確等問(wèn)題，且導(dǎo)致其效率不夠高，從而使得污染排放物在機(jī)內(nèi)的含量較為嚴(yán)重，所以，要采用新的受微機(jī)所控制的電控點(diǎn)火系統(tǒng)和無(wú)觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)，提高點(diǎn)火能量、校準(zhǔn)點(diǎn)火時(shí)刻和對(duì)點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行最優(yōu)調(diào)節(jié)以此來(lái)減少污染物排放。缸內(nèi)直噴技術(shù)：近年來(lái)，缸內(nèi)直噴技術(shù)成為了一個(gè)明顯的研究趨勢(shì)。因其將噴油器直接置于燃燒室內(nèi)，汽油可直接噴入燃燒室，與從進(jìn)氣門進(jìn)入的空氣混合[17]，并通過(guò)相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)使其形成一種多層次的旋轉(zhuǎn)渦流，使得點(diǎn)火及其容易燃燒，但它仍然存有一些問(wèn)題，例如在中小負(fù)荷工況下未燃HC的排放較多、因其工作方式與柴油機(jī)類似，存在著與柴油機(jī)一樣的問(wèn)題——NOX排放較多和微粒排放較高，因此，之后的研究就是對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將劣勢(shì)降到最低。新型燃燒系統(tǒng)：通過(guò)開(kāi)發(fā)新型燃燒系統(tǒng)，來(lái)使燃燒過(guò)程更為高效，污染物排放更加降低，提高中小負(fù)荷時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性，日前，各個(gè)國(guó)家積極開(kāi)發(fā)分層充氣及均質(zhì)稀燃等燃燒系統(tǒng)，例如通過(guò)稀燃技術(shù)和缸內(nèi)直噴技術(shù)結(jié)合的低排放燃燒系統(tǒng)，日本D-4稀燃系統(tǒng)就是其主要代表。分層燃燒室輔助稀燃燃燒的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，其通過(guò)合理改善混合氣在缸內(nèi)的不均衡分布，促使發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，改善發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能[18]。廢氣再循環(huán)技術(shù)：目前研究表明，廢氣再循環(huán)技術(shù)是治理NOX排放最行之有效的措施，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況，將少量廢氣引入燃燒室，以此降低燃燒速度和溫度，間接地減少了NOX的含量，但在應(yīng)用廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)時(shí)，會(huì)使進(jìn)氣溫度升高導(dǎo)致充氣效率大幅度減弱，影響燃油經(jīng)濟(jì)性，由于更加嚴(yán)格的法規(guī)，相應(yīng)的改善措施也已提上日程。增壓技術(shù)：在汽油機(jī)中，燃料所提供的能量中有多達(dá)20%~50%被白白浪費(fèi)，而增壓技術(shù)卻可以高效利用，使其轉(zhuǎn)化為壓縮空氣時(shí)的有效功，以及增加充入氣缸內(nèi)的混合氣充量密度和增加每循環(huán)進(jìn)入氣缸的新鮮空氣，從而達(dá)到改善排放性能的目的[14]。根據(jù)不同的增壓方式，可將其具體分為四類，即機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓、氣波增壓和復(fù)合增壓[19]，而由于廢氣渦輪增壓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能良好，其在現(xiàn)代汽車上應(yīng)用最為廣泛?？勺儦忾T正時(shí)技術(shù)（VVT）：是近幾年已被應(yīng)用于現(xiàn)代汽車的一種新技術(shù)，其原理是通過(guò)調(diào)整最優(yōu)配氣相位，優(yōu)化進(jìn)、排氣門的開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)間，提高進(jìn)氣充入量，提高燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能，應(yīng)用于多氣門會(huì)更加高效的發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)[20]，但會(huì)使得結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，維修較為困難。1.3汽油機(jī)后處理凈化技術(shù)研究進(jìn)程雖然之前的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)有較大的作用，但隨著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放要求的愈加嚴(yán)苛，其所起效果有限，且改善發(fā)動(dòng)機(jī)的難度、成本也越越大，因此，各公司均開(kāi)始積極開(kāi)發(fā)廢氣后處理技術(shù)，在不影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的同時(shí)，在排氣系統(tǒng)中安裝各種排氣系統(tǒng)，降低廢氣的排放量。這些后處理技術(shù)包括有：三效催化技術(shù)：為符合排放標(biāo)準(zhǔn)，三效催化轉(zhuǎn)化器可謂是現(xiàn)代汽車的必備品，當(dāng)汽車正常運(yùn)行時(shí)，廢氣經(jīng)排氣管進(jìn)入催化器，廢氣中的氮氧化物和一氧化碳等還原性氣體在催化作用下分解成氨氣和氧氣；而碳氧化物和一氧化碳可在催化作用下充分氧化，可生產(chǎn)二氧化碳和水蒸氣[21]，通過(guò)這種化學(xué)的方法能高效的凈化廢氣中的有害氣體而備受青睞，但其與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，只有高性能加高水平的催化器匹配技術(shù)才能適用于現(xiàn)在越來(lái)越注重節(jié)能環(huán)保的汽車了。稀燃催化技術(shù)：最被廣泛研究應(yīng)用的是吸附還原催化技術(shù)，其工作原理大致為：當(dāng)汽油機(jī)在稀燃（富氧）狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，汽油機(jī)排出的氮氧化物主要為NO，在其內(nèi)所含貴金屬B（Pt）作用下轉(zhuǎn)化為NO2，且NO2在貴金屬B的催化劑作用下生產(chǎn)硝酸鹽，暫時(shí)儲(chǔ)存在稀燃催化轉(zhuǎn)化器中來(lái)達(dá)到吸附NOX的目的，而排氣中的HC和CO可被氧化成H20和CO2，并且隨著發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入濃燃狀態(tài)時(shí)，暫時(shí)存在稀燃催化器中的硝酸鹽會(huì)分解釋放出NO2與還原氣體CO、HC、H2等并與之反應(yīng)，生成無(wú)害的N2、CO2和H2O[22]，因其工作環(huán)境和高效的凈化效率而在缸內(nèi)直噴汽油機(jī)中得到大量應(yīng)用。熱反應(yīng)器：由于一氧化碳（CO）和碳?xì)浠铮℉C）在有足夠溫度和氧氣的情況下還可在排放過(guò)程中繼續(xù)反應(yīng)生成無(wú)害氣體，因此通過(guò)將裝高溫的熱反應(yīng)器安裝于排氣道使CO和HC繼續(xù)反應(yīng)，從而降低有害氣體的排放，但因?yàn)槠涔ぷ鳝h(huán)境的因素，使得其零件的工作壽命非常短，這是目前其主要有待于解決的問(wèn)題?？諝鈬娚洌河挚煞Q為二次噴射，顧名思義其通過(guò)將空氣噴射到排氣門的后端，使得尾氣中所包含的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸荚诳諝饣旌喜⑦M(jìn)行充分反應(yīng)，生成無(wú)害氣體[22]，以此來(lái)降低CO和HC的排放。1.4汽油的改善從根本上來(lái)說(shuō)，汽車尾氣排放物都是因燃油在氣缸內(nèi)燃燒所生成，因此污染物的組成和含量就與燃料的品質(zhì)息息相關(guān)了，發(fā)動(dòng)國(guó)家都經(jīng)歷了含鉛、無(wú)鉛和清潔汽油[23]三個(gè)階段，日本于1987年實(shí)現(xiàn)汽油無(wú)鉛化，美國(guó)1998年，歐盟2000年實(shí)現(xiàn)，而我國(guó)在汽油質(zhì)量改善和提高的方面來(lái)說(shuō)也是有顯著進(jìn)步，我國(guó)于2003年全國(guó)執(zhí)行無(wú)鉛汽油[24]。由此我們可以看出，車用汽油的總體趨勢(shì)為環(huán)保型方向發(fā)展，而隨著國(guó)V、國(guó)VI標(biāo)準(zhǔn)對(duì)尾氣排放的