发动机的排放控制技术的研究与分析

 随着汽车工业的迅速发展，我国的汽车保有量急剧增加，汽车废气对空气的污染已成为严重的社会公害。在汽车密集的城市，汽车排放污染对人们的生活环境造成了极大的影响，严重地威胁到人们的身体健康，同时也危害着一些动、植物的生存和生长，破坏了自然界的生态平衡。因此，解决汽车的排气污染成为亟待认真研究的重要课题。

发动机排放技术应用分析

随着汽车工业的迅速发展,汽车保有量急剧增加,汽车排放对大气的污染已成为世界公害,直接危害着人类的健康,并破坏着自然界的生态平衡,已引起了各个国家的高度重视。汽车排放污染,不仅是一个环境保护问题,而且本身也造成能源浪费。汽车排气中的CO、HC对大气产生很大的污染。北京、广州、上海、重庆等大城市，单车污染物排放量较大，导致市区的大气污染以机动车为首要污染源。据环保部门的研究结果，北京市机动车排放对大气污染物中CO、HC、NO的分担率分别为63.4%、73.5%和46%；上海市中心地区机动车排放对大气中CO、HC、NO的分担率分别为86%、96%和56%。许多国家的大中城市的空气污染有五成以上来源于汽车所排出的废气。人类的生存环境已经遭到严重污染，生态平衡日趋恶化，且直接危害到人们的健康，而汽车已成为主要的污染源。因此，必须严格控制汽车的排放污染，研究汽车排放污染的防治技术也成了当前的重要课题。下面笔者对控制汽车排放污染的技术措施作一些介绍。 1 汽油机排放控制技术 面对日趋严格的排放法规，汽车排放处理技术的发展也日新月异，汽油机排放控制技术主要有以下几种。 1.1 冷机时稀薄燃烧 发动机冷机时，催化剂活性较差，不利于降低HC的排放。这时，降低HC的排放成为主要课题。在采用的方法中，稀薄燃烧技术最为有效。为保证空燃比(A/F)的稀薄化，在进气口内设置涡流控制阀，改善发动机进气系统，提高充气效率；改进发动机燃烧系统，合理组织燃烧室内的气体流动，促进火焰传播，改善着火稳定性，使发动机在稀混合气下维持稳定燃烧，从而降低HC的排放量。 1.2 减少未燃HC 活塞的第一道环岸脊(指第一道环槽至活塞顶之间的区域)和气缸壁之间，燃烧的火焰不能达到，此区域内的未燃HC直接从气缸内排出。提高第一道活塞环的位置，即减小第一道活塞环岸的高度，可以减少活塞环与缸壁间的容积，从而减少未燃HC的排放。 为减少活塞环槽的磨损，一般情况下，对活塞表面实施氧化铝镀膜处理，但由于在活塞表面易形成许多细孔，被吸附的HC在发动机排气行程时排出机外。为解决这一矛盾，在对活塞表面实施氧化铝镀膜处理时，只对活塞环槽进行处理，活塞顶面不进行处理，有利于进一步降低HC的排放。 1.3 未燃HC的吸附净化 以沸泡石等为主要成分，作为HC吸附剂，在催化剂活化前吸附HC，是减少未燃HC的有效办法。吸附剂最重要的性能是对HC的吸附率，吸附剂含碳原子越多，吸附率越好。对HC吸附层，可以对三元催化层涂覆HC吸附催化剂，吸附的HC随着排气温度的升高而自动脱离，通过表面催化层进行净化。目前，HC从吸附层脱离起始温度要比催化层的活性温度低，脱离初期对HC净化有一定困难，有待于今后通过材质改良、结构及温升特性的改进来进一步提高其净化性能。 1.4 提高催化剂的早期活性 为促使催化剂的早期活性，有效的方法是提高其升温特性和降低其活性温度。提高升温特性的主要方法是采用双重排气管和使用“薄壁式”催化剂载体。合理选择低温特性好的贵重金属，如在催化剂中提高铂的含量，同时提高空燃比的稀薄化，是降低催化剂活性温度的有效手段。 1.5 催化剂强制加热 使用电加热催化剂(EHC)和在排气管内利用排放气体的燃烧产生的热量，促使催化剂升温，即排气燃烧器(EGC)能进一步提高催化剂的早期活性。EHC采用电流预热的方法，可使金属载体的催化器在发动机起动后的5～10s内达到催化剂的起燃温度，从而减少起动后最初几分钟内的有害物的排放。EHC已达到实用化水平，但其电气系统较复杂。EGC的原理是在发动机起动后，在浓空燃比状态下产生的CO等可燃成分与二次空气供给的氧气相混合，形成可燃混合气，在排气系统中设置排气燃烧器，通过火花塞点火装置，点燃未燃混合气，利用燃烧产生的热量提高催化剂的早期活性，同时还能燃烧净化发动机起动后的未燃HC成分。EGC技术虽然处于研制阶段，但其催化转化效率高，大有超过EHC之势。 1.6 废气再循环 废气再循环(EGR)是目前常用于控制内燃机NOx排放的有效措施之一。它把一定数量的废气引入发动机的进气系统，使发动机混合气中惰性气体(H2O、N2和CO2)的比例增加。由于这些惰性气体有较高比热，使经再循环废气稀释的混合气的比热增高，致使发动机最高燃烧温度下降，由于再循环废气对新混合气的稀释，降低了混合气中氧气的浓度，因而废气再循环破坏了NOx的生成条件，从而有效抑制了NOx的生成。这种排气净化技术同样适用于柴油机。因此现代汽车采用排放控制技术对汽车尾气排放的控制起着重要作用。    汽油车排出的污染物主要来源于三个方面:排气、曲轴箱窜气及油箱蒸发的燃油蒸气。采用曲轴箱强制通风系统可以解决曲轴箱气所带来的污染物,油箱蒸发污染物可以采用燃油蒸发控制系统加以解决,但排气污染物因涉及因素较多,控制起来最为困难。

汽车排放污染物成分的危害

前不久《科技文摘报》第一版刊出《汽车尾气颗粒可让人折寿二年》。这则信息来自于2004年11月29日参加签订联台国《远距离越境空气污染公约》缔约方代表们的会议。会上，国际应用系统分析研究所的科学家马库斯·阿曼指出，由化石燃料燃烧所产生的漂浮颗粒对人体健康十分不利。阿曼说，这些微粒极其微小，直径小于400纳米，但它却能“缩短欧洲人约8个月的预期寿命”。在一些欧洲工业化程度较高的国家如比利时、荷兰、卢森堡及意大利的北部等地，人们所受到的污染更加严重。预期这些地方人的寿命可能会减少二年。   大气污染与汽车尾气排放紧密相连。这是由于目前汽车的主流动力源仍是化石燃料——石油。把从加工石油获取的汽油，柴油在汽车发动机中燃烧，将汽、柴油的化学能转化为机械能，推动汽车奔跑，实现了人类期盼的快速行走。然而，在汽车中，燃烧的汽油、柴油排放出的废气却造成了当今全球大气污染中产生的“臭氧空洞”、“酸雨”和“温室效应”。   汽车排放出的氮氧化合物(NOx)与碳氢化合物(HC)在强烈阳光下发生光化学反应，产生低空臭氧和光化学烟雾，严重危害人类健康。   汽车排放出的一氧化碳(CO)与人体血液中血红素的亲和力比氧气要大21倍。当人体内一氧化碳血红素占到人体总血红素的20％时，人就会感到头疼、头晕，出现中毒。当占到人体总血红素的60—65％时，人即会死亡。   汽车排放的碳氢化合物(HC)中苯和多环芳烃物质目前被证明是致癌物质。   汽车排放出的氮氧化合物(NOx)，特别是NO2是一种毒性很强的具有刺激性气味的红褐色气体。在浓度为百万分之五(5ppm)时就对人的呼吸系统和免疫系统有很大的危害，若其浓度超过100ppm。人在其中只要生活0．5—1．0小时就会得肺水肿而死亡。此外，汽车排放的NOx与SOx是造成酸雨的重要祸首。   汽车排放，特别是柴油车的排放重点是 NOx和颗粒。其中颗粒是可溶性有机物、碳素粒子，氧化物(SO4-2、H2O、NO3-、PO4-3)及金属杂质等组成。通常，颗粒物易使人造成慢性气管炎；肺水肿，可溶性有机物还有致癌作用。所以，在汽车尾气排放法规中，对颗粒物的排放有着严格的限制。   汽车排放产生的二氧化碳(CO2)是造成大气温室效应的主要原因之一。目前欧洲汽车制造商生产的汽车CO2排放已达到165克／公里的先进水平。然而，按此算一算，全球拥有8亿辆汽车每天行驶，那每天排放出的CO2就是一个惊人的数字。   2003年我国汽车产量为444．39万辆，保有量达2382．93万辆，摩托车产量为1450万辆，保有量达5929万辆，农用车产量为290万辆：保有量达2400万辆。就这一年，全国机动车碳氢化合物(HC)排放达836．1万吨，一氧化碳(CO)排放达3639．8万吨，氮氧化合物(NOx)排放达549．2万吨。按165克／公里的CO2先进排放水平算，2003年我国机动车CO2排放高达一亿多吨。   首都北京汽车排放对大气污染的贡献率占氮氧化合物(NOx)的73，6％、占一氧化碳(CO)的73．5％、占有机物的47．6％。在通常的静风、高温、低气压条件下，汽车排放出的二氧化硫(SO2)，氮氧化合物(NOx)气态的相当一部分，迅速发生化学反应，生成硫酸盐、硝酸盐，就成了颗粒物，北京的汽车排放对可吸入颗粒物的浓度贡献率高达23．3％。   我国从1983年起对汽车尾气排放开始立法，到2004年7月1日全国才开始实施相当于欧11的汽车尾气排放标准，预计在2005年北京将率先实施欧川排放标准。要达到欧川的汽车排放水平全国的实施也只能在2008年。   与将要执行汽车尾气排放欧IV标准的欧盟国家相比，居住在大中城市里的囤人因汽车尾气排放而折寿的平均年限可能远不至二年。因此，我们在全面奔小康，迅速发展和崛起时，必须十分重视汽车的尾气排放。为了保护我们的生存环境，关爱生命健康，必须严格限制汽车尾气排放。严格汽车排放 关爱生命健康。