汽車安全技術(shù)與環(huán)保技術(shù)創(chuàng)新

王鑫

【摘要】目前，我國汽車安全與環(huán)境污染狀況嚴(yán)重，汽車尾氣排放已經(jīng)成為大氣的主要污染源，因此積極推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的安全與環(huán)保技術(shù)創(chuàng)新勢在必行。本文主要介紹了汽車安全氣囊新技術(shù)與降低汽車尾氣污染的環(huán)保技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】安全氣囊；環(huán)保；技術(shù)創(chuàng)新

前言

汽車前端一旦發(fā)生了強(qiáng)烈的碰撞，安全氣囊就會(huì)瞬間從方向盤內(nèi)“蹦”出來，墊在方向盤與駕駛者之間，防止駕駛者的頭部和胸部撞擊到方向盤或儀表板等硬物上。隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，汽車保有量的急劇增加，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，而且巨大的能源消耗和日益減少的石油資源也將成為最大的矛盾。

1.汽車安全氣囊新技術(shù)

1.1 問題描述

目前，在正面碰撞事故中保護(hù)乘員安全的前部正面安全氣囊技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但為了有效的保護(hù)側(cè)面碰撞中乘員的安全，有必要開發(fā)并安裝相應(yīng)的側(cè)面安全氣囊。大多數(shù)汽車制造商都把氣囊安裝在座椅皮里面，這種安裝方式的優(yōu)點(diǎn)是安裝方便并能有效的保護(hù)車內(nèi)人員，但由此產(chǎn)生了一個(gè)難題：發(fā)生側(cè)面碰撞時(shí)，氣囊必須穿破座椅皮，才能張開而保護(hù)乘員的安全，但在平時(shí)，要求座椅皮有很好的強(qiáng)度，不易開裂。

運(yùn)用TRIZ理論描述此問題：氣囊可以自由穿出并張開，座椅皮對其沒有阻礙。一件物品的縫合處往往是最薄弱的部位，因此，理想的方案是：在氣囊從座椅皮的穿出處設(shè)置合理的連接縫，連接處結(jié)實(shí)地縫合在一起，但氣囊張開時(shí)不受任何阻礙或者阻礙極小。

1.2 TRIZ理論解決方法

1）改進(jìn)縫合設(shè)計(jì)，運(yùn)用TRIZ理論中技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則中的“提高柔性法則”，將縫合處的連接由固定的線改為扣連接，如把縫合處的座椅皮疊合在一起，以扣合力加以連接。在正常使用時(shí)，這類連接能夠提供足夠的張力，而在氣囊張開時(shí)產(chǎn)生的向外的垂直作用力下疊合在一起的座椅皮又能夠迅速脫離約束，不阻礙氣囊的張開。

2）采取措施使張開時(shí)的能量集中在連接縫上，運(yùn)用TRIZ理論的創(chuàng)新原理中的“逆向思維”，如果要使縫合區(qū)最薄弱，我們通常會(huì)把著眼點(diǎn)放在縫合方式上，而利用這一原理，我們可以通過使縫合區(qū)的強(qiáng)度弱化而達(dá)到使其最薄弱的目的，如在安全氣囊的座椅皮穿出區(qū)域開孔，然后用其他織物連接在座椅皮的孔的邊緣上，兩片織物就像孔的兩扇窗戶一樣，兩織物之間也用縫合的方式連接，這樣就能夠使縫合區(qū)是最薄弱的。

3）降低連接縫的強(qiáng)度，發(fā)明原理：預(yù)先反作用原理，對縫合線預(yù)先進(jìn)行處理，使其在受到氣囊張開時(shí)的作用下能夠容易的崩斷。

4）改變座椅皮的附著方式，如果氣囊在座椅皮內(nèi)部張開，將可能導(dǎo)致 氣囊不能穿出座椅皮而無法起到保護(hù)作用，因此應(yīng)考慮將座椅皮與座椅更緊密連接在一起，將座椅皮和座椅內(nèi)的填充物粘合在一起，從而改善座椅皮的附著方式。

2.汽車燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

2.1 優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)置，降低尾氣污染物含量

減少噴油提前角。減少噴油提前角，可降低發(fā)動(dòng)機(jī)工作的最高溫（1500攝氏度），使NOx的生成量減少。改善噴油器的質(zhì)量，控制燃燒條件（燃比、燃燒溫度、燃燒時(shí)間），可使燃料燃燒完全，從而可減少CO、CH的煤煙。調(diào)整噴油器的質(zhì)量，可降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，使霧化的燃料有足夠的氧氣進(jìn)行完全燃燒，從而也可以減少CO、CH和煤煙的生成。

2.2 設(shè)計(jì)循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)行尾氣再利用

1）正曲軸箱通氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

把從汽缸竄入曲軸箱的氣體（主要是未燃體）再循環(huán)進(jìn)入進(jìn)氣歧管，使其再次燃燒，改變了過去將其直接排入大氣所造成的污染。

2）排氣再循環(huán)設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口用控制閥與進(jìn)氣歧管相連接，使排出的氣體經(jīng)過再次循環(huán)，以降低氮氧化物的排放量。

3）蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

將化油器浮子室中的汽油蒸發(fā)汽引入進(jìn)氣系統(tǒng)，而將油箱中的蒸發(fā)汽引入儲存系統(tǒng)，可大大減少污染物的排放。

2.3 使用車用選擇性催化還原排氣后處理系統(tǒng)

車用選擇性催化還原排氣后處理（SCR）是通過尿素反應(yīng)產(chǎn)生的氨再與汽車尾氣進(jìn)行反應(yīng)的一種技術(shù)，是被認(rèn)證為滿足歐Ⅳ法規(guī)的綜合排放控制系統(tǒng)。是一項(xiàng)控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中NOx 的技術(shù)。

3.催化劑在減少尾氣上的應(yīng)用

3.1 催化劑用貴金屬的選擇

選擇用貴金屬作為汽車尾氣催化劑的原因主要有：

（1）由于催化劑容量很小，而廢氣的流量很大，這需要催化劑能在很短時(shí)間將污染物轉(zhuǎn)化，只有貴金屬能有如此高的活性；

（2）只有貴金屬對廢氣中殘留的硫氧化物有足夠的抗毒性；

（3）貴金屬最不易在高溫下與Al，Ce，Zr等反應(yīng)而失活。因此，最初的催化劑采用Pt和Rh的不同比例混合；后來，Pd被應(yīng)用于三效催化劑中用于增強(qiáng)催化劑對氮氧化物的還原作用。

現(xiàn)在，三效催化劑中各金屬的使用配比如Pt/Rh，Pt/Pd/Rh和Pd/Rh貴金屬催化劑都有商業(yè)上的價(jià)值。

3.2 現(xiàn)代催化技術(shù)——化學(xué)反應(yīng)和電子控制設(shè)備的結(jié)合

CO和CH的處理是在氧化條件下進(jìn)行，而NO的處理則是在富余燃料的還原條件下進(jìn)行的。一開始，這個(gè)矛盾是通過采用雙反應(yīng)床轉(zhuǎn)化器來解決的。首先在還原條件下的第一個(gè)催化轉(zhuǎn)換器中NOX被還原；在第一個(gè)催化劑后加入更多氧氣，這樣充足的氧氣進(jìn)入第二個(gè)催化轉(zhuǎn)換器，在這里CO和CH被氧化處理。雙反應(yīng)床轉(zhuǎn)化器遠(yuǎn)不是理想處理手段，因?yàn)榈偷目杖急却蟠笥绊懥巳剂系睦寐剩⑶蚁拗屏税l(fā)動(dòng)機(jī)的使用范圍。而且在低的空燃比造成的還原環(huán)境下可能是把NOX轉(zhuǎn)換為NH3，而不是所期望的N2。這樣在后續(xù)的氧化環(huán)境中，NH3又被轉(zhuǎn)化為NOX，降低了尾氣處理能力。

研究發(fā)現(xiàn)，將空燃比控制在合適的范圍內(nèi)，三種污染物都可以在一個(gè)催化反應(yīng)器中有效地去除。這就需要電子控制系統(tǒng)對發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣體反應(yīng)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。這項(xiàng)技術(shù)的基本思路是采用一種氧氣含量傳感器，傳感器探測還原環(huán)境或者氧化環(huán)境并將信號傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)將信號反饋到燃料注射系統(tǒng)，從而決定加料的程度，這樣可以將空燃比控制在合適的范圍。此外，通過引入儲氧材料也可以削弱空燃比在最佳點(diǎn)附近的擺動(dòng)。

3.3 冷啟動(dòng)后短時(shí)間內(nèi)催化劑效率提升

決定催化劑處理效果的關(guān)鍵是對冷啟動(dòng)后的很短時(shí)間內(nèi)尾氣處理的效果的好壞。通過采用不銹鋼來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的管材料可以減少尾氣熱量的散失。盡管這樣可以使催化劑很快達(dá)到最佳催化溫度，但這也意味著催化劑必須承受更高的溫度。現(xiàn)在廣泛采用的減少冷啟動(dòng)期間尾氣排放的措施是減緩汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)作，這樣可以使尾氣帶來更多的熱量。除了對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和尾氣排放系統(tǒng)的改進(jìn)，人們通過改進(jìn)催化劑的整體式布局，使點(diǎn)火行為得到了改善。通過開發(fā)新的薄壁和更大的比表面積的催化劑載體，使催化劑更快地達(dá)到使用溫度并且有合適的面積使催化反應(yīng)順利進(jìn)行。相應(yīng)的，催化劑形式的改變也使得其點(diǎn)火性質(zhì)得到改進(jìn)，高含量的Pd催化劑正是這類催化劑的代表。目前解決冷啟動(dòng)問題的主要措施有緊密耦合催化劑、前置小體積催化劑、電加熱和燃燒尾氣等技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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