汽車突然加速狀態下減少NOX排放量的措施分析

宋 華，趙鳳偉，楊婉婷，孫 皓

（齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

在當前，汽車已經成為人類不可缺少的交通工具之一，但是，在汽車產業高速發展、汽車產量和保有量不斷增加的同時，汽車也帶來了大氣污染，即汽車尾氣污染。在中國大中型城市，汽車尾氣排放已成為主要的大氣污染源。有資料表明，上海市的汽車總量只相當于日本東京的1/12，但空氣中主要由汽車排放的CO、HC和NOX的總量卻基本相同。汽車尾氣中含有 CO、HC、NOX、SO2、鉛、碳微粒和其他雜質粉塵等，這些物質對人類和整個生態環境危害極大，其中CO、HC、NOX、及微粒是主要的有害排放物。一氧化碳與血液中的血紅蛋白結合的速度比氧氣快250倍，即使微量吸入一氧化碳，也可能給人造成可怕的缺氧性傷害，導致生命危險。氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮，它們都是對人體有害的氣體，特別是對呼吸系統有危害。在二氧化氮濃度為9.4mg/m3的空氣中暴露10min，即可造成人的呼吸系統功能失調。再有氮氧化物還可以與碳氫化合物在太陽紫外線的作用下，產生一種具有刺激性的淺藍色煙霧，這種光化學煙霧會刺激眼睛和上呼吸道黏膜，引起眼睛紅腫和喉炎。由此可以看出NOX在環境污染中所占的比重。中國的汽車用量會隨著經濟的發展和社會需要迅速增加。由此可見，減少汽車尾氣排放物的緊迫性。

1 TRIZ理論的基本思想

“TRIZ”一詞是俄文“發明問題解決理論”的首字母縮寫，英文名稱為Theory of Inventive Problem Solving。自從1946年以來，以G.S.Altschuller為首的專家，經過對250萬份專利文獻的研究發現，一切技術問題在解決過程中都有一定的模式可循，可對大量好的專利進行分析并將其解決問題的模式抽取出來，經多年搜集、分析、比較和歸納，建立的一整套體系化的、實用的發明問題解決方法，這就是所謂的TRIZ法理論。它的核心思想主要體現在3個方面：①無論是一個簡單產品還是復雜的技術系統，其核心技術的發展都是遵循著客觀的規律發展演變的，即具有客觀的進化規律和模式；②各種技術難題、沖突和矛盾的不斷解決是推動這種進化過程的動力；③技術系統發展的理想狀態是用盡量少的資源實現盡量多的功能。

2 汽車尾氣中NOX的分析

（1）汽車尾氣中NOX的產生。NOX是發動機在一定負荷下大量產生的一種褐色的、有刺激性氣味的廢氣。它的主要成份是NO、NO2等氣體，由排氣管排出。NOX產生的條件是高溫（1000℃以上）、高壓、多余的氧，這三個條件缺少任何一個都不會產生氮氧化物。在汽車發動機中供給略稀的混合氣（空燃比≥15.5）時會增大NOX的排放量。汽油機排出的NOX中，NO占99%，而柴油機排出的NOX中NO2比例稍大。

（2）汽車尾氣中NOX的危害。①發動機廢氣剛一排出時，氣體內存在的NO毒性較小，但容易被氧化成毒性較大的NO2等其他氮氧化合物。NOX進入肺泡后能形成亞硝酸和硝酸，對肺組織產生劇烈的刺激作用；②NOX與HC在紫外線的作用下發生化學反應，形成有毒的光化學煙霧。當光化學煙霧中的光化學氧化劑達到一定濃度時，就會具有明顯的刺激性，引起流淚并導致紅眼癥，同時對鼻、咽、喉等器官均有刺激作用，能引起急性喘息癥，可以使人呼吸困難、眼紅喉痛、頭腦暈沉，造成中毒；③光化學煙霧還具有損害植物、降低大氣能見度、損壞橡膠制品等危害。

3 加速狀態下NOX的排放分析

在NOX產生的條件中高溫（1000℃以上）、高壓、多余的氧均是發動機工作過程必備的條件，所有正常情況下，只要發動機有負荷就會產生一定量的NOX，只是有量多量少之分。那么，在汽車突然加速狀態下，負荷增大，油耗加大，尾氣的排放量增加，NOX排放量增加。在現有汽車上普遍采用的是廢棄再循環系統，來降低這些有害氣體的排放，它的原理是使少部分廢氣進入氣缸參與混合氣的燃燒，降低了燃燒時氣缸中的溫度，因NOX是在高溫富氧的條件下生成的，故抑制了NOX的生成，從而降低了廢氣中的NOX的含量。但是，過度的廢氣參與再循環，將會影響混合氣的著火、性能，從而影響發動機的動力性。形成了動力性與環境保護之間的矛盾，所以，降低汽油汽車突然加速狀態下尾氣中NOX氣體排放，是人們要解決的重點問題。

4 解決的措施

（1）增設1個結構簡單，不占用很大空間，又不用改變汽車排氣系統結構的輔助排氣系統，能夠在汽油汽車突然加速時，降低汽車尾氣中NOX的排放。

（2）把一個物體分成相互獨立的部分 ，在排氣管和廢氣再循環系統中連接一條管子。（3）使物體變為多孔性或加入多孔性的物體這一方法 ，在排氣管中加入三元催化劑。

（4）設計閥門，由外部進行控制，正常行駛時1打開，2關閉，突然加速時，2打開，1關閉，使氣體通過有三元催化劑的排氣管。

（5）用靈活的或薄膜表面代替通常結構，將三元催化劑制成薄膜內服在排氣管內壁上。

（6）把一個物體分成相互獨立的部分，分兩個排氣管，正常走1個，加速時走另1個裝有三元催化劑的排氣管。

（7）采用空間分離，在排氣管內分層，將三元催化劑制成薄膜內服在排氣管內壁上。

5 結語

隨著汽車工業的高速發展，汽車已經成為人們日常生活中不可缺少的交通工具。但與此同時，汽車尾氣排放也成為城市空氣污染的重要來源。對車輛排放的限制，已成為政治、經濟、決策的一個焦點。改善發動機燃燒狀況，降低油耗，減少污染物排放，或是開發清潔能源汽車，已經成為現代汽車工業的發展趨勢。文章依據TRIZ理論的基本原理，對汽車排放系統提出了改進措施，旨在既可以節省空間、易于實現、造價低又可以達到節能環保的目的。