汽車發動機降低排放技術的相關研究

劉明庫 陳小強

摘要：基于對汽車發動機降低排放技術研究必要性的分析，指出當前我國幾個主要的汽車發動機降低排放技術，包括燃油優化技術、三元催化技術以及發動機體積控制技術，它們可以有效地降低汽車發動機排放，助力節能減排目標的實現。

Abstract： Based on the analysis of the necessity of research on automobile engine emission reduction technology， this paper points out several main automobile engine emission reduction technologies in China， including fuel optimization technology， three-way catalysis technology and engine volume control technology， which can effectively reduce automobile engine emissions and help to achieve the goal of energy conservation and emission reduction.

關鍵詞：汽車發動機;降低排放;技術

Key words： automobile engine;emission reduction;technology

中圖分類號：U463.99? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）24-0054-03

0? 引言

基于數據統計及分析工作的有效開展能夠知曉，我國汽車銷售總量近年來呈現出一個逐年遞增的發展態勢，這從側面證實了我國現如今的社會及經濟發展勢頭十分迅猛。但有一個客觀事實不容忽視，即正是因為汽車銷售量與行駛量的大幅度以及大范圍增加，導致各類型汽車尾氣的排放量同樣逐年遞增，使得我國環境保護事業的發展受到了極大的挑戰，現如今，城市環境面臨著非常嚴峻的環境問題，很多廢氣指標已經明顯超過了相關的標準設定，這在很大程度上是受到了汽車發動機排放量太大這一因素的影響。

所以，要想實現對環境污染問題的有效解決，必須提高對發動機降低排放技術的重視，采取有效手段進行技術創新十分必要。近年來，我國有越來越多的汽車生產廠家開始致力于對新技術的研發，以期在技術創新的支持下實現對發動機排放量的有效降低，發揮出有效的環境保護作用。

1? 研究汽車發動機降低排放技術的必要性

現階段，我國汽車市場的車輛以燃油汽車為主，它們的發動機主要將燃油作為其行駛動力得以產生的重要能源，在燃油的燃燒過程中，充分燃燒的目的很難達成，這樣一來，沒有燃燒充分的燃料渣會進入到大氣當中，與空氣中的相關成分產生燃燒反應，生成會對周圍環境以及人們的身體健康形成威脅的有毒氣體，此種情形下，大氣中的環境會在很大程度上被污染。另外，由于燃油燃燒不充分這一客觀事實的存在，生成的一氧化碳會被人體吸入，長時間的接觸會讓人產生惡心以及頭痛之感，更加嚴重的，還會導致窒息現象的發生，不僅如此，人體的呼吸器官還會受到有害氣體的刺激，增大呼吸道疾病的發生率，而有害氣體若是進入人體的肺部，還會導致肺部炎癥狀況的出現。因此，目前全球各個國家都愈發地提高對汽車燃油消耗標準及排放標準的重視，希望能夠在標準的約束作用下達到有效控制汽車尾氣排放量的目的。

其實自20世紀90年代起，我國整個國家層面便對汽車排放控制技術的重要性有了一個較好的認識，研究人員及業界人士自此加強了對汽車排放控制技術的研究，一些人提出用新能源技術將傳統燃油技術替代的觀點，以此達到降低發動機排放的目的，實現對污染物的有效控制。

舉例而言，近年來我國已經推出并開始運行電動汽車、電池車以及混合動力車等諸多以新能源為動力的汽車，且在汽車市場中的應用范圍呈現出逐漸擴大之勢。不過總得來說，這些新能源汽車的研究及開發技術尚不是十分的成熟，需要相關人員進行汽車排放控制技術的進一步研究、改進及完善，以此實現對汽車發動機排放的有效控制。

從宏觀層面上來看，當前我國汽車尾氣的排放不管是在自然環境方面，還是在人們的身體健康方面，產生的負面影響都是不容忽視的，出于對這一現實情況的考慮，相關研究工作者以及業界人士必須從整體層面上提高重視，加大對降低排放技術的研究力度，增加研究以及開發投入，持續性地對發動機的整體性能加以優化，以此為基礎將對環境的保護作用更好地發揮出來。

2? 汽車發動機降低排放相關技術

2.1 發動機燃油技術優化

在部分負荷的情形下，汽車發動機的機械損失會較為明顯，對于熱效率發揮明顯的負面作用。所以，相關人員需要提高重視，通過對技術的有效運用將機械損失降低，以對較高功率的保證為前提盡可能地實現高負荷低轉速，表1所示為相應的技術方案。

2.1.1 電子控制燃油噴射技術

以往汽車燃油系統在燃油過程中，主要對油氣裝置加以應用，在經過一系列優化之后，基于電子系統控制的燃油噴射系統被提了出來并得到了較好的應用，現已在一定程度上達到了自動化控制的目的。燃油噴射技術可以對燃油器裝置發出的信息反饋進行接收，以計算機的質量為支持對汽車發動機的進入氣裝置進行控制。此種情形下，系統可以在較短的時間內完成噴油操作，為氣體混合程度的合理及有效控制提供保證。就電子控制燃油噴射系統而言，計算機系統在其中發揮著最為重要的核心控制作用，它可以實現對汽車中所有傳感器設備的有效控制，基于對所獲取的信息的分析及處理，達到對脈沖寬度的調整及控制目的，最終將噴油任務完成。

在此過程中需要提高重視，如果想要實現對此系統的高效運行，就必須在控制系統中做好對冷卻液溫度、進氣量等諸多重要參數的準確上傳工作，以此為前提確保噴射系統能夠更好地實現對整體排放量的降低。

2.1.2 廢氣再循環系統

為了達到有效創新汽車發動機排放技術的目的，研究人員通過不斷的努力，以汽車排放出來的諸多化合物為面向對象展開了一系列研究，且取得了一定的研究成果，特別是在對發動機排放的有害氣體的生成原因方面，研究力度更大，并得出以下結論：第一，燃油的燃燒有殘留物存在，在具體的燃燒過程中，殘留下來的物質會進一步發生反應，生成相應的化合物，而在燃燒溫度逐漸上升的過程中，這些化合物的生成量同樣會越來越多，在這一形勢下，汽車廢氣的排放量自然也會逐漸增加。

為了實現對這一問題的有效解決，可以對廢氣再循環系統加以運用，達到有效優化廢氣排放狀況的目的，相對而言，一些氣體的比熱容比較大，這時，可以對這些比熱容較大的氣體加以運用，將它們排入廢氣再循環系統的進氣管，達到較為有效地降低燃燒濕度及氣體濃度的目的，在此基礎上，能夠實現對各類化合物生成的有效規避，汽車發動機廢氣排放量自然會在此因素的影響下而有效地降低。對廢氣再循環系統的主要類型進行分析，主要對機械與電子兩大類型予以涉及，類型不同，它們的控制方式會將差異化的作用發揮出來。

機械式廢氣再循環系統主要基于排氣管壓力而執行上述操作，電子式再循環系統更多地則是以電磁閥為支撐，不過總得來說，兩種類型的再循環系統功能都體現在對汽車尾氣排放量的降低上，對它們的不足進行把握，主要為動力相對欠缺，沒有足夠的燃燒穩定性。

2.2 三元催化技術

該技術現已在我國得到了相對成熟的發展。從其原理上來看，三元催化技術的功能其實就在于對汽車尾氣中含有的一氧化碳、烴類物質以及氮氧化合物進行轉化，將原本會對周圍環境以及人體健康產生很大負面影響的有害物質轉化為不會產生影響或是影響比較小的無害物質。具體而言，一氧化碳與烴類物質在三元催化技術的作用下會轉化為二氧化碳及水這兩種與人們日常生活密不可分物質，氮氧化合物與一氧化碳則基于三元催化技術的支持完成向氮氣以及二氧化碳的轉化。通過對三元催化技術的應用，汽車尾氣排放中的有害物質含量會達到明顯降低的目的。基于自身所具有的穩定性較高、使用壽命較長等優勢，三元轉化器目前已經在我國很多類型的汽車尾氣排放中得以應用。

具體而言，三元催化技術的應用有以下幾個優勢表現出來：

其一，有利于汽車尾氣排放處理技術系統化、規范化以及標準化目的的實現，在多種類型的發動機排放系統中有很好的適用性，另外，還能夠同時應用于不同型號以及不同燃料的汽車中;

其二，能夠較為有效地解決存在于高功率、低功耗以及低排放3個終極目標之間的矛盾，并將它們打造為一個具有統一性但是自身又相對獨立的系統;

其三，對低排放、低排氣熱量以及低噪聲等進行系統化的統一，將它們作為一個整體執行系統化的處理操作。

目前，很多汽油車已經實現了對降低排放系統的應用，圖1所示為降低排放系統示意圖。

2.3 發動機體積控制技術

目前，有不少人將汽車功率以及汽車尾氣排放量放在一起考慮，認為它們之間表現出正比例關系，但是對實際情況進行分析，卻與人們的實際認知存在差異。調查表明，發動機設備的體積越小，其所表現出來的使用價值通常會越突出。

現階段進氣道類型的發動機在汽車市場上較為常見，出于對扭曲缺陷的考慮，一些生產廠家作了相應的改造處理，將機械增壓技術應用其中，不過從整體上來看，這一改造處理模式會將汽車的油量損耗加大。若是采取相應的措施改變汽車發動機的體積，讓它朝著小型化的方向發展，可以在較大程度上實現對汽車實際功率的增加，此外，還能將汽車的節能性能優化。所以，以發動機體積控制技術為支持，尋求汽車發動機體積的縮小方式被視作目前一個較為理想的汽車發動機降低排放技術。

2.4 燃油噴射系統信息化

在汽車尾氣中有很多的燃料沒有充分燃燒，因此要在汽車內的燃氣入手，使燃料都得到充分燃燒。改進現有汽車燃油系統，目前汽車燃機系統已經有了很強的節能效果，主要是因為電子燃油噴射系統得到了應用，逐步替代了油氣燃料、電子燃油噴射。系統的優點就是能夠使得發動機排出的氣體處于穩定的狀態，提高燃油系統的精準性，該工作原理是借助于計算機系統，將汽車各種運行狀態信息反饋到發動機進氣設備內。

2.5 優化汽車尾氣

汽車微機在流經發動機設備之后，要進一步處理，將該尾氣吸收轉化之后，減少汽車尾氣給外界環境人體健康帶來的負面影響。使用三元催化技術，該技術使用原理就是抽取汽車尾氣中的液化氮和氮化物，借助于汽車尾氣處理反應，來將這些有毒化物質轉變為無毒無害氣體，排放到外界自然環境中，減少廢氣給人體和環境造成影響。可以看出，國內大多數氣體都配置了三元轉化裝置，會全面推動國內汽車節能減排的技術發展。

2.6 加強新能源的使用

新能源是當前國內發展新型的技術，國內對新能源的研究已經成為熱點，新型燃氣技術作為新工業時代表，要想能夠獲得更好的發展，就要積極增強對新能源技術的使用，去除箱內液體燃料雜質，并使排放大氣中污染氣體比較少，這是這類物質中不含有有毒元素。為了能夠提高空氣質量水平，要大力的推動氫類燃料的使用，氫燃料形成的產物就是水和二氧化碳，它不會對環境帶來較大破壞污染。國內天然氣儲量充足，而且煤炭資源較多，將煤炭天然氣資源儲存量逐步減少，要研究出新型的燃料，依次減少對石油能源的使用。可以看出，天然氣液體燃料可以替代石油，更強好解決處理汽車尾氣排放的不良問題，也能夠解決能源問題，替代材料屬于類清潔性的原料。可替代的燃料有液化氣、天然氣、氫氣等替代的燃料產物，化學產物為二氧化碳、水，這些都是清潔性方面替代燃料。在當前國內，氫氣和太陽能已經得到廣泛的應用，在國家支持之下，更多的汽車逐步使用這類燃料，將其使用到出租車、公交車上，具有更強的使用優勢。

2.7 燃燒直噴技術

柴機內部的污染物排放量在很大程度上決定該氣缸內部燃燒的過程，改善燃燒系統直噴型的技術，使用效率更高，相比非直噴的系統節省近10%的成本。但要求發動機能夠吸收更多的空氣，這類技術基本成熟，對于控制車機排放污染物起到了更強促進作用，預計后分割式的燃燒系統相比直噴型的技術占有主導性的地位。

2.8 廢氣渦輪增壓及中冷技術

廢氣渦輪增壓技術是使發動機輕量化，提高輸出功率，也是目前現代化柴油機的一種典型代表的技術。經過廢棄渦輪增壓、燃氣混合之后，使得氣體變稀，這些因素就會使得噪音降低，廢棄物排放量降低，但是氣體溫度上升，空氣的密度下降。

3? 結語

總得來說，與汽車發動機尾氣排放量的逐年增加相伴隨，自然環境遭受了非常大的危害及污染，人們的身體安全同樣受到了很大的威脅。在此形勢下，必須加大力度展開對汽車發動機降低排放技術的研究，通過對燃油優化技術、三元催化技術以及發動機體積控制技術的有效應用，能夠很好地實現對發動機排放的降低，達到節能減排的目的。

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