低碳背景下汽車尾氣排放的控制辦法

沈法鵬

（山東交通職業(yè)學院，山東 濰坊 261206）

前言

汽車尾氣排放問題在世界各地引起了廣泛關注，盡管各個國家通過運用各種方法想要減少汽車尾氣排放量，但收效甚微。隨著尾氣排放量的增加，為了滿足排放標準，技術人員不僅需要對汽車進行技術改造，還需要加強研究新型技術，而新排放標準的實施對汽車綜合技術又提出新的挑戰(zhàn)。通過對汽車尾氣排放控制技術進行分析，找出其技術的優(yōu)缺點，并結合新型技術的發(fā)展趨勢，提出需要改進的措施具有重要意義。

1 汽車尾氣污染的危害

汽車在燃油的過程中通過曲軸箱、排氣管以及燃油系統(tǒng)將尾氣排放到大氣中，同時其蒸發(fā)的污染物也會造成大氣污染。據(jù)環(huán)保局2014年頒布的汽車污染防治標準中提出，CO、HC、NO2、PM 是汽車尾氣中含有的四大主要污染物質，這四大污染物在 2013年達到近5萬噸的污染指數(shù)，所排放的CO和NO2總量達到80%，對空氣造成了嚴重污染[1]。

2 低碳背景下汽車尾氣排放所存在的問題

2.1 稀然技術

稀燃技術三種燃燒系統(tǒng)的優(yōu)缺點詳見下表1。

稀燒技術存在的缺陷體現(xiàn)為混合氣點火方法比較復雜，通常要靠近火花塞的間隙，混合氣濃度足以使混氣點燃。由于火焰核心的間隔比火花塞大得多，一旦火焰燃燒，它的火焰擴散到稠密的燃燒室氣體。在早期GDI的開發(fā)過程中，重點研究了在熱狀態(tài)下可燃物能長期點燃的一種火燒系統(tǒng)，雖然該系統(tǒng)易于點燃稀薄氣體的混合物，但它可以很容易點燃。

表1 稀燃技術不同燃燒系統(tǒng)的優(yōu)點與缺點

2.2 點火技術

隨著汽車電器的逐步電子化，傳統(tǒng)的點火系統(tǒng)由于自身的局限性已經不能滿足現(xiàn)代高速發(fā)動機的點火要求，電子點火系統(tǒng)正迅速向微機控制的電子自動點火系統(tǒng)發(fā)展。電子點火系統(tǒng)（以霍爾式為例）與微機控制點火系統(tǒng)的對比從模擬計算機到數(shù)字計算機，實現(xiàn)了點火控制的電子化與智能化的功能[2]。

由于車輛發(fā)動機工況變化較為頻繁，加大了燃燒過程中的復雜性以及檢測的難度性，很難建立準確的模型。傳統(tǒng)方法適應不了極其復雜的環(huán)境，很難達到適量管理集中化，現(xiàn)在研究者們正在尋找新型的控制方法。

2.3 空燃比控制技術

以三效催化轉化器、氧傳感器和電控燃油噴射系統(tǒng)的閉環(huán)控制為代表的空燃比控制技術，它可以準確判斷實際空燃比是豐富還是貧乏，從而控制噴油量的增加或減少。然而一些發(fā)動機的工作條件都應用開環(huán)控制，需要非理論的空燃比運行。所以無論是進入開環(huán)控制或者是進入閉環(huán)控制發(fā)動機都需要根據(jù)ECU的相關輸入信號進行確定。

2.4 三效催化技術

貴金屬復合氧化物和稀土金屬氧化物三效催化轉化器的分析，為了提高三效催化轉化器的轉化效率，催化轉化器必須達到一定的催化劑點火溫度才能達到較高的凈化率，這意味著冷啟動后一段時間內污染物的排放量是無法減少的，特別是混合氣增濃輔助冷啟動增加了未燃 HC排放[3]。在暖機過程中，CO、HC和NO的排放量分別占城市行駛工況總排放量的72%、81%和84%。催化轉化器的電加熱雖然可以大大縮短催化劑達到起燃溫度的時間，但加熱催化劑的電功率增加了額外的油耗，電加熱催化劑的使用壽命有待進一步提高。

3 低碳背景下汽車尾氣排放解決措施

3.1 稀然技術

通過對其技術分析得出以下改進措施：（1）可以適當減小噴油器的傾角，提高燃燒穩(wěn)定性。（2）為了提高 NOX轉化效率，采用了一種新型的選擇性還原稀燃NOx催化劑。（3）HCCI技術應在以下方面進行改進：在工況變化時保持適當?shù)狞c火正時，發(fā)展先進的冷啟動方法。（4）對發(fā)動機系統(tǒng)與控制策略的開發(fā)，在產品車輛負載速度范圍內對燃燒優(yōu)化進行保持，從而開發(fā)適合的燃料系統(tǒng)與典型的燃燒模式數(shù)值計算模型有很大成就[4]。（5）計算機可以用來模擬燃料和空氣進出燃燒室的流動。（6）氣缸和活塞需要更換，發(fā)動機電控系統(tǒng)的硬件也需要改進。（7）實現(xiàn)均質混合氣壓力燃燒可以在缸內直噴稀薄燃燒系統(tǒng)的基礎上進行，這不僅能精準的對混合氣空燃比進行控制，還可以使均質混合氣壓力燃燒系統(tǒng)在空燃比范圍內穩(wěn)定。

3.2 點火技術

通過對以上技術的分析可以得出以下改進措施：（1）利用漩渦進行多點點火，改進點火電極形狀。（2）通過反饋控制，對火花點火式的點火與曲軸轉角的最佳控制時間。（3）改善火花塞在發(fā)動機中的位置以優(yōu)化它。同時在每個氣缸上都需采用獨立的點火圈，便于提升放電電流以及放電時間[5]。（4）提高轉速，使用稀薄的混合物，適當推遲點火時間，提高潤滑油溫度。（5）采用新技術改造火花塞，采用耐用材料作為電極，可以將其分成兩段，在絕緣體與電極之間產生感應，并進行電暈放電，這樣可以有效地將絕緣子上的積碳進行去除。（6）將模糊邏輯和神經網絡技術應用于點火控制。神經網絡可以應用于點火裝置的研究。

3.3 空燃比控制技術

對以上分析有得出的改進措施可歸納為：混合氣空燃比不能采用單一的閉環(huán)控制，應采用開環(huán)與閉環(huán)相結合的策略，這樣對發(fā)動機在各種工況下都能滿足[6]。同時，研制出更先進的氧傳感器，有效減少有害物質的排放。

3.4 三效催化技術

通過分析可以得出以下改進措施：（1）從凈化催化劑的組成上，應發(fā)展為稀土催化劑等優(yōu)質、低成本的催化劑，進一步降低后處理技術成本。（2）催化劑前可添加一些特殊材料（如沸石）。當排氣溫度過低，催化劑不能有效工作時收集HC。在較高的溫度下，催化劑可以起到一定的作用，當HC轉換時，HC被釋放。（3）在主催化轉化器前面安裝一個小型催化轉化器，并使用金屬作為連接到催化劑上的托架。這樣當電流經過時支架可以快速加熱，在幾秒內是催化劑達到理想的工作溫度[7]。（4）先進的結構應用于催化涂層，創(chuàng)造一個小環(huán)境的豐富燃燒。在這種小環(huán)境下，廢氣中的碳氫化物可以將氮氧化物還原為氮氣，并保持整個廢氣的頻繁稀燃狀態(tài)。

4 結束語

總之，先進的汽車排放控制技術是控制汽車尾氣排放、改善環(huán)境的重要途徑。目前，我國的控制技術落后于世界汽車強國，促使研究者盡快提高技術水平，應用于實踐。本文總結和分析了幾種常用的汽車尾氣排放控制技術，并得出了相應的結論與改進措施，具有一定的理論和研究價值。但這些方法在我國的汽車尾氣污染控制中還遠遠不夠。我國必須在引進國外先進技術的同時，結合我國的實際情況，進行大量的分析研究，力爭盡快減輕汽車尾氣污染對人類的危害。