探討汽車空氣污染與防治

羅冬梅

【摘 要】對汽車排放的危害進(jìn)行了分析，介紹了目前世界汽車采用的新技術(shù)、新工藝以及汽車排放控制新技術(shù)和采取的一些對策。

【關(guān)鍵詞】汽車；空氣污染；控制對策

【中圖分類號】U461.99【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）02-0303-01

目前，我國大城市機(jī)動車污染已經(jīng)達(dá)到比較嚴(yán)重的程度，汽車造成的污染有交通揚(yáng)塵、尾氣排放，尾氣中細(xì)小的顆粒物能引起呼吸系統(tǒng)疾病，損壞肺部；當(dāng)顆粒有毒時，可能導(dǎo)致癌癥，刺激皮膚和眼睛，造成皮炎、眼結(jié)膜炎?？梢姡嚺欧诺挠泻U氣，嚴(yán)重地危害著人類的健康。及時研究造成機(jī)動車排放污染的原因，并進(jìn)行有效的控制已經(jīng)迫在眉睫。

一、汽車排氣污染

1.汽車排放污染物的來源。汽油車排放物中，氮氣約占71%、二氧化碳14%、水和水蒸氣13%，一氧化碳、氮氧化合物，碳?xì)浠衔铩⒍趸蛘?%～2%。其污染的來源有三個：一是從排氣管直接排出的廢氣，主要的有害物質(zhì)是CO、HC、NOX；二是曲軸箱竄氣，即從活塞和氣缸壁之間的間隙中漏出，再經(jīng)過曲軸箱通氣孔排出的可燃混合氣體，其主要有害物質(zhì)是HC；三是燃油箱蓋、燃油箱通氣孔、油管等連接部位蒸發(fā)出的汽油蒸汽，其主要成分是HC。另外，汽車排放出大量的CO，產(chǎn)生溫室效應(yīng)。

2.汽車排放污染物的主要成分及其危害。汽油車排氣中的污染物主要有一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOX）等。一氧化碳（CO）是汽油機(jī)不完全燃燒時產(chǎn)生的一種無色、無味的氣體，吸入人體后，和血液中的血紅蛋白結(jié)合成為一氧化碳血紅蛋白，阻止氧的輸送，使人體缺氧，引起頭痛、頭暈、嘔吐等中毒癥狀，嚴(yán)重時造成死亡；碳?xì)浠衔铮℉c）是發(fā)動機(jī)排氣中的未然盡的燃料分解的氣體，以及供油系中燃料的蒸發(fā)和滴漏。碳?xì)浠衔铮℉c）只有在高濃度的情況下才會對人體產(chǎn)生影響，它是光化學(xué)煙霧的重要組成成分。光化學(xué)煙霧是排氣中的HC和NOX排入大氣后在紫外線照射下進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的黃色煙霧。光化學(xué)煙霧具有明顯的刺激性，能刺激眼結(jié)膜，引起流淚并導(dǎo)致紅眼病，另外還具有損害植物、降低大氣能見度、損壞橡膠制品等危害；氮氧化合物（NOX）是在高溫條件下產(chǎn)生的有臭味的廢氣，對肺組織產(chǎn)生劇烈的刺激作用。

汽車排出CO，是沒有毒的，但是它是產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”的主要物質(zhì)?！皽厥倚?yīng)”使地球表面的溫度上升，對全球氣候變化會產(chǎn)生巨大的影響，因此CO，已經(jīng)被列為重點排放控制的對象。

二、汽車上采用的新技術(shù)

1.缸內(nèi)汽油直接噴射技術(shù)。缸內(nèi)汽油直接噴射實現(xiàn)分層燃燒，不但可大幅降低CO、HC及NOx排放，而且還能提高燃油經(jīng)濟(jì)性。因此，三菱公司將其汽油直接噴射發(fā)動機(jī)定為全球環(huán)保發(fā)動機(jī)。

2.可變氣門正時技術(shù)?？勺儦忾T正時系統(tǒng)，氣門的開閉時間隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷而連續(xù)變化，可達(dá)到省油、怠速穩(wěn)定、提高轉(zhuǎn)矩、增大動力輸出及減少排氣污染的目的。

3.電腦控制的點火技術(shù)。電腦控制的點火系統(tǒng)提高了發(fā)動機(jī)的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，并使排氣中的CO、HC含量大為降低。

三、汽車排放控制技術(shù)

為了徹底解決排放向低排放、超低排放發(fā)展的問題，目前現(xiàn)代汽車主要采取了以下控制技術(shù)：

1.燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)（EVAP）。在汽車排出的HC中來自汽油蒸發(fā)的約占20%以上。在外界溫度升高時，燃油箱的汽油會加速蒸發(fā)，從燃油箱蓋和油箱通氣孔排入大氣。為此，有些發(fā)動機(jī)采用吸附法將汽油蒸汽吸附。待到發(fā)動機(jī)工作時，再將吸附的汽油蒸汽在負(fù)壓條件下解附，送入發(fā)動機(jī)燃燒室燃燒，這樣防止了汽油直接排放到大氣污染環(huán)境?；镜墓ぷ鬟^程是：從燃油箱來的汽油蒸氣先通過活性炭濾毒器（又稱活性炭罐）吸附收集起來，當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，再從活性炭器中進(jìn)入進(jìn)氣歧管到燃燒室燃燒。

常用的有兩種形式：一種是不帶雙金屬真空轉(zhuǎn)換閥的EVAP系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)動機(jī)停車、怠速或低速時，從燃油箱來的HC在活性炭濾毒器被吸附，當(dāng)發(fā)動機(jī)在中速和高速時，又從活性炭濾毒器帶到進(jìn)氣歧管。另一種是帶雙金屬真空轉(zhuǎn)換閥的EVAP系統(tǒng)，它的工作與冷卻液溫度有關(guān)，水溫低于35℃，HC在活性炭濾毒器被吸附；水溫高于65℃，又從活性炭濾毒器帶到進(jìn)氣歧管。

2.廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）。發(fā)動機(jī)燃燒反應(yīng)生成的NOX的量，完全是由于參加燃燒的空氣中的N0和氧反應(yīng)的結(jié)果。廢氣中NOX的含量與燃燒反應(yīng)的溫度、時間和過量空氣系數(shù)有關(guān)，而且主要是由反應(yīng)溫度決定。降低燃燒反應(yīng)的溫度，廢氣中的NOX含量呈指數(shù)關(guān)系下降。

實驗證明：當(dāng)溫度下降到1700℃以下時，發(fā)動機(jī)排出的NOX含量幾乎為零；而在高速運行條件下，由于反應(yīng)時間短，NOX含量也少。

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）的基本原理是：將5%～20%的廢氣再引入進(jìn)氣歧管，與新鮮混合氣一起進(jìn)入燃燒室，使最高燃燒溫度下降，從而減少NOX的生成量。因此EGR閥相當(dāng)于在進(jìn)、排氣管之間安裝了一個閥門，根據(jù)發(fā)動機(jī)不同工況，關(guān)閉或者引進(jìn)不同量的廢氣。顯然，廢氣的引進(jìn)會影響發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、起動、怠速穩(wěn)定性。

廢氣再循環(huán)和廢氣不再循環(huán)完全受發(fā)動機(jī)ECU的控制，只要出現(xiàn)下列信號，ECU就會發(fā)出切斷EGR的命令，廢氣不再循環(huán)：發(fā)動機(jī)冷卻液溫度低于55℃；減速過程（節(jié)氣門全關(guān)）；怠速或小負(fù)荷工況（進(jìn)氣量很?。?；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過4000rpm（高速大負(fù)荷）；發(fā)動機(jī)空擋運轉(zhuǎn)。

3.三元催化系統(tǒng)（TWC）。發(fā)動機(jī)排出廢氣含有的CO、HC、NOX有害物質(zhì)，可以利用三元催化器的作用將上述三種物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成無害的物質(zhì)排放出去，極大地減少了環(huán)境污染。三元催化器是一塊整體的孔氧化鋁骨架，上面浸漬有鉑、鈀、銠等貴重金屬作為催化劑，表面包覆不銹鋼作為保護(hù)套。

廢氣通過催化劑時，再催化劑表面進(jìn)行一系列的氧化和還原反應(yīng)。

CO+NOX+HC→CO2+N2+H2O最終排到大氣都是無毒害的氣體。

在催化反應(yīng)的過程中，必須嚴(yán)格保證在α=1的很窄的過量空氣系數(shù)范圍內(nèi)。如果α>1，則CO氧化反應(yīng)的氧氣由廢氣供給，從而不能還原NOX。因此只能在ECU控制的燃油噴射系統(tǒng)和在氧傳感器提供廢氣中氧含量的信息，才能保證α=1的范圍。特別注意的是，由于上述反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以在過量HC和CO存在時，會使三元催化劑過熱而損壞。因此裝有三元催化器的汽車，怠速的運動時間不得超過20分鐘，同時鉛也會使催化劑中毒而失效，故不能使用含鉛的汽油。

四、制理汽車尾氣排放的措施

1.制定嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。對日益嚴(yán)重的大氣污染，為確保人們有一個良好的生活環(huán)境和滿足人們對生活環(huán)境的要求，各地政府應(yīng)制定更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.開展無車日活動。據(jù)測算，如開展“無車日”活動一天，僅民用汽車可節(jié)約燃油3300萬升，可減少有害氣體排放約3000噸，數(shù)百人的生命和身體會幸免于交通事故傷害。

3.加大環(huán)保監(jiān)測力度。加大檢測力度，提高檢測人員的綜合素質(zhì)和職業(yè)道德，實現(xiàn)檢測與維修分家，進(jìn)行道路抽檢，教育駕駛員及時做好汽車維護(hù)工作，另外加速不符合排放要求的汽車淘汰工作。

4.改進(jìn)檢測方法。目前，部分城市實行“雙怠速法”和“工況法”，還有大部分城市仍然實行“怠速法”，應(yīng)盡快強(qiáng)制實行“雙怠速法”和“工況法”或者“工況法”。

5.加強(qiáng)城市綠化，加大植樹造林力度，吸收大量CO2，減小溫室效應(yīng)。