汽車(chē)突然加速狀態(tài)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(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

在當(dāng)前，汽車(chē)已經(jīng)成為人類(lèi)不可缺少的交通工具之一，但是，在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展、汽車(chē)產(chǎn)量和保有量不斷增加的同時(shí)，汽車(chē)也帶來(lái)了大氣污染，即汽車(chē)尾氣污染。在中國(guó)大中型城市，汽車(chē)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(chē)總量只相當(dāng)于日本東京的1/12，但空氣中主要由汽車(chē)排放的CO、HC和NOX的總量卻基本相同。汽車(chē)尾氣中含有 CO、HC、NOX、SO2、鉛、碳微粒和其他雜質(zhì)粉塵等，這些物質(zhì)對(duì)人類(lèi)和整個(gè)生態(tài)環(huán)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(jié)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(dǎo)致生命危險(xiǎn)。氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮，它們都是對(duì)人體有害的氣體，特別是對(duì)呼吸系統(tǒng)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(tǒng)功能失調(diào)。再有氮氧化物還可以與碳?xì)浠衔镌谔?yáng)紫外線(xiàn)的作用下，產(chǎn)生一種具有刺激性的淺藍(lán)色煙霧，這種光化學(xué)煙霧會(huì)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(huán)境污染中所占的比重。中國(guó)的汽車(chē)用量會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)需要迅速增加。由此可見(jiàn)，減少汽車(chē)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(fā)明問(wèn)題解決理論”的首字母縮寫(xiě)，英文名稱(chēng)為T(mén)heory of Inventive Problem Solving。自從1946年以來(lái)，以G.S.Altschuller為首的專(zhuān)家，經(jīng)過(guò)對(duì)250萬(wàn)份專(zhuān)利文獻(xiàn)的研究發(fā)現(xiàn)，一切技術(shù)問(wèn)題在解決過(guò)程中都有一定的模式可循，可對(duì)大量好的專(zhuān)利進(jìn)行分析并將其解決問(wèn)題的模式抽取出來(lái)，經(jīng)多年搜集、分析、比較和歸納，建立的一整套體系化的、實(shí)用的發(fā)明問(wèn)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(xiàn)在3個(gè)方面：①無(wú)論是一個(gè)簡(jiǎn)單產(chǎn)品還是復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，其核心技術(shù)的發(fā)展都是遵循著客觀(guān)的規(guī)律發(fā)展演變的，即具有客觀(guān)的進(jìn)化規(guī)律和模式；②各種技術(shù)難題、沖突和矛盾的不斷解決是推動(dòng)這種進(jìn)化過(guò)程的動(dòng)力；③技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的理想狀態(tài)是用盡量少的資源實(shí)現(xiàn)盡量多的功能。

2 汽車(chē)尾氣中NOX的分析

（1）汽車(chē)尾氣中NOX的產(chǎn)生。NOX是發(fā)動(dòng)機(jī)在一定負(fù)荷下大量產(chǎn)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(chǎn)生的條件是高溫（1000℃以上）、高壓、多余的氧，這三個(gè)條件缺少任何一個(gè)都不會(huì)產(chǎn)生氮氧化物。在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中供給略稀的混合氣（空燃比≥15.5）時(shí)會(huì)增大NOX的排放量。汽油機(jī)排出的NOX中，NO占99%，而柴油機(jī)排出的NOX中NO2比例稍大。

（2）汽車(chē)尾氣中NOX的危害。①發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣剛一排出時(shí)，氣體內(nèi)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(jìn)入肺泡后能形成亞硝酸和硝酸，對(duì)肺組織產(chǎn)生劇烈的刺激作用；②NOX與HC在紫外線(xiàn)的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成有毒的光化學(xué)煙霧。當(dāng)光化學(xué)煙霧中的光化學(xué)氧化劑達(dá)到一定濃度時(shí)，就會(huì)具有明顯的刺激性，引起流淚并導(dǎo)致紅眼癥，同時(shí)對(duì)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(xué)煙霧還具有損害植物、降低大氣能見(jiàn)度、損壞橡膠制品等危害。

3 加速狀態(tài)下NOX的排放分析

在NOX產(chǎn)生的條件中高溫（1000℃以上）、高壓、多余的氧均是發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程必備的條件，所有正常情況下，只要發(fā)動(dòng)機(jī)有負(fù)荷就會(huì)產(chǎn)生一定量的NOX，只是有量多量少之分。那么，在汽車(chē)突然加速狀態(tài)下，負(fù)荷增大，油耗加大，尾氣的排放量增加，NOX排放量增加。在現(xiàn)有汽車(chē)上普遍采用的是廢棄再循環(huán)系統(tǒng)，來(lái)降低這些有害氣體的排放，它的原理是使少部分廢氣進(jìn)入氣缸參與混合氣的燃燒，降低了燃燒時(shí)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(guò)度的廢氣參與再循環(huán)，將會(huì)影響混合氣的著火、性能，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。形成了動(dòng)力性與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾，所以，降低汽油汽車(chē)突然加速狀態(tài)下尾氣中NOX氣體排放，是人們要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。

4 解決的措施

（1）增設(shè)1個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不占用很大空間，又不用改變汽車(chē)排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的輔助排氣系統(tǒng)，能夠在汽油汽車(chē)突然加速時(shí)，降低汽車(chē)尾氣中NOX的排放。

（2）把一個(gè)物體分成相互獨(dú)立的部分 ，在排氣管和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中連接一條管子。（3）使物體變?yōu)槎嗫仔曰蚣尤攵嗫仔缘奈矬w這一方法 ，在排氣管中加入三元催化劑。

（4）設(shè)計(jì)閥門(mén)，由外部進(jìn)行控制，正常行駛時(shí)1打開(kāi)，2關(guān)閉，突然加速時(shí)，2打開(kāi)，1關(guān)閉，使氣體通過(guò)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(jié)構(gòu)，將三元催化劑制成薄膜內(nèi)服在排氣管內(nèi)壁上。

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

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

5 結(jié)語(yǔ)

隨著汽車(chē)工業(yè)的高速發(fā)展，汽車(chē)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚慕煌üぞ?。但與此同時(shí)，汽車(chē)尾氣排放也成為城市空氣污染的重要來(lái)源。對(duì)車(chē)輛排放的限制，已成為政治、經(jīng)濟(jì)、決策的一個(gè)焦點(diǎn)。改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀況，降低油耗，減少污染物排放，或是開(kāi)發(fā)清潔能源汽車(chē)，已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。文章依據(jù)TRIZ理論的基本原理，對(duì)汽車(chē)排放系統(tǒng)提出了改進(jìn)措施，旨在既可以節(jié)省空間、易于實(shí)現(xiàn)、造價(jià)低又可以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。