常見(jiàn)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染控制技術(shù)

侯 哲

(皖北經(jīng)濟(jì)技術(shù)學(xué)校，安徽 阜陽(yáng) 236400)

1 汽車(chē)尾氣排放物及其危害

1.1 汽車(chē)排放污染物的種類(lèi)及產(chǎn)生的原因

相關(guān)研究表明,汽車(chē)排放物的成分有100種以上，最主要的污染物主要是一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、 碳?xì)浠衔?HC)、一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。

1.2 汽車(chē)排放物對(duì)人體的危害

一氧化碳(CO)無(wú)色、無(wú)味但有劇毒，它與人體血液中的血紅蛋白有很強(qiáng)的親和力，吸入CO后，血液運(yùn)輸氧氣的能力下降而產(chǎn)生缺氧中毒；氮氧化合物(NOx)，一氧化氮與人體血液中血紅蛋白結(jié)合會(huì)產(chǎn)生與CO中毒相似的癥狀,容易使人們中毒而死亡；NO2是一種褐色有強(qiáng)烈毒性的氣體，刺激相應(yīng)呼吸器官，嚴(yán)重時(shí)致人于死地；碳?xì)浠衔?HC)，未燃燒或者未完全燃燒的燃油或燃油蒸汽，具有一定的毒性和易燃易爆的特性，其中含有苯類(lèi)物質(zhì)易致癌。

1.3 汽車(chē)排放物對(duì)環(huán)境的危害

氮氧化物、鉛化物進(jìn)入肺部和血液，極大地?fù)p害了呼吸系統(tǒng)，造成各種疾病。CO2作為溫室氣體，會(huì)造成城市溫度升高，進(jìn)入空氣中后，一方面會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)，造成氣溫升高;另一方面它還會(huì)破壞地球的保護(hù)層—臭氧層，造成紫外線直接照射地球表面，加速氣溫上升。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染控制技術(shù)

汽車(chē)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物排放控制技術(shù)主要介紹以下幾種[1]，首先是機(jī)內(nèi)控制法，使用新型材料、新型制造工藝、新的技術(shù)和控制方法，保證可燃混合氣充分、完全地燃燒，從而實(shí)現(xiàn)減少有害氣體排放的目的。

其次，機(jī)外控制法。將汽車(chē)上排出的有害尾氣污染物通過(guò)反饋調(diào)節(jié)或過(guò)濾等裝置，發(fā)生氧化、還原等化學(xué)反應(yīng)，變成無(wú)害物質(zhì)排出車(chē)外，減少排放污染物。本文重點(diǎn)介紹機(jī)外控制法。

2.1 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(Exhaust Gas Recirculation)簡(jiǎn)稱(chēng)EGR，NOX是大氣中的氮?dú)夂脱鯕庠诟邷亍⒏邏簵l件下形成的，此系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生廢氣的10%～20%，通過(guò)管路再送回汽缸，由于是燃燒后的廢氣，缺少氧氣，會(huì)大大延緩燃燒過(guò)程，燃燒速度的放慢導(dǎo)致汽缸燃燒室中的溫度降低，進(jìn)一步減少了氮氧化合物的生成。

圖1 EGR系統(tǒng)組成圖

過(guò)量的廢氣再次通入汽缸會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、怠速、小負(fù)荷及發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷車(chē)運(yùn)行時(shí)，多余的廢氣將會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能降低。進(jìn)入進(jìn)氣歧管的廢氣量一般控制在6%～15%范圍內(nèi)。

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，主要元件有EGR控制閥、EGR電磁閥、EGR位置傳感器。部分轎車(chē)把EGR閥和位置傳感器合為一體。如圖1所示。旋轉(zhuǎn)式針閥保證了當(dāng)EGR閥關(guān)閉時(shí)，具有良好密封性。按照設(shè)計(jì)EGR閥在汽車(chē)處在中等負(fù)荷條件下才開(kāi)啟。

圖2 EGR控制系統(tǒng)

系統(tǒng)工作過(guò)程，如圖2所示，ECU根據(jù)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、曲軸位置傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器和冷卻液溫度傳感器等輸入信號(hào)，判定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況，并對(duì)EGR控制電磁閥通電或者斷電，當(dāng)ECU對(duì)EGR電磁閥通電時(shí)，電磁閥開(kāi)啟，使EGR閥開(kāi)啟，部分廢氣經(jīng)廢氣再循環(huán)通道進(jìn)入進(jìn)氣歧管。當(dāng)ECU對(duì)EGR電磁閥斷電時(shí)，電磁閥關(guān)閉，EGR閥關(guān)閉，不再進(jìn)行廢氣再循環(huán)。

對(duì)于線性式EGR閥系統(tǒng)，通過(guò)EGR閥位置傳感器監(jiān)測(cè)錐閥位置，反饋給ECU，ECU根據(jù)錐閥位置傳感器、冷卻液溫度、節(jié)氣門(mén)位置和進(jìn)氣流量修正EGR錐閥的位置。

2.2 三元催化轉(zhuǎn)換器

三元催化器簡(jiǎn)稱(chēng)TWC，安裝在汽車(chē)排氣管中上部[2]，是利用轉(zhuǎn)化器中的催化劑，將汽車(chē)尾氣中的CO、HC和NOx，通過(guò)氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2、水和氮?dú)?。三元催化反?yīng)器外面用雙層不銹薄鋼板制成筒形，夾層中裝有石棉纖維氈用來(lái)緩沖減震。內(nèi)部采用蜂窩狀陶瓷作為承載的載體，在陶瓷體的載體上浸漬有鉑、銠、鈀等貴重金屬作為催化劑。為了保證三元催化器的轉(zhuǎn)化效率，防止損壞降低轉(zhuǎn)化效果，汽車(chē)的日常使用中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)裝有三元催化器的汽車(chē)，嚴(yán)禁使用含鉛汽油，鉛顆粒會(huì)覆蓋在催化劑的表面，使有害氣體與催化劑接觸的面積減少，大大降低轉(zhuǎn)換效率。(2)應(yīng)避免未燃燒的混合氣進(jìn)入催化器，可燃混合氣在三元催化器內(nèi)燃燒會(huì)造成催化劑的貴重金屬產(chǎn)生化學(xué)變化，使催化作用減弱。

2.3 燃油箱蒸汽回收系統(tǒng)

燃油箱蒸汽回收系統(tǒng)，它的作用是防止燃油箱的燃油蒸氣排入大氣造成污染[3]。燃油箱蒸汽回收系統(tǒng)主要由活性炭罐、碳罐電磁閥、燃油箱蒸汽回收管等組成。

燃油箱蒸汽回收系統(tǒng)的工作原理，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，燃油蒸氣被收集到活性炭罐中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)等來(lái)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)所處的工況，有發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元控制燃油蒸汽電磁閥打開(kāi)，燃油蒸氣從活性炭罐排出并進(jìn)入進(jìn)氣歧管或空氣濾清器，最后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室燃燒，燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)主要是控制HC的排放。

2.4 曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)(PCV)

燃燒室內(nèi)的混合氣和燃燒后的廢氣順著活塞和汽缸體的內(nèi)壁漏入曲軸箱內(nèi)，將稀釋和污染機(jī)油，造成機(jī)油的潤(rùn)滑性能下降，因此必須將這些污染物從曲軸箱內(nèi)排出；此外曲軸箱內(nèi)的壓力會(huì)越積累越高，如果不通風(fēng)泄壓，機(jī)油會(huì)從油封或汽缸墊壓出。本系統(tǒng)的作用就是將進(jìn)入曲軸箱的氣體導(dǎo)入到進(jìn)氣歧管，使其重新燃燒。提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、降低排放污染。

本文介紹了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放控制系統(tǒng)，對(duì)排放污染物的凈化有著非常重要的作用，通過(guò)對(duì)各系統(tǒng)的作用、結(jié)構(gòu)、工作原理等方面逐一作出介紹，讓更多的讀者了解我們的汽車(chē)技術(shù)，方便以后的使用、維護(hù)，保證它們的可靠工作，減少有害氣體對(duì)環(huán)境的破壞。