汽車尾氣排放的控制及治理

余紅燕 劉國平

摘 要：文章分析了汽車發(fā)動機排放污染物形成的機理、危害，以及尾氣排放的控制，傳感器與閉環(huán)控制，廢氣再循環(huán)控制，活性碳罐蒸發(fā)污染控制等控制方法，最后提出了尾氣治理的方法。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機;尾氣排放;治理方法

中圖分類號：U461.99? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）22-211-03

Abstract： The paper Analyzes the formation mechanism and harms of the toxic emissions from gasoline engine， vehicle emission control was studied.The Sensor and closed loop control， Exhaust Gas Recirculation， Active carbon tank evaporation pollution control were researched. Finally， The method of exhaust treatment is proposed.

Keywords： Gasoline engine; Toxic emissions; Governance methods

CLC NO.： U461.99? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）22-211-03

引言

今年來，隨著國家綜合實力的不斷提高，汽車保有量量迅猛增加隨之而來的就是汽車尾氣的污染問題，這一問題已經(jīng)逐漸成為一個全球化的問題。汽車尾氣不僅危害人們的生命健康，還對環(huán)境造成了嚴重的污染，因此研究尾氣的控制和治理方法、降低汽車尾氣危害勢在必行。

1 尾氣中主要污染物形成機理

1.1 一氧化碳（CO）的形成

一氧化碳是碳氫燃料在燃燒的過程中所產(chǎn)生出來的中間產(chǎn)物。以下是炭氫燃料反應(yīng)過程[1]：

H2+CO→H2O+CO2

從汽油機角度來說，如果在空氣充足的情況下（空燃比大于14.7或者過量空氣系數(shù)大于l的情況下），理論上不會產(chǎn)生CO，但是在汽油機排氣的實際運轉(zhuǎn)中都存在著百分之0.02百分之到0.6的CO，這是因為在汽油機燃燒室內(nèi)的有些地方存在著過量空氣系數(shù)小于2的區(qū)域，另外一部分未燃碳氫HC化合物在排氣的過程產(chǎn)生不完全的燃燒。這都會導(dǎo)致發(fā)動機尾氣中產(chǎn)生CO。

1.2 氫化合物（HC）的形成

無論汽車發(fā)動機在何種工況下運行，排氣的過程中總是會有一定數(shù)量的未完全燃燒碳氫化合物HC。他的成因主要是：

（1）氣缸激冷面

可燃混合氣燃燒是在火焰中進行傳播的，當它傳到缸壁時在0.06～0.6mm的那一層氣體中時無法燃燒的，在1mm的細縫中也是不行的。

（2）燃料不完全燃燒

殘余的氣體過于稀釋或者混合氣過濃過稀，這些都會使火焰在傳播的過程不夠完全或者是中斷如：怠速、小負荷、過度工況。

（3）氣缸掃氣過程

氣缸在掃氣的情況下，會導(dǎo)致某些可燃混合氣不通過氣缸而直接排放到了排氣管中。碳氫化合物是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物和部分被分解的產(chǎn)物，因此對可燃混合器燃燒產(chǎn)生阻礙的因素都是碳氫化合物形成的原因。

1.3 氮氧化物（NOx）的形成

NOx是指氮氧化物的總稱。發(fā)動機排出的廢氣中各種氮氧化合物的含量是不一樣的。其中一氧化氮（NO）的含量最高（約98%），二氧化氮（NO2）的含量相對一氧化氮少很對（約占2%）。燃氣的溫度和氧的濃度是影響氮氧化物形成的最主要因素。在溫度很低的情況下是：N2+O2→2NO，也就是說形成的是一氧化氮。但是這一結(jié)構(gòu)，與發(fā)動機測出來的數(shù)值不一樣，NO在其中形成的過程很慢，國際上常用的反應(yīng)機理是捷爾杜維奇鏈反應(yīng)機理。除了這兩個因素，燃料處于高溫狀態(tài)下的時間也會對NO的形成產(chǎn)生很大的影響。

1.4 固體微粒（PM）的形成

固體微粒物主要是在柴油發(fā)動機中產(chǎn)生，與汽油機相比，柴油發(fā)動機所產(chǎn)生的微粒物要要高出20%到70%。固體微粒（PM）主要包括：炭煙、可溶性有機成分、硫酸鹽等。柴油機炭煙的產(chǎn)生主要實在高負荷的情況下，當負荷降低以后，它的產(chǎn)生量也會降低。由于其他的固體顆粒物（可溶性有機成分、硫酸鹽等）都在炭粒上吸收匯集，所以絕大部分情況下，炭煙所指的就是微粒[2]。

2 尾氣中主要污染物的危害

2.1 一氧化碳的危害

一氧化碳最大的危害就是：它與血紅蛋白的融合能力非常強（是氧的二十幾倍）。一旦一氧化碳與血紅蛋白白融合之后，就會產(chǎn)生碳氧血紅蛋白，從而使血液向各個地方的輸氧能力降低，造成人體感應(yīng)，視力等不同程度的危害，嚴重的還會有生命危險[3-5]。

2.2 氮氧化物和碳氫化合物的危害

氮氧化物主要是一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2），這兩種氣體中二氧化氮（NO2）對人體的傷害比較大。其中對呼吸系統(tǒng)的影響極為明顯。例如：如果環(huán)境中二氧化氮的含量達到9.5mg/m2（5PPm），即使身體健康人呼吸系統(tǒng)也會在兩分鐘內(nèi)失調(diào)。

對于碳氫化合物：國際上對人的危害還不大清楚。但是碳氫化合物，在烈日的照射下，會生成光化學煙霧。這也會不同程度上影響人們的身體健康。

2.3 硫化物（二氧化硫等）、鉛、苯（C6H6）

硫化物（二氧化硫等）、鉛、苯等有害物會增加呼吸道疾病發(fā)病率，損害肺功能。二氧化硫還是酸雨產(chǎn)生的主要原因。

鉛是一種微粒得狀態(tài)，通過空氣傳播后進入到人的身體里面，吸入后集中在于肝、腎、脾、膽、腦中，肝和腎是最容易堆積的。數(shù)月后，會轉(zhuǎn)移到骨骼，以另外一種形式堆積下來。當缺鈣或感染傷口、外傷、大量飲酒、服用某些藥物會導(dǎo)致酸堿平衡失調(diào)，鉛便會轉(zhuǎn)移到血液中，導(dǎo)致鉛中毒的癥狀。嚴重的還會有肝臟損害，出現(xiàn)異常等癥狀。

3 尾氣排放的控制

3.1 廢氣再循環(huán)控制（EGR）

為了最大限度的減少廢氣中的氮氧化物的含量我們常常采用廢氣再循環(huán)控制（EGR）系統(tǒng)。

3.1.1 普通電子式廢氣再循環(huán)（EGR）控制

EGR系統(tǒng)的主要元件是裝于排氣歧管上的數(shù)控式EGR閥。EGR系統(tǒng)的主要作用是：可以在不受進排氣歧管的真空度影響情況下，獨立自主并且準確的對再循環(huán)進入發(fā)動機的廢氣進行控制。

EGR閥通常在下列條件下開啟：（1）發(fā)動機暖機運轉(zhuǎn);（2）轉(zhuǎn)速超過怠速轉(zhuǎn)速。

3.1.2 閉環(huán)控制式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)

這種控制系統(tǒng)即渦輪增壓系統(tǒng)。渦輪增壓系統(tǒng)通過提高發(fā)動機的進氣量，可以使發(fā)動機的功率和扭矩提高40%，甚至更高。這樣就等同于提高了燃油經(jīng)濟性、同時降低尾氣排放。

3.2 活性碳罐蒸發(fā)污染控制

為了節(jié)約燃油和環(huán)保汽車中常常會使用吸附作用很強的活性炭。發(fā)動機中安裝活性碳罐后，油箱中多余的燃油蒸汽通過一根管子引入碳罐、不再排到大氣中。汽車啟動后，ECU控制碳罐中的電磁閥打開，多余的燃油蒸汽又被吸入進氣歧管，這樣不僅達到燃油經(jīng)濟性還起到環(huán)保的作用。

4 尾氣的治理

4.1 改變汽車的交通條件

汽車尾氣的排放量不僅與汽車的質(zhì)量有關(guān)，而且與車速息息相關(guān)。研究表明，車輛行駛速度30公里/小時和60公里/小時的污染相差兩倍。怠速行駛造成的污染問題是絕大部分國家最要先解決的。因此，減少尾氣排放的最佳方法是展城市交通干線，減少汽車怠速時間;大力發(fā)展有軌交通，提高交通設(shè)施使用率，讓車輛更好的通過，減少事故和擁擠程度，是汽車更節(jié)能，減少尾氣的排放;并且還可以運用物流技術(shù)，合理的調(diào)度物流，降低車輛空車行駛的概率、減少運輸?shù)木嚯x、車輛的出行，確保用最少的燃料做最多的事情。

4.2 改善現(xiàn)有動力裝置和燃油質(zhì)量

使用更好的發(fā)動機，改善燃燒室的結(jié)構(gòu)框架、使用新能源來提升車輛的排放量。當前最有效率的方法是改善汽車動力裝置，這種方法是最根本的途徑，改變汽車的動力來源如電氣代替燃料。此方法是最不會污染的一種方法。

4.3 采用機外凈化技術(shù)

機外凈化技術(shù)主要是將汽車尾氣的毒物轉(zhuǎn)換成無毒物質(zhì)，再排放到大氣中。來減少對大氣的污染。最為廣泛的兩種方法如下：

（1）采用催化劑將一氧化碳（CO）氧化成二氧化碳（CO2），碳氫化合物氧化成二氧化碳和水，氮氧化河區(qū)被還原成為N2等。

（2）水洗：通過水箱，讓車尾氣中的碳煙粒子通過水洗和過濾及蒸氣的沖洗，讓碳粒的有毒物質(zhì)去除。

4.4 制定相關(guān)法律，加強行政管理

（1）淘汰舊車，報廢迎新

開發(fā)不污染環(huán)境的汽車，是以后汽車主要發(fā)展的方向。

（2）嚴格執(zhí)行國家質(zhì)量標準體系，控制燃油標準

質(zhì)量不合格的燃油不能使用、不能出售。國家應(yīng)該大力嚴查這件事，才能保證大氣環(huán)境的干凈。為了人民健康和環(huán)境的保護，國家還應(yīng)制定相應(yīng)的環(huán)境質(zhì)量，污染物排放、污染物控制標準。

5 總結(jié)

本文分析了汽油發(fā)動機排放污染物形成的機理、危害，以及尾氣排放的控制，傳感器與閉環(huán)控制，廢氣再循環(huán)控制，活性碳罐蒸發(fā)污染控制等控制方法，最后提出了尾氣治理的方法。

參考文獻

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