汽車發(fā)動機(jī)降低排放技術(shù)的相關(guān)研究

劉明庫 陳小強(qiáng)

摘要：基于對汽車發(fā)動機(jī)降低排放技術(shù)研究必要性的分析，指出當(dāng)前我國幾個主要的汽車發(fā)動機(jī)降低排放技術(shù)，包括燃油優(yōu)化技術(shù)、三元催化技術(shù)以及發(fā)動機(jī)體積控制技術(shù)，它們可以有效地降低汽車發(fā)動機(jī)排放，助力節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)。

Abstract： Based on the analysis of the necessity of research on automobile engine emission reduction technology， this paper points out several main automobile engine emission reduction technologies in China， including fuel optimization technology， three-way catalysis technology and engine volume control technology， which can effectively reduce automobile engine emissions and help to achieve the goal of energy conservation and emission reduction.

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機(jī);降低排放;技術(shù)

Key words： automobile engine;emission reduction;technology

中圖分類號：U463.99? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）24-0054-03

0? 引言

基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析工作的有效開展能夠知曉，我國汽車銷售總量近年來呈現(xiàn)出一個逐年遞增的發(fā)展態(tài)勢，這從側(cè)面證實了我國現(xiàn)如今的社會及經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢頭十分迅猛。但有一個客觀事實不容忽視，即正是因為汽車銷售量與行駛量的大幅度以及大范圍增加，導(dǎo)致各類型汽車尾氣的排放量同樣逐年遞增，使得我國環(huán)境保護(hù)事業(yè)的發(fā)展受到了極大的挑戰(zhàn)，現(xiàn)如今，城市環(huán)境面臨著非常嚴(yán)峻的環(huán)境問題，很多廢氣指標(biāo)已經(jīng)明顯超過了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，這在很大程度上是受到了汽車發(fā)動機(jī)排放量太大這一因素的影響。

所以，要想實現(xiàn)對環(huán)境污染問題的有效解決，必須提高對發(fā)動機(jī)降低排放技術(shù)的重視，采取有效手段進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新十分必要。近年來，我國有越來越多的汽車生產(chǎn)廠家開始致力于對新技術(shù)的研發(fā)，以期在技術(shù)創(chuàng)新的支持下實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)排放量的有效降低，發(fā)揮出有效的環(huán)境保護(hù)作用。

1? 研究汽車發(fā)動機(jī)降低排放技術(shù)的必要性

現(xiàn)階段，我國汽車市場的車輛以燃油汽車為主，它們的發(fā)動機(jī)主要將燃油作為其行駛動力得以產(chǎn)生的重要能源，在燃油的燃燒過程中，充分燃燒的目的很難達(dá)成，這樣一來，沒有燃燒充分的燃料渣會進(jìn)入到大氣當(dāng)中，與空氣中的相關(guān)成分產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，生成會對周圍環(huán)境以及人們的身體健康形成威脅的有毒氣體，此種情形下，大氣中的環(huán)境會在很大程度上被污染。另外，由于燃油燃燒不充分這一客觀事實的存在，生成的一氧化碳會被人體吸入，長時間的接觸會讓人產(chǎn)生惡心以及頭痛之感，更加嚴(yán)重的，還會導(dǎo)致窒息現(xiàn)象的發(fā)生，不僅如此，人體的呼吸器官還會受到有害氣體的刺激，增大呼吸道疾病的發(fā)生率，而有害氣體若是進(jìn)入人體的肺部，還會導(dǎo)致肺部炎癥狀況的出現(xiàn)。因此，目前全球各個國家都愈發(fā)地提高對汽車燃油消耗標(biāo)準(zhǔn)及排放標(biāo)準(zhǔn)的重視，希望能夠在標(biāo)準(zhǔn)的約束作用下達(dá)到有效控制汽車尾氣排放量的目的。

其實自20世紀(jì)90年代起，我國整個國家層面便對汽車排放控制技術(shù)的重要性有了一個較好的認(rèn)識，研究人員及業(yè)界人士自此加強(qiáng)了對汽車排放控制技術(shù)的研究，一些人提出用新能源技術(shù)將傳統(tǒng)燃油技術(shù)替代的觀點，以此達(dá)到降低發(fā)動機(jī)排放的目的，實現(xiàn)對污染物的有效控制。

舉例而言，近年來我國已經(jīng)推出并開始運(yùn)行電動汽車、電池車以及混合動力車等諸多以新能源為動力的汽車，且在汽車市場中的應(yīng)用范圍呈現(xiàn)出逐漸擴(kuò)大之勢。不過總得來說，這些新能源汽車的研究及開發(fā)技術(shù)尚不是十分的成熟，需要相關(guān)人員進(jìn)行汽車排放控制技術(shù)的進(jìn)一步研究、改進(jìn)及完善，以此實現(xiàn)對汽車發(fā)動機(jī)排放的有效控制。

從宏觀層面上來看，當(dāng)前我國汽車尾氣的排放不管是在自然環(huán)境方面，還是在人們的身體健康方面，產(chǎn)生的負(fù)面影響都是不容忽視的，出于對這一現(xiàn)實情況的考慮，相關(guān)研究工作者以及業(yè)界人士必須從整體層面上提高重視，加大對降低排放技術(shù)的研究力度，增加研究以及開發(fā)投入，持續(xù)性地對發(fā)動機(jī)的整體性能加以優(yōu)化，以此為基礎(chǔ)將對環(huán)境的保護(hù)作用更好地發(fā)揮出來。

2? 汽車發(fā)動機(jī)降低排放相關(guān)技術(shù)

2.1 發(fā)動機(jī)燃油技術(shù)優(yōu)化

在部分負(fù)荷的情形下，汽車發(fā)動機(jī)的機(jī)械損失會較為明顯，對于熱效率發(fā)揮明顯的負(fù)面作用。所以，相關(guān)人員需要提高重視，通過對技術(shù)的有效運(yùn)用將機(jī)械損失降低，以對較高功率的保證為前提盡可能地實現(xiàn)高負(fù)荷低轉(zhuǎn)速，表1所示為相應(yīng)的技術(shù)方案。

2.1.1 電子控制燃油噴射技術(shù)

以往汽車燃油系統(tǒng)在燃油過程中，主要對油氣裝置加以應(yīng)用，在經(jīng)過一系列優(yōu)化之后，基于電子系統(tǒng)控制的燃油噴射系統(tǒng)被提了出來并得到了較好的應(yīng)用，現(xiàn)已在一定程度上達(dá)到了自動化控制的目的。燃油噴射技術(shù)可以對燃油器裝置發(fā)出的信息反饋進(jìn)行接收，以計算機(jī)的質(zhì)量為支持對汽車發(fā)動機(jī)的進(jìn)入氣裝置進(jìn)行控制。此種情形下，系統(tǒng)可以在較短的時間內(nèi)完成噴油操作，為氣體混合程度的合理及有效控制提供保證。就電子控制燃油噴射系統(tǒng)而言，計算機(jī)系統(tǒng)在其中發(fā)揮著最為重要的核心控制作用，它可以實現(xiàn)對汽車中所有傳感器設(shè)備的有效控制，基于對所獲取的信息的分析及處理，達(dá)到對脈沖寬度的調(diào)整及控制目的，最終將噴油任務(wù)完成。

在此過程中需要提高重視，如果想要實現(xiàn)對此系統(tǒng)的高效運(yùn)行，就必須在控制系統(tǒng)中做好對冷卻液溫度、進(jìn)氣量等諸多重要參數(shù)的準(zhǔn)確上傳工作，以此為前提確保噴射系統(tǒng)能夠更好地實現(xiàn)對整體排放量的降低。

2.1.2 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)

為了達(dá)到有效創(chuàng)新汽車發(fā)動機(jī)排放技術(shù)的目的，研究人員通過不斷的努力，以汽車排放出來的諸多化合物為面向?qū)ο笳归_了一系列研究，且取得了一定的研究成果，特別是在對發(fā)動機(jī)排放的有害氣體的生成原因方面，研究力度更大，并得出以下結(jié)論：第一，燃油的燃燒有殘留物存在，在具體的燃燒過程中，殘留下來的物質(zhì)會進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，生成相應(yīng)的化合物，而在燃燒溫度逐漸上升的過程中，這些化合物的生成量同樣會越來越多，在這一形勢下，汽車廢氣的排放量自然也會逐漸增加。

為了實現(xiàn)對這一問題的有效解決，可以對廢氣再循環(huán)系統(tǒng)加以運(yùn)用，達(dá)到有效優(yōu)化廢氣排放狀況的目的，相對而言，一些氣體的比熱容比較大，這時，可以對這些比熱容較大的氣體加以運(yùn)用，將它們排入廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的進(jìn)氣管，達(dá)到較為有效地降低燃燒濕度及氣體濃度的目的，在此基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)對各類化合物生成的有效規(guī)避，汽車發(fā)動機(jī)廢氣排放量自然會在此因素的影響下而有效地降低。對廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的主要類型進(jìn)行分析，主要對機(jī)械與電子兩大類型予以涉及，類型不同，它們的控制方式會將差異化的作用發(fā)揮出來。

機(jī)械式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)主要基于排氣管壓力而執(zhí)行上述操作，電子式再循環(huán)系統(tǒng)更多地則是以電磁閥為支撐，不過總得來說，兩種類型的再循環(huán)系統(tǒng)功能都體現(xiàn)在對汽車尾氣排放量的降低上，對它們的不足進(jìn)行把握，主要為動力相對欠缺，沒有足夠的燃燒穩(wěn)定性。

2.2 三元催化技術(shù)

該技術(shù)現(xiàn)已在我國得到了相對成熟的發(fā)展。從其原理上來看，三元催化技術(shù)的功能其實就在于對汽車尾氣中含有的一氧化碳、烴類物質(zhì)以及氮氧化合物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將原本會對周圍環(huán)境以及人體健康產(chǎn)生很大負(fù)面影響的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為不會產(chǎn)生影響或是影響比較小的無害物質(zhì)。具體而言，一氧化碳與烴類物質(zhì)在三元催化技術(shù)的作用下會轉(zhuǎn)化為二氧化碳及水這兩種與人們?nèi)粘Ｉ蠲懿豢煞治镔|(zhì)，氮氧化合物與一氧化碳則基于三元催化技術(shù)的支持完成向氮?dú)庖约岸趸嫉霓D(zhuǎn)化。通過對三元催化技術(shù)的應(yīng)用，汽車尾氣排放中的有害物質(zhì)含量會達(dá)到明顯降低的目的?；谧陨硭哂械姆€(wěn)定性較高、使用壽命較長等優(yōu)勢，三元轉(zhuǎn)化器目前已經(jīng)在我國很多類型的汽車尾氣排放中得以應(yīng)用。

具體而言，三元催化技術(shù)的應(yīng)用有以下幾個優(yōu)勢表現(xiàn)出來：

其一，有利于汽車尾氣排放處理技術(shù)系統(tǒng)化、規(guī)范化以及標(biāo)準(zhǔn)化目的的實現(xiàn)，在多種類型的發(fā)動機(jī)排放系統(tǒng)中有很好的適用性，另外，還能夠同時應(yīng)用于不同型號以及不同燃料的汽車中;

其二，能夠較為有效地解決存在于高功率、低功耗以及低排放3個終極目標(biāo)之間的矛盾，并將它們打造為一個具有統(tǒng)一性但是自身又相對獨(dú)立的系統(tǒng);

其三，對低排放、低排氣熱量以及低噪聲等進(jìn)行系統(tǒng)化的統(tǒng)一，將它們作為一個整體執(zhí)行系統(tǒng)化的處理操作。

目前，很多汽油車已經(jīng)實現(xiàn)了對降低排放系統(tǒng)的應(yīng)用，圖1所示為降低排放系統(tǒng)示意圖。

2.3 發(fā)動機(jī)體積控制技術(shù)

目前，有不少人將汽車功率以及汽車尾氣排放量放在一起考慮，認(rèn)為它們之間表現(xiàn)出正比例關(guān)系，但是對實際情況進(jìn)行分析，卻與人們的實際認(rèn)知存在差異。調(diào)查表明，發(fā)動機(jī)設(shè)備的體積越小，其所表現(xiàn)出來的使用價值通常會越突出。

現(xiàn)階段進(jìn)氣道類型的發(fā)動機(jī)在汽車市場上較為常見，出于對扭曲缺陷的考慮，一些生產(chǎn)廠家作了相應(yīng)的改造處理，將機(jī)械增壓技術(shù)應(yīng)用其中，不過從整體上來看，這一改造處理模式會將汽車的油量損耗加大。若是采取相應(yīng)的措施改變汽車發(fā)動機(jī)的體積，讓它朝著小型化的方向發(fā)展，可以在較大程度上實現(xiàn)對汽車實際功率的增加，此外，還能將汽車的節(jié)能性能優(yōu)化。所以，以發(fā)動機(jī)體積控制技術(shù)為支持，尋求汽車發(fā)動機(jī)體積的縮小方式被視作目前一個較為理想的汽車發(fā)動機(jī)降低排放技術(shù)。

2.4 燃油噴射系統(tǒng)信息化

在汽車尾氣中有很多的燃料沒有充分燃燒，因此要在汽車內(nèi)的燃?xì)馊胧?，使燃料都得到充分燃燒。改進(jìn)現(xiàn)有汽車燃油系統(tǒng)，目前汽車燃機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)有了很強(qiáng)的節(jié)能效果，主要是因為電子燃油噴射系統(tǒng)得到了應(yīng)用，逐步替代了油氣燃料、電子燃油噴射。系統(tǒng)的優(yōu)點就是能夠使得發(fā)動機(jī)排出的氣體處于穩(wěn)定的狀態(tài)，提高燃油系統(tǒng)的精準(zhǔn)性，該工作原理是借助于計算機(jī)系統(tǒng)，將汽車各種運(yùn)行狀態(tài)信息反饋到發(fā)動機(jī)進(jìn)氣設(shè)備內(nèi)。

2.5 優(yōu)化汽車尾氣

汽車微機(jī)在流經(jīng)發(fā)動機(jī)設(shè)備之后，要進(jìn)一步處理，將該尾氣吸收轉(zhuǎn)化之后，減少汽車尾氣給外界環(huán)境人體健康帶來的負(fù)面影響。使用三元催化技術(shù)，該技術(shù)使用原理就是抽取汽車尾氣中的液化氮和氮化物，借助于汽車尾氣處理反應(yīng)，來將這些有毒化物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒無害氣體，排放到外界自然環(huán)境中，減少廢氣給人體和環(huán)境造成影響。可以看出，國內(nèi)大多數(shù)氣體都配置了三元轉(zhuǎn)化裝置，會全面推動國內(nèi)汽車節(jié)能減排的技術(shù)發(fā)展。

2.6 加強(qiáng)新能源的使用

新能源是當(dāng)前國內(nèi)發(fā)展新型的技術(shù)，國內(nèi)對新能源的研究已經(jīng)成為熱點，新型燃?xì)饧夹g(shù)作為新工業(yè)時代表，要想能夠獲得更好的發(fā)展，就要積極增強(qiáng)對新能源技術(shù)的使用，去除箱內(nèi)液體燃料雜質(zhì)，并使排放大氣中污染氣體比較少，這是這類物質(zhì)中不含有有毒元素。為了能夠提高空氣質(zhì)量水平，要大力的推動氫類燃料的使用，氫燃料形成的產(chǎn)物就是水和二氧化碳，它不會對環(huán)境帶來較大破壞污染。國內(nèi)天然氣儲量充足，而且煤炭資源較多，將煤炭天然氣資源儲存量逐步減少，要研究出新型的燃料，依次減少對石油能源的使用?？梢钥闯?，天然氣液體燃料可以替代石油，更強(qiáng)好解決處理汽車尾氣排放的不良問題，也能夠解決能源問題，替代材料屬于類清潔性的原料?？商娲娜剂嫌幸夯瘹?、天然氣、氫氣等替代的燃料產(chǎn)物，化學(xué)產(chǎn)物為二氧化碳、水，這些都是清潔性方面替代燃料。在當(dāng)前國內(nèi)，氫氣和太陽能已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在國家支持之下，更多的汽車逐步使用這類燃料，將其使用到出租車、公交車上，具有更強(qiáng)的使用優(yōu)勢。

2.7 燃燒直噴技術(shù)

柴機(jī)內(nèi)部的污染物排放量在很大程度上決定該氣缸內(nèi)部燃燒的過程，改善燃燒系統(tǒng)直噴型的技術(shù)，使用效率更高，相比非直噴的系統(tǒng)節(jié)省近10%的成本。但要求發(fā)動機(jī)能夠吸收更多的空氣，這類技術(shù)基本成熟，對于控制車機(jī)排放污染物起到了更強(qiáng)促進(jìn)作用，預(yù)計后分割式的燃燒系統(tǒng)相比直噴型的技術(shù)占有主導(dǎo)性的地位。

2.8 廢氣渦輪增壓及中冷技術(shù)

廢氣渦輪增壓技術(shù)是使發(fā)動機(jī)輕量化，提高輸出功率，也是目前現(xiàn)代化柴油機(jī)的一種典型代表的技術(shù)。經(jīng)過廢棄渦輪增壓、燃?xì)饣旌现?，使得氣體變稀，這些因素就會使得噪音降低，廢棄物排放量降低，但是氣體溫度上升，空氣的密度下降。

3? 結(jié)語

總得來說，與汽車發(fā)動機(jī)尾氣排放量的逐年增加相伴隨，自然環(huán)境遭受了非常大的危害及污染，人們的身體安全同樣受到了很大的威脅。在此形勢下，必須加大力度展開對汽車發(fā)動機(jī)降低排放技術(shù)的研究，通過對燃油優(yōu)化技術(shù)、三元催化技術(shù)以及發(fā)動機(jī)體積控制技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠很好地實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)排放的降低，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫華新.汽車發(fā)動機(jī)降低排放技術(shù)分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（3）：54-55.

[2]馬文斌.降低汽車發(fā)動機(jī)排放的技術(shù)分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（3）：136.

[3]于秀敏，楊世春，高瑩.降低汽車發(fā)動機(jī)排放的技術(shù)[J].汽車工程，2002，24（5）：445-450.

[4]崔璽，李國營.降低汽車發(fā)動機(jī)排放的技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2016（13）：2783.

[5]馬博帥.降低汽車發(fā)動機(jī)排放的技術(shù)分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（23）：41-42.