汽车尾气排放控制技术

排出的
吸入人的肺部后， 与肺中的水汽结合， 形
气缸充量中的氮在高温条 件 下 与 充 量 中 成稀硝酸， 损害人体； 在 日 光 照 射 下 ， ＮＯｘ
氮氧化合物 排气管、曲 轴 残 留 的 一 定 量 的 氧 发 生 化 学 反 应 生 成 与 未 燃 或 已 燃 的 气 态 ＨＣ 会 生 成 化 学 烟
汽油发动机排出的有害气体主 要 是 一 氧 化 碳 （ ＣＯ） 、 碳 氢 化 合 物 （ ＨＣ） 、氮 氧 化 合 物（ ＮＯｘ） 、二 氧 化 硫 （ ＳＯ２） 、浮 游 微 粒 等 ， 其 中 ＣＯ 含 量 最 多， 是污染大气的主要成分。
汽车排出的有害气体大部分是 由排气管排出的， 小部分从其它部位 （ 如曲轴箱、燃料供给系统） 窜出。此 外， 燃料箱蒸发的燃油蒸气也会对空 气造成污染。在汽车排放物中， 还有 苯丙芘， 是强致癌物质。
江
苏 排放
邹 晓
波 控制
技术
发动机排出的有害气体主要通 过以下三个途径释放： 一是排气管， 约 有 ９９％的 ＣＯ、９９％的 ＮＯｘ 和 ６０％ 的 ＨＣ 是通过排气管排出 的 ； 二 是 曲 轴 箱 ， 约 有 １％的 ＣＯ、１％的 ＮＯｘ 和 ２０％的 ＨＣ 是 通 过 曲 轴 箱 窜 出 的 ； 三 是燃料蒸发， 约有 ２０％的 ＨＣ 是通过 燃料蒸发的形式释放到大气中的。
图 １ 汽车污染物的来源及种类
燃烧， 从而降低 ＨＣ 的排放量。
质 改 良 、结 构 及 温 升 特 性 的 改 进 来 进
低催化剂活化温度的有效手段。
２） 减少未燃 ＨＣ
一步提高其净化性能。
５） 催化剂强制加热
燃烧火焰不能到达活塞第一道
４） 提高催化剂的早期活性
使 用 电 加 热 催 化 剂（ ＥＨＣ） 和 在
与 水 汽 结 合 生 成 Ｈ２ＳＯ４， 与 大 气 中 其 它 物 质结合生成硫化物， 最终形成浮游微粒， 这些物质均有害， 能引起并加重呼吸器官 的疾病， 污染空气， 腐蚀某些合成纤维
浮游微粒 排气管
车用柴油机的排放源距离地面较近， 排气
由于高温缺氧， 烃分子发生裂解形成微 粒。在柴油机中， 即使有过量的氧形成稀 混合气， 但由于燃烧室内部分区域的燃 油含量过多， 燃料的裂解和燃烧同时进 行， 因而生成碳烟。汽油机在正常情况下 产生的碳烟极少
出， 迫使人们对汽油机的设计不断进
转速区域得到最高的充量系数， 而可
奥 迪 Ａ６ 轿 车 发 动 机 采 用 可 变
行技术革新， 广泛采用电控技术将是
变进气系统通过增加进气量， 提高进 长度进气管， 通过改变进气通路的 未来车用汽油机的发展方向， 开发代
气效率来改善发动机的燃烧过程， 提
长短来适应发动机进气量的要求，
混 合 气 燃 烧 时 产 生 的 ＮＯｘ 大 多 为 ＮＯ， 一部分 ＮＯ 经排气管排入大 气后氧化生成 ＮＯ２。由于 ＮＯｘ 与血红 蛋白的亲合力 比 ＣＯ 强 得 多 ， 因 此 对 人体危害更大。ＮＯｘ 是混合气燃烧过 程中， 空气中的氮和氧在高温条件下 化合生成的， 其生成的数量与燃烧温 度 、氧 气 的 浓 度 等 因 素 有 关 。 燃 烧 温 度对 ＮＯｘ 的 生 成 影 响 很 大 ， 温 度 高 于 １３００℃时 开 始 生 成 ＮＯｘ， 随 着 温 度的升高， ＮＯｘ 的生成量增加。氧气 的 浓 度 对 ＮＯｘ 的 生 成 影 响 也 很 明 显， 在使用浓混合气时， 由于氧气浓 度小， ＮＯｘ 的生成量少， 当混合气浓 度逐渐 变 稀 时 ， 氧 气 浓 度 增 加 ， ＮＯｘ 的生成量逐渐达到最高值。
用燃料也已成为各国解决能源短缺
高发动机的动力性能。
长进气道可提高低转速时的充气效 问题的重要手段， 醇类燃料必将更加
可变进气系统主要采用两种方
率， 以提高扭矩； 短进气道可提高发
广泛地应用到汽车上。□
５ 汽车维修 ２００８．９
新 视 野 ＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥ ＭＡＩＮＴＥＮＡＮＣＥ
１） 冷机时稀薄燃烧 发动机冷机时， 由于催化剂的活 性较差， 不利于降低 ＨＣ 的排放。在所 采用的方法中， 稀薄燃烧技术最为有
肢 体 瘫 痪 、痉 挛 甚 至 死 亡
对活塞表面实施氧化铝 镀膜处理时， 只对活塞 环槽进行处理， 活塞顶 面不进行处理， 有利于 进 一 步 降 低 ＨＣ 的 排 放。
３） 未 燃 ＨＣ 的 吸 附 净化
以沸泡石等为主要 成 分 ， 作 为 ＨＣ 吸 附 剂 ， 在催化剂活化前吸附 ＨＣ， 是减少未燃 ＨＣ 的 有效办法。吸附剂最重 要 的 性 能 是 对 ＨＣ 的 吸 附率， 吸附剂含碳原子 越多， 其吸附率越高。可 以对三元催化层涂覆 ＨＣ 吸附催化剂， 吸附 的
挤气面的变化， 能增强燃烧室内的紊 式， 一种是可变流通面积控制方式，
动 机 在 高 转 速 区 的 功 率 。实 践 证 明 ，
流扰动， 提高火焰的传播速度， 减少
它是通过 ＥＣＵ 控制安装在进气管道
采用可变进气系统， 充分利用进气
淬熄层厚度， 降低 ＨＣ 的排 放 。 电 控
中的控制阀的旋转角度来改变进气
贵重金属， 如在催化剂中提高铂的含
动 后 的 ５～１０ｓ 内 达 到 催 化 剂 的 起 燃
排放。
量， 同时提高空燃比的稀薄化， 是降
温度， 从而减少起动后最初几分钟内
为减少活塞环槽的 磨损， 一般情况下， 对活 塞表面实施氧化铝镀膜 处理， 但由于镀膜在活 塞表面易形成许多细 孔 ， 吸 附 的 ＨＣ 在 发 动 机排气行程时被排出机 外。为解决这一矛盾， 在
ＨＣ 随 着 排 气 温 度 的升高而自动脱
从化油器蒸发出来 的碳氢化合物
离， 通过表面催化 化油器
层进行净化。目前，
从油箱盖出来 的碳氢化合物
效。为了保证空燃比（ Ａ／Ｆ） 稀薄化， 在 进气口内设置涡流控制阀， 改进发动 机进气系统， 提高充气效率； 改进发动 机燃烧系统， 合理组织燃烧室内的气 体流动， 促进火焰传播； 改善着途径
成因
危害
一氧化碳 （ ＣＯ）
血 液 中 的 血 红 素 对 ＣＯ 比 对 氧 有 较 强 的
排气管、曲 轴 箱（ 极少量）
混 合 气 燃 烧 不 完 全 所 致 ， 即 使 是 α≥１， 燃烧产物中也会含有 ＣＯ。汽油机使用浓 混合气能产生大量的 ＣＯ； 柴 油 机 使 用 稀 混合气， 由于混合气在燃烧室内分布不 均匀， 也会生成低浓度的 ＣＯ
（ ＮＯｘ） 箱（ 极少量） ＮＯｘ。 因 此 ， ＮＯｘ 的 生 成 有 两 个 基 本 条 雾 ， 使 人 眼 红 、头 痛 、手 足 抽 搐 ， 使 植 物 枯
件， 即氧的存在和高温
死， 橡胶破裂， 并能污染海洋。ＮＯ２ 及其聚 合物 Ｎ２Ｏ４ 最为有害
二氧化硫 （ ＳＯ２）
排气管
一般认为， 燃料中的硫燃烧时， 全部变成 硫的氧化物 ＳＯｘ， 其 中 大 部 分 为 ＳＯ２， 它 随燃烧产物一起排出
加 ； 当 α＞１ 时 ， 混 合 气 的 燃 烧 速 度 降 低， 燃料燃烧不完全即被排出， 也会 使排气中的 ＨＣ 含量增加。混合气在 气缸内处于低温区域时， 附在燃烧室 表面的激冷层也会燃烧不完全， 使排 气中的 ＨＣ 增加。所谓激冷 层 ， 是 指 附在燃烧室表面的较冷的一薄层混 合气， 尤其是在活塞头部与气缸壁间 的狭小缝隙处的混合气， 当火焰传播 到这些空间时， 由于温度较低， 会使 燃烧速度减慢， 导致燃烧不完全。
ＣＯ 是燃料不完全燃烧后产生的 一 种 无 色 、无 味 、无 刺 激 性 的 有 害 气 体， 主要从排气管排出， 也有少量由 曲轴箱排出。 人 吸 入 ＣＯ 后 ， 血 中 结 合氧的血红蛋白将失去携带氧的能 力， 人就会出现中毒现象， 如反应能 力、视敏度下降等。ＣＯ 中毒的早期症 状 是 流 泪 、咳 嗽 、头 晕 、恶 心 、呕 吐 、胸 痛 、呼 吸 困 难 ， 严 重 时 会 发 生 虚 脱 昏
微粒的粒径小， 质量轻， 属亚微米级粒子， 能够长期悬浮在大气中而不沉降， 污染环 境、阻碍视线， 易被吸入人体内部。微粒主 要来自 ＨＣ、含 铅 添 加 剂 和 ＳＯ２， 这 些 物 质 均很有害， 它们呈复杂的链状或团絮状结 构， 其比表面积极大， 又有较强的吸附能 力， 能吸附相当数量的高分子液相物质，
没有完全参加化学反应的 ＨＣ， 即使有过
碳氢化合物 （ ＨＣ）
排气管、曲 轴 箱通风口 、汽 油箱孔、化 油 器浮子室
量的氧， 也会由于燃烧不完全和热分解 而产生。燃烧室表面的温度比燃烧气体
低得多， 当燃烧进行时， 火焰从核心传到 距离燃烧室表面 约 １～２ｍｍ 时 将 会 熄 灭 ， 称为壁面冷激效应， 这会使壁面积存一 层 ＨＣ， 随燃烧产物一起排出。还有少量 ＨＣ 是 从 化 油 器 和 汽 油 箱 以 蒸 气 的 形 式
化剂升温， 能进一步提高催化剂的早
一道活塞环的位置， 即减小第一道活
是采用双重排气管和使用“薄壁式” 期活性。ＥＨＣ 采用电流预热的方法，
塞环岸的高度， 可以减小活塞环与气
催 化 剂 载 体 。合 理 选 择 低 温 特 性 好 的
可使金属载体的催化器在发动机起
缸壁间的容积， 从而减少未燃 ＨＣ 的
谐振的效果， 可达到高速与低速性
进气涡流系统在采用稀燃技术的轿 流通截面， 以满足不同工况对进气量 能的最优化， 提高发动机的动力性
车上应用较多。
的需求； 另一种是可变流通长度控制
和经济性。
３） 可变进气系统
方式， 它是由 ＥＣＵ 控制进气管道中
总之， 世界能源问题的日益突
长度一定的进气管只能在某一 的控制阀来调整进气管的长度。
环岸脊 （ 指第一道环槽至活塞顶之间
为提高催化剂的早期活性， 有效
排气管内利用排放气体燃烧产生的