汽油机排放及控制技术探讨

汽油机排放及控制技术探讨

本文介绍了汽油机排放物主要成分、形成机理及其对环境和人体的危害，从燃料、机内净化技术和机外净化技术等方面，阐述了当前汽油机排放控制所采用的主要技术措施和策略。

标签：汽油机排放控制技术

一、前言

从1886 年德国人奔茨（K. Benz）发明了世界上第一辆火花点火汽油机汽车至今，汽油机已走过120多年的发展历程，它为人类带来了巨大的技术进步，已成为人类社会经济发展和日常生活所无法缺少的动力来源。截至2012年，全球汽车保有量已突破10亿辆，其中汽油机汽车约占80%，而截至2013年底中国汽车保有量已达1.37亿辆。据预测，随着以中国为代表的新兴车市快速增长，2014年全球汽车销量将达到8500万辆，2018年则可能突破亿辆大关，全球汽车保有量也将在突破10亿辆不久后翻倍。

然而汽车业的快速发展也带来了严重的环境和健康问题。汽车尾气已成为主要的大气污染源之一，全球50%的石油消耗量，运输部门30%的二氧化碳排放量均来自于汽车，大气污染物的43%由汽车排放产生，在大中城市，这一数据则高达70%，居民每年的汽车尾气人均分担最高达到一吨以上。汽车尾气对雾霾天的贡献率高达30-40%，在我国已形成京津冀地区、长三角地区、珠三角地区和四川盆地等四个灰霾区。严重的大气污染极大地危害着人们的身体健康，诸如呼吸系统、神经系统、心血管系统和免疫系统等的各类疾病发病率显著增加，甚至会引发肺癌和心理疾病。

随着汽车保有量急剧增加、大气污染急速加剧和社会关注度日益提高，各国和地区相继制定了严格的限制汽车排放的标准和法规，促使汽车业在节能和排放控制技术的道路上不断革新和进步。

二、汽油机排放物形成机理

2.CO

一氧化碳（CO）为烃燃烧的中间产物，也是不完全燃烧的产物。在汽油机工作过程中，CO的产生是必然的。CO对人体和环境都有害，其与血红蛋白的结合能力为O2的300倍，可降低人体血液对于O2的输送能力，当CO体积分数超过0.3%时，可在30分钟内使人毙命。CO还能促使NO向NO2的转化，提高了光化学烟雾形成的几率。

3.HC

碳氢化合物（HC）的来源一般认为有三个途径，因未燃和不完全燃烧使汽油部分分解氧化形成的占55%～65%，曲轴箱串气排放的占20%～25%，燃油蒸发排放的占15%～20%。HC是成分复杂的有机化合物，少量成分即具有致癌作用。一定浓度比例的HC和氮氧化物混合，在强阳光照射下会生成毒性很大的光化学烟雾，对人体和环境均有很大的危害。

3.机外净化技术

3.1 三元催化转换器（TWC）

目前，安装三元催化转换器是排放控制中最为有效的方法。三元催化转换器不仅能促使CO、HC的氧化反应，而且能促使NOX的还原反应，能同时实现三种有害成分的净化。

3.2 曲轴箱强制通风系统（PCV）

曲轴箱强制通风系统已成为汽油机的基本配备。一般情况下，串气量相当于汽缸总排气量的0.5%～1.0%。因串气中含有大量未燃、不完全燃烧的HC和少量的CO等有害物，把曲轴箱排放物吸入进气管，在汽缸中烧掉，可有效降低排放。另外，PCV系统在发动机回火时还可以起到保护的作用。

3.3 燃油蒸发排放控制系统

油箱中的燃油因受到外界热源热辐射及从喷油嘴带回大量热量的回油的加热，如不加以控制，产生HC的量可超过HC总排放的20%。燃油蒸发排放控制系统由炭罐、炭罐清洗阀和相关的管路构成。通过炭罐收集燃油蒸气，根据工况控制流量，将排放物经清洗阀导入进气歧管。这套系统解决了燃油蒸发排放的问题。

4.混合动力系统

混合动力系统的研究为排放的解决提供了一个新的思路。实验表明，汽油机存在某一热效率高而排放很低的工况，而单一工况运转也便于排放后处理系统的优化和高效转化。根据这一结果，国外已经研究出多种混合动力车辆，使汽油机仅在较理想的工况下为车辆提供动力，其他工况则由其他动力系统提供。这样可以降低汽油的消耗和CO的排放。混合动力系统的技术关键在于如何确定系统工作模式和控制策略，即工作模式切换及各模式下发动机的优化控制。

四、结束语

汽油机排放产生的因素是多方面的，而且可能互相矛盾，此消彼涨。设计排放控制方案必须综合考虑各个影响因素，当前，燃料技术、机内净化技术和后处理等机外净化技术构成了当今汽油机排放控制的基本对策技术框架。改善发动机燃烧以及采用催化剂等后处理技术方面的研究开发工作，经多年的积累已比较成

熟，另外，除通过以上各种技术手段实现排放控制外，优秀的驾驶技能、良好的驾驶习惯、合理的维护保养，以及完善的车辆使用管理制度也是有效控制排放的影响因素，因此，有效控制汽油机排放还需要研发、使用和管理等各方多管齐下，多措并举。