汽车尾气排放的控制方案

汽车尾气排放的控制方案

摘要:随着经济的高速发展，21世纪的今天，汽车是人类不可缺少的交通工具，但汽车尾气却是大气的主要污染源。所以对汽车排放污染物的监控与防治，已处于刻不容缓的地步。对于汽车排放的治理主要源自于对汽车发动机的改进，伴随科技的发展，电控技术在发动机上的应用对这一情况得到了大力改进，排放控制系统是把发动机排放的污染物转化为无害物的装置。

关键词：汽车尾气；有害气体；控制措施

一、汽车排放物质

汽车排放污染物主要有：一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、铅(Pb)和炭烟(PM)等。

二、废气污染物的产生机理

汽车内燃机排气所造成的公害，对汽油机而言，CO、HC和NOX是主要的有害成分，而光化学烟雾是由HC和NOX转化而成的；对柴油机而言，CO和HC比汽油机少得多，NOX约为汽油机的，而炭烟却比汽油机大得多，是主要的有害成分。

空燃比(AF)：是指可燃混合气中空气与燃料的质量比。理论上，1kg汽油完全燃烧需要空气14.7kg。故对于汽油机而言，空燃比为14.7的可燃混合气可成为理论混合气。若可燃混合气的空燃比小于14.7，则意味着其中汽油含量有余（亦即空气量不足），可称之为浓混合气。同理，空燃比大于14.7的可燃混合气则可称为稀混合气，应当指出，对于不同的燃料，其理论空燃比数值是不同的。

三、汽车排放物的形成原因

一氧化碳(CO)是空气不足或空气中氧含量不足造成混合气过浓所产生的一种无色、无味的有害气体。

碳氢化合物(CH)是指发动机废气中未燃部分，还包括供油系统中燃料的蒸发和滴漏，造成燃烧不充分。

氮氧化物(NOx)是发动机在高温富氧时大量产生的一种褐色的有刺鼻气味的气体。

二氧化硫(SO2)为燃油中的硫燃烧后的生成物。

铅(Pb)为一种有毒的金属，它由燃油中的铅化物添加剂(如四乙铅)经高温燃烧后还原而成的铅微粒。

碳微粒主要是柴油发动机燃烧不完全的产物。

四、汽车排放控制方案

1、在用车检查和维护（I/M）制度

在用车的检查和维护制度，简称I/M制度，是削减在用车污染排放最重要的手段。I/M制度通过对机动车进行定期和不定期的排放检测，促进机动车的正常维护，防止人为对排放控制系统的损坏，保持车辆处于良好的运行状态，从而减少污染物的排放。I/M制度是对新车实行强制性排放标准的有效补充。 I/M制度有两个目的：一是发现因调整不当或机械故障导致的高排放车辆；第二是发现控制设备的非正常工作和人为破坏，确定机动车的故障根源，便于对车辆进行维

修，并督促车主加强维护，使得在整个汽车使用生命周期中排放控制系统始终有效。大量的调查分析表明，在用车排放的大部分污染物来自一小部分高排放车辆。据统计，在用车中5%的高排放车的污染物排放占总排放量的25%，20%的车辆的排放量占到总排放量的50%。对于没有特殊排放控制的化油机车，这一影响主要表现HC和CO上，调整好与坏的车辆，其排放差值可达4倍。对安装了催化转化器等排放控制系统的更先进的车型，部分高排放车辆的污染物排放甚至高出5倍以上。

因此，通过I/M制度发现高排放车辆，对削减在用车污染排放非常有效。比如催化器或氧传感器损坏，虽然不影响驾驶性能，但可使尾气中HC和CO的排放增加20倍以上，NO化合物增加3—5倍；柴油机的喷射系统损坏，至少使得颗粒物排放增加20倍以上。通过发现维护不善的车辆并予以修理，平均可降低排放30%-50%。但由于I/M制度的配套政策和实施机构达不到理想状态，极少有实际的I/M制度能实现完全的削减潜力。

一套成功的I/M制度应该包括繁荣技术要素有：

（1）合适的检测程序，并设定必要的检查内容。（2）对不合适车辆的强制实施机制。（3）加强维修程序管理和机械技能培训。（4）检测数据收集和定期的质量考核。

（5）对车种和车龄进行优化，注重老旧车的检测（5）对检测员和修理工进行技能控制。（6）进行周期性的评估以发现和解决问题。

2、控制汽车排放污染的技术措施

（1）、内燃机自身技术的改进

在汽油机上通过推迟喷油提前角可以有效地抑制NO化合物的排放，且方法简便易行。柴油机喷油时间延迟使一氧化碳化合物排放量下降的原因与汽油机并不完全相同，主要原因有两个。一是使燃烧过程避开上止点进行，燃烧等容度下降。因而燃烧温度下降。二是越接近上止点喷油，缸内空气温度越高，燃油一旦喷入汽缸内便很快蒸发混合并着火，即着火落后期可以缩短，燃烧初期的放热速率降低，导致燃烧温度降低。这两种原因都起到了一直氮氧化合物生成的作用。对比图中喷油提前角等于零下十五度和零下五度时的缸内温度、压力及燃烧放热率可以看出，随着燃油提前角的的推迟，燃烧温度、压力和放热率峰值均秒下降。但过分推迟喷油提前角，如图中又上止点继续推迟时，氮氧化合物排放反而上升。这主要是由于着火落后气的过分延长，使燃烧初期的放热速率反而大幅度上升的原因。

总之，推迟燃油提前角对降低氮氧化合物的效果是有限的，过分推迟，往往会牺牲燃油经济性和碳烟及微粒排放特性，即出现典型的Trade-off的关系。为此，推迟喷油提前角最好是与其他加速燃烧的促使并用，如高压喷射或加强缸内气体运动，以防止其他性能的恶化。

（2）、汽车燃料的改进

车用油品的质量对车辆的排放性能有很大影响，尤其是对采用闭环三元催化净化技术的先进车型。各地应从以下方面提高油品的质量：

1)、针对影响机动车排放性能的燃料特性如饱和蒸汽压、硫含量、铅含量等，应确保符合标准的限值要求。

2)、对燃料中影响排放净化系统正常工作的杂质, 如硅、锰、铁、钒等，必须确保低于限值要求，不得人为加入。

3) 、对车用柴油中的硫含量，也应按照有关标准严格控制。

此外，寻找替代燃料也是减少汽车排放有还物质的有效途径。目前的常规燃料主要是汽油和柴油，但已经有许多国家的研究机构把目光转向代用燃料—液化石油气（LPG）、压缩天然气（CNG）和甲醛等。替代燃料有保存原油产品和保护能源的潜力，同时它又能有效地削减机动车的污染物排放。当然，我们应当认识到，在许多情况下采用常规燃料辅以先进的排放控制技术，往往会收到更经济的控制效果，未来会选取哪一类燃料将取决于经济因素。在中短期内，全球汽车制造商将继续重视汽油机和柴油机仍然具备的巨大潜力，并与石油行业共同开发环保型“特殊”’燃料，例如源于天然气或生物质的燃料。同时，戴姆勒-克莱斯勒积极致力于开发混合动力驱动系统，将其作为运用燃料电池汽车实现零污染排放交通运输的过渡性解决方案。进一步优化内燃机在未来多年中，内燃机将继续占据汽车市场的主导地位，因此不断改进内燃机技术是有效的短期解决方案。3）、废气再循环(EGR)

废气再循环(EGR)系统用于降低废气中的氧化氮(NOX)的排出量。氮和氧只有在高温高压条件下才会发生化学反应，发动机燃烧室内的温度和压力满足了上述条件，在强制加速期间更是如此。

当发动机在负荷下运转时，EGR阀开启，使少量的废气进入进气歧管，与可燃混合气一起进入燃烧室。怠速时EGR阀关闭，几乎没有废气再循环至发动机。汽车废气是一种不可燃气体(不含燃料和氧化剂)，在燃烧室内不参与燃烧。它通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力，以减少氧化氮的生成量。进入燃烧室的废气量随着发动机转速和负荷的增加而增加。

EGR系统的主要元件是数控式EGR阀，数控式EGR阀安装在右排气歧管上，其作用是独立地对再循环到发动机的废气量进行准确的控制，而不管歧管真空度的大小。

EGR阀通过3个孔径递增的计量孔控制从排气歧管流回进气歧管的废气量，以产生7种不同流量的组合。每个计量孔都由1个电磁阀和针阀组成，当电磁阀通电时，电枢便被磁铁吸向上方，使计量孔开启。旋转式针阀的特性保证了当EGR阀关闭时，具有良好密封性。

EGR阀通常在下列条件下开启：1.发动机暖机运转。2.转速超过怠速。ECM 根据发动机冷却水温传感器、节气门位置传感器和空气流量传感器来控制EGR 系统。

1、作用

废气再循环(EGR)系统用于降低废气中的氧化氮(NOX)的排出量。氮和氧只有在高温高压条件下才会发生化学反应，发动机燃烧室内的温度和压力满足了上述条件，在强制加速期间更是如此。

当发动机在负荷下运转时，EGR阀开启，使少量的废气进入进气歧管，与可燃混合气一起进入燃烧室。怠速时EGR阀关闭，几乎没有废气再循环至发动机。汽车废气是一种不可燃气体(不含燃料和氧化剂)，在燃烧室内不参与燃烧。它通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力，以减少氧化氮的生成量。进入燃烧室的废气量随着发动机转速和负荷的增加而增加。

2、工作原理

EGR系统的主要元件是数控式EGR阀，数控式EGR阀安装在右排气歧管上，其作用是独立地对再循环到发动机的废气量进行准确的控制，而不管歧管真空度的大小。

EGR阀通过3个孔径递增的计量孔控制从排气歧管流回进气歧管的废气量，