余紅燕 劉國平

摘 要：文章分析了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物形成的機(jī)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(dòng)機(jī);尾氣排放;治理方法

中圖分類號(hào)：U461.99? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：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(shí)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(gè)全球化的問題。汽車尾氣不僅危害人們的生命健康，還對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)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(shì)在必行。

1 尾氣中主要污染物形成機(jī)理

1.1 一氧化碳（CO）的形成

一氧化碳是碳?xì)淙剂显谌紵倪^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(jī)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(huì)產(chǎn)生CO，但是在汽油機(jī)排氣的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中都存在著百分之0.02百分之到0.6的CO，這是因?yàn)樵谄蜋C(jī)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?xì)銱C化合物在排氣的過程產(chǎn)生不完全的燃燒。這都會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中產(chǎn)生CO。

1.2 氫化合物（HC）的形成

無論汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在何種工況下運(yùn)行，排氣的過程中總是會(huì)有一定數(shù)量的未完全燃燒碳?xì)浠衔颒C。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(jìn)行傳播的，當(dāng)它傳到缸壁時(shí)在0.06～0.6mm的那一層氣體中時(shí)無法燃燒的，在1mm的細(xì)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(huì)使火焰在傳播的過程不夠完全或者是中斷如：怠速、小負(fù)荷、過度工況。

（3）氣缸掃氣過程

氣缸在掃氣的情況下，會(huì)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?xì)浠衔锸侨剂喜煌耆紵漠a(chǎn)物和部分被分解的產(chǎn)物，因此對(duì)可燃混合器燃燒產(chǎn)生阻礙的因素都是碳?xì)浠衔镄纬傻脑颉?/p>

1.3 氮氧化物（NOx）的形成

NOx是指氮氧化物的總稱。發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)一氧化氮少很對(duì)（約占2%）。燃?xì)獾臏囟群脱醯臐舛仁怯绊懙趸镄纬傻淖钪饕蛩?。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(dòng)機(jī)測(cè)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(jī)理是捷爾杜維奇鏈反應(yīng)機(jī)理。除了這兩個(gè)因素，燃料處于高溫狀態(tài)下的時(shí)間也會(huì)對(duì)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(dòng)機(jī)中產(chǎn)生，與汽油機(jī)相比，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)成分、硫酸鹽等。柴油機(jī)炭煙的產(chǎn)生主要實(shí)在高負(fù)荷的情況下，當(dāng)負(fù)荷降低以后，它的產(chǎn)生量也會(huì)降低。由于其他的固體顆粒物（可溶性有機(jī)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(qiáng)（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(huì)產(chǎn)生碳氧血紅蛋白，從而使血液向各個(gè)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(yán)重的還會(huì)有生命危險(xiǎn)[3-5]。

2.2 氮氧化物和碳?xì)浠衔锏奈：?/p>

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(duì)人體的傷害比較大。其中對(duì)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(dá)到9.5mg/m2（5PPm），即使身體健康人呼吸系統(tǒng)也會(huì)在兩分鐘內(nèi)失調(diào)。

對(duì)于碳?xì)浠衔铮簢H上對(duì)人的危害還不大清楚。但是碳?xì)浠衔?，在烈日的照射下，?huì)生成光化學(xué)煙霧。這也會(huì)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(huì)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(jìn)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(huì)轉(zhuǎn)移到骨骼，以另外一種形式堆積下來。當(dāng)缺鈣或感染傷口、外傷、大量飲酒、服用某些藥物會(huì)導(dǎo)致酸堿平衡失調(diào)，鉛便會(huì)轉(zhuǎn)移到血液中，導(dǎo)致鉛中毒的癥狀。嚴(yán)重的還會(huì)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(jìn)排氣歧管的真空度影響情況下，獨(dú)立自主并且準(zhǔn)確的對(duì)再循環(huán)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣進(jìn)行控制。

EGR閥通常在下列條件下開啟：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)運(yùn)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(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)性、同時(shí)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(huì)使用吸附作用很強(qiáng)的活性炭。發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)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(jìn)氣歧管，這樣不僅達(dá)到燃油經(jīng)濟(jì)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(shí)和60公里/小時(shí)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(shí)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(yùn)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(yùn)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(dòng)力裝置和燃油質(zhì)量

使用更好的發(fā)動(dòng)機(jī)，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(dāng)前最有效率的方法是改善汽車動(dòng)力裝置，這種方法是最根本的途徑，改變汽車的動(dòng)力來源如電氣代替燃料。此方法是最不會(huì)污染的一種方法。

4.3 采用機(jī)外凈化技術(shù)

機(jī)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(duì)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?xì)浠衔镅趸啥趸己退?，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(qiáng)行政管理

（1）淘汰舊車，報(bào)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(yán)格執(zhí)行國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，控制燃油標(biāo)準(zhǔn)

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(yán)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(hù)，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(biāo)準(zhǔn)。

5 總結(jié)

本文分析了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物形成的機(jī)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(xiàn)

[1] 蔡鳳田.汽車排放污染物控制實(shí)用技術(shù)[M].人民交通出版社， 2005.5.

[2] 李岳林.交通運(yùn)輸環(huán)境污染與控制[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3] 張鐵柱.汽車原理教程[M].北京：國際工業(yè)出版社，2004.

[4] 蔡興旺.汽車構(gòu)造與原理（上冊(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)）[M].北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[5] 田光鈞，龔延成.汽油車使用因素對(duì)其排放性能的影響[J].汽車技術(shù)，2001，（1）：33-35

[6] 顧柏良譯.汽車工程手冊(cè)（中文第Ⅱ版）[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.

[7] 魏慶耀.發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車?yán)碚揫M].北京：人民交通出版社，1998：72-75.

[8] 翟梅，陳進(jìn)富.汽車尾氣污染防制技術(shù)[J].石油與天然氣化工，2001， 30（3）：153-156.

[9] 王贊松等.汽車燃油噴射系統(tǒng)原理與維修[M].北京：人民出版社， 1999：115-116.

[10] 張?jiān)汽?，黎新華.減少汽車尾氣污染[J].發(fā)展可持續(xù)交通，2000，26 （5）：38-39.