汽車發(fā)動機(jī)降低排放技術(shù)分析

李丹

摘 要：在現(xiàn)代社會中，安全、清潔和高效的發(fā)動機(jī)將變得更加重要，人們一方面體驗(yàn)到了汽車發(fā)動機(jī)所帶來的更高的移動性，另一方面也認(rèn)識到了資源有限和環(huán)境污染等問題。汽車發(fā)動機(jī)降低排放技術(shù)逐漸成為相關(guān)人員研究的重點(diǎn)，本文擬結(jié)合汽車發(fā)動機(jī)排放的現(xiàn)狀，對其存在和潛在的問題進(jìn)行分析和研究，并就汽車發(fā)動機(jī)降低排放技術(shù)提出個(gè)人的看法與思考，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：汽車 發(fā)動機(jī) 排放 技術(shù)

Analysis of Technology of Reducing Emissions from Automobile Engine

Li Dan

Abstract：In modern society， safe， clean and efficient engines will become more important. On the one hand， people have experienced the higher mobility brought by automobile engines， and on the other hand， they have also led to the problems of limited resources and environmental pollution. Automobile engine emission reduction technology has gradually become the focus of research of relevant personnel. This article intends to analyze and study its existing and potential problems in combination with the current situation of automobile engine emissions， and propose personal views and thoughts on automobile engine emission reduction technology， so as to provide? reference for related personnel.

Key words：automobile， engine， emission， technology

1 引言

到20世紀(jì)末，我國一些大城市汽車使用量的增加，使人們對發(fā)動機(jī)廢氣排放本身及通過光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的更有害的物質(zhì)所引起的城市空氣質(zhì)量形成嚴(yán)重關(guān)切。三種主要的廢氣污染物是碳?xì)浠衔铮òú糠盅趸挠袡C(jī)化合物）、一氧化碳和氮氧化物。[1]這些有害成分對人體和社會環(huán)境都會造成不良影響，為此，相關(guān)人員逐漸加大對汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)創(chuàng)新方面的重視程度，為逐步解決相關(guān)問題而努力。

2 汽車發(fā)動機(jī)排放的危害

2.1 全球變暖

汽車污染是全球變暖的主要原因之一。汽車和卡車排放二氧化碳和其他溫室氣體，在我國全球變暖污染總量中所占比重較大。溫室氣體在大氣中滯留熱量，導(dǎo)致全球氣溫上升。如果沒有溫室氣體，地球?qū)⒈槐└采w，但汽油和柴油等化石燃料的過量燃燒，導(dǎo)致自工業(yè)化前時(shí)代以來，全球氣溫上升了0.6攝氏度，而且在未來幾十年內(nèi)還會繼續(xù)上升。全球氣溫升高會影響農(nóng)業(yè)、野生動物、海平面和自然景觀。

2.2 空氣、土壤和水

汽車污染的影響是廣泛的，影響到空氣、土壤和水質(zhì)。一氧化二氮導(dǎo)致臭氧層的消耗，而臭氧層是保護(hù)地球免受太陽有害紫外線輻射的。二氧化硫和二氧化氮與雨水混合，形成酸雨，破壞農(nóng)作物、森林和其他植被及建筑物。汽車和卡車溢出的石油和燃料滲入高速公路附近的土壤中，廢棄的燃料和汽車排放的微粒污染了湖泊、河流和濕地。

2.3 人類健康

顆粒物、碳?xì)浠衔?、一氧化碳和其他汽車污染物危害人類健康。柴油發(fā)動機(jī)會排放大量的顆粒物，即空氣中的煙塵和金屬顆粒。這些微粒會對皮膚和眼睛造成刺激和過敏，非常細(xì)小的微粒會停留在肺部深處，引起呼吸系統(tǒng)問題。碳?xì)浠衔锱c二氧化氮和陽光發(fā)生反應(yīng)形成臭氧，在高層大氣中是有益的，但在地面上是有害的。臭氧會使肺部發(fā)炎，引起胸痛和咳嗽，使呼吸困難。一氧化碳是另一種廢氣，對嬰兒和患有心臟病的人特別危險(xiǎn)，因?yàn)樗蓴_了血液輸送氧氣的能力。其他危害人體健康的汽車污染物還包括二氧化硫、苯和甲醛。汽車產(chǎn)生的噪音也是有害的，會損害聽力，造成心理上的不健康。

3 汽車發(fā)動機(jī)排放控制的現(xiàn)狀

近20年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，中國的汽車保有量急劇增加，我國的人均國內(nèi)生產(chǎn)總值、城市化率和高速公路總長度都有大幅增長。同期，中國汽車總?cè)丝诮咏柡蜖顟B(tài)，國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)，包括與國際企業(yè)合資品牌，獲得了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展，并受益于國內(nèi)汽車市場的不斷發(fā)展，2009年，我國國內(nèi)汽車市場體量超過美國，成為全球最大市場。在所有汽車類別中，輕型乘用車的增長最為顯著，因?yàn)槲覈饺藱C(jī)動化需求激增，同時(shí)，人們普遍認(rèn)為擁有汽車是身份和地位的重要象征。中國道路車輛的大量增加引起了人們對防止空氣污染、節(jié)能和減緩氣候變化等可持續(xù)性問題的關(guān)注。我國自20世紀(jì)90年代以來，制定了綜合排放控制政策和措施，但是，在治理的過程中可以發(fā)現(xiàn)，解決汽車排放問題的進(jìn)展并不是一帆風(fēng)順的，還遇到一些挑戰(zhàn)，如缺乏低硫燃料、生產(chǎn)合格性和使用中檢查測試的欺詐行為，以及不可靠的改造項(xiàng)目等。

4 汽車發(fā)動機(jī)降低排放技術(shù)分析

4.1 顆粒催化劑

在使用顆粒催化劑時(shí)，必須區(qū)分煙塵積累和煙塵燃燒（再生）兩種工作模式。減少顆粒物的系統(tǒng)可分為“封閉式”壁流過濾器和“開放式”顆粒催化劑。封閉式系統(tǒng)迫使廢氣通過多孔過濾介質(zhì)，而開放式系統(tǒng)則是對顆粒進(jìn)行部分過濾，即部分廢氣流過過濾器而不被過濾。封閉式系統(tǒng)的缺點(diǎn)是排氣背壓較高，導(dǎo)致油耗增加。如果不采取任何合適的對策，柴油顆粒捕集器有可能被堵塞，而顆粒催化劑不會堵塞，因?yàn)樗鼈兊倪^濾效率會隨著負(fù)荷的增加而降低。它們通常以純被動的方式再生，因此不需要與發(fā)動機(jī)正時(shí)相互作用，這就是為什么它們經(jīng)常被用作改造系統(tǒng)的原因。閉式顆粒過濾器需要較大的過濾表面，以保持煙塵層厚度，從而降低流動阻力。為此，過濾器被設(shè)計(jì)成具有交替封閉端口的蜂窩結(jié)構(gòu)。為了增加過濾器使用過程中產(chǎn)生的燃燒殘?jiān)膬Υ媪?，還采用了進(jìn)氣口和排氣口較大的非對稱設(shè)計(jì)。具有高沸點(diǎn)的碳?xì)浠衔?，在過濾溫度下仍以氣態(tài)存在，只有在冷卻后與環(huán)境空氣混合時(shí)才會附著在顆粒上，不能被過濾掉，顆粒催化劑的顆粒過濾水平可以達(dá)到50%以上。

4.2 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)是一種排放控制技術(shù)，可顯著減少大多數(shù)類型柴油發(fā)動機(jī)的氮氧化物排放。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)有利于減少氮氧化物的排放，減少對高負(fù)荷燃料濃縮的需求，幫助液體燃料汽化，可以作為閉式循環(huán)柴油發(fā)動機(jī)的助推器，改善柴油發(fā)動機(jī)中難燃燃料的點(diǎn)火質(zhì)量，改善SCR催化劑的性能。在世界范圍內(nèi)，雖然早在1940年就有使用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)減少氮氧化物的報(bào)道，但最早研究廢氣再循環(huán)系統(tǒng)減少氮氧化物潛力的發(fā)動機(jī)實(shí)驗(yàn)是在20世紀(jì)50年代末進(jìn)行的，到20世紀(jì)70年代，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)作為柴油發(fā)動機(jī)的氮氧化物控制措施才被認(rèn)真研究。與其他技術(shù)相比，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的技術(shù)難度更大。我國在相關(guān)領(lǐng)域的研究尚不完善，提高對其的研究力度，增強(qiáng)其可應(yīng)用性，可以在很大程度上促進(jìn)汽車發(fā)動機(jī)降低排放的工作。

4.3 柴油氧化催化劑

在柴油氧化催化劑的幫助下，碳?xì)浠衔锖鸵谎趸荚谶m當(dāng)?shù)呐艢鉁囟认卤谎趸啥趸己退?。為此，可以將稀有金屬鉑和鈀施加在表面擴(kuò)大的涂層上的催化劑載體上。50%的轉(zhuǎn)化溫度通常稱為“起燃溫度”，范圍在150～350℃之間，這取決于催化劑類型、排放成分和催化有效的涂層。通常情況下，一氧化碳的起燃溫度是在比碳?xì)浠衔锲鹑紲囟雀偷臏囟认聦?shí)現(xiàn)的。如果超過了起燃溫度，幾乎所有的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸寂欧哦紩晦D(zhuǎn)化。在柴油氧化催化劑中，煙塵顆粒的氧化是不可能的。盡管如此，柴油氧化催化劑對排氣后處理顆粒物排放仍有重要的功能。粘附在煙塵上的碳?xì)浠衔锟梢员谎趸蛄呀?，從而在很大程度上減少顆粒物的質(zhì)量。此外，柴油氧化催化劑因氧化一氧化氮而形成二氧化氮，可用于煙塵過濾器的被動再生。柴油氧化催化劑還可以作為催化燃燒器，提高排氣溫度，用于主動式煙塵過濾器再生。

4.4 發(fā)動機(jī)體積小型化

在汽車工業(yè)中，發(fā)動機(jī)體積小型化是指，在制造車輛時(shí)，利用較小的內(nèi)燃機(jī)，而不是相同功率的較大的內(nèi)燃機(jī)的做法。這是汽車制造商試圖提供更高效的車輛，減少排放的結(jié)果。實(shí)踐過程中，許多制造商正在減少發(fā)動機(jī)的排量和氣缸數(shù)，通過增加強(qiáng)制吸氣裝置（渦輪增壓器或增壓器）和直接噴射技術(shù)提供一個(gè)強(qiáng)大的發(fā)動機(jī)，其性能與大得多的發(fā)動機(jī)相似，但效率大大提高，并減少了碳排放。更小的發(fā)動機(jī)通常也更輕，因此，駕駛時(shí)消耗的總體能量更少。減少氣缸數(shù)量還可以減少發(fā)動機(jī)中的摩擦力，從而提高效率。

4.5 促進(jìn)新型能源的使用

汽油和柴油是汽車主要的能源類型，但隨著人們越來越關(guān)注汽車排放對環(huán)境的影響，越來越多的人開始尋求替代能源解決方案，以提供更大的可持續(xù)性。

1.氫氣

氫氣在我們的生活環(huán)境中非常豐富，因此非常容易獲得，它存在于水、碳?xì)浠衔锖推渌袡C(jī)物中，并被用于為燃料電池電動汽車提供動力。它的吸引力在于其效率高、加注時(shí)間快，最重要的是只排放水和暖氣。然而，提取氫氣顆粒是一個(gè)嚴(yán)格的過程，因此，與汽油或柴油燃料相比，氫氣的能量含量較低。開發(fā)一個(gè)實(shí)質(zhì)性的燃料基礎(chǔ)設(shè)施可能是困難的，成本也很高，但這并不意味著它不可行，國家的研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)可加大研究力度，推動相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

2.電力

電力直接來自于電網(wǎng)和其他車外電力資源，是一種高效的能源，通過已經(jīng)開發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施，人們幾乎可以隨時(shí)使用。電力儲存在全電動汽車和插電式混合動力汽車的可充電電池中，運(yùn)行時(shí)釋放的廢氣比汽油或柴油動力汽車少得多。在氣電混合動力車中，電力在低速行駛以及啟動和停止動作時(shí)取代汽油。使用電力為車輛提供較長距離的動力，當(dāng)汽車純靠電池供電運(yùn)行時(shí)，可以做到零排放。

3.生物柴油

生物柴油是獨(dú)立于我們熟知的傳統(tǒng)石油柴油的，是可生物降解的無毒資源的副產(chǎn)品，如植物油、動物脂肪，甚至是回收的餐館油脂，它是非常清潔的燃燒和可再生的。與全電動零排放汽車不同，生物柴油驅(qū)動的汽車確實(shí)會排放二氧化碳，但任何排放的二氧化碳都會被生產(chǎn)生物柴油的原料作物吸收的二氧化碳所抵消，使其成為汽油或柴油的清潔替代品。

5 總結(jié)

汽車可以通過多種方式減少汽車污染物對環(huán)境的影響，老舊和保養(yǎng)不善的車輛造成的汽車污染最多，但電動車、混合動力車和其他清潔、省油的汽車對環(huán)境的影響會減少。從技術(shù)角度分析，深化顆粒催化劑、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、柴油氧化催化劑、發(fā)動機(jī)體積小型化、新型替代能源等方面研究，可在很大程度上降低汽車發(fā)動機(jī)排放，有利于汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和環(huán)境衛(wèi)生領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。

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