《汽油車排放污染物的控制及治理探析》3200字

-PAGE4--PAGE5-汽油車排放污染物的控制及治理分析綜述1.1汽車排放控制技術發(fā)展歷程隨著美國第一代排放法規(guī)的限定開始，國際各大公司越來越注重對汽車排放性能的改善，由表1.1可知[14]，從起初的僅對機內燃燒方式的微小改進，到逐漸的應用了一些機外凈化技術，再到目前擁有較為系統(tǒng)的節(jié)能減排的技術措施可以看出，由于人們對環(huán)境問題的愈發(fā)重視，汽車排放性能的更優(yōu)質改善將會是目前及未來的主打旋律，值得我們更為深刻的研究。表1.1汽油機排放技術措施發(fā)展歷程年份技術措施1960-1968安裝了控制燃燒系統(tǒng)降低空燃比，安裝空氣噴射反應器系統(tǒng)促進廢氣中的HC和CO的燃燒1969-1979安裝變速器控制火花塞系統(tǒng)以延遲點火時間，首次應用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）以降低燃燒室溫度，控制NOX排放1974-1979安裝活性炭罐控制燃油蒸發(fā)，改進化油器，無觸點點火，使用并改進催化劑，采用高能點火系統(tǒng)，開始由含鉛汽油過渡為無鉛汽油，安裝各種催化轉化器，安裝燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)1980-1983反饋（閉環(huán)）系統(tǒng)，進一步改進化油器和催化劑，改進發(fā)動機，揮發(fā)性排放控制，大量采用電控汽油噴射技術和三效催化器1984-1993完善發(fā)動機技術，改善燃料成分和開發(fā)清潔燃料，電子控制更精確化，燃油噴射、催化劑和EGR的進一步改進，開發(fā)電控點火系統(tǒng)和新型燃燒系統(tǒng)1994至今進一步改進發(fā)動機、控制裝置、供油和EGR，改善揮發(fā)性排放控制，，開始實施低排放和零排放計劃書1.2汽油機機內凈化技術研究進程由上文可知，對汽車尾氣的排放控制一直是汽車污染治理的重點，其主要技術措施可分為源頭控制技術（機內凈化技術），例如對發(fā)動機空燃比的控制、可變氣門正時系統(tǒng)和排氣再循環(huán)技術等，這些技術措施是在發(fā)動機內部改善其排放性能，將污染物在其源頭即在發(fā)動機內的燃燒過程中消滅，多年來，機內凈化技術一直是汽油機尾氣排放污染物中的核心技術。目前來說，主要的機內凈化技術包括有：汽油噴射電控系統(tǒng)：發(fā)動機狀態(tài)經(jīng)由各類傳感器實時監(jiān)控，并通過微機的控制，使得發(fā)動機在任何工況中都能獲得最佳空燃比的可燃混合氣，通過對比傳統(tǒng)化油器發(fā)動機，它可大幅度降低燃油消耗率多達5%~15%，并提高發(fā)動機功率約10%左右，較為精確全面的控制汽車有害排放物，在越來越嚴格的排放法規(guī)下，現(xiàn)代汽車大部分都已使用電控汽油噴射系統(tǒng)起到降低有害氣體排放的目的，目前較為典型的的電控噴射系統(tǒng)有：L-Jetronic系統(tǒng)、Motronic系統(tǒng)[15]等。點火系統(tǒng)的控制：眾所周知，點火系統(tǒng)的任務是在恰到的時間提供足夠能量的電火花來點燃燃燒室內的可燃混合氣，其性能可以直接影響汽油機后續(xù)的燃燒過程，從而控制有害氣體的產(chǎn)生和排放[16]，為使汽油機能夠符合高效節(jié)能、排放低等要求，點火系統(tǒng)必須可靠、正時優(yōu)化，但因為傳統(tǒng)電子點火系統(tǒng)存在點火提前角控制不夠準確等問題，且導致其效率不夠高，從而使得污染排放物在機內的含量較為嚴重，所以，要采用新的受微機所控制的電控點火系統(tǒng)和無觸點點火系統(tǒng)，提高點火能量、校準點火時刻和對點火正時進行最優(yōu)調節(jié)以此來減少污染物排放。缸內直噴技術：近年來，缸內直噴技術成為了一個明顯的研究趨勢。因其將噴油器直接置于燃燒室內，汽油可直接噴入燃燒室，與從進氣門進入的空氣混合[17]，并通過相關的先進技術使其形成一種多層次的旋轉渦流，使得點火及其容易燃燒，但它仍然存有一些問題，例如在中小負荷工況下未燃HC的排放較多、因其工作方式與柴油機類似，存在著與柴油機一樣的問題——NOX排放較多和微粒排放較高，因此，之后的研究就是對其進行優(yōu)化調整，將劣勢降到最低。新型燃燒系統(tǒng)：通過開發(fā)新型燃燒系統(tǒng)，來使燃燒過程更為高效，污染物排放更加降低，提高中小負荷時的燃油經(jīng)濟性，日前，各個國家積極開發(fā)分層充氣及均質稀燃等燃燒系統(tǒng)，例如通過稀燃技術和缸內直噴技術結合的低排放燃燒系統(tǒng)，日本D-4稀燃系統(tǒng)就是其主要代表。分層燃燒室輔助稀燃燃燒的一項重要技術措施，其通過合理改善混合氣在缸內的不均衡分布，促使發(fā)動機正常工作，改善發(fā)動機排放性能[18]。廢氣再循環(huán)技術：目前研究表明，廢氣再循環(huán)技術是治理NOX排放最行之有效的措施，根據(jù)發(fā)動機的不同工況，將少量廢氣引入燃燒室，以此降低燃燒速度和溫度，間接地減少了NOX的含量，但在應用廢氣再循環(huán)（EGR）技術時，會使進氣溫度升高導致充氣效率大幅度減弱，影響燃油經(jīng)濟性，由于更加嚴格的法規(guī)，相應的改善措施也已提上日程。增壓技術：在汽油機中，燃料所提供的能量中有多達20%~50%被白白浪費，而增壓技術卻可以高效利用，使其轉化為壓縮空氣時的有效功，以及增加充入氣缸內的混合氣充量密度和增加每循環(huán)進入氣缸的新鮮空氣，從而達到改善排放性能的目的[14]。根據(jù)不同的增壓方式，可將其具體分為四類，即機械增壓、廢氣渦輪增壓、氣波增壓和復合增壓[19]，而由于廢氣渦輪增壓結構簡單、燃油經(jīng)濟性和排放性能良好，其在現(xiàn)代汽車上應用最為廣泛?？勺儦忾T正時技術（VVT）：是近幾年已被應用于現(xiàn)代汽車的一種新技術，其原理是通過調整最優(yōu)配氣相位，優(yōu)化進、排氣門的開啟和關閉的時間，提高進氣充入量，提高燃油經(jīng)濟性和排放性能，應用于多氣門會更加高效的發(fā)揮其優(yōu)點[20]，但會使得結構較為復雜，維修較為困難。1.3汽油機后處理凈化技術研究進程雖然之前的機內凈化技術有較大的作用，但隨著對發(fā)動機排放要求的愈加嚴苛，其所起效果有限，且改善發(fā)動機的難度、成本也越越大，因此，各公司均開始積極開發(fā)廢氣后處理技術，在不影響發(fā)動機性能的同時，在排氣系統(tǒng)中安裝各種排氣系統(tǒng)，降低廢氣的排放量。這些后處理技術包括有：三效催化技術：為符合排放標準，三效催化轉化器可謂是現(xiàn)代汽車的必備品，當汽車正常運行時，廢氣經(jīng)排氣管進入催化器，廢氣中的氮氧化物和一氧化碳等還原性氣體在催化作用下分解成氨氣和氧氣；而碳氧化物和一氧化碳可在催化作用下充分氧化，可生產(chǎn)二氧化碳和水蒸氣[21]，通過這種化學的方法能高效的凈化廢氣中的有害氣體而備受青睞，但其與發(fā)動機的匹配是一個非常重要的問題，只有高性能加高水平的催化器匹配技術才能適用于現(xiàn)在越來越注重節(jié)能環(huán)保的汽車了。稀燃催化技術：最被廣泛研究應用的是吸附還原催化技術，其工作原理大致為：當汽油機在稀燃（富氧）狀態(tài)下運轉時，汽油機排出的氮氧化物主要為NO，在其內所含貴金屬B（Pt）作用下轉化為NO2，且NO2在貴金屬B的催化劑作用下生產(chǎn)硝酸鹽，暫時儲存在稀燃催化轉化器中來達到吸附NOX的目的，而排氣中的HC和CO可被氧化成H20和CO2，并且隨著發(fā)動機進入濃燃狀態(tài)時，暫時存在稀燃催化器中的硝酸鹽會分解釋放出NO2與還原氣體CO、HC、H2等并與之反應，生成無害的N2、CO2和H2O[22]，因其工作環(huán)境和高效的凈化效率而在缸內直噴汽油機中得到大量應用。熱反應器：由于一氧化碳（CO）和碳氫化物（HC）在有足夠溫度和氧氣的情況下還可在排放過程中繼續(xù)反應生成無害氣體，因此通過將裝高溫的熱反應器安裝于排氣道使CO和HC繼續(xù)反應，從而降低有害氣體的排放，但因為其工作環(huán)境的因素，使得其零件的工作壽命非常短，這是目前其主要有待于解決的問題?？諝鈬娚洌河挚煞Q為二次噴射，顧名思義其通過將空氣噴射到排氣門的后端，使得尾氣中所包含的碳氫化合物和一氧化碳在空氣混合并進行充分反應，生成無害氣體[22]，以此來降低CO和HC的排放。1.4汽油的改善從根本上來說，汽車尾氣排放物都是因燃油在氣缸內燃燒所生成，因此污染物的組成和含量就與燃料的品質息息相關了，發(fā)動國家都經(jīng)歷了含鉛、無鉛和清潔汽油[23]三個階段，日本于1987年實現(xiàn)汽油無鉛化，美國1998年，歐盟2000年實現(xiàn)，而我國在汽油質量改善和提高的方面來說也是有顯著進步，我國于2003年全國執(zhí)行無鉛汽油[24]。由此我們可以看出，車用汽油的總體趨勢為環(huán)保型方向發(fā)展，而隨著國V、國VI標準對尾氣排放的