汽車排放污染控制技術(shù)論文

　　隨著世界各國對汽車排放污染的法律法規(guī)越來越嚴(yán)格，汽車排放性能已作為汽車重要的綜合性能指標(biāo)之一。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的汽車排放污染控制技術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!

　　汽車排放污染控制技術(shù)論文篇一

　　淺析現(xiàn)代汽車排放控制技術(shù)

　　[摘 要]本文從降低燃油消耗和燃燒優(yōu)化、廢氣處理、排放監(jiān)測三個(gè)技術(shù)角度介紹現(xiàn)代汽車排放控制技術(shù),同時(shí)簡要闡述了各排放控制技術(shù)的原理、特點(diǎn)及影響因素。最后總結(jié)出現(xiàn)代汽車排放控制技術(shù)的發(fā)展方向。

　　[關(guān)鍵詞] 排放控制 燃油消耗 廢氣處理 排放監(jiān)測 發(fā)展方向

　　一、前言

　　保護(hù)環(huán)境與節(jié)約燃料已成為全球關(guān)注的重大事件,以發(fā)動機(jī)為動力的汽車是大氣污染的主要來源之一。排放的廢氣對大氣污染構(gòu)成嚴(yán)重影響,如CO2引起溫室效應(yīng);HC在陽光的作用下與NO進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng),形成一種毒性較大的光化學(xué)煙霧。因此汽車的廢氣排放控制受到各國政府、汽車制造商的進(jìn)一步重視。

　　二、汽車排放控制解決的問題

　　汽車運(yùn)行時(shí),廢氣排放主要由排氣管產(chǎn)生,包括CO、HC、CO2 、NOX 等氣體;對于柴油機(jī)而言,還包括顆粒物排放。CO、HC、CO2 等氣體含量較少且便于處理,廢氣排放控制主要解決汽車NOX和顆粒物的排放。故本文主要介紹由排氣管產(chǎn)生的NOX和顆粒物排放控制技術(shù)。

　　三、現(xiàn)代汽車排放控制技術(shù)

　　現(xiàn)代汽車廢氣排放控制策略從技術(shù)角度分為三大方面:降低燃油消耗和燃燒優(yōu)化、排放廢氣的處理和排放性能的監(jiān)測,其對應(yīng)技術(shù)如下所述。

　　1. 降低燃油消耗和燃燒優(yōu)化

　　降低燃油消耗和燃燒優(yōu)化可以降低汽車的使用費(fèi)用、減少國家對進(jìn)口石油的依賴、節(jié)省石油資源;同時(shí)降低了汽車的廢氣排放,其具體實(shí)現(xiàn)方法如下所述。

　　(1)汽車外型優(yōu)化,減輕車身質(zhì)量。汽車在行駛過程中,主要受到空氣阻力和滾動阻力,減小空氣阻力和滾動阻力可以有效降低燃油消耗。汽車外形優(yōu)化可以有效降低空氣阻力系數(shù)CD值,從而減小空氣阻力。減輕車身質(zhì)量則是減小滾動阻力的重要途徑。但隨著質(zhì)量的降低,汽車的安全性下降,因此需綜合考慮從而獲得最佳效果。

　　(2)發(fā)動機(jī)技術(shù)的發(fā)展。發(fā)動機(jī)的熱損失和機(jī)械損耗占燃油化學(xué)能的65%左右,故提高發(fā)動機(jī)效能對降低燃油消耗、減小廢氣排放有重要作用?，F(xiàn)階段發(fā)動機(jī)技術(shù)的發(fā)展如下:

　　第一,柴油機(jī)共軌式電控燃油噴射技術(shù)(CRFIS)

　　柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速很高,噴油器每次噴油時(shí)間很短,高壓油管內(nèi)各處壓力隨時(shí)間、位置不同而變化;當(dāng)噴油器針閥落座完成主噴后,高壓油管內(nèi)的壓力波動可能會引起“二次噴射”現(xiàn)象 ,造成噴油不均勻問題,增加了燃油消耗和廢氣排放。

　　針對上述問題,CRFIS對柴油機(jī)的噴油時(shí)刻和噴油過程進(jìn)行控制,其基本原理是:通過柴油機(jī)共軌直接或間接形成恒定高壓預(yù)噴射燃油,然后將其送至帶有高速電磁開關(guān)閥的對應(yīng)噴油器內(nèi),高速電磁開關(guān)閥的開啟、關(guān)閉實(shí)現(xiàn)噴油過程的開始、結(jié)束。ECU(電控單元)根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、輸出功率控制高速電磁開關(guān)閥的開閉和開啟時(shí)間,從而間接控制噴油時(shí)刻和噴油過程。

　　CRFIS的特點(diǎn):第一,CRFIS柴油機(jī)高壓油管內(nèi)噴射壓力的形成與噴射過程完全分開,噴射壓力大小與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān),避免了“二次噴射”現(xiàn)象;第二,CRFIS柴油機(jī)的每次噴射量由噴射壓力和高速電磁開關(guān)閥開啟時(shí)間決定,ECU精確控制噴射過程,解決了“噴油不均勻”問題。

　　第二,均質(zhì)充量壓縮燃燒技術(shù)(HCCI)

　　HCCI是將點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)和壓燃式內(nèi)燃機(jī)有機(jī)結(jié)合的一項(xiàng)技術(shù),可有效減小汽車碳煙和NOX排放。其基本原理是:HCCI發(fā)動機(jī)與傳統(tǒng)的點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)類似,將比例非常均勻的燃油和空氣進(jìn)行預(yù)先混合,然后注入氣缸內(nèi);傳統(tǒng)的點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)通過火花塞點(diǎn)燃混合氣,而HCCI發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火過程則與壓燃式內(nèi)燃機(jī)類似,通過活塞壓縮混合氣,使之溫度升高至一定溫度后自行點(diǎn)燃。

　　HCCI的特點(diǎn):第一,HCCI發(fā)動機(jī)無擴(kuò)散燃燒過程,避免氣缸內(nèi)形成局部高溫和濃混合氣,有效降低了碳煙和 的排放;第二,HCCI發(fā)動機(jī)保留了壓燃式內(nèi)燃機(jī)高熱效率的特點(diǎn),降低了燃油消耗和廢氣排放。

　　第三,渦輪增壓技術(shù)(Turbocharger)

　　渦輪增壓技術(shù)利用發(fā)動機(jī)排放廢氣的慣性力推動渦輪室內(nèi)的渦輪,渦輪帶動同軸的葉輪,旋轉(zhuǎn)的葉輪壓送經(jīng)過空氣濾清器的空氣,使其增壓并進(jìn)入氣缸。伴隨著空氣量增加,循環(huán)供油量相應(yīng)增加,達(dá)到了增加功率的目的。

　　其特點(diǎn):第一,在不增加發(fā)動機(jī)排量的基礎(chǔ)上,渦輪增壓技術(shù)可以增加發(fā)動機(jī)的輸出扭矩和功率;第二,渦輪增壓技術(shù)利用廢氣排放動能對新鮮空氣增壓,回收了部分能量,降低了燃油消耗和廢氣排放。

　　第四,燃料分層噴射技術(shù)(FSI)

　　FSI不像傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)那樣將燃油注入進(jìn)氣歧管,而是將燃油直接注入氣缸的技術(shù)。其基本原理是:FSI利用電子芯片計(jì)算分析并精確控制注入氣缸中的燃油噴射量,獲得具有理論空燃比的混合氣體,從而提高發(fā)動機(jī)的效率。

　　其特點(diǎn):第一,FSI發(fā)動機(jī)完成一次工作循環(huán)有兩次噴油過程,對應(yīng)的噴油時(shí)刻分別為吸氣沖程和壓縮沖程末端;第二,FSI根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的不同,有分層注油和均勻注油兩種注油模式,其對應(yīng)的發(fā)動機(jī)工況分別是低速、中速工況和高速高負(fù)荷工況;第三,FSI發(fā)動機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)相比,其動態(tài)響應(yīng)好,輸出扭矩和功率可以同時(shí)被提高,燃油消耗降低,廢氣排放減小。

　　(3)動力傳動系的優(yōu)化。傳動系的檔位增多,增加了選著合適檔位使發(fā)動機(jī)處于經(jīng)濟(jì)工作狀況的機(jī)會。按照這種思路,檔數(shù)無限的無級變速器在任何條件下都提供了使發(fā)動機(jī)在最經(jīng)濟(jì)工況下工作的可能性。若發(fā)動機(jī)能始終維持較高的機(jī)械效率,無級變速器將顯著地提高燃油經(jīng)濟(jì)性,減小廢氣排放。

　　2. 排放廢氣的處理

　　對排放的廢氣進(jìn)行后續(xù)處理屬于機(jī)外處理方法。其主要包括選擇性催化還原技術(shù)、廢氣再循環(huán)技術(shù)、顆粒過濾器和柴油機(jī)氧化催化器四項(xiàng)內(nèi)容。對應(yīng)具體內(nèi)容如下所述:

　　(1)選擇性催化還原技術(shù)(SCR)。SCR是一項(xiàng)處理廢氣中NOX的工藝。其基本原理是:NOX濃度傳感器檢測廢氣中NOX的濃度,ECU根據(jù)測量結(jié)果向廢氣中注入適量的氨、尿素等含氮化合物,兩者反應(yīng)生成N2和 H2O。其特點(diǎn):第一,ECU根據(jù)廢氣中NOX濃度控制氨、尿素等含氮化合物的注入量。若注入量過少,NOX不能處理完全;若注入量過多,未參加反應(yīng)的含氮化合物進(jìn)入空氣中污染空氣。因此SCR需要高靈敏度的NOX濃度傳感器和高精度的含氮化合物噴射裝置;第二,SCR對溫度較敏感,其還原效率易受燃油硫含量及廢氣中顆粒物含量的影響。

　　(2)廢氣再循環(huán)技術(shù)(EGR)。EGR是將少量排放廢氣送回氣缸,與未燃燒的混合氣再混合并進(jìn)行再次燃燒的技術(shù)。該技術(shù)可有效降低廢氣中 NOX含量,其原因如下:第一,EGR增加了混合氣體中H2O、CO2 等三原子分子的含量,混合氣的熱容量增大,燃燒過程中最高溫度降低,廢氣中NOX含量從而下降;第二,EGR對混合氣具有稀釋作用,混合氣中氧氣含量降低,減小了NOX生成的機(jī)會;第三,EGR使混合氣中惰性氣體含量增加,惰性氣體會延緩燃燒過程,燃燒室的壓力形成過程變慢,排放廢氣的NOX含量降低。

　　(3)顆粒過濾器(DPF)。對于柴油機(jī),使其顆粒物排放滿足排放法規(guī)的技術(shù)是DPF。DPF位于發(fā)動機(jī)廢氣排放管處,當(dāng)廢氣通過時(shí),DPF收集和存儲廢氣中顆粒物,從而降低顆粒物的含量。DPF關(guān)鍵技術(shù)是過濾材料和過濾體再生,其作用效率受顆粒物生成速率、廢氣排放溫度、燃油硫含量及排氣管道處背壓的影響。

　　(4)柴油機(jī)氧化催化器(DOC)。DOC以鉑(Pt)、鈀(Pd)等貴金屬為催化劑,使顆粒物中有機(jī)物SOF發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2和H2O,通過減小SOF含量達(dá)到降低廢氣中顆粒物含量的目的。其作用原理和三元催化轉(zhuǎn)換器催化氧化HC和CO原理類似。

　　3. 排放性能的監(jiān)測(OBD)

　　新車運(yùn)行時(shí),廢氣排放指標(biāo)一般符合要求。但在使用過程中,隨著車輛的老化和損壞,其排放指標(biāo)可能不再符合汽車排放要求。OBD從發(fā)動機(jī)運(yùn)行開始,便監(jiān)督與排放控制有關(guān)的零部件狀態(tài);一旦發(fā)動機(jī)廢氣排放超標(biāo),OBD便會在儀表盤中發(fā)出警示,提醒駕駛員做出相應(yīng)反應(yīng)。然而OBD系統(tǒng)并非對汽車的廢氣排放進(jìn)行實(shí)時(shí)測量,而是當(dāng)發(fā)動機(jī)失火、催化轉(zhuǎn)化器儲氧能力下降以及氧傳感器劣化后,通過監(jiān)測某些相關(guān)參數(shù)的變化,推測汽車排放將會超標(biāo),從而發(fā)出警告信號。

　　四、結(jié)論

　　節(jié)能、環(huán)保是當(dāng)今世界發(fā)展主題,對于現(xiàn)代汽車,降低燃油消耗、減少廢氣排放既是其順應(yīng)時(shí)代潮流的必須,也是其前進(jìn)發(fā)展的方向。汽油機(jī)具有廢氣排放量少、低熱效率的特點(diǎn),低熱效率是制約汽油機(jī)繼續(xù)發(fā)展的一個(gè)瓶頸;唯有提高熱效率,汽油機(jī)才能在激烈的競爭中處于不敗地位。與汽油機(jī)相比,柴油機(jī)具有較高的熱效率,但廢氣中顆粒物含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于汽油機(jī);在排放法規(guī)越來越嚴(yán)格的情況下,顆粒物排放無疑是阻礙柴油機(jī)大范圍推廣的主要因素。

　　因此,將汽油機(jī)和柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)完美結(jié)合,使發(fā)動機(jī)具有熱效率高且排放量少的技術(shù)必會得到社會的認(rèn)可和普及,同時(shí)也是現(xiàn)代汽車技術(shù)發(fā)展的方向。

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