汽油机排放控制研究

汽油机排放控制研究摘要：汽车是当今社会的一种必不可少的重要交通工具，因汽油机具有转速高、结构简单、质量轻以及造价低廉等优点，它被大量用于汽车上，特别是在小型汽车上。而在评估汽油机的各方面性能时，其排放情况是其中一项重要的参考指标，同时排放也是目前汽车行业的生命线，而本文将会对国内外的汽油机排放情况进行介绍并比较，同时给出车用汽油机一些常用的排放控制技术的阐述，并对各项技术的优缺点及其应用前景进行分析，最后将会对后面的排放控制技术的发展给出建议。关键词：汽油机；排放控制；环境污染；机外净化；机内净化；机前净化；新能源汽车；1前言1876年，德国人奥托研制出世界上第一台以煤气作为燃料的内燃机，而在1886年，同是德国人的卡尔本茨发明了世界上第一辆汽车，他采用的是在奥托发动机基础上改进的火花点火汽油机，而随着这开始，汽油机和汽车行业不断的取得进步和发展，并成为人类社会生产生活过程中不可或缺的工具，但是随着1996年美国加州颁布了世界上第一个汽车排放法规，排放问题成为了关系到汽车和汽油机生死的重要问题[1]。现如今，汽车与人们的生活的联系更为紧密，但是随着环境问题，如温室效应、大气污染等已经对人们生命安全形成威胁，相关的研究又表明，汽车尾气的排放是温室效应和大气污染的重要原因之一，因而环境问题同样对汽油机排放控制提出了严峻的考验，同时这一切也表明控制汽车排放已经到了刻不容缓的地步。2国内汽油机排放现状随着我国经济社会不断的向前发展，人民生活水平不断提高，我国的汽车保有量急剧增加，但随之而来的是汽车尾气排放对环境造成的污染也越来越重，在我国的中大型城市中，汽车排放逐渐成为环境污染的主要源头，例如，北京出现的雾霾的污染天气，其中一个最为重要的原因是北京这座城市中的汽车数量太多，尾气控制成为老大难问题，这一系列情况表明：控制汽油机也就是汽车的尾气排放是关系我国社会健康发展的重要问题和重大难题。我国汽车也既是汽油机的排放之所以处在这么严峻的情形，主要原因有一下几点：（1），汽车排放性能差，汽车保养以及淘汰制度不严格；（2），汽车保有量增加过快，尤其是在城市中；（3），我国汽油机燃油能耗标准落后；（4），广大群众对汽车尾气排放危害的意识淡薄。面对这一系列的问题，通过政府以及各个部门机构的不断努力，通过立法以及出台一些相关的政策制度，同时加强对汽车行业的监管力度，进而在汽车尾气的排放控制也取得了一些可喜的成就，例如，从广州的一项基于多年排放清单对车辆排放控制的研究中可以看到，从2005年到2009年，一氧化碳、THC和PM10的平均排放因子估计减少了30—40%，但是从这份研究中还发现，氮化物的平均排放因子仅仅减少了不到10%[2]。从这份数据中不难看出，我国在排放控制方面取得了很大的进步，但是同时还面临着很严峻的挑战，因而需要我们不断的改进技术，改进生产。3国外汽油机排放控制状况以发达国家为例，由于发达国家经济发达，人均生活水平很高，因而其汽车的总量很高，这本身就使其排放控制的难度变得很大，因而，从很早的时候，发达国家就已经开始关注汽油机排放控制方面的问题，他们通过排放法律法规的建立，以法律的强制手段来控制排放问题，例如，在1990年，美国制订了最严格的排放法规，而后，又相继出台了一系列的法律法规来控制排放，而欧盟从1993年开始，积极强化汽车排放法规，这一系列的措施使得其排放控制取得很大的发展，同时通过不断的改善汽油发动机的生产加工技术，改善其原油处理技术，使得其在汽油机排放方面处于世界领先行列。与发达国家相比，我们国家在汽油机排放控制方面存在许多的不足，尤其是在汽油发动机生产加工技术方面，这就需要我们不断的努力，不断的改善提高技术，而且同时还需要根据具体的实际情况，指定相应的法律法规政策，使得我们汽油机的排放技术能走在世界前列。4汽油机排放控制技术现状为满足日益严格的排放法规的需求，减少排放尾气的环境的危害，各类车用汽油机废气排放控制技术和控制方法迅速发展。下面将会从常用的机前净化技术、机内净化技术以及机外处理技术进行分析，并对未来发展趋势进行阐述。4.1机前净化技术车用汽油机的有害排放物CO、HC、NO、PM等，对人类和大气环境造成了极大的危害。随着汽车保有量的不断增长，汽车废气排放对大气的污染程度日益严重，世界各国纷纷制定汽车排放法规，以限制汽车废气对环境的污染。为减却循环，会增加冷却系统和温度控制系统的复杂性。4.3机外净化技术在改进发动机本身设计及优化其运行参数来降低污染物的排放，难度越来越大。需要兼顾发动机动力性、经济性、排放性等要求的发动机结构越来越复杂，成本急剧上升[8]。下文中将会对三元催化转换器、二次空气喷射系统以及闭式曲轴箱强制通风系统进行分析介绍。4.3.1三元催化转换器三元催化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NO等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NO三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳；NO还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。三元催化器性能稳定、质量可靠、寿命长，经过研究证明，三元催化器是减少这些排放物的最有效的方法。但是三元催化转换器在一些情况下很容易失效，如在高温、慢性中毒、表面积碳以及排气恶化，所以三元催化转换器需要较为专业和细致的保养[9]。4.3.2二次空气喷射技术以减少废气排放为目的，二次空气喷射技术被广泛地应用在发动机上，通常有空气泵式和脉冲式两种。该技术是将新鲜空气送入发动机排气管内，使废气中的HC、CO进一步氧化为H2O、CO2。因此二次空气喷射系统也常被称为补燃系统或后燃系统。自从世界上第一个车辆排气污染控制标准实施以来，二次空气喷射系统已经被广泛地应用在汽车上，它实际上就是一种尾气排放控制实用技术，用以减少排气中的HC和CO的排放量。目前所用的二次空气供给方法有空气泵系统和脉冲空气系统两种方式[10]。其中空气泵系统是使用空气泵使新鲜空气进入排气系统，其有一个缺点，空气泵由发动机驱动，会消耗一部分发动机功率。而脉冲空气系统是利用排气压力的脉冲江新鲜空气吸入排气系统。其虽然不需要使用动力源，减小了发动机输出功率的消耗，但是成本较高，控制较为复杂。4.3.3闭式曲轴箱强制通风系统曲轴箱通风系统主要结构形式分为开式及闭式两种。分离后的气体直接排入大气称为开式曲轴箱通风系统，其优点是结构简单、成本低，但是很致命的缺陷是它会对环境造成很大的污染。分离后的气体进入进气系统重新参加燃烧称为闭式曲轴箱通风系统，其优点是能实现曲轴箱污染物零排放、但结构复杂、成本高，如果曲轴箱通风系统与整机不匹配，导致机油消耗量增加（活塞、喷油器及火花塞积碳，严重时造成发动机爆震)，增压器、中冷器性能都会不同程度下降[11]。5结论发动机排放污染物的净化往往在降低HC、CO与降低氮化物的排放量上相互矛盾，无法兼顾。同时，废气处理净化装置也常与发动机的动力性、经济性指标发生冲突。因此，对发动机排放物控制的技术综合优化的关键是将性能达到最佳折中。同时还应在日常的车辆使用中养成良好的驾驶习惯，并对发动机做好维护保养，使发动机保持在最佳的工作状态，从根本上预防、减少有害排放物的生成。而近些年，为了解决汽车排放带来的一系列的环境问题，同时也是为了促进汽车行业不断的向前发展，近些年，新能源汽车取得了长足的发展，所谓的新能源汽车是指使用除了汽油和柴油常规燃料以外的其他车用燃料来作为动力来的汽车，或是使用常规车用燃料，可是运用新式的车载动力装置的汽车，综合车辆动力控制和驱动等先进技术，具有全新的结构、采用不同于传统技术的汽车。新能源汽车主要包含以下种类：燃气汽车、纯电动车、燃料电池电动汽车、混合动力汽车、太阳能汽车、二甲醚汽车、生物燃料汽车等等。人类的所有产品的使用，应该是以不牺牲人类的其他利益为代价，而且能够重复使用的。所以这一项技术会给人类社会出现的能源危机带来解决的希望，同时这个也是未来发展的趋势，但是，其中目前还存在着许多技术或者是设计上的问题，需要一批批人去解决。参考文献[1]王建昕.汽车节能于排放控制技术进步及其对润滑油的要求[J].润滑油，2007（2）：1-5.[2]shaojunZhang,YeWU.HistoricalevaluationofvehicleemissioncontrolinGuangZhoubasedonamulti-yearemissioninventory[J].AtmosphericEnvironment,2013(9):32-42.[3]孙潇，邴桂斌.车用汽油机排放控制技术研究[J].科技信息，2012（1）：15-17.[4]李士雨，司瑞，齐向娟.乙醇汽油中添加剂及最佳乙醇比例的研究[J].炼油与化工，2009（9）：8-10.[5]张奇，徐国强.小排量汽油机电控燃油喷射系统技术[J].小型内燃机与摩托车，2011（4）：20-21.[6]郑胜敏.汽油机稀薄燃烧技术发展分析[J].城市车辆，2007（6）：15-17.[7]张齐斌.发动机废气再循环净化系统分析[J].铜业工程，2008（12）：12-13.[