《汽车尾气污染物检测方法探究》14000字（论文）

-PAGEIII-汽车尾气污染物检测方法研究摘要近年来，我国经济技术发展迅猛，人均生活水平有着阶段性进步，对汽车的需求量也在飞速增长，截止2016年6月，我国汽车保有量已经突破1.71亿，仅次与美国成为全球第二，然而在汽车保有量增加的同时，城市的空气污染等环境问题也日益突出[1]，例如京津冀最为严重的雾霾问题，尾气排放问题已是各大城市环境治理的主要问题之一。本文在第一章分析了现代汽车尾气排放污染物的危害、影响。第二章分析其影响因素。第三章和第四章介绍了汽、柴油车尾气排放控制技术以及两者之间的差别。最后一部分就目前愈加严格的排放标准，介绍市面上所用的较为广泛的排放方案和开发新能源汽车等措施以达到控制排放、减少对环境的污染！同时，通过不断增强行政管理，拟定更为科学全面的环保法规，由里及外地管控汽车尾气排放问题，以此来宏观调控汽车尾气污染物的排放量，缓解目前以及未来出现的环境问题。关键词：控制技术；环保；汽车尾气排放目录摘要 I1汽车排放污染物及其危害 11.1绪论 11.2汽车排放污染物种类及其来源 11.3汽车排放污染物产生机理 11.3.1一氧化碳 11.3.2碳氢化物 21.3.3氮氧化物 21.3.4微粒物 31.4汽车排放污染物对人体损害 31.5汽车排放污染物对环境的危害 42汽车排放污染物影响因素 42.1可燃混合气空燃比的影响 42.2点火提前角的影响 52.3发动机转速和负荷的影响 52.3.1转速的影响 52.3.2负荷的影响 62.4发动机温度的影响 62.5火花塞间隙及分电器触电的影响 62.6行车工况的影响 63汽油车排放污染物的控制及治理 73.1汽车排放控制技术的发展历程 73.2汽油机机内净化技术研究进程 83.3汽油机后处理净化技术研究进程 93.4汽油的改善 104柴油车排放污染物的控制和治理 114.1柴油机废气排放物与汽油机的区别 114.2柴油机排放控制技术技术发展历程 124.3柴油机机内净化技术研究进程 124.4柴油机后处理净化技术研究进程 144.5柴油的改善 145汽车排放污染物净化方案 155.1汽油车排放污染物的净化方案 155.2柴油车排放污染物的净化方案 155.3国内政策对汽车排放的控制 165.4未来新技术对排放的影响 17结论 19参考文献 20PAGE2–PAGE2–1汽车排放污染物及其危害1.1绪论自1886年第一辆车发明以来，各国的汽车保有量不断突破新高，汽车的发明，给人们的出行带来了方便，但是也带来了环境污染的问题，近20年的研究结果表明,汽车的排放污染物对环境影响不仅是局部的，许多影响还可以扩展到大气层中很远的距离及其他地区，并且存在时间非常长，严峻的环境问题使得各国纷纷投入大量的人力物力去解决其带来的隐患，目前，汽车的竞争可以说是环保技术的竞争，也是其科技技术水平的体现。本文通过分析汽车尾气排放物中的有害成分、探究其影响因素以及归类分析了当下最为实用的新型排放控制技术，从技术手段入手到国内政策对汽车排放问题进行一次探讨，通过本次研讨工作，可以为我国汽车排放控制技术提供新思路，并能促进国内环境的综合治理，促进汽车更趋于环保节能型发展。1.2汽车尾气排放污染物种类及其来源据分析表明，汽车尾气排放物其构成十分复杂，多达数百种，主要污染物包含有：一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOX）以及碳氢化物和微粒，除了这些主要污染物之外，还包括重金属污染物和硫氧化合物等。一般来说，排放的污染物主要来源是：一氧化碳（CO）：因可燃混合气于缸内燃烧不充分以及氧含量不足所产生的中间产物。二氧化碳（CO2）：燃烧充足的生成物。氮氧化物（NOX）：主要包含一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），其大部分由一氧化氮（NO）构成，是N2在燃烧高温下的产物。硫氧化物（SOX）：汽车燃烧产物中硫化物主要因为燃料中含硫物质的燃烧。微粒物（PM）：主要是在于内燃机燃烧过程中由于高温缺氧的条件下产生，排气微粒有三种来源：含铅汽油中的铅、有机微粒、源自汽油中的硫所生成的硫酸盐。重金属污染物：铅、锌、铜等。其主要来源为含铅汽油和润滑油的燃烧。1.3汽车排放污染物产生机理1.3.1一氧化碳（CO）一氧化碳（CO）是汽车排放物中主要污染物之一，也是最早被发现污染物之一，是含碳烃类燃烧不充分生成的中间产物[1]，主要原因是混合气太浓（过量系数小于1）会使混合气中氧气含量不足，燃料不能完全燃烧导致产生CO，在浓混合气燃烧条件下的平衡过程为：(1.1)由于发动机缸内温度很高，纵然在燃烧时有充足氧气的条件下[2]，但当缸内温度高于2001℃时，CO2也会产生高温离解反应，其平衡过程为：(1.2)1.3.2碳氢化物（HC）汽油车尾气中的HC主要源自于燃烧室，其主要途径有：由于多种原因导致的不完全燃烧所产生的HC；燃烧室壁面“火焰淬熄”作用形成HC；燃油系统中在高温条件下产生的燃油蒸汽；④曲轴箱里被流入的窜气里含有大量未燃燃料[3]，其中的排放物中也包括HC。1.3.3氮氧化物（NOX）NO是从O2中离解或者是因为N原子对O2作用生成的氧原子和氮分子引起了联锁反应而成[4]，NO的生成主要与燃烧温度和氧的浓度有关。(1.3)NO2浓度含量在汽油机排放所占极低，而在柴油机中却可占到总NOX的20%~35%，目前来说对NO2生成机理研究还不够深入，大体上均都视为NO在火焰区快速地转变为NO2，其反应机理为：(1.4)1.3.4微粒物（PM）微粒在汽油中的排放量极低，目前对微粒排放控制较好，因此，微粒物不是汽油机中的主要污染物，但是其在柴油机排放污染物中占有较大比例。柴油机排气中的微粒构成相当复杂，结构也较为独特，是以团状或链状存在，其组成与柴油机的运转工况有密切关系，特别是排气温度。当排气温度在500℃以上时，排气物微粒大致为众多碳质微球的聚合体，称之为烟粒（DS）；当排气温度不高于500℃时（柴油机运转大部分工况下），所产生的烟粒会吸附众多有机物。简单的来说，我们可将微粒排放形式分为白烟、蓝烟、黑烟，其中白烟通常于冷启动和怠速工况下产生，蓝烟通常是因柴油机没有充分预热或低温时产生，且篮烟中还窜有燃烧室中的润滑油的成分，黑烟又名碳烟，因烟中所含密度大、颗粒细微碳粒子而得名，通常在大负荷工况下产生，目前虽然对微粒的生产机理有许多基础研究，但还不够成熟，一般而言，均将其视为燃料在高温却氧的条件经过裂解脱氢以后的产物，也可说为是在扩散火焰中燃油浓度较高的燃烧区产生[5]。1.3汽车排放污染物对人体损害如前文所写，我们可知汽车尾气中的主要污染物，上述污染物大部分都对人体健康均有害处。一氧化碳（CO）的性质为无色无味有毒气体[6]，因其极易与血红蛋白作用，导致血液输氧能力严重减弱，心脑器官缺氧并发生头晕、萎靡等症状，严重时更可能导致窒息死亡。汽车尾气污染物中的碳氢化物（HC）种类繁多，其中含有对人体有害的物质也较多，例如苯、乙烯、甲醛等。苯在常温下可以形成苯蒸气，极易吸入人体造成急性轻度中毒，表现为头疼、乏力、咳嗽等症状，严重时更可是得呼吸中枢麻痹死亡；乙烯是一种无色、带有轻微臭味的气体，其主要是对眼睛和呼吸道粘膜产生刺激性作用；燃烧过程中所产生的NO气体只具有轻度刺激性，毒性微弱，且其能被氧化为NO2，而NO2是一种红棕色或深红色气体，对呼吸道有着非常强烈的刺激性，在被吸入人体后会与CO一样使得血液输氧能力减弱，损害心脏等器官。另外HC和NO2在大气环境中经太阳光照射后，会生成新的污染物－光化学烟雾，一种具有强烈刺激性的蓝色烟雾，对眼睛和上呼吸道粘膜有强烈影响，易造成眼睛红肿和喉炎，严重时可使得视力降低和导致上呼吸道恶化。微粒对人体的损害程度主要取决于其浓度和在大气中所滞留时间，可直接反应到人体心脏等器官，另外微粒的大小也对人体健康有一定影响。1.4汽车排放污染物对环境的危害随着汽车行业的发展，其带给人们巨大便利的同时，也带来了很多的问题，对人体健康和环境构成了巨大的威胁，甚至已被称为汽车公害，逐渐的引起大众的关注。这些污染物能对公共环境产生直接的负面影响，除了使城市中有害污染物增加外，还产生了各种化学烟雾，致使大气臭氧层严重破坏、温室效应和酸雨现象等产生[7]，目前，在各大城市最为明显的当属雾霾问题，其中汽车污染物就是其最主要因素之一，因此着重解决汽车排放污染物的问题是当下较为主要的事情了[8]。

2汽车排放污染物影响因素2.1可燃混合气空燃比的影响空燃比对于汽车尾气中有害成分的生成有着很密切的联系，例如CO、HC、NOX浓度就直接受空燃比的影响[9]。当空燃比在16：1之下时，随着空燃比的下降，可燃混合气的浓度增加，氧气含量会不足，燃烧不充分现象会较为严重，使得HC、CO排放增多，NOX排放减少；当空燃比高于16:1时，可燃混合气浓度稀薄且分布不均，在某些缺氧的区域仍然有稀少的CO生成；于此同时氧化反应的燃烧速度非常缓慢，气缸温度骤降，致使HC的排放量增多，NOX的排放减少；当空燃比为理论空燃比（14.7~16）：1时，燃烧充分，气缸内的最高燃烧温度可达2000℃以上，使得HC、CO的排放量大幅度减少，而NOX的排放浓度增大。2.2点火提前角的影响CO的生成几乎不受点火提前角的约束，但其对HC和NOX浓度有着直接作用，汽油机点火延迟角若能适当推迟，可降低缸内循环的最高压力和温度，并减少NOX的排放。且与此同时由于排放温度增加，HC在排气过程中可以继续燃烧，也能减少HC的排放，但是点火时间过迟就会使得燃烧速度过于缓慢而致使HC增多，并且会使发动机的动力下降[10]。柴油机的喷油提前角也对排放污染有着巨大作用，当喷油提前角减小时，循环最高温度减低，NOX含量降低；但过分推迟喷油提前角会导致燃烧不充分，使得烟度增大，NOX浓度升高，微粒排放增加。2.3发动机转速和负荷的影响2.3.1转速的影响在节气门开度一定时，汽油发动机中可燃混合气流经进气系统的速度和活塞的运动速度随转速的升高而增加，压缩过程的挤压作用增强并加快了火焰的传播速度，使得HC、CO排放浓度降低，而NOX排放增加。当转速升至最高转速的60~75%时，缸内燃烧温度达到最高，NOX排放量最多[11]。2.3.2负荷的影响据研究表明，负荷很难直接对HC、CO的排放有所影响，却对NOX和微粒的影响较大，柴油机中，NOX的排放量和负荷成正比关系，但是当负荷高于某一限值时，NOX的浓度反而减少，主要因为燃烧室中的氧含量减少导致燃烧恶化，这种情况一般发生在超负荷运转时；在高速小负荷时，当负荷与微粒排放呈反比关系，即负荷增加时，微粒的排放量降低，但在低速大负荷时，其排放量却又增长。2.4发动机温度的影响机体温度过低会导致可燃混合气雾化不良，使得其进入气缸后遇到冷壁发生冷凝现象，因此需要提供浓混合气，使得燃烧室中的氧气含量减少，CO、HC含量增加，但由于此时的温度较低，氮氧化物的生成减少；当发动机温度过高时，会使燃烧温度异常升高，致使氮氧化物和微粒物增加，甚至会产生爆震等现象，严重损害发动机寿命[12]。2.5活花塞间隙及分电器触点的影响通过研究可知，火花塞电极之间的间隙距离若大于最佳值，会导致HC排放量增加12%~15%左右[13]，若分电器触点的间隙有异常变化，均能直接影响到点火提前角，间隙变化0.1mm则会导致点火提前交偏离6°左右，且会导致HC排放量增加4.2%左右。2.6行车工况的影响在各种工况时，燃烧温度和过量空气系数的变化使得尾气中的有害生成物也不同，在起动工况下，由于温度较低，可燃混合气不能充分蒸发导致其浓度增加，CO和HC不能充分燃烧，使得其含量增多；在中低匀速时，实际空燃比接近理论空燃比，燃烧温度较高，空气含量充足，使得燃烧及其充分，CO和HC含量极低，但是NOX的排放增大；加速时，节气门开大，此时的实际空燃比极浓，CO、HC和NOX的排放量大量增加；在大负荷时，节气门完全打开，负荷增大导致CO和HC浓度大量增长，但NOX的浓度随之减少。

3汽油车排放污染物的控制及治理3.1汽车排放控制技术发展历程随着美国第一代排放法规的限定开始，国际各大公司越来越注重对汽车排放性能的改善，由表3.1可知[14]，从起初的仅对机内燃烧方式的微小改进，到逐渐的应用了一些机外净化技术，再到目前拥有较为系统的节能减排的技术措施可以看出，由于人们对环境问题的愈发重视，汽车排放性能的更优质改善将会是目前及未来的主打旋律，值得我们更为深刻的研究。表3.1汽油机排放技术措施发展历程年份技术措施1960-1968安装了控制燃烧系统降低空燃比，安装空气喷射反应器系统促进废气中的HC和CO的燃烧1969-1979安装变速器控制火花塞系统以延迟点火时间，首次应用废气再循环系统（EGR）以降低燃烧室温度，控制NOX排放1974-1979安装活性炭罐控制燃油蒸发，改进化油器，无触点点火，使用并改进催化剂，采用高能点火系统，开始由含铅汽油过渡为无铅汽油，安装各种催化转化器，安装燃油蒸发控制系统1980-1983反馈（闭环）系统，进一步改进化油器和催化剂，改进发动机，挥发性排放控制，大量采用电控汽油喷射技术和三效催化器1984-1993完善发动机技术，改善燃料成分和开发清洁燃料，电子控制更精确化，燃油喷射、催化剂和EGR的进一步改进，开发电控点火系统和新型燃烧系统1994至今进一步改进发动机、控制装置、供油和EGR，改善挥发性排放控制，，开始实施低排放和零排放计划书3.2汽油机机内净化技术研究进程由上文可知，对汽车尾气的排放控制一直是汽车污染治理的重点，其主要技术措施可分为源头控制技术（机内净化技术），例如对发动机空燃比的控制、可变气门正时系统和排气再循环技术等，这些技术措施是在发动机内部改善其排放性能，将污染物在其源头即在发动机内的燃烧过程中消灭，多年来，机内净化技术一直是汽油机尾气排放污染物中的核心技术。目前来说，主要的机内净化技术包括有：汽油喷射电控系统：发动机状态经由各类传感器实时监控，并通过微机的控制，使得发动机在任何工况中都能获得最佳空燃比的可燃混合气，通过对比传统化油器发动机，它可大幅度降低燃油消耗率多达5%~15%，并提高发动机功率约10%左右，较为精确全面的控制汽车有害排放物，在越来越严格的排放法规下，现代汽车大部分都已使用电控汽油喷射系统起到降低有害气体排放的目的，目前较为典型的的电控喷射系统有：L-Jetronic系统、Motronic系统[15]等。点火系统的控制：众所周知，点火系统的任务是在恰到的时间提供足够能量的电火花来点燃燃烧室内的可燃混合气，其性能可以直接影响汽油机后续的燃烧过程，从而控制有害气体的产生和排放[16]，为使汽油机能够符合高效节能、排放低等要求，点火系统必须可靠、正时优化，但因为传统电子点火系统存在点火提前角控制不够准确等问题，且导致其效率不够高，从而使得污染排放物在机内的含量较为严重，所以，要采用新的受微机所控制的电控点火系统和无触点点火系统，提高点火能量、校准点火时刻和对点火正时进行最优调节以此来减少污染物排放。缸内直喷技术：近年来，缸内直喷技术成为了一个明显的研究趋势。因其将喷油器直接置于燃烧室内，汽油可直接喷入燃烧室，与从进气门进入的空气混合[17]，并通过相关的先进技术使其形成一种多层次的旋转涡流，使得点火及其容易燃烧，但它仍然存有一些问题，例如在中小负荷工况下未燃HC的排放较多、因其工作方式与柴油机类似，存在着与柴油机一样的问题——NOX排放较多和微粒排放较高，因此，之后的研究就是对其进行优化调整，将劣势降到最低。新型燃烧系统：通过开发新型燃烧系统，来使燃烧过程更为高效，污染物排放更加降低，提高中小负荷时的燃油经济性，日前，各个国家积极开发分层充气及均质稀燃等燃烧系统，例如通过稀燃技术和缸内直喷技术结合的低排放燃烧系统，日本D-4稀燃系统就是其主要代表。分层燃烧室辅助稀燃燃烧的一项重要技术措施，其通过合理改善混合气在缸内的不均衡分布，促使发动机正常工作，改善发动机排放性能[18]。废气再循环技术：目前研究表明，废气再循环技术是治理NOX排放最行之有效的措施，根据发动机的不同工况，将少量废气引入燃烧室，以此降低燃烧速度和温度，间接地减少了NOX的含量，但在应用废气再循环（EGR）技术时，会使进气温度升高导致充气效率大幅度减弱，影响燃油经济性，由于更加严格的法规，相应的改善措施也已提上日程。增压技术：在汽油机中，燃料所提供的能量中有多达20%~50%被白白浪费，而增压技术却可以高效利用，使其转化为压缩空气时的有效功，以及增加充入气缸内的混合气充量密度和增加每循环进入气缸的新鲜空气，从而达到改善排放性能的目的[14]。根据不同的增压方式，可将其具体分为四类，即机械增压、废气涡轮增压、气波增压和复合增压[19]，而由于废气涡轮增压结构简单、燃油经济性和排放性能良好，其在现代汽车上应用最为广泛。可变气门正时技术（VVT）：是近几年已被应用于现代汽车的一种新技术，其原理是通过调整最优配气相位，优化进、排气门的开启和关闭的时间，提高进气充入量，提高燃油经济性和排放性能，应用于多气门会更加高效的发挥其优点[20]，但会使得结构较为复杂，维修较为困难。3.3汽油机后处理净化技术研究进程虽然之前的机内净化技术有较大的作用，但随着对发动机排放要求的愈加严苛，其所起效果有限，且改善发动机的难度、成本也越越大，因此，各公司均开始积极开发废气后处理技术，在不影响发动机性能的同时，在排气系统中安装各种排气系统，降低废气的排放量。这些后处理技术包括有：三效催化技术：为符合排放标准，三效催化转化器可谓是现代汽车的必备品，当汽车正常运行时，废气经排气管进入催化器，废气中的氮氧化物和一氧化碳等还原性气体在催化作用下分解成氨气和氧气；而碳氧化物和一氧化碳可在催化作用下充分氧化，可生产二氧化碳和水蒸气[21]，通过这种化学的方法能高效的净化废气中的有害气体而备受青睐，但其与发动机的匹配是一个非常重要的问题，只有高性能加高水平的催化器匹配技术才能适用于现在越来越注重节能环保的汽车了。稀燃催化技术：最被广泛研究应用的是吸附还原催化技术，其工作原理大致为：当汽油机在稀燃（富氧）状态下运转时，汽油机排出的氮氧化物主要为NO，在其内所含贵金属B（Pt）作用下转化为NO2，且NO2在贵金属B的催化剂作用下生产硝酸盐，暂时储存在稀燃催化转化器中来达到吸附NOX的目的，而排气中的HC和CO可被氧化成H20和CO2，并且随着发动机进入浓燃状态时，暂时存在稀燃催化器中的硝酸盐会分解释放出NO2与还原气体CO、HC、H2等并与之反应，生成无害的N2、CO2和H2O[22]，因其工作环境和高效的净化效率而在缸内直喷汽油机中得到大量应用。热反应器：由于一氧化碳（CO）和碳氢化物（HC）在有足够温度和氧气的情况下还可在排放过程中继续反应生成无害气体，因此通过将装高温的热反应器安装于排气道使CO和HC继续反应，从而降低有害气体的排放，但因为其工作环境的因素，使得其零件的工作寿命非常短，这是目前其主要有待于解决的问题。空气喷射：又可称为二次喷射，顾名思义其通过将空气喷射到排气门的后端，使得尾气中所包含的碳氢化合物和一氧化碳在空气混合并进行充分反应，生成无害气体[22]，以此来降低CO和HC的排放。3.4汽油的改善从根本上来说，汽车尾气排放物都是因燃油在气缸内燃烧所生成，因此污染物的组成和含量就与燃料的品质息息相关了，发动国家都经历了含铅、无铅和清洁汽油[23]三个阶段，日本于1987年实现汽油无铅化，美国1998年，欧盟2000年实现，而我国在汽油质量改善和提高的方面来说也是有显著进步，我国于2003年全国执行无铅汽油[24]。由此我们可以看出，车用汽油的总体趋势为环保型方向发展，而随着国V、国VI标准对尾气排放的要求愈加严格，对汽油的改善更是迫在眉睫，因此，对于低排放无铅汽油来说，必须严格限制铅的质量浓度，消除其对人体健康和对三效催化净化器中催化剂的损害作用；大幅度降低汽油中低烯烃含量，以降低排气的毒性和汽油机中的杂质沉淀物，并且对汽油的挥发性作出更加科学合理而又全面的规定，既能保证发动机运行的平顺性和良好的动力性，又不会引起污染物排放过多等问题。

4柴油车排放污染物的控制及治理4.1柴油机废气排放物与汽油机的区别表4.1排放物差异有害成分汽油机柴油机微粒（/）0.0050.15~0.35CO（%）0.1~60.05~0.5HC（）2000200~1000NOX（）2000~4000700~2000由上表可知，柴油机和汽油机产生的尾气排放物的种类十分相似，但由于柴油机和汽油机使用的燃料、燃烧过程以及燃烧方式都有很大差别，因此其污染物的排放量就有很大的不同了，而且因为柴油机尾气形成的微粒物和NOX的含量较多、危害性极大但其他污染物排放少的排放特点，加大了治理柴油机污染物排放的难度。4.2柴油机排放控制技术发展历程随着柴油机在汽车上应用的越来越广泛和排放性能的要求也逐渐的提高，柴油机的排放控制技术发展也与日俱进，如表4.2所示[25]，起初仅通过对燃烧室的优化到逐渐改变燃烧方式、增加电控单元再到出现了一些后处理技术，并进化到如今在对柴油机油排放有较为系统的控制方法外，还积极寻求更为环保的清洁燃料争取对其排放性能的最优改善，通过这些技术手段的不断更新，在满足排放法规的同时，给了人们更加多样化的购车选择和体验。年份技术措施1960-1978优化燃烧室设计，改进喷油规律，改进燃油分配、控制，采用增压中冷技术1979-1984改进发动机，采用部分电子控制，改进燃料组分和性质提高燃料品质，优化进排气系统，采用可变进气涡流、多气门技术1985-1993改进燃烧方式和过程，改进发动机电控系统，采用废气涡轮增压系统和直喷式燃烧系统，改变燃烧成分，部分采用后处理1994-2007改进发动机及燃油分配与控制系统，采用高压共轨喷射技术、电控燃油喷射技术，进一步改进燃烧方式，采用均质压燃技术（HCCI），完善微粒捕集器、选择性催化还原（SCR）和氧化催化（DOC）等后处理技术，开发生物柴油2008至今进一步改进发动机、电控装置、燃油分配系统，采用微粒氧化催化技术（POC），后处理复合净化系统，采用混合动力，开发清洁燃料表4.2发展历程4.3柴油机机内净化技术研究进程由前文可知，氮氧化物和微粒物是柴油机的主要排放污染物，而且在降低柴油机NOX排放和微粒排放之间总是具有看似难以解决的矛盾，一般能有效降低氮氧化物排放的技术都会让微粒物含量增加，而降低微粒物排放的技术也有很大几率会让氮氧化物的排放量增加[20]，即便这样，近些年来，柴油机的排放控制技术还是取得突破性进展，开发出了很多能降低污染物排放的复合措施，并且取得了很好的成效。因为柴油机可燃混合气形成及缸内燃烧过程与汽油机有较大差异，其机内净化技术方面都是围绕改进燃烧过程来进行的，所以通过对柴油机燃烧室的改造、喷射方式和燃烧系统的改进有着至关重要的作用，而对柴油机的电子控制、增压中冷和废气再循环等技术也起着关键的作用。燃烧室设计需要优化设计参数和开发新型燃烧方式，目前来说，燃烧室设计不同可分为直接喷射和间接喷射两种方式，而为了适应越加苛刻的排放法规，已在直喷式柴油机上推广使用了许多新型燃烧系统：(1)挤流扣式燃烧系统的燃烧室：因其底宽、口窄的形状会有强烈的缩口作用，可延长加速燃油和空气混合时间，在不影响发动机经济性的前提下，能适当的推迟喷油时间，有效降低NOX和微粒物的排放量。(2)非回转体型燃烧室系统的燃烧室：通过对其非圆形或方、圆形状及凹坑的形状设计，加速了油气混合速度，从而降低NOX和微粒物的排放。由表4.2可知，随着欧V等排放法规的愈加严格，传统柴油机的燃烧方式所造成的排放有害物浓度已不能满足这些严格的标准，众所周知，传统柴油主要采用扩散燃烧，因其所造成的混合气浓度和温度分布极其不均匀，导致扩散外焰的高温富氧区产生大量NOX，而内部缺氧区产生大量PM[26]，而均质压燃技术（HCCI）在结合传统柴油机和汽油机的优点，通过提高压缩比、使用废气再循环、增压中冷等措施提高缸内可燃混合气的温度和压力[26]，使得其达到自燃条件，这种新型燃烧系统本身所具有的均质、低温的燃烧过程可以同时解决NOX和微粒排放克制的问题[27]，但是在中小负荷时因为实现均质压燃技术的条件使得靠近缸壁侧的燃油燃烧不充分，使得HC和CO排放量大大增加，只能用其他的复合技术解决这些问题。而在柴油机的电子控制方面，目前应用较为广泛的是电控共轨燃油喷射系统，该系统由各种传感器实时监测出发动机的实际工况，并由ECU根据预先编程计算出最适合于各个运行工况下的喷油量、喷油规律等，从而使得发动机始终处于最佳的工作状态，有效减轻柴油机粗暴和降低排放。目前，增压技术是柴油机提高功率和改善排放的主要手段，绝大部分车用柴油机均使用废气涡轮增压，因其重量体积较轻，和由于所消耗的有效功为排气中回收的能量，故具有较高燃油经济性，还可以有效降低NOX排放和噪声污染。类似于汽油机，柴油机中也使用废气再循环系统，而且其基本原理都和汽油机的大致相同，通过对混合气成分的改变来影响发动机的动力性和排放性，但是柴油机在大负荷工况时会使HC和微粒增加，燃油消耗增大，故而往往可同时辅以增压技术、电控高压共轨燃油喷射技术等来减少其负面影响。4.4柴油机后处理净化技术研究进程即使经过各种严密的机内净化措施，但随着车用柴油机的更广泛的应用和排放标准的愈加严苛，尾气后处理技术将是排放控制的趋势，目前被认为最具有实用价值的后处理技术有：微粒捕集技术、氧化催化转化技术和NOX还原催化技术[28]。具体来说，因柴油机微粒和NOX排放间有着矛盾，在对比多种捕集微粒途径后，普遍认为对排气进行过滤捕集才是最为全面环保的技术，也就是微粒捕集法，因其能够在不大幅度影响NOX的排放下有效降低微粒排放而备受青睐，目前世界上发达国家安装微粒捕集器的柴油车已成为主要趋势，例如奥迪、奔驰和雷克萨斯等乘用车，但我国由于起步较晚，目前没有研制出自我品牌的微粒捕集器。为了应对将来更为严格的国V、国VI标准，我国还积极的研究等离子净化技术、静电分离技术、溶液清洗技术和离心分离技术等，但由于技术不成熟，还不能够适用于汽车上。柴油机所使用的氧化催化器中催化剂的成分跟汽油机的基本相同，可有效此时HC和CO发生催化反应，生成水和氧气等[25]，但因为柴油机排气温度比汽油机的低，微粒中的炭烟很难被氧化，所以柴油机中的氧化催化剂主要是通过转化微粒物（PM）中的可溶性有机组分（SOF），从而达到降低微粒排放量，但这种催化器也有很大的缺点，不能彻底去除微粒，且会大量产生对人体有害的硫化物，所以其只能够用于无硫或低硫柴油车，或者通过辅以其他技术来降低其副作用。减少NOX的排放是柴油机有害排放物治理的关键，因其燃烧室内浓氧燃烧使得废气中氧含量极高，较之汽油机来说，增大了净化NOX的难度，而目前最为通用的对NOX后处理净化技术为尿素选择催化还原技术，其原理是通过催化剂的作用，在一定温蒂下没使NH3优先与NOX反应，而不与O2反应，生成无害的N2和H2O，从而达到降低NOX排放的目的；另一种后处理净化技术为非选择性催化还原技术（NSCR），一般以碳氢类可燃气体为还原剂，优先与尾气中的NOX和O2发生反应，生成CO2和H2O等气体，达到减少NOX排放的目的。4.5柴油的改善目前我国没有专用的车用柴油，而且由表4.5可知，我国制定的柴油标准与发达国家相比并不严苛，十六烷值只有50，而发达国家是53，我国车用柴油必须符合未来节能环保的趋势，需对柴油的品质有较高要求，通过降低硫含量，控制密度范围和多环芳香烃含量以提高十六烷值，并积极开发精制工艺，降低硫含量的同时提高柴油的稳定性，加入有效的清洁剂，减少排放污染[29]。国家2012年2013年2014年2015年2016年美国5052464545日本5355565758英国5251515353中国4949505050表4.3车用柴油十六烷值趋势

5汽车排放污染物净化方案5.1汽油车排放污染物的净化方案汽车排放标准不同，其限制也不同，随着排放标准日渐严格，排放限量也逐渐降低，对汽车发动机机内净化和后处理净化技术的要求也愈加严格。进入21世纪以后，汽油车排气污染物的控制技术的发展重点是发动机工作参数的精确控制（如空燃比的控制、点火时间控制EGR等），新型高效催化器等，依旧是源头控制技术和后处理技术的进一步提高。目前为了符合国V的排放标准，通常采用多气门增压汽油发动机和能起到综合控制的管理系统以及三效催化转化器复合措施，并同时使用废气再循环和可变气门正时技术[15]，这是市面上较为广泛的排气方案。而在燃料供给方面，为了满足国IV标准排放限值，通常将缸内直喷稀薄燃烧汽油机—GDI发动机[30]作为高效的减排选择，如图5.1可知，其采用的净化技术（二段燃烧）即在压缩行程后期喷油，使其于膨胀行程前期进行稀薄燃烧，使得排气温度增加，一氧化碳与空气继续氧化，并促使催化剂提前工作，从而降低CO和HC的排放，并在燃烧过程中使用分层燃烧和大量EGR等技术来降低NOX的排放，而其低油耗的方式亦可增加燃油经济性，三菱汽车公司的缸内直喷汽油机排放控制措施是较为成熟且具有良好动力性和排放性能的方案。图5.1缸内直喷技术措施5.2柴油车排放污染物的净化方案由前文所介绍的汽油机与柴油机排放污染物的差异可知，柴油机排放污染物主要是控制NOX和微粒的排放量，而随着排放标准的日趋严格，其污染物限值也愈加降低，对微粒和NOX净化技术要求也越来越高。因此为了符合国V标准，对发动机燃烧进行优化（喷油时刻优化、高压喷射、多次喷射等）和进气系统（涡轮增压中冷等）的改进和废气再循环技术（例如内部EGR、外部EGR和冷却的EGR技术）等措施，例如低排放柴油机的较为广泛的技术方案为共轨燃油喷射技术进行燃烧过程的优化和喷射时刻控制，采用增压中冷增加进气量，采用EGR技术降低NOX排放。并且由于机内净化技术的效果未能完全满足严格的排放标准，因此，后处理技术也成为了柴油车尾气污染物的重要控制手段了，目前，为了满足更为严格的氮氧化物的排放限值，采用复合后处理技术能更为有效的减少柴油机排放，最常用的方式是选择性催化还原、微粒捕捉器、氧化催化转化器三种技术相结合，实现微粒物（PM）、NOX、CO和HC的同时净化，从这点可以观察出来，柴油机未来的发展趋势为结构更加复杂，控制难度更高，信号的监测和控制精度更加准确[31]。5.3国内政策对排放的控制我国首次于1983年发布国家汽车标准GB3842—1983至GB3847—1983[32]，并于1984年4月1日正式执行，随着汽车行业的进步，我国汽车排放标准也更加地科学和全面，最近这些年来我国制定和执行的相关标准的污染限值大致沿用了欧盟的标准，其污染的限制受到汽车基准质量的影响，而主要所测污染物为一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物。目前，全国范围内仍然遵循国IV标准，而我国北京市首先开始实施国V标准，但于2018年1月1日国V标准将全国通用。表5.2国V标准车辆类别基准质量(KG)CONOXHC+NOXPM汽油机柴油机汽油机柴油机柴油机柴油机第一类车全部1.000.500.060.180.230.005第二类车1级RM<13051.000.500.060.180.230.0052级1305<RM<17601.810.630.0750.2350.2950.0053级1760<RM2.270.740.0820.280.350.005车辆类别基准质量(KG)CONOXHC+NOXPM汽油机柴油机汽油机柴油机柴油机柴油机第一类车全部1.000.500.080.250.300.025第二类车1级RM<13051.000.500.080.250.300.0252级1305<RM<17601.810.630.100.330.390.043级1760<RM2.270.740.110.390.460.06表5.3国IV排放标准通过对比，我们可看出HC和NOX排放量限值将要有明显降低，体现了政府对汽车排放问题的重视，对汽车的排放性能的要求也越来越高，各大汽车公司应更加增大对相关技术的研究，以使汽车在硬条件上满足排放法规，但除此之外，政府部门还应从软实力入手，积极进行宣传，提高人们环保意识，强化车辆管理，限制用车数量，并积极开发新能源无污染电动汽车，争取能彻底避免排放问题。5.4未来新技术对排放的影响当下，各个国家越来越重视环保问题，都将其定为发展的关键要素，我国更是提出以人为本的发展理念，强调人与环境和谐相处，而汽车市场潜力极其巨大、经久不衰，但它本身所具有的排放污染问题又与未来发展格格不入，有鉴于此，各个国家和各大公司开始着力研究改善汽车排放问题，从研发新型清洁燃料和其他动力汽车等手段入手，有效改善汽车所带来的弊端。目前所被使用的清洁燃料有天然气、液化石油气，这些气体燃料在汽油柴油相比，混合气更均匀，燃烧效果更好，且积碳也较少，污染物排放量又能大大减少以及成本低廉等优点，使得其在公共交通设施上被大量使用，而一些其他清洁燃料例如醇类燃料和生物质燃料等因为技术手段不成熟和安全可靠性不达标，还没有被大量使用。我国一大部分一线城市的公共交通工具已经普及为混动汽车[31]，其在我们生活中也逐渐的扮演着不可或缺的角色，而另一些例如纯电动汽车也在一些乘用车上投入使用，例如比亚迪宋和北汽E150EV等，但因其续航里程短和成本较高等问题而没有被大量投入市场，其他新能源汽车技术例如生物乙醇汽车、太阳能车等研究远远不够深入，仅能作为未来研究的几大发展方向。

结论近些年，环境问题日益严重，京津冀等地的雾霾问题已向公众敲响了警钟，提醒着人们需要对其高度重视，众所周知，汽车市场的潜力及其旺盛、发展空间也非常的大，但汽车的排放问题也是促使城市环境污染的主要来源之一，因此，解决汽车有害气体的排放是当下治理环境的必要举措。本文通过查询资料具体分析了汽车主要污染物及其带来的危害后，并查询目前所使用的的排放标准和未来将要实施的排放标准，分类总结了汽车机内净化技术、汽车后处理净化技术及燃油品质的发展、各类技术的优缺点和它们对尾气排放控制的影响，并在提高技术手段的同时，通过号召政府的宏观调控管理，实施双管齐下的方法来减少汽车污染物的排放，达到无污染的绿地环境的目的。绿色、环保、节能是当今以及未来我国的主题，降低燃油消耗、减少甚至避免废气排放既是响应时代的号召，又是未来汽车的发展方向，在改善技术的同时，加强自我环保意识，全面综合地减少人为因素所带来的污染。

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