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汽车尾气排放的控制及治理

2020-12-15余红燕刘国平

汽车实用技术 2020年22期
关键词:治理方法汽车发动机

余红燕 刘国平

摘 要:文章分析了汽车发动机排放污染物形成的机理、危害,以及尾气排放的控制,传感器与闭环控制,废气再循环控制,活性碳罐蒸发污染控制等控制方法,最后提出了尾气治理的方法。

关键词:汽车发动机;尾气排放;治理方法

中图分类号:U461.99  文献标识码:A  文章编号:1671-7988(2020)22-211-03

Abstract: The paper Analyzes the formation mechanism and harms of the toxic emissions from gasoline engine, vehicle emission control was studied.The Sensor and closed loop control, Exhaust Gas Recirculation, Active carbon tank evaporation pollution control were researched. Finally, The method of exhaust treatment is proposed.

Keywords: Gasoline engine; Toxic emissions; Governance methods

CLC NO.: U461.99  Document Code: A  Article ID: 1671-7988(2020)22-211-03

引言

今年来,随着国家综合实力的不断提高,汽车保有量量迅猛增加随之而来的就是汽车尾气的污染问题,这一问题已经逐渐成为一个全球化的问题。汽车尾气不仅危害人们的生命健康,还对环境造成了严重的污染,因此研究尾气的控制和治理方法、降低汽车尾气危害势在必行。

1 尾气中主要污染物形成机理

1.1 一氧化碳(CO)的形成

一氧化碳是碳氢燃料在燃烧的过程中所产生出来的中间产物。以下是炭氢燃料反应过程[1]:

H2+CO→H2O+CO2

从汽油机角度来说,如果在空气充足的情况下(空燃比大于14.7或者过量空气系数大于l的情况下),理论上不会产生CO,但是在汽油机排气的实际运转中都存在着百分之0.02百分之到0.6的CO,这是因为在汽油机燃烧室内的有些地方存在着过量空气系数小于2的区域,另外一部分未燃碳氢HC化合物在排气的过程产生不完全的燃烧。这都会导致发动机尾气中产生CO。

1.2 氢化合物(HC)的形成

无论汽车发动机在何种工况下运行,排气的过程中总是会有一定数量的未完全燃烧碳氢化合物HC。他的成因主要是:

(1)气缸激冷面

可燃混合气燃烧是在火焰中进行传播的,当它传到缸壁时在0.06~0.6mm的那一层气体中时无法燃烧的,在1mm的细缝中也是不行的。

(2)燃料不完全燃烧

残余的气体过于稀释或者混合气过浓过稀,这些都会使火焰在传播的过程不够完全或者是中断如:怠速、小负荷、过度工况。

(3)气缸扫气过程

气缸在扫气的情况下,会导致某些可燃混合气不通过气缸而直接排放到了排气管中。碳氢化合物是燃料不完全燃烧的产物和部分被分解的产物,因此对可燃混合器燃烧产生阻碍的因素都是碳氢化合物形成的原因。

1.3 氮氧化物(NOx)的形成

NOx是指氮氧化物的总称。发动机排出的废气中各种氮氧化合物的含量是不一样的。其中一氧化氮(NO)的含量最高(约98%),二氧化氮(NO2)的含量相对一氧化氮少很对(约占2%)。燃气的温度和氧的浓度是影响氮氧化物形成的最主要因素。在温度很低的情况下是:N2+O2→2NO,也就是说形成的是一氧化氮。但是这一结构,与发动机测出来的数值不一樣,NO在其中形成的过程很慢,国际上常用的反应机理是捷尔杜维奇链反应机理。除了这两个因素,燃料处于高温状态下的时间也会对NO的形成产生很大的影响。

1.4 固体微粒(PM)的形成

固体微粒物主要是在柴油发动机中产生,与汽油机相比,柴油发动机所产生的微粒物要要高出20%到70%。固体微粒(PM)主要包括:炭烟、可溶性有机成分、硫酸盐等。柴油机炭烟的产生主要实在高负荷的情况下,当负荷降低以后,它的产生量也会降低。由于其他的固体颗粒物(可溶性有机成分、硫酸盐等)都在炭粒上吸收汇集,所以绝大部分情况下,炭烟所指的就是微粒[2]。

2 尾气中主要污染物的危害

2.1 一氧化碳的危害

一氧化碳最大的危害就是:它与血红蛋白的融合能力非常强(是氧的二十几倍)。一旦一氧化碳与血红蛋白白融合之后,就会产生碳氧血红蛋白,从而使血液向各个地方的输氧能力降低,造成人体感应,视力等不同程度的危害,严重的还会有生命危险[3-5]。

2.2 氮氧化物和碳氢化合物的危害

氮氧化物主要是一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2),这两种气体中二氧化氮(NO2)对人体的伤害比较大。其中对呼吸系统的影响极为明显。例如:如果环境中二氧化氮的含量达到9.5mg/m2(5PPm),即使身体健康人呼吸系统也会在两分钟内失调。

对于碳氢化合物:国际上对人的危害还不大清楚。但是碳氢化合物,在烈日的照射下,会生成光化学烟雾。这也会不同程度上影响人们的身体健康。

2.3 硫化物(二氧化硫等)、铅、苯(C6H6)

硫化物(二氧化硫等)、铅、苯等有害物会增加呼吸道疾病发病率,损害肺功能。二氧化硫还是酸雨产生的主要原因。

铅是一种微粒得状态,通过空气传播后进入到人的身体里面,吸入后集中在于肝、肾、脾、胆、脑中,肝和肾是最容易堆积的。数月后,会转移到骨骼,以另外一种形式堆积下来。当缺钙或感染伤口、外伤、大量饮酒、服用某些药物会导致酸碱平衡失调,铅便会转移到血液中,导致铅中毒的症状。严重的还会有肝脏损害,出现异常等症状。

3 尾气排放的控制

3.1 废气再循环控制(EGR)

为了最大限度的减少废气中的氮氧化物的含量我们常常采用废气再循环控制(EGR)系统。

3.1.1 普通电子式废气再循环(EGR)控制

EGR系统的主要元件是装于排气歧管上的数控式EGR阀。EGR系统的主要作用是:可以在不受进排气歧管的真空度影响情况下,独立自主并且准确的对再循环进入发动机的废气进行控制。

EGR阀通常在下列条件下开启:(1)发动机暖机运转;(2)转速超过怠速转速。

3.1.2 闭环控制式废气再循环系统

这种控制系统即涡轮增压系统。涡轮增压系统通过提高发动机的进气量,可以使发动机的功率和扭矩提高40%,甚至更高。这样就等同于提高了燃油经济性、同时降低尾气排放。

3.2 活性碳罐蒸发污染控制

为了节约燃油和环保汽车中常常会使用吸附作用很强的活性炭。发动机中安装活性碳罐后,油箱中多余的燃油蒸汽通过一根管子引入碳罐、不再排到大气中。汽车启动后,ECU控制碳罐中的电磁阀打开,多余的燃油蒸汽又被吸入进气歧管,这样不仅达到燃油经济性还起到环保的作用。

4 尾气的治理

4.1 改变汽车的交通条件

汽車尾气的排放量不仅与汽车的质量有关,而且与车速息息相关。研究表明,车辆行驶速度30公里/小时和60公里/小时的污染相差两倍。怠速行驶造成的污染问题是绝大部分国家最要先解决的。因此,减少尾气排放的最佳方法是展城市交通干线,减少汽车怠速时间;大力发展有轨交通,提高交通设施使用率,让车辆更好的通过,减少事故和拥挤程度,是汽车更节能,减少尾气的排放;并且还可以运用物流技术,合理的调度物流,降低车辆空车行驶的概率、减少运输的距离、车辆的出行,确保用最少的燃料做最多的事情。

4.2 改善现有动力装置和燃油质量

使用更好的发动机,改善燃烧室的结构框架、使用新能源来提升车辆的排放量。当前最有效率的方法是改善汽车动力装置,这种方法是最根本的途径,改变汽车的动力来源如电气代替燃料。此方法是最不会污染的一种方法。

4.3 采用机外净化技术

机外净化技术主要是将汽车尾气的毒物转换成无毒物质,再排放到大气中。来减少对大气的污染。最为广泛的两种方法如下:

(1)采用催化剂将一氧化碳(CO)氧化成二氧化碳(CO2),碳氢化合物氧化成二氧化碳和水,氮氧化河区被还原成为N2等。

(2)水洗:通过水箱,让车尾气中的碳烟粒子通过水洗和过滤及蒸气的冲洗,让碳粒的有毒物质去除。

4.4 制定相关法律,加强行政管理

(1)淘汰旧车,报废迎新

开发不污染环境的汽车,是以后汽车主要发展的方向。

(2)严格执行国家质量标准体系,控制燃油标准

质量不合格的燃油不能使用、不能出售。国家应该大力严查这件事,才能保证大气环境的干净。为了人民健康和环境的保护,国家还应制定相应的环境质量,污染物排放、污染物控制标准。

5 总结

本文分析了汽油发动机排放污染物形成的机理、危害,以及尾气排放的控制,传感器与闭环控制,废气再循环控制,活性碳罐蒸发污染控制等控制方法,最后提出了尾气治理的方法。

参考文献

[1] 蔡凤田.汽车排放污染物控制实用技术[M].人民交通出版社, 2005.5.

[2] 李岳林.交通运输环境污染与控制[M].机械工业出版社,2003.

[3] 张铁柱.汽车原理教程[M].北京:国际工业出版社,2004.

[4] 蔡兴旺.汽车构造与原理(上册发动机)[M].北京:北京机械工业出版社,2004.

[5] 田光钧,龚延成.汽油车使用因素对其排放性能的影响[J].汽车技术,2001,(1):33-35

[6] 顾柏良译.汽车工程手册(中文第Ⅱ版)[M].北京:北京理工大学出版社,2004.

[7] 魏庆耀.发动机与汽车理论[M].北京:人民交通出版社,1998:72-75.

[8] 翟梅,陈进富.汽车尾气污染防制技术[J].石油与天然气化工,2001, 30(3):153-156.

[9] 王赞松等.汽车燃油喷射系统原理与维修[M].北京:人民出版社, 1999:115-116.

[10] 张云丽,黎新华.减少汽车尾气污染[J].发展可持续交通,2000,26 (5):38-39.

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