汽車排放汙染控制技術論文
隨著世界各國對汽車排放汙染的法律法規越來越嚴格，汽車排放效能已作為汽車重要的綜合性能指標之一。下面是小編整理的，希望你能從中得到感悟!
篇一
淺析現代汽車排放控制技術
[摘 要]本文從降低燃油消耗和燃燒優化、廢氣處理、排放監測三個技術角度介紹現代汽車排放控制技術,同時簡要闡述了各排放控制技術的原理、特點及影響因素。最後總結出現代汽車排放控制技術的發展方向。
[關鍵詞] 排放控制 燃油消耗 廢氣處理 排放監測 發展方向
一、前言
保護環境與節約燃料已成為全球關注的重大事件,以發動機為動力的汽車是大氣汙染的主要來源之一。排放的廢氣對大氣汙染構成嚴重影響,如CO2引起溫室效應;HC在陽光的作用下與NOX進行光化學反應,形成一種毒性較大的光化學煙霧。因此汽車的廢氣排放控制受到各國政府、汽車製造商的進一步重視。
二、汽車排放控制解決的問題
汽車執行時,廢氣排放主要由排氣管產生,包括CO、HC、CO2 、NOX 等氣體;對於柴油機而言,還包括顆粒物排放。CO、HC、CO2 等氣體含量較少且便於處理,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生的NOX和顆粒物排放控制技術。
三、現代汽車排放控制技術
現代汽車廢氣排放控制策略從技術角度分為三大方面:降低燃油消耗和燃燒優化、排放廢氣的處理和排放效能的監測,其對應技術如下所述。
1. 降低燃油消耗和燃燒優化
降低燃油消耗和燃燒優化可以降低汽車的使用費用、減少國家對進口石油的依賴、節省石油資源;同時降低了汽車的廢氣排放,其具體實現方法如下所述。
***1***汽車外型優化,減輕車身質量。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。汽車外形優化可以有效降低空氣阻力系數CD值,從而減小空氣阻力。減輕車身質量則是減小滾動阻力的重要途徑。但隨著質量的降低,汽車的安全性下降,因此需綜合考慮從而獲得最佳效果。
***2***發動機技術的發展。發動機的熱損失和機械損耗佔燃油化學能的65%左右,故提高發動機效能對降低燃油消耗、減小廢氣排放有重要作用。現階段發動機技術的發展如下:
第一,柴油機共軌式電控燃油噴射技術***CRFIS***
柴油機執行時轉速很高,噴油器每次噴油時間很短,高壓油管內各處壓力隨時間、位置不同而變化;當噴油器針閥落座完成主噴後,高壓油管內的壓力波動可能會引起“二次噴射”現象 ,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對柴油機的噴油時刻和噴油過程進行控制,其基本原理是:通過柴油機共軌直接或間接形成恆定高壓預噴射燃油,然後將其送至帶有高速電磁開關閥的對應噴油器內,高速電磁開關閥的開啟、關閉實現噴油過程的開始、結束。ECU***電控單元***根據發動機的轉速、輸出功率控制高速電磁開關閥的開閉和開啟時間,從而間接控制噴油時刻和噴油過程。
CRFIS的特點:第一,CRFIS柴油機高壓油管內噴射壓力的形成與噴射過程完全分開,噴射壓力大小與發動機轉速無關,避免了“二次噴射”現象;第二,CRFIS柴油機的每次噴射量由噴射壓力和高速電磁開關閥開啟時間決定,ECU精確控制噴射過程,解決了“噴油不均勻”問題。
第二,均質充量壓縮燃燒技術***HCCI***
HCCI是將點燃式內燃機和壓燃式內燃機有機結合的一項技術,可有效減小汽車碳煙和NOX排放。其基本原理是:HCCI發動機與傳統的點燃式內燃機類似,將比例非常均勻的燃油和空氣進行預先混合,然後注入氣缸內;傳統的點燃式內燃機通過火花塞點燃混合氣,而HCCI發動機的點火過程則與壓燃式內燃機類似,通過活塞壓縮混合氣,使之溫度升高至一定溫度後自行點燃。
HCCI的特點:第一,HCCI發動機無擴散燃燒過程,避免氣缸內形成區域性高溫和濃混合氣,有效降低了碳煙和 的排放;第二,HCCI發動機保留了壓燃式內燃機高熱效率的特點,降低了燃油消耗和廢氣排放。
第三,渦輪增壓技術***Turbocharger***
渦輪增壓技術利用發動機排放廢氣的慣性力推動渦輪室內的渦輪,渦輪帶動同軸的葉輪,旋轉的葉輪壓送經過空氣濾清器的空氣,使其增壓並進入氣缸。伴隨著空氣量增加,迴圈供油量相應增加,達到了增加功率的目的。
其特點:第一,在不增加發動機排量的基礎上,渦輪增壓技術可以增加發動機的輸出扭矩和功率;第二,渦輪增壓技術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***FSI***
FSI不像傳統發動機那樣將燃油注入進氣歧管,而是將燃油直接注入氣缸的技術。其基本原理是:FSI利用電子晶片計算分析並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,從而提高發動機的效率。
其特點:第一,FSI發動機完成一次工作迴圈有兩次噴油過程,對應的噴油時刻分別為吸氣衝程和壓縮衝程末端;第二,FSI根據發動機轉速和負荷的不同,有分層注油和均勻注油兩種注油模式,其對應的發動機工況分別是低速、中速工況和高速高負荷工況;第三,FSI發動機與傳統發動機相比,其動態響應好,輸出扭矩和功率可以同時被提高,燃油消耗降低,廢氣排放減小。
***3***動力傳動系的優化。傳動系的檔位增多,增加了選著合適檔位使發動機處於經濟工作狀況的機會。按照這種思路,檔數無限的無級變速器在任何條件下都提供了使發動機在最經濟工況下工作的可能性。若發動機能始終維持較高的機械效率,無級變速器將顯著地提高燃油經濟性,減小廢氣排放。
2. 排放廢氣的處理
對排放的廢氣進行後續處理屬於機外處理方法。其主要包括選擇性催化還原技術、廢氣再迴圈技術、顆粒過濾器和柴油機氧化催化器四項內容。對應具體內容如下所述:
***1***選擇性催化還原技術***SCR***。SCR是一項處理廢氣中NOX的工藝。其基本原理是:NOX濃度感測器檢測廢氣中NOX的濃度,ECU根據測量結果向廢氣中注入適量的氨、尿素等含氮化合物,兩者反應生成N2和 H2O。其特點:第一,ECU根據廢氣中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,未參加反應的含氮化合物進入空氣中汙染空氣。因此SCR需要高靈敏度的NOX濃度感測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***廢氣再迴圈技術***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並進行再次燃燒的技術。該技術可有效降低廢氣中 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***。對於柴油機,使其顆粒物排放滿足排放法規的技術是DPF。DPF位於發動機廢氣排放管處,當廢氣通過時,DPF收集和儲存廢氣中顆粒物,從而降低顆粒物的含量。DPF關鍵技術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,使顆粒物中有機物SOF發生氧化反應生成CO2和H2O,通過減小SOF含量達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換器催化氧化HC和CO原理類似。
3. 排放效能的監測***OBD***
新車執行時,廢氣排放指標一般符合要求。但在使用過程中,隨著車輛的老化和損壞,其排放指標可能不再符合汽車排放要求。OBD從發動機執行開始,便監督與排放控制有關的零部件狀態;一旦發動機廢氣排放超標,OBD便會在儀表盤中發出警示,提醒駕駛員做出相應反應。然而OBD系統並非對汽車的廢氣排放進行實時測量,而是當發動機失火、催化轉化器儲氧能力下降以及氧感測器劣化後,通過監測某些相關引數的變化,推測汽車排放將會超標,從而發出警告訊號。
四、結論
節能、環保是當今世界發展主題,對於現代汽車,降低燃油消耗、減少廢氣排放既是其順應時代潮流的必須,也是其前進發展的方向。汽油機具有廢氣排放量少、低熱效率的特點,低熱效率是制約汽油機繼續發展的一個瓶頸;唯有提高熱效率,汽油機才能在激烈的競爭中處於不敗地位。與汽油機相比,柴油機具有較高的熱效率,但廢氣中顆粒物含量遠遠高於汽油機;在排放法規越來越嚴格的情況下,顆粒物排放無疑是阻礙柴油機大範圍推廣的主要因素。
因此,將汽油機和柴油機的優點完美結合,使發動機具有熱效率高且排放量少的技術必會得到社會的認可和普及,同時也是現代汽車技術發展的方向。
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