汽车安全技术与环保技术创新

王鑫

【摘要】目前，我国汽车安全与环境污染状况严重，汽车尾气排放已经成为大气的主要污染源，因此积极推动汽车产业的安全与环保技术创新势在必行。本文主要介绍了汽车安全气囊新技术与降低汽车尾气污染的环保技术。

【关键词】安全气囊；环保；技术创新

前言

汽车前端一旦发生了强烈的碰撞，安全气囊就会瞬间从方向盘内“蹦”出来，垫在方向盘与驾驶者之间，防止驾驶者的头部和胸部撞击到方向盘或仪表板等硬物上。随着我国汽车产业的高速发展，汽车保有量的急剧增加，环境污染日趋严重，而且巨大的能源消耗和日益减少的石油资源也将成为最大的矛盾。

1.汽车安全气囊新技术

1.1 问题描述

目前，在正面碰撞事故中保护乘员安全的前部正面安全气囊技术已经相当成熟，但为了有效的保护侧面碰撞中乘员的安全，有必要开发并安装相应的侧面安全气囊。大多数汽车制造商都把气囊安装在座椅皮里面，這种安装方式的优点是安装方便并能有效的保护车内人员，但由此产生了一个难题：发生侧面碰撞时，气囊必须穿破座椅皮，才能张开而保护乘员的安全，但在平时，要求座椅皮有很好的强度，不易开裂。

运用TRIZ理论描述此问题：气囊可以自由穿出并张开，座椅皮对其没有阻碍。一件物品的缝合处往往是最薄弱的部位，因此，理想的方案是：在气囊从座椅皮的穿出处设置合理的连接缝，连接处结实地缝合在一起，但气囊张开时不受任何阻碍或者阻碍极小。

1.2 TRIZ理论解决方法

1）改进缝合设计，运用TRIZ理论中技术系统进化法则中的“提高柔性法则”，将缝合处的连接由固定的线改为扣连接，如把缝合处的座椅皮叠合在一起，以扣合力加以连接。在正常使用时，这类连接能够提供足够的张力，而在气囊张开时产生的向外的垂直作用力下叠合在一起的座椅皮又能够迅速脱离约束，不阻碍气囊的张开。

2）采取措施使张开时的能量集中在连接缝上，运用TRIZ理论的创新原理中的“逆向思维”，如果要使缝合区最薄弱，我们通常会把着眼点放在缝合方式上，而利用这一原理，我们可以通过使缝合区的强度弱化而达到使其最薄弱的目的，如在安全气囊的座椅皮穿出区域开孔，然后用其他织物连接在座椅皮的孔的边缘上，两片织物就像孔的两扇窗户一样，两织物之间也用缝合的方式连接，这样就能够使缝合区是最薄弱的。

3）降低连接缝的强度，发明原理：预先反作用原理，对缝合线预先进行处理，使其在受到气囊张开时的作用下能够容易的崩断。

4）改变座椅皮的附着方式，如果气囊在座椅皮内部张开，将可能导致 气囊不能穿出座椅皮而无法起到保护作用，因此应考虑将座椅皮与座椅更紧密连接在一起，将座椅皮和座椅内的填充物粘合在一起，从而改善座椅皮的附着方式。

2.汽车燃烧系统结构创新

2.1 优化发动机内部系统设置，降低尾气污染物含量

减少喷油提前角。减少喷油提前角，可降低发动机工作的最高温（1500摄氏度），使NOx的生成量减少。改善喷油器的质量，控制燃烧条件（燃比、燃烧温度、燃烧时间），可使燃料燃烧完全，从而可减少CO、CH的煤烟。调整喷油器的质量，可降低发动机的功率，使雾化的燃料有足够的氧气进行完全燃烧，从而也可以减少CO、CH和煤烟的生成。

2.2 设计循环系统，进行尾气再利用

1）正曲轴箱通气系统的设计

把从汽缸窜入曲轴箱的气体（主要是未燃体）再循环进入进气歧管，使其再次燃烧，改变了过去将其直接排入大气所造成的污染。

2）排气再循环设计

发动机排气口用控制阀与进气歧管相连接，使排出的气体经过再次循环，以降低氮氧化物的排放量。

3）蒸发排放控制系统的设计

将化油器浮子室中的汽油蒸发汽引入进气系统，而将油箱中的蒸发汽引入储存系统，可大大减少污染物的排放。

2.3 使用车用选择性催化还原排气后处理系统

车用选择性催化还原排气后处理（SCR）是通过尿素反应产生的氨再与汽车尾气进行反应的一种技术，是被认证为满足欧Ⅳ法规的综合排放控制系统。是一项控制柴油发动机排气中NOx 的技术。

3.催化剂在减少尾气上的应用

3.1 催化剂用贵金属的选择

选择用贵金属作为汽车尾气催化剂的原因主要有：

（1）由于催化剂容量很小，而废气的流量很大，这需要催化剂能在很短时间将污染物转化，只有贵金属能有如此高的活性；

（2）只有贵金属对废气中残留的硫氧化物有足够的抗毒性；

（3）贵金属最不易在高温下与Al，Ce，Zr等反应而失活。因此，最初的催化剂采用Pt和Rh的不同比例混合；后来，Pd被应用于三效催化剂中用于增强催化剂对氮氧化物的还原作用。

现在，三效催化剂中各金属的使用配比如Pt/Rh，Pt/Pd/Rh和Pd/Rh贵金属催化剂都有商业上的价值。

3.2 现代催化技术——化学反应和电子控制设备的结合

CO和CH的处理是在氧化条件下进行，而NO的处理则是在富余燃料的还原条件下进行的。一开始，这个矛盾是通过采用双反应床转化器来解决的。首先在还原条件下的第一个催化转换器中NOX被还原；在第一个催化剂后加入更多氧气，这样充足的氧气进入第二个催化转换器，在这里CO和CH被氧化处理。双反应床转化器远不是理想处理手段，因为低的空燃比大大影响了燃料的利用率，并且限制了发动机的使用范围。而且在低的空燃比造成的还原环境下可能是把NOX转换为NH3，而不是所期望的N2。这样在后续的氧化环境中，NH3又被转化为NOX，降低了尾气处理能力。

研究发现，将空燃比控制在合适的范围内，三种污染物都可以在一个催化反应器中有效地去除。这就需要电子控制系统对发动机中的气体反应环境进行实时控制。这项技术的基本思路是采用一种氧气含量传感器，传感器探测还原环境或者氧化环境并将信号传递给发动机电子控制系统。控制系统将信号反馈到燃料注射系统，从而决定加料的程度，这样可以将空燃比控制在合适的范围。此外，通过引入储氧材料也可以削弱空燃比在最佳点附近的摆动。

3.3 冷启动后短时间内催化剂效率提升

决定催化剂处理效果的关键是对冷启动后的很短时间内尾气处理的效果的好坏。通过采用不锈钢来代替传统的管材料可以减少尾气热量的散失。尽管这样可以使催化剂很快达到最佳催化温度，但这也意味着催化剂必须承受更高的温度。现在广泛采用的减少冷启动期间尾气排放的措施是减缓汽车发动机的运作，这样可以使尾气带来更多的热量。除了对汽车发动机和尾气排放系统的改进，人们通过改进催化剂的整体式布局，使点火行为得到了改善。通过开发新的薄壁和更大的比表面积的催化剂载体，使催化剂更快地达到使用温度并且有合适的面积使催化反应顺利进行。相应的，催化剂形式的改变也使得其点火性质得到改进，高含量的Pd催化剂正是这类催化剂的代表。目前解决冷启动问题的主要措施有紧密耦合催化剂、前置小体积催化剂、电加热和燃烧尾气等技术。

参考文献

[1]王国富.汽车发动机排放污染及净化[J].桂林航天工业学校学报，2000（3）.

[2]赵峰.TRIZ理论及应用教程[M].西北工业大学出版社，2010（8）.