汽车突然加速状态下减少NOX排放量的措施分析

宋 华，赵凤伟，杨婉婷，孙 皓

（齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

在当前，汽车已经成为人类不可缺少的交通工具之一，但是，在汽车产业高速发展、汽车产量和保有量不断增加的同时，汽车也带来了大气污染，即汽车尾气污染。在中国大中型城市，汽车尾气排放已成为主要的大气污染源。有资料表明，上海市的汽车总量只相当于日本东京的1/12，但空气中主要由汽车排放的CO、HC和NOX的总量却基本相同。汽车尾气中含有 CO、HC、NOX、SO2、铅、碳微粒和其他杂质粉尘等，这些物质对人类和整个生态环境危害极大，其中CO、HC、NOX、及微粒是主要的有害排放物。一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气快250倍，即使微量吸入一氧化碳，也可能给人造成可怕的缺氧性伤害，导致生命危险。氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮，它们都是对人体有害的气体，特别是对呼吸系统有危害。在二氧化氮浓度为9.4mg/m3的空气中暴露10min，即可造成人的呼吸系统功能失调。再有氮氧化物还可以与碳氢化合物在太阳紫外线的作用下，产生一种具有刺激性的浅蓝色烟雾，这种光化学烟雾会刺激眼睛和上呼吸道黏膜，引起眼睛红肿和喉炎。由此可以看出NOX在环境污染中所占的比重。中国的汽车用量会随着经济的发展和社会需要迅速增加。由此可见，减少汽车尾气排放物的紧迫性。

1 TRIZ理论的基本思想

“TRIZ”一词是俄文“发明问题解决理论”的首字母缩写，英文名称为Theory of Inventive Problem Solving。自从1946年以来，以G.S.Altschuller为首的专家，经过对250万份专利文献的研究发现，一切技术问题在解决过程中都有一定的模式可循，可对大量好的专利进行分析并将其解决问题的模式抽取出来，经多年搜集、分析、比较和归纳，建立的一整套体系化的、实用的发明问题解决方法，这就是所谓的TRIZ法理论。它的核心思想主要体现在3个方面：①无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式；②各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力；③技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。

2 汽车尾气中NOX的分析

（1）汽车尾气中NOX的产生。NOX是发动机在一定负荷下大量产生的一种褐色的、有刺激性气味的废气。它的主要成份是NO、NO2等气体，由排气管排出。NOX产生的条件是高温（1000℃以上）、高压、多余的氧，这三个条件缺少任何一个都不会产生氮氧化物。在汽车发动机中供给略稀的混合气（空燃比≥15.5）时会增大NOX的排放量。汽油机排出的NOX中，NO占99%，而柴油机排出的NOX中NO2比例稍大。

（2）汽车尾气中NOX的危害。①发动机废气刚一排出时，气体内存在的NO毒性较小，但容易被氧化成毒性较大的NO2等其他氮氧化合物。NOX进入肺泡后能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生剧烈的刺激作用；②NOX与HC在紫外线的作用下发生化学反应，形成有毒的光化学烟雾。当光化学烟雾中的光化学氧化剂达到一定浓度时，就会具有明显的刺激性，引起流泪并导致红眼症，同时对鼻、咽、喉等器官均有刺激作用，能引起急性喘息症，可以使人呼吸困难、眼红喉痛、头脑晕沉，造成中毒；③光化学烟雾还具有损害植物、降低大气能见度、损坏橡胶制品等危害。

3 加速状态下NOX的排放分析

在NOX产生的条件中高温（1000℃以上）、高压、多余的氧均是发动机工作过程必备的条件，所有正常情况下，只要发动机有负荷就会产生一定量的NOX，只是有量多量少之分。那么，在汽车突然加速状态下，负荷增大，油耗加大，尾气的排放量增加，NOX排放量增加。在现有汽车上普遍采用的是废弃再循环系统，来降低这些有害气体的排放，它的原理是使少部分废气进入气缸参与混合气的燃烧，降低了燃烧时气缸中的温度，因NOX是在高温富氧的条件下生成的，故抑制了NOX的生成，从而降低了废气中的NOX的含量。但是，过度的废气参与再循环，将会影响混合气的着火、性能，从而影响发动机的动力性。形成了动力性与环境保护之间的矛盾，所以，降低汽油汽车突然加速状态下尾气中NOX气体排放，是人们要解决的重点问题。

4 解决的措施

（1）增设1个结构简单，不占用很大空间，又不用改变汽车排气系统结构的辅助排气系统，能够在汽油汽车突然加速时，降低汽车尾气中NOX的排放。

（2）把一个物体分成相互独立的部分 ，在排气管和废气再循环系统中连接一条管子。（3）使物体变为多孔性或加入多孔性的物体这一方法 ，在排气管中加入三元催化剂。

（4）设计阀门，由外部进行控制，正常行驶时1打开，2关闭，突然加速时，2打开，1关闭，使气体通过有三元催化剂的排气管。

（5）用灵活的或薄膜表面代替通常结构，将三元催化剂制成薄膜内服在排气管内壁上。

（6）把一个物体分成相互独立的部分，分两个排气管，正常走1个，加速时走另1个装有三元催化剂的排气管。

（7）采用空间分离，在排气管内分层，将三元催化剂制成薄膜内服在排气管内壁上。

5 结语

随着汽车工业的高速发展，汽车已经成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。但与此同时，汽车尾气排放也成为城市空气污染的重要来源。对车辆排放的限制，已成为政治、经济、决策的一个焦点。改善发动机燃烧状况，降低油耗，减少污染物排放，或是开发清洁能源汽车，已经成为现代汽车工业的发展趋势。文章依据TRIZ理论的基本原理，对汽车排放系统提出了改进措施，旨在既可以节省空间、易于实现、造价低又可以达到节能环保的目的。