降低汽车发动机排放的技术浅谈

吴茂军　李锡坤

摘 要：汽车尾气排放不但对人类生存的环境造成直接污染，而且间接危害人类的健康。随着经济的发展，汽车的数量越来越多，汽车排放造成的环境问题也越来越严峻，对汽车排放进行有效的控制并减少汽车排放已经成为当今社会的一个主攻方向。本文在分析了汽车尾气排放对环境和人类健康造成的危害的基础，介绍了几种降低汽车发动机排放的技术，对汽车发动机节能减排的技术研发具有一定的参考价值。

关键词：汽车；发动机；排放污染；技术

1 引言

随着经济社会，科学技术的不断进步，汽车工业的发展越来越快。汽车给人类的出行带来了越来越多的便利，于此同时，汽车的普遍使用也给人类生存的环境和人类的健康造成了严重危害。有关研究表明，城市中超过一半的重要空气污染物都是由汽车尾气排放造成的。由于大量汽车废气的排放，人类的生命健康，生存环境正面临着重大威胁，汽车就是主要的罪魁祸首。因此，降低汽车发动机排放的技术研发和推行工作迫在眉睫。

2 汽车排放的危害

虽然在近几十年来，汽车排放的控制技术有了一定程度的进展，汽车技术研发者们也开始关注节约能源，利用新型能源，利用清洁能源，设计电动汽车、混合动力车和电池车等新型汽车，然而燃油汽车仍然是当下汽车类型中的主力军，进一步改进汽车发动机的性能，尾气净化性能依然是当前汽车研发人员的主要课题。各国也都设定了未来很长一段时间内的燃油耗标准[1]。

由于当下汽车主要是以燃油作为主要的动力能源，燃油可以完全燃烧的时候，有害气体排放少，对环境的污染也小；但当燃油不能完全燃烧的时候，它进入发动机气缸就会和空气进行短时间的混合燃烧，汽车发动机排放的气体中就会产生严重污染环境的气体，主要有二氧化硫、一氧化碳、含氮化合物以及含碳颗粒，甚至是含铅物质等空气污染物，严重污染环境。燃烧不完全产生的一氧化碳是一种有毒性的气体，无色无味，一旦跟人体中的血红素结合就会使人出现恶心、呕吐、头痛甚至窒息的情况危害人类健康。有一些由于燃烧不完全产生的烃类物质会对人体的呼吸器官形成强烈的刺激，甚至可能致癌，有一些烃类物质还会对农作物造成严重危害。汽车排放的废气中有多种类型的氮氧化合物。有的氮氧化合物会引发肺水肿、支气管炎；有的氮氧化合物与其他有害气体混合形成酸雨酸雾，严重污染空气。

3 降低发动机排放的技术

各国对于汽车发动机排放技术的治理主要从从发动机本身和排放后尾气处理净化

入手。

3.1 发动机燃油技术优化

汽车发动机在部分负荷的时候，会有比较大的机械损失，而且这种机械损失会因为进气的某些原因增加，进而对热效率造成严重影响。为此，需要降低机械损失，在保证较高的功率要求的同时实现高负荷低转速，具体技术方案如表1所示。

3.1.1 电子控制燃油喷射系统

以前的汽油机是用化油器燃油，现在的电子控制燃油喷射技术已经有了很大的进步。在电子控制燃油喷射系统中，汽车在不同情况下产生的反馈信息通过计算机系统，向发动机的进气装置处喷油，从而使发动机中的气体总能保持合理的混合度，具有较高的精度和准度。不难看出，电子计算机是整个电控喷射系统的核心装置，控制着喷射系统的运行。当发动机进行工作时，计算机根据各种传感装置获得的反馈信息和事先编好的运行程序确定最合适的喷油量，并通过对电控喷油器的脉冲宽度控制来进行喷油。在整个控制过程中，输入到计算机内的信息有发动机的转动速度，冷却液体的温度，进气量和进气温度等信息。除此之外，对于点火前角、废气循环、转速的控制也可以通过电子计算机来实现。由此可见，使用电子控制燃油喷射系统可以有效的降低汽车排放。

3.1.2 汽车废气的再循环系统（EGR）

在汽车排放的气体中，氮氧化合物不是由于燃烧不完全而产生的，相反，在燃烧过程中氮氧化合物的含量随着环境中燃烧的温度升高而增多。废气再循环系统的工作原理是依据一定的比例将比热容较大的气体导入进气管，从而使混合气体的浓度和燃烧的温度下降，抑制氮氧化合物的形成。EGR具有电子控制和机械控制两种类型。电子控制的调节是通过电磁阀来实现的；机械控制的调节是通过排气管或者进气管的压力来实现的。废气再循环系统虽然具有减少氮氧化合物含量，降低燃烧温度的作用，但同时也具有一定的不利影响，如动力性差，经济效益差，容易导致燃烧不稳定等问题，所以必须严格控制废气再循环率，寻求一个合理的控制程度。

电控废气再循环的换流器是电控再循环装置的核心。接收到发动机转速，进气量等输入信息之后，电子控制系统控制再循环换流器的电磁阀，进而控制废气再循环率。汽车在启动时，发动机处于低温状态，EGR处于停止运行状态；汽车在告诉行驶的时候，电控装置停止再循环运行；当汽车部分负荷的时候，EGR的循环率随着负荷的增加而增加。

3.2 尾气处理技术优化（三元催化技术）

三元催化技术是比较成熟的高效率尾气处理技术。三元催化技术就是要将汽车尾气中的一氧化碳、烃类物质和氮氧化合物三项物质进行转化，将有害物质转化为无害物质。即将一氧化碳和烃类物质转化为二氧化碳和水；将氮氧化合物和一氧化碳转化为氮气和二氧化碳，从而降低汽车尾气排放中的有害污染物质。

三元转化器的稳定性能比较高，使用寿命长，可以广泛应用到很多类型的汽车中。安装在汽车尾气处理装置中的三元转化器载体在材料上是由多孔的陶瓷材料构成的。载体表面有一层重金属并且不直接参与反应。三元转化器的壳体内有蜂窝状的细小通道隔板，废气通过时对废气进行催化反应，从而将有害气体催化还原成无害气体。

使用三元催化技术具有以下几方面优势：

（1）实现了将排放处理技术的系统化、规范化和标准化。可以同时适用于不同发动机排气系统，不同车型，不同燃料的汽车。

（2）解决了高功率、低油耗、低排放这三个终极目标之间的矛盾问题，并将三者作为一个统一的，单独的系统。

（3）将低排放和低排气热量，低噪声系统的统一为一个整体的系统进行处理[2]。

汽油車大多已经采用了降低排放的系统，系统图如图1所示。

3.3 发动机小型化

在人们一般的观念里，汽车的功率大小与汽车的排量大小是成正比例增长的关系，然而并非如此，汽车发动机的小型化将带来越来越多的经济效益和社会效益。

进气道喷射发动机已经被广为运用，也有一些汽车制造商因为扭矩的原因采用机械加压，这样就会出现一些节油潜力发挥不出来的问题。汽油机的调节式废弃加压系统可以增加起步性能和加速性能。若汽油发动机小型化，就可以通过较高的增压比率来提高功率，用合理的方法来降低燃爆，这样就可以在降低热负荷的情况下达到节油效果。实现发动机的小型化可以采用减少数目的形式来实现，以此来获得最大限度的节油效果[3]。

4 结语

随着人们对大气污染和全球变暖的关注度不断提高，各大汽车制造商和研发者都投入了大量的人力物力和财力进行汽车发动机减排技术的研究，针对减排问题提出了很多技术方法。在今后，降低发动机排放，减少污染，资源循环利用将依然是需要重点关注的重要课题，各汽车制造商在节能减排方面，应致力于技术的高端化，稳定性和可靠性。

参考文献：

[1]大聖泰弘，张冬梅，裴伟等.车用发动机技术研发现状及其未来发展趋势[J].国外内燃机，2013，45（2）：1-6，29.

[2]李清现.发动机排放技术的应用分析[J].民营科技，2015，（11）：39.

[3]范明强.发动机小型化是节能减排的有效途径（二）[J].汽车维修与保养，2015，（11）：104-107.