汽车排放特性及后处理技术控制研究途径

汽车排放特性及后处理技术控制研究途径

朱镜瑾张静

黄河交通学院焦作河南454950

摘要：随着社会经济的快速发展，居民生活水平日益提高，汽车行业也在飞速发展，在给人们带来许多便利的同时，汽车排放污染环境，也对人们的身体健康造成不同程度的影响。本文主要介绍了汽油车和柴油车排放污染物的种类以及排放后处理技术的研究发展，分析了形成汽车排放污染物的原因和影响汽车污染物排放的因素，阐述现有的汽车排放的后处理技术控制研究与发展。

关键字：汽油车；柴油车；排放；后处理技术

引言

有研究表明，在一些大城市中，汽车已经成为大气环境污染的主要源头，车辆的污染物排放在大气污染中占据60%～70%的比例。其中，CO所占据比例为67.64%；NOX的比例为2.36%；HC所占据的比例为81%。车辆尾气排放深度影响了人们赖以生存的大气环境，危及人体的健康。因此，要加大汽车排放的监管力度和排放后处理技术的研究。

1．汽车主要排放物及其危害

内燃机是车辆排放污染物的主要来源，这些排放污染物主要包含：HC（碳氢化合物）、CO（一氧化碳）、NOX（氮氧化合物）、固体颗粒物等。以下为主要排放污染物的危害：

1.1一氧化碳的危害

在标况下，一氧化碳纯品是一种无色无刺激性气味且难溶于水的有毒气体，也不易与空气中的其他物质产生化学反应，因此能够在空气中停留2年至3年之久。CO通过呼吸与空气一同进入人体，然后经肺泡进入人的血液之中，很容易和血液里的血色素（又称血红蛋白）结合，使人体表现出晕眩、恶心、四肢无力、心跳快速、记忆力降低和血压下降等症状，更严重者会危及生命。

1.2碳氢化合物的危害

HC又称烃，由碳元素和氢元素构成。汽车的尾气排放中含有两百多种碳氢化合物，如苯、醛、烷烃、环烷烃、酮等。醛类中包含有甲醛、丙烯醛等气体，接触过多会引起皮肤出现过敏、色斑等症状，还会引起呼吸系统疾病以及刺激眼黏膜；苯具有致癌作用，属于芳烃类一种，吸入较长时间会损伤神经系统及慢性中毒，孕妇吸入过量会导致婴儿骨骼发育缓慢、畸形等。

1.3氮氧化合物的危害

车辆排放的NOX在大气中的污染主要是指一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）两种气体均属于有害气体，NO浓度高时会对人体的呼吸系统造成直接的损害，从而致使神经中枢障碍。NO容易被氧化然后形成NO2，NO2是一种棕色的含有剧毒的气体，吸入人体后与肺部水分发生反应形成硝酸，造成肺气肿。

1.4关化学烟雾的危害

光化学烟雾刺激人体和动物的视觉系统和呼吸系统，易产生眼红、呼吸障碍和致使儿童肺部功能异常等疾病；削弱植物的抵抗力，叶子变枯黄；降低空气的能见度，增多交通事故的发生。

1.5微粒的危害

在呼吸系统方面，颗粒物自身会携带一些致癌物质，当呼吸系统病变时，这些致癌物质会发挥其致癌作用；在心血管系统方面，当人体被高浓度颗粒物包围时，会诱使心肺疾病发作导致死亡率增加。

2．汽车排放污染物的生成机理及影响因素

2.1一氧化碳

CO是因为气缸中缺氧情况下，燃料（碳氢化合物）未被完全燃烧而产生的中间产物，因此CO在燃烧时的生成的主要机理为：

RH→R→RO2→RCHO→RCO→CO

生成CO的主要影响因素有：气缸内氧气分布不均燃料不能完全燃烧；进气温度上升，空燃比α随之变浓，CO增加；CO的排放随进气歧管的压力增加而增多；怠速转速降低，CO增多等。

2.2碳氢化合物

HC主要在气缸壁的四周产生，碳氢排放物少部分为未燃烧的燃料，大部分为燃油不完全燃烧而生成的，HC的生成主要受混合气的均匀性，混合气无论是过稀或过浓都会导致HC排放增多；燃烧室的沉积物，沉积物在发动机的间隙内沉积，使得间隙减小HC增多；以及运行条件内负荷、转速等影响。

2.3氮氧化合物

氮氧化物中NO的生成主要是在高温条件下，氮气与空气中的氧气反应生成的产物。NO在气缸中高温、富氧以及高压情况下的生成机理为：

O2→2O

O+N2→NO+O

N+O2→NO+O

氮氧化物的排放受温度、转速、负荷以及反应时间等影响。

3．汽车排放特性

3.1稳态排放特性

汽油机的排气流量除了转速也与负荷有关。在负荷较大和负荷较小时，CO和HC的排放放量都会随之上升，但CO的排放在大负荷是上升急剧，HC在小负荷时排放量有明显的上升情况，而NOx在大负荷时，因为混合气的变浓，氧气减少NOx排放在此情况下会有大幅度的下降，负荷一定时，随转速的加大NOx的排放有明显的上升趋势；当中等负荷时，CO、HC和NOx的比排放量都是较小的。

对于柴油机而言，CO在全工况的排放量都较少，主要是由于空燃比大，难生成CO，只在小负荷工况区出现CO的较高排放，因为供油量少，室内气流循环差，混合气不均，CO不易转换生成为CO2。柴油机内HC的排放是因负荷的加大而减小，因此在小负荷时，HC处于高排放区。在小负荷工况区内，氮氧化物的排放量较高，因为燃油在燃烧时内停留时间长，温度低，有利于氧气与燃气的接触。

根据汽油机和柴油机的稳态排放特性分析，为使汽车排放污染物物减少，汽车应在中等负荷下运行。

3.2瞬态排放特性

汽油机的瞬态工况包括启动工况、加减速工况以及怠速工况。

汽油机在低温启动，难形成可燃混合气，因此要向汽油机里加入浓混合气使汽车顺利启动，由于气缸壁面温度和浓混合气等因素影响下，造成燃料不完全燃烧，排放CO和HC的浓度上升，NOx的排放量由于机体温度高而增多；热启动时，CO的排放量高，HC的较低。汽油机在加速工况下，CO、HC和NOx的污染物排放均增加；当汽车减速时，喷射发动机不会继续供油，因此CO和HC的排放少。怠速工况下，汽油机低转速、供油量少，因此NOx的排放浓度低然而排放的CO和HC浓度高。

柴油机的瞬态排放为启动及加减速等工况。

柴油机在启动时，气缸内温度低，燃油停留燃烧的时间较长，耗油多，因此CO和HC等污染物的排放量高。柴油机的排放污染物加速时比减速时的排放量高。

4．汽车后处理技术

汽车的后处理技术是指汽车尾气机外净化技术，机外净化技术能够将有害排放物转化，减少有害物的排放。

4.1汽油机尾气后处理

三效催化剂是汽油车所使用的尾气净化技术。三效催化剂能够将汽车所排放的尾气中的CO、HC和NOx三种排放物同时进行净化，三效催化剂增强三种有害物的活性，使其互为氧化剂和还原剂，生成CO2、氮气以及水蒸气等无害气体。

热反应器是在汽油车排气管出口安装，利用热反应器内的高温（保持一段时间）使未燃的烃和CO在其中进行充分的氧化以减少HC和CO的排放。但此装置不能解决尾气中NOx。

4.2柴油机尾气后处理

颗粒捕集器是一种陶瓷过滤器，在发动机的排气系统内安装，柴油机颗粒捕集器是将废气中的颗粒物捕集，然后再将捕集的颗粒物在汽车运转中进行氧化燃烧，使颗粒捕集器再生。捕集器内有过滤网，排气管排出尾气经管道进入捕集器内，吸附尾气中的炭烟微粒到过滤器上，在微粒积累到一定程度时，尾部装有的燃烧装置会自动将其点燃，然后生成无害气体二氧化碳排放出去。

外部废气再循环技术能够降低尾气中NOx的排放，主要是由于废气通过特殊管道再引入到进气系统中，降低原混合气内的氧气浓度，使燃烧室内温度下降，形成不利于NO生成的环境，从而使NOx的排放降低。

5．总结

现如今的环境污染问题仍日益严峻，各国根据国情制定不同的排放法规，所以应加大汽车后处理装置的研发力度，减少尾气排放，保护自然环境。

参考文献

[1]佚名.13-18年中国一氧化碳行业市场行情动态及未来发展趋势预测分析报告[R].中国产业研究报告网，2013，7

[2]刘巽俊.内燃机排放与控制[M].机械工业出版社，2003，1:16-30

[3]薛秀慧.浅谈光化学烟雾的危害及防治对策[J].四川环境，2000，（4）：60-75

[4]何学良，李书松.内燃机燃烧学[M].北京：机械工业出版社，1990，5（449）：451-452

[5]傅敏宇，徐星生等.PM2.5监测及评价研究进展[J].气象与减灾研究，2011，31（4）：1-6