发动机尾气排放控制探讨.pdf

总第159期 公 路 与 汽 运 HighwaysAutomotive Applications 29 发动机尾气排放控制探讨* 胡忠录1，解福泉2，张冬瑜3，李岳林1 (1．长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南长沙410004；2．河南交通职业技术学院，河南郑州450052； 3．佛山市三水区工业中专技工学校，广东佛山528100) 摘要：针对目前汽车尾气污染日益严重的问题，通过时汽车尾气排放污染物的分析，提出通过 优化汽车设计、提高排放与检测标准、提高燃油品质、开发新能源汽车等措施来应对日益严重的汽 车尾气排放对环境造成的污染。 关量词：汽车f发动机f尾气排放；污染物f排放控蒯 中圈分类号：U473．9 文献标志码：A 文章编号：1671--2668(2013)06--0029--03 随着经济水平的提高，汽车已经不再是人们眼 里的奢侈品，已作为一种日常消费用品，作为一种代 步工具走入普通百姓的家，中国正加速步入汽车社 会。喜人的数据后面也引发进一步的思考。交通工 具的发达与运输网络的日益完善，交通运输物流量 不断提高，交通运输网络在带给人们无限便利的同 时，其运载工具的排放污染已成为城市大气污染的 重要来源之一，严重影响着人类生活家园与环境保 护的可持续发展。 1汽车尾气污染物分析 实际使用过程中的汽车，经常经历熄火、驻车 (停车)、起动、加油(速)、定速(匀速)和减速等工作 状况，为汽车行驶提供动力支持的发动机也将伴随 着怠速、冷／热起动、加／减速等工况的出现，且这些 转速和负荷急剧变化的瞬态工况在发动机的运行中 占有很大的比例，造成的环境污染更加严重。发动 机工作过程中，若发动机的转速珂、输出转矩M及 发动机内部热平衡等一系列参数中的一个或两个以 上的参数随时间的变化而发生变化，称这种工况为 发动机的瞬态工况，也就是发动机非稳定工况。发 动机的瞬态工况包括冷起动工况、暖机工况、加速工 况、减速工况和变负荷工况。 实际过程中，汽车发动机另一种较理想化的工 况就是发动机经过预热后转入正常运转，其工作状 况等参数在一定时间内保持基本稳定而没有突然发 生变化，称这种工况为发动机的稳定工况。发动机 的稳定工况包括怠速稳定工况、小负荷稳定工况、中 *基金项目：河南省交通运输厅科研项目(2012PIll0) 等负荷工况、大负荷稳定工况和全负荷稳定工况。 交通运输排气污染来源于交通运输行业载运工 具与车辆的废气排放污染，其主要排放方式有油箱 泄露、燃料蒸发和排气管排放3种方式，排放的污染 物主要来源于汽车发动机的尾气排放。汽车发动机 实际循环工作过程中，因为行人、车、路与环境不断 发生变化，发动机不可能一直处于稳定工况运转，其 中瞬态工况占了很大比例。世界各地的发动机工况 法定循环中有40％----75％为非稳态工况(或瞬态工 况)，其中25％～40％是加速工况，特别是当汽车行 驶在市区时因车流量、红绿灯及行人的不断影响，其 瞬态工况所占的比例更大，为50％-80％，其中加 速工况所占比例为30％～50％。从评价汽车尾气 排放或燃油经济性的法定行驶循环中也可以得到同 样的结论：汽车大部分有害物的排放和燃油消耗的 40％一--80％来自发动机瞬态工况，其中加速工况占 30％～70％。 汽车尾气排放主要污染物包括CO、HC、NO。、 SO。、烟尘微粒和臭气(甲醛)。汽车尾气排放污染 是形成大气环境污染的真正“元凶”。据不完全统 计，每辆交通运输车辆每天的排放中，CO约3 kg， HC为0．2～0．4 kg，NO。为0．05～O．15 kg。在美 国洛杉矶，汽车等流动载运工具污染源排放的污染 物已占其大气污染物总量的90％。 细颗粒物，即俗称的PM2．5，是指大气中直径 小于等于2．5肚m的颗粒物，由直接排入空气中的 一次微粒和空气中的气态污染物通过化学转化生成 的二次微粒组成，其组成范围见图1·，其二次微粒中 万方数据 30 公 路 与 汽 运 HighwaysAutomotive Applications 第6期 2013年11月 硫酸铵、硝酸铵形成过程见图2。 圈1 PM2．5的组成范圈 圈2硫酸铵、硝酸铵的形成过程示意圈 2013年初，北京及全国多座城市出现强雾霾天 气，研究认为，雾霾事件是因为异常天气造成中东部 大气稳定、污染排放、浮尘和丰富水汽等自然因素与 人为因素联合作用的结果，其中人类污染物的加剧 排放是造成雾覆天气的内在原因。这次强雾霾污染 物是英国伦敦1952年烟雾事件和20世纪四五十年 代美国洛杉矶光化学烟雾事件污染物的混合体叠加 的具有中国特色的沙尘气溶胶，在京、津、冀雾霾天 气的专项研究中，专项组检出了大量含氮有机颗粒 物，这看来是“最危险的信号”，因为这就是“洛杉矶 上世纪光化学烟雾的主要成分之一”。这些有机物