当代汽车尾气净化处理技术



当代汽车尾气净化处理技术

何禹

（德州学院汽车工程学院，山东德州253023）

摘要：汽车在现代化发展的进程中已经成人们生活中十分重要的一部分，在给人们带来生产与生活便利的同时，汽车尾气现也成为了环境污染的主要来源之一。经研究尾气污染物的主要有害成分为：一氧化碳、烃类和氮氧化合物。汽车尾气催化净化作为处理汽车尾气的主要手段越来越受到人们的关注。文章简述了汽车尾气净技术，同时从催化净化机理和催化效率几个方面进行了探讨，并对提出该领域待解决的问题及其发展前景。

关键词：汽车尾气；处理；催化剂；净化

随着国民经济和城市化进程的飞速发展，在当代社会中，汽车作为主要的交通工具，发挥着越来越大的作用。随着我国国民经济的发展，汽车数量增加很快。同时，汽车排气中的一氧化碳、烃类和氮氧化合物已经成为大气的主要污染因素，威胁着人类的生命健康。因此治理汽车尾气成为当务之急，治理汽车尾气的手段有多种：改进汽车发动机系统；改善燃油质量；使用电能、太阳能为能源的汽车；使用尾气净化催化剂等。其中采用尾气净化催化技术是目前减少汽车排放污染的主要措施。但由于我国大多数汽车属于在用车，汽油质量低下，且催化剂易中毒，使得我国在尾气净化方面还有一定差距。

1　汽车尾气净化处理技术分类

现在常用的净化技术主要分为机内净化与机外净化两大类。①机内净化:是通过改进汽车内燃机结构和燃烧状况来实现的。如改进化油器，点火系统及燃烧系统，用电子方式控制汽油喷射；加快科研成果推广，提高清洁无污染燃料的普及率。机内净化技术只能减少有害气体的生成量。为了使汽车尾气排放达到更加严格的排放标准，就需要在汽车尾气排放到大气之前，利用催化转化装置将其转化为无害气体。②机外净化的研究主要集中在催化净化上，而催化剂又是净化效果的关键。所以科学家将催化剂的改良及载体的选择作为研究重点。

2　调整燃烧系统结构

（1）改变发动机内部系统设置，降低尾气污染物含量。①减少喷油提前角（图1），可降低发动机工作的最高温度，使氮氢化合物的量减少。②改善喷油器的质量，降低发动机的功率，使雾化充分进行完全燃烧，从而也可以减少一氧化碳、碳氢化合物的生成。

图1　喷油提前角

（2）设计循环系统，进行尾气再利用。①（图2）曲轴箱通气系统的设计：把从汽缸窜入曲轴箱的气体（主要是未燃气体）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。

图2　

3　三元催化器

三元催化器及催化剂可以同时净化一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物,故称为三元（效）催化器，结构如图3所示。当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂增强一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的气体活性，促使其进行氧化、还原反应，其中CO在高温下氧化成无色，无毒的二氧化碳气体；HC在高温下氧化成水（H2O）和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。从而使汽车的尾气得以净化，但在实际应用中，三效催化剂仍有一些问题需要解决。如空燃比匹配对催化剂催化特性的影响等。

图3　三效催化剂

4　高压脉冲电晕放电技术

（1）高压脉冲电晕放电技术净化汽车尾气的原理：高压脉冲电晕放电技术利用等离子体系系中的活性物（催化）氧化还原反应，将汽车尾气中的有害物通过氧化、还原或离解而转化为无害或低危害的物质从而减少境污染。

（2）高压脉冲电晕放电净化汽车尾气的实际运用。在汽车尾气排放管后安装一个正电晕裂变反应器，就能将实现高压脉冲电晕技术来处理汽车尾气。“正电晕裂变”使指电晕净化器中的尾气分子突然得到巨大的能量成为活性分子，发生碰撞，在短时间内有效碰撞将动能转化成分子的内部势能，使其化学键破坏，将一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物等分解成固体微粒子和单原子气体分子氧气、氮气以及水的电离过程。汽车尾气电晕净化器安装位置如图4所示。

图4　汽车尾气电晕净化器安装位置示意

5　影响催化效率的几个因素

（1）空燃比。经研究表明CO和HC是在氧化条件下被进入气缸的汽油质量F与空气质量A之比A/F是影响污染物排放浓度的最显著因素,图五即为A/ F的变化与TWC转化率的标准曲线，催化剂以氧化铝为载体,铂和铑的质量分数分别为0.042%和0.018%。一般取A/F=14.6左右，当A/F>14.6时称为富氧燃烧，此时，CO和HC的转化率提高，但NOx转化率迅速降低，使用TWC时，其转化率与A/F密切相关，汽车尾气的净化过程，同时也是汽车催化剂开发准备控制A/F到理论值的过程。由电控单元控制多点燃油喷射，调节燃油的量，使A/F比保持在尽可能窄的计量范围内，但是在A/F比的调节中存在固有时间的滞后，A/F比随汽车行驶速度一般在计量比左右摆动，尽量减少A/F比的摆动可以提高TWC的效率。

图5　A/F的变化与TC转化率的关系

（2）发动机排气管。为了能配合使催化剂更好的发挥其作用，发动机排气管设计能螺旋形状（图6），因为螺旋形状会延长反应时间，使催化反应更加完全，这样可能减少有害气体排放。

图6　发动机排气管

6　汽车尾气净化研究展望

当前汽车尾气排放是我国尾气污染严重下大力气严格治理已是势在必行而当今时代科技发展日新月异尤其是在尾气催化剂领域新技术新理论更是层出不穷应时代之要求未来汽车尾气净化催化剂的发展趋势主要集中在以下及3方面：①开发新型高效催化剂，来减少或代替贵金属的使用。②进一步提高催化剂的抗中毒能力延长其使用寿命。③提高催化剂的低温活性减少汽车在冷启动时的废弃排放量。

随着人民环保意识的增强，新的排放法规的提出，必将是不断采用新产品、新技术，淘汰落后产品的过程，为全人类的健康的生活环境而不断努力的过程。

Modern Automobile Exhaust purification Technology

HE Yu

（Automotive Engineering College，Dezhou University，Dezhou，Shandong 253023，China）

Abstract:Automobile has become an important part of people's life in the process of modernization，in the process of facilitating production and life，automobile exhaust has also became one of the main sources of environmental pollution. According to the study on the main harmful components of the exhaust pollutants，it is found that it mainly included：carbon monoxide，hydrocarbons and nitrogen oxides.As the main means to process automobile exhaust，catalytic purification has draw more and more attention.This paper briefly expounded automobile exhaust purification technology and made some investigation from catalytic purification mechanism，catalyst efficiency and other aspects.And to put forward the problems in this field waiting to be solved and its development prospect.

Key words:automobile exhaust；process；catalyst；purification

作者简介：何禹（1991-），男，云南弥勒人，大学本科，主要研究方向：机械自动化，汽车运用，交通运输。

收稿日期：2015-08-19

文章编号：2095-980X（2015）09-0060-02

文献标识码：A

中图分类号：TQ426.96