汽车发动机降低排放技术分析

李丹

摘 要：在现代社会中，安全、清洁和高效的发动机将变得更加重要，人们一方面体验到了汽车发动机所带来的更高的移动性，另一方面也认识到了资源有限和环境污染等问题。汽车发动机降低排放技术逐渐成为相关人员研究的重点，本文拟结合汽车发动机排放的现状，对其存在和潜在的问题进行分析和研究，并就汽车发动机降低排放技术提出个人的看法与思考，以供相关人员参考。

关键词：汽车 发动机 排放 技术

Analysis of Technology of Reducing Emissions from Automobile Engine

Li Dan

Abstract：In modern society， safe， clean and efficient engines will become more important. On the one hand， people have experienced the higher mobility brought by automobile engines， and on the other hand， they have also led to the problems of limited resources and environmental pollution. Automobile engine emission reduction technology has gradually become the focus of research of relevant personnel. This article intends to analyze and study its existing and potential problems in combination with the current situation of automobile engine emissions， and propose personal views and thoughts on automobile engine emission reduction technology， so as to provide  reference for related personnel.

Key words：automobile， engine， emission， technology

1 引言

到20世紀末，我国一些大城市汽车使用量的增加，使人们对发动机废气排放本身及通过光化学反应产生的更有害的物质所引起的城市空气质量形成严重关切。三种主要的废气污染物是碳氢化合物（包括部分氧化的有机化合物）、一氧化碳和氮氧化物。[1]这些有害成分对人体和社会环境都会造成不良影响，为此，相关人员逐渐加大对汽车发动机技术创新方面的重视程度，为逐步解决相关问题而努力。

2 汽车发动机排放的危害

2.1 全球变暖

汽车污染是全球变暖的主要原因之一。汽车和卡车排放二氧化碳和其他温室气体，在我国全球变暖污染总量中所占比重较大。温室气体在大气中滞留热量，导致全球气温上升。如果没有温室气体，地球将被冰雪覆盖，但汽油和柴油等化石燃料的过量燃烧，导致自工业化前时代以来，全球气温上升了0.6摄氏度，而且在未来几十年内还会继续上升。全球气温升高会影响农业、野生动物、海平面和自然景观。

2.2 空气、土壤和水

汽车污染的影响是广泛的，影响到空气、土壤和水质。一氧化二氮导致臭氧层的消耗，而臭氧层是保护地球免受太阳有害紫外线辐射的。二氧化硫和二氧化氮与雨水混合，形成酸雨，破坏农作物、森林和其他植被及建筑物。汽车和卡车溢出的石油和燃料渗入高速公路附近的土壤中，废弃的燃料和汽车排放的微粒污染了湖泊、河流和湿地。

2.3 人类健康

颗粒物、碳氢化合物、一氧化碳和其他汽车污染物危害人类健康。柴油发动机会排放大量的颗粒物，即空气中的烟尘和金属颗粒。这些微粒会对皮肤和眼睛造成刺激和过敏，非常细小的微粒会停留在肺部深处，引起呼吸系统问题。碳氢化合物与二氧化氮和阳光发生反应形成臭氧，在高层大气中是有益的，但在地面上是有害的。臭氧会使肺部发炎，引起胸痛和咳嗽，使呼吸困难。一氧化碳是另一种废气，对婴儿和患有心脏病的人特别危险，因为它干扰了血液输送氧气的能力。其他危害人体健康的汽车污染物还包括二氧化硫、苯和甲醛。汽车产生的噪音也是有害的，会损害听力，造成心理上的不健康。

3 汽车发动机排放控制的现状

近20年来，随着社会经济的快速发展和城市化进程的推进，中国的汽车保有量急剧增加，我国的人均国内生产总值、城市化率和高速公路总长度都有大幅增长。同期，中国汽车总人口接近饱和状态，国内汽车产业，包括与国际企业合资品牌，获得了实质性的发展，并受益于国内汽车市场的不断发展，2009年，我国国内汽车市场体量超过美国，成为全球最大市场。在所有汽车类别中，轻型乘用车的增长最为显著，因为我国私人机动化需求激增，同时，人们普遍认为拥有汽车是身份和地位的重要象征。中国道路车辆的大量增加引起了人们对防止空气污染、节能和减缓气候变化等可持续性问题的关注。我国自20世纪90年代以来，制定了综合排放控制政策和措施，但是，在治理的过程中可以发现，解决汽车排放问题的进展并不是一帆风顺的，还遇到一些挑战，如缺乏低硫燃料、生产合格性和使用中检查测试的欺诈行为，以及不可靠的改造项目等。

4 汽车发动机降低排放技术分析

4.1 颗粒催化剂

在使用颗粒催化剂时，必须区分烟尘积累和烟尘燃烧（再生）两种工作模式。减少颗粒物的系统可分为“封闭式”壁流过滤器和“开放式”颗粒催化剂。封闭式系统迫使废气通过多孔过滤介质，而开放式系统则是对颗粒进行部分过滤，即部分废气流过过滤器而不被过滤。封闭式系统的缺点是排气背压较高，导致油耗增加。如果不采取任何合适的对策，柴油颗粒捕集器有可能被堵塞，而颗粒催化剂不会堵塞，因为它们的过滤效率会随着负荷的增加而降低。它们通常以纯被动的方式再生，因此不需要与发动机正时相互作用，这就是为什么它们经常被用作改造系统的原因。闭式颗粒过滤器需要较大的过滤表面，以保持烟尘层厚度，从而降低流动阻力。为此，过滤器被设计成具有交替封闭端口的蜂窝结构。为了增加过滤器使用过程中产生的燃烧残渣的储存量，还采用了进气口和排气口较大的非对称设计。具有高沸点的碳氢化合物，在过滤温度下仍以气态存在，只有在冷却后与环境空气混合时才会附着在颗粒上，不能被过滤掉，颗粒催化剂的颗粒过滤水平可以达到50%以上。

4.2 废气再循环系统

废气再循环系统是一种排放控制技术，可显著减少大多数类型柴油发动机的氮氧化物排放。废气再循环系统有利于减少氮氧化物的排放，减少对高负荷燃料浓缩的需求，帮助液体燃料汽化，可以作为闭式循环柴油发动机的助推器，改善柴油发动机中难燃燃料的点火质量，改善SCR催化剂的性能。在世界范围内，虽然早在1940年就有使用废气再循环系统减少氮氧化物的报道，但最早研究废气再循环系统减少氮氧化物潜力的发动机实验是在20世纪50年代末进行的，到20世纪70年代，废气再循环系统作为柴油发动机的氮氧化物控制措施才被认真研究。与其他技术相比，废气再循环系统的技术难度更大。我国在相关领域的研究尚不完善，提高对其的研究力度，增强其可应用性，可以在很大程度上促进汽车发动机降低排放的工作。

4.3 柴油氧化催化剂

在柴油氧化催化剂的帮助下，碳氫化合物和一氧化碳在适当的排气温度下被氧化成二氧化碳和水。为此，可以将稀有金属铂和钯施加在表面扩大的涂层上的催化剂载体上。50%的转化温度通常称为“起燃温度”，范围在150～350℃之间，这取决于催化剂类型、排放成分和催化有效的涂层。通常情况下，一氧化碳的起燃温度是在比碳氢化合物起燃温度更低的温度下实现的。如果超过了起燃温度，几乎所有的碳氢化合物和一氧化碳排放都会被转化。在柴油氧化催化剂中，烟尘颗粒的氧化是不可能的。尽管如此，柴油氧化催化剂对排气后处理颗粒物排放仍有重要的功能。粘附在烟尘上的碳氢化合物可以被氧化或裂解，从而在很大程度上减少颗粒物的质量。此外，柴油氧化催化剂因氧化一氧化氮而形成二氧化氮，可用于烟尘过滤器的被动再生。柴油氧化催化剂还可以作为催化燃烧器，提高排气温度，用于主动式烟尘过滤器再生。

4.4 发动机体积小型化

在汽车工业中，发动机体积小型化是指，在制造车辆时，利用较小的内燃机，而不是相同功率的较大的内燃机的做法。这是汽车制造商试图提供更高效的车辆，减少排放的结果。实践过程中，许多制造商正在减少发动机的排量和气缸数，通过增加强制吸气装置（涡轮增压器或增压器）和直接喷射技术提供一个强大的发动机，其性能与大得多的发动机相似，但效率大大提高，并减少了碳排放。更小的发动机通常也更轻，因此，驾驶时消耗的总体能量更少。减少气缸数量还可以减少发动机中的摩擦力，从而提高效率。

4.5 促进新型能源的使用

汽油和柴油是汽车主要的能源类型，但随着人们越来越关注汽车排放对环境的影响，越来越多的人开始寻求替代能源解决方案，以提供更大的可持续性。

1.氢气

氢气在我们的生活环境中非常丰富，因此非常容易获得，它存在于水、碳氢化合物和其他有机物中，并被用于为燃料电池电动汽车提供动力。它的吸引力在于其效率高、加注时间快，最重要的是只排放水和暖气。然而，提取氢气颗粒是一个严格的过程，因此，与汽油或柴油燃料相比，氢气的能量含量较低。开发一个实质性的燃料基础设施可能是困难的，成本也很高，但这并不意味着它不可行，国家的研究机构和生产企业可加大研究力度，推动相关领域的发展。

2.电力

电力直接来自于电网和其他车外电力资源，是一种高效的能源，通过已经开发的基础设施，人们几乎可以随时使用。电力储存在全电动汽车和插电式混合动力汽车的可充电电池中，运行时释放的废气比汽油或柴油动力汽车少得多。在气电混合动力车中，电力在低速行驶以及启动和停止动作时取代汽油。使用电力为车辆提供较长距离的动力，当汽车纯靠电池供电运行时，可以做到零排放。

3.生物柴油

生物柴油是独立于我们熟知的传统石油柴油的，是可生物降解的无毒资源的副产品，如植物油、动物脂肪，甚至是回收的餐馆油脂，它是非常清洁的燃烧和可再生的。与全电动零排放汽车不同，生物柴油驱动的汽车确实会排放二氧化碳，但任何排放的二氧化碳都会被生产生物柴油的原料作物吸收的二氧化碳所抵消，使其成为汽油或柴油的清洁替代品。

5 总结

汽车可以通过多种方式减少汽车污染物对环境的影响，老旧和保养不善的车辆造成的汽车污染最多，但电动车、混合动力车和其他清洁、省油的汽车对环境的影响会减少。从技术角度分析，深化颗粒催化剂、废气再循环系统、柴油氧化催化剂、发动机体积小型化、新型替代能源等方面研究，可在很大程度上降低汽车发动机排放，有利于汽车产业的健康发展和环境卫生领域的持续发展。

参考文献：

[1]王建军，降低汽车发动机排放的技术探究[J]，中国高新区，2018，21（09）：33.

[2]《中国公路学报》编辑部，中国汽车工程学术研究综述2017[J]，中国公路学报，2017，30（06）：1-197.

[3] 李凤芹，崔才才，陈明，汽车运行油耗的影响因素及节能技术分析[J]，南方农机，2018，49（4）：86.