汽车的排放控制技术浅析

摘 要：本文通过介绍当前常用的汽车排放控制装置及其技术原理，为人们深入了解当前汽车先进排放控制措施及方法提供帮助。

关键词：汽车 排放物 控制

随着世界各国对汽车排放污染的法律法规越来越严格，汽车排放性能已作为汽车重要的综合性能指标之一。笔者认为，要使汽车尾气排放达到要求，排放控制系统必须和整车的其他系统一起进行统一设计。

目前，降低排放措施一般分机燃烧前控制和燃烧后控制两种。燃烧前排放控制主要是预防或限制发动机生成污染物的系统；燃烧后排放控制主要是净化处理已经燃烧但还未从排气管排出的废气。笔者主要介绍当前常用的汽车排放控制技术及其装置。

一、电控燃油喷射

在实际生活中，汽车运行工况多变，时而停车起步，时而上坡下坡，速度时快时慢，速度变化频繁。而发动机在不同运行工况下，对混合气浓度及点火时刻的要求均是不一样的，如在满负荷工况下，要求发动机输出较大的扭矩，需求功率混合气并适当推迟点火；在部分负荷工况下，要求经济混合气并适当提前点火，这样，就要求发动机根据运行工况及时调整可燃混合气的空燃比及其点火时刻。电控燃油喷射系统能根据发动机的转速和空气量直接或和间接测量出发动机在该工况下的基本喷油量和基本点火提前角，再根据各种传感器（如空气流量计、节气门位置传感器、水温传感器、进气温度传感器、转速传感器、氧传感器和爆震传感器等）送来的信号，输入电子控制装置（ECU），进行运算、处理、修正，确定最佳喷油量和最佳点火提前角，以达到降低有害物的排放。

二、燃油蒸气挥发净化控制

为了防止汽车油箱向大气排放燃油蒸气，我们可在发动机控制系统中采用发动机ECU控制活性炭罐蒸发污染控制装置。活性炭具有极强的吸附燃油的作用，当环境气温升高或大气压力降低时，燃油箱中形成的油蒸气经过燃油管，进入活性炭罐中，被活性炭所吸收。发动机工作时，ECU根据发动机转速、温度、空气流量等信号，控制炭罐电磁阀的开闭，当打开时，空气从活性炭罐大气入口处吸进炭罐，冲洗活性炭罐，延长活性炭罐使用寿命，并与燃油蒸气混合送至发动机燃烧。此时发动机工作时的燃油量包括喷油器喷油量和来自燃油器蒸发控制燃油蒸气。

三、曲轴箱强制通风系统

该系统用于防止曲轴箱内的窜气进入大气中，使漏入曲轴箱内的窜缸混合气经专门通道，流回进气歧管，重新进入汽缸燃烧，以减少曲轴箱窜气排入大气的量。曲轴箱窜气中的主要污染物是碳氢化合物，因而采用曲轴箱强制通风系统能减少汽车碳氢化合物的排放。曲轴箱强制通风装置（PCV）主要是利用发动机工作时产生的真空将新鲜空气引入曲轴箱，并将曲轴箱中的燃油蒸气或燃油混合气排出，新鲜空气通过空气滤清气或独立的PVC空气滤清器进入曲轴箱，并通过PCV阀（单向阀）的控制，将曲轴箱的气体引入进气歧管，使之重新进入汽缸参与燃烧，阻止进入进气歧管的混合气返流至曲轴箱。

四、废气再循环装置（EGR）

废气再循环装置可将发动机的有害物质氮氧化物控制在最低程度，当汽车由怠速、加速到正常速度时，氮氧化物的排量往往较高，废气再循环装置把少量的废气与空气燃油混合气混合在一起，由于废气呈‘惰性’几乎不含氧，既不能参加化学反应也不能被燃烧，使进入每个汽缸的混合气相对‘稀释’和可燃成分下降，从而降低发动机内部燃烧的瞬间高温，起到减少氮氧化物生成的作用。另外，从排气歧管进入进气歧管参加循环的废气有一定的温度，将使进气歧管中的空气燃油混合气受热扩张，使吸入发动机每个汽缸的有效燃烧物减少，以至点火时不能产生很高的温度，从而降低氮氧化物的排放。但当废气量被吸入过多，将影响发动机的功率输出，因此EGR必须在计算机的控制下才能达到最佳效果。

五、三元催化器

三元催化器是一种燃烧后排放控制装置，目的是将已经燃烧但还未从排气管排出的废气进行催化转换，以减少碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物的排放。三元催化转换装置通常位于排气歧管与消声器之间的管路上，三元催化转换的催化元素是钯（Pd）、铂（Pt）和铑（Rh），把它们涂敷在催化装置内部交叉状或蜂窝状的陶瓷上，它具有氧化还原功能。当废气通过该装置时，经过其氧化还原作用使一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物等有害气体得到明显的下降。它的转换效力与发动机的空气燃油混合比例有关，当空气燃油混合比接近理想值14.7∶1时，转换效力最高。发动机电脑根据氧传感器的信号电压进行喷油量的调节，使空气燃油混合比仅可能的控制在理想值附近，使催化转换装置的转换效力保持在较高水平，减小污染物排放。

六、二次空气喷射

二次空气喷射也是燃烧后排放控制装置。它将一定量的空气引入排气管中，使废气中残存的可燃气体与新鲜空气结合而得到进一步燃烧，减小汽车一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）的排放。

七、废气涡轮增压与中冷技术

废气涡轮增压技术是使发动机轻量化、提高输出功率的有效措施。发动机进气经废气涡轮增压后，进气温度提高，滞燃期缩短，混合气适当变稀，这将使CO和HC排放以及油耗都有所降低。但是，进气温度上升将使NOx增多，空气密度也因温升而下降，使进气量不能达到期望水平。于是，出现了将增压后空气再进行冷却的中冷技术，使进气温度降低，循环进气量更大，NOx排放下降而功率进一步增加。实践证明：采用废气涡轮增压与中冷技术，可使柴油机体积功率提高200% ，NOx降低80%，微粒减少90%，耗油量降低16%。

八、燃油喷射高压化和多次喷射技术

柴油机传统的泵喷嘴系统的喷油压力比较低，一般不超过50MPa，而现代燃油喷射系统除泵喷嘴外，还有新型的共轨系统，喷油压力普遍提高，其喷油压力可达140MPa。柴油机喷油压力越高，燃油和空气的混合就越好，排烟就越少。与此同时，将电子技术应用于燃油喷射过程也是一个发展方向。有些厂商已将电子技术应用到燃油喷射的控制上，非常精确地控制喷油量和喷油时间，以适应不同的道路工况，并且有的还具有自适应能力，可以补偿零件磨损和零件制造偏差引起的变化，以取得NOx、微粒排放量和燃油经济性之间的最佳配合。采用燃油多次喷射技术可以实现柔和燃烧，亦可减少柴油机碳烟与颗粒的排放。

以上是目前汽车上较通用的几种排放控制措施。随着人们环保意识的提高和科技的发展，今后将会有更多、更先进的汽车排放控制技术应用于汽车领域。汽车排放控制将是未来汽车技术发展的一项综合课题，不仅要求研发机构深化和改进发动机设计，提高控制系统精确性，研制有效的废气净化装置，还要求石油化工领域不断提高燃油品质，以满足新型发动机和净化装置的切实要求。

参考文献：

[1]王建昕等.汽车排气污染治理及催化转换器[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2]韩玉敏.排放控制系统[M].北京：化学工业出版社，2004.

（作者单位：杭州汽车高级技工学校）