[科普中国]-机动车污染控制技术

简介

机动车污染与机动车保有量、燃料利用率、燃料性能及交通状况等诸多因素密切相关，随着机动车保有量的迅速增加和城市化进程的加快，中国一些大城市的大气污染类型正在由煤烟型向混合型或机动车污染型转化，机动车尾气排放已经成为主要城市的重要污染源。1

城市交通运输需要大量的能源。在全世界所生产的全部能源中，20%以上用于交通运输。这些能源消耗导致了城市、区域和全球性的空气污染。在城市的交通中心，机动车是造成空气中CO含量的90%～95%、NOx和碳氢化合物(CH)含量的80%～90%以及大部分颗粒物的原因。这些污染物不仅能够在空气中长久停留，还能引起污染更严重的光化学烟雾。在发达国家的城市中，汽车排放污染物成为空气污染的最主要来源。

排放物机动车发动机排出的物质主要包括：燃料完全燃烧的产物(CO2、H2O和N2)，不完全燃烧的产物(CO、碳氢化合物和炭烟颗粒等)，燃料添加剂的燃烧生成物(铅化合物微粒)，燃料中硫的燃烧产物SO2以及高温燃烧时生成的NOX等。除了尾气以外，曲轴箱、化油器和油箱也是机动车的污染物排放源，它们主要是排出未燃烃。目前排放法规限制的是CO、碳氢化合物、NOX和颗粒物。

汽油车污染污染物汽油机排放中的有害物质主要有CO、NOx、HC化合物及少量的铅、硫、磷等，有害物质构成主要有如下几部分：①尾气污染，尾气污染占总污染量的65%～85%，其中有害物质为CO、NOx及HC化合物。这些有害物质的排出量与汽车发动机的设计和制造水平、燃烧状况密切相关；②曲轴箱通风污染占20%，主要是HC化合物；③汽油箱通风污染占5%，主要是汽油中轻馏分的蒸发损失；④化油器的蒸发和泄漏，占5%～10%；⑤汽油中含Pb、S、P造成的污染，由于无铅汽油的广泛采用和油品质量的提高，此类污染已退居次要地位。

控制技术汽油车污染控制一般可以通过三个途径来实现：机内净化、机外净化、燃料系统改进与替代。

① 机内净化

目前，汽车以汽油作动力燃料的情况下，开发机内净化技术、减少汽油机污染排放是控制汽车污染的根本措施。减少汽油机污染排放的途径，可分为两大类：其一是通过对发动机的改进或调整，改是燃烧过程；以防止或减少污染物在机内的生成，进而降低污染丰非放；其二是将发动机排出的废气，用设置在机外的装置进行净化处理，进而降低污染排放。

这些技术包括降低发动机燃烧室的面容比，改进点火系统，提高燃烧过程的压缩比，采用多气阀汽缸设计，改善燃料供给系统，采用汽油喷射技术，引入废气再循环，曲轴箱废气进行密封处理，使用电子控制的发动机管理系统等。应用上述技术可使现代的发动机污染物排放比传统发动机减少60%～70%以上。

② 机外净化

机外净化就是对尾气进行处理，通过改进排气管、二次空气喷射和催化反应器等技术净化尾气中的CO、HC化合物和NOx。

将化油器正中的排气管中设计许多褶叶，增加废气在夹空中的停留时间，突出的叶翅被废气加热，可气化混合气中的残液以及作为HC化合物、CO再循环的热源。二次空气喷射系统可将新鲜空气喷射到排气门附近，使高温废气中的HC化合物、CO进一步燃烧。

③ 燃料系统改进与替代

改进汽油的油品组分和质量可以降低汽车的有害污染物的排放，并改善发动机的动力性能和经济性。例如，可采用含硫量低的优质汽油，用清洁燃料代替汽油。清洁燃料包括氢、液化石油气(主要成分为丙烷、丁烷及甲烷)、天然气、工业煤气以及甲醇和乙醇等液体燃料。这些燃料防爆性能好，有利于提高发动机压缩比，改善发动机性能，降低汽车排气量。

柴油车污染污染物柴油机中污染物的形成过程主要取决于燃油分布及其混合情况。柴油机的排气黑烟歪一种臭味并形成烟雾，主要是燃油在高温缺氧情况下裂解、聚合、碳化形成的。尤其是在柴油车急速加油、爬坡、满载或超载时，冒黑烟更为严重。碳氢化合物是燃料中的未燃烃类、裂解反应和再化合反应的产物、燃烧和氧化反应的中间产物。局部温度和瞬间温度过低；局部浓度和瞬时浓度过浓和过稀都可能是碳氢化合物的生成原因。NOx主要在高温燃气区域生成，并且在靠近理论空燃比区域及稀火焰区的NOX生成率最高。

控制技术柴油车排放污染物控制措施主要有三条途径：机前预防、机内控制和尾气处理。

① 机前的预防

与汽油车的机前措施相同，首先考虑燃料的改进与替代，开发新的能源；其次对燃料或空气在进入汽缸燃烧前预先进行处理，以改变缸内燃烧的反应过程，从而降低有害气体排放量。例如在燃料中添加含钡消烟剂可降低炭烟的浓度；采用进气管喷水或柴油掺水等方法，由于水分降低了柴油机的燃烧温度，因此能降低尾气中NOx的含量。缺点是喷水后，汽缸腐蚀增加．需要根据功率调节加水量。

② 机内净化措施

对燃烧过程本身进行改进，以减少有害气体的产生，机内方法主要有推迟喷油、提高喷油速率、加强进气涡流、废气再循环、采用分隔式燃烧室等。

③ 柴油机排气后处理技术

柴油机排气净化后处理技术主要有过滤捕集和催化转化法。2