發(fā)動機(jī)尾氣排放應(yīng)對策略

1、發(fā)動機(jī)尾氣排放應(yīng)對策略 一、汽車尾氣污染物分析交通運(yùn)輸排氣污染來源于交通運(yùn)輸行業(yè)載運(yùn)工具與車輛的廢氣排放污染,其主要排放方式有油箱泄露、燃料蒸發(fā)和排氣管排放3種方式,排放的污染物主要來源于汽車發(fā)動機(jī)的尾氣排放。汽車發(fā)動機(jī)實際循環(huán)工作過程中,因為行人、車、路與環(huán)境不斷發(fā)生變化,發(fā)動機(jī)不可能一直處于穩(wěn)定工況運(yùn)轉(zhuǎn),其中瞬態(tài)工況占了很大比例。世界各地的發(fā)動機(jī)工況法定循環(huán)中有40%75%為非穩(wěn)態(tài)工況(或瞬態(tài)工況),其中25%40%是加速工況,特別是當(dāng)汽車行駛在市區(qū)時因車流量、紅綠燈及行人的不斷影響,其瞬態(tài)工況所占的比例更大,為50%80%,其中加速工況所占比例為30%50%。從評價汽車尾氣排放或燃油經(jīng)濟(jì)

2、性的法定行駛循環(huán)中也可以得到同樣的結(jié)論:汽車大局部有害物的排放和燃油消耗的40%80%來自發(fā)動機(jī)瞬態(tài)工況,其中加速工況占30%70%。汽車尾氣排放主要污染物包括CO、HC、NOx、SO2、煙塵微粒和臭氣(甲醛)。汽車尾氣排放污染是形成大氣環(huán)境污染的真正元兇;。據(jù)不完全統(tǒng)計,每輛交通運(yùn)輸車輛每天的排放中,CO約3kg,HC為0.20.4kg,NOx為0.050.15kg。在美國洛杉磯,汽車等流動載運(yùn)工具污染源排放的污染物已占其大氣污染物總量的90%。細(xì)顆粒物,即俗稱的PM2.5,是指大氣中直徑小于等于2.5m的顆粒物,由直接排入空氣中的一次微粒和空氣中的氣態(tài)污染物通過化學(xué)轉(zhuǎn)化生成的二次微粒組成,

3、其二次微粒中的二次微粒組成。其二次微粒中硫酸銨、硝酸銨形成。2022年初,北京及全國多座城市出現(xiàn)強(qiáng)霧霾天氣,研究認(rèn)為,霧霾事件是因為異常天氣造成中東部大氣穩(wěn)定、污染排放、浮塵和豐富水汽等自然因素與人為因素結(jié)合作用的結(jié)果,其中人類污染物的加劇排放是造成霧霾天氣的內(nèi)在原因。這次強(qiáng)霧霾污染物是英國倫敦1952年煙霧事件和20世紀(jì)四五十年代美國洛杉磯光化學(xué)煙霧事件污染物的混合體疊加的具有中國特色的沙塵氣溶膠,在京、津、冀霧霾天氣的專項研究中,專項組檢出了大量含氮有機(jī)顆粒物,這看來是最危險的信號;,因為這就是洛杉磯上世紀(jì)光化學(xué)煙霧的主要成分之一;。這些有機(jī)物的識別組分與比例見圖3。控制灰霾需要從控制污染

4、物排放著手,占18%的烴類有機(jī)顆粒物主要來源于汽車排放的尾氣和燃煤,加強(qiáng)對汽車發(fā)動機(jī)的研究有利于抑制灰霾的形成。二、汽車尾氣污染物應(yīng)對措施目前,為滿足日益嚴(yán)格的汽油機(jī)排放法規(guī)要求,各國在汽車排放控制方面采取的主要措施可歸納為優(yōu)化汽車設(shè)計、進(jìn)步排放與檢測標(biāo)準(zhǔn)、進(jìn)步燃油品質(zhì)和開發(fā)新能源汽車。1、優(yōu)化汽車設(shè)計汽車優(yōu)化設(shè)計除了外型與產(chǎn)品質(zhì)量尤其是發(fā)動機(jī)運(yùn)行元件可靠性與耐久性設(shè)計外,重點是進(jìn)步汽車發(fā)動機(jī)運(yùn)行與排放控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。1加強(qiáng)傳統(tǒng)汽油發(fā)動機(jī)技術(shù)革新與研究在目前純電動汽車、插電式混合動力汽車尚處于技術(shù)研究與起步推廣階段的情況下,廣闊汽車發(fā)動機(jī)研究人員與學(xué)者在響應(yīng)國家號召大力開展節(jié)能汽車的同時亦

5、在繼續(xù)關(guān)注傳統(tǒng)汽油發(fā)動機(jī)的技術(shù)革新與進(jìn)步,繼續(xù)注重傳統(tǒng)汽車技術(shù)程度的進(jìn)步與進(jìn)步,以滿足對排放標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)境保護(hù)的要求。歐盟對碳排放的要求非常嚴(yán)格,在2022年日內(nèi)瓦車展上,各大汽車廠商也花費(fèi)越來越多的精力在如何提升傳統(tǒng)燃油汽車的節(jié)油、減排與控制研究方面,歐洲汽車企業(yè)、日系車企業(yè)和中國的汽車廠商也將發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù)重心轉(zhuǎn)向小型汽油車進(jìn)展傳統(tǒng)技術(shù)的創(chuàng)新與技術(shù)挖掘,在傳統(tǒng)動力研究的根底上,推出了更出色的動力總成,從而有效減少有害氣體排放,進(jìn)步燃油經(jīng)濟(jì)性。隨著新能源汽車的持續(xù)研究、開發(fā)與逐步拓展,目前傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)面臨許多新能源汽車帶來的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn),但由于當(dāng)前汽油機(jī)仍是中國市場上轎車用發(fā)動機(jī)的主要選擇,照舊

6、需要加強(qiáng)對汽油機(jī)的進(jìn)一步研究與開發(fā),也就是說目前傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)面臨需要進(jìn)步與開發(fā)的關(guān)鍵時刻。在這個階段,傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)革新與進(jìn)步將在目前中國節(jié)能與環(huán)境保護(hù)方面起到至關(guān)重要的作用。2加強(qiáng)汽車發(fā)動機(jī)瞬態(tài)工況空燃比控制研究穩(wěn)態(tài)工況測得的各項指標(biāo)并不能真正代表汽油機(jī)的實際程度,而多年來國內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)工作者對瞬態(tài)工況(變工況)的各項研究起步相對較晚,日益嚴(yán)峻的大氣污染問題迫使世界各國不再只單純停留在汽油發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)工況的燃燒研究上。為滿足日益嚴(yán)格的汽車排放法規(guī),在電控汽油機(jī)上目前最有效的方法是使用三效催化器和與之相匹配的多點電控燃油噴射系統(tǒng),這就需要發(fā)動機(jī)在每個工況下都能工作在催化器最有效的區(qū)域,而三效催

7、化器的性能直接約束于空燃比的值,空燃比對催化器轉(zhuǎn)化效率的影響見圖4。三元催化器的最正確工作條件要求空燃比穩(wěn)定在理論空燃比附近。汽車排放控制的主要手段是利用三元催化轉(zhuǎn)化器將廢氣中的NOx、CO和HC等有害物質(zhì)經(jīng)過氧化復(fù)原作用轉(zhuǎn)化為無毒的二氧化碳、水和氮氣排向大氣。根據(jù)汽油的燃燒化學(xué)式,可燃混合氣的空燃比值為理論值14.7時,混合氣燃燒充分,汽車尾氣中的有害氣體含量最少;當(dāng)混合氣空燃比處于1.47x(10.01)的空燃比控制窗口范圍時,三元催化器對有害氣體的轉(zhuǎn)化率可以到達(dá)90%。所以,汽油機(jī)的空燃比控制是促進(jìn)汽車節(jié)能、減排的關(guān)鍵。3加強(qiáng)汽車發(fā)動機(jī)瞬態(tài)工況空燃比智能控制在空燃比控制中應(yīng)用先進(jìn)的控制策

8、略和方法,能進(jìn)步空燃比控制精度和準(zhǔn)確性。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對發(fā)動機(jī)中一些非線性參數(shù)進(jìn)展學(xué)習(xí)、訓(xùn)練和預(yù)測,到達(dá)高精度要求。各種控制方法的互相交融也成為研究加速等瞬態(tài)空燃比控制的有效手段。汽油機(jī)瞬態(tài)工況下空燃比控制策略都是圍繞根本控制策略的空燃比參數(shù)的有效控制,目前主要有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和智能控制等優(yōu)化控制方式。在汽油機(jī)實際加速瞬態(tài)工況下,由于氧傳感器反響信號存在一定的延時及油膜補(bǔ)償?shù)臅r間滯后性,往往存在轉(zhuǎn)速快而補(bǔ)償反響不及時,導(dǎo)致常規(guī)反響空燃比控制存在時滯現(xiàn)象,使得加速瞬態(tài)工況下發(fā)動機(jī)的空燃比明顯高于理論值(14.7),導(dǎo)致燃燒效率降低,發(fā)動機(jī)燃燒性能、動力性能與排放性能惡化。為了在加速瞬態(tài)

9、工況下使空燃比能快速穩(wěn)定在理論空燃比,基于汽油機(jī)加速瞬態(tài)工況空燃比控制根本策略,根據(jù)空燃比控制目的,采取基于混沌優(yōu)化的復(fù)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)空燃比控制系統(tǒng),在傳統(tǒng)控制的根底上有效消除或降低氧傳感器的反響信號與油門控制信號的遲滯效應(yīng),減少加速瞬態(tài)工況下空燃比的波動幅度,進(jìn)步發(fā)動機(jī)空燃比控制的時效性與有效性。2、進(jìn)步排放與檢測標(biāo)準(zhǔn)隨著全球?qū)Νh(huán)境問題的重視及能源危機(jī)的日益嚴(yán)重,汽車節(jié)能及排放控制問題成為社會關(guān)注的重點。中國已確定將在2022年到達(dá)單位國內(nèi)消費(fèi)總值碳排放比2022年降低40%50%的目的,并著手進(jìn)步機(jī)動車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)技術(shù)革新。在百萬大城市中,很多城市開場實行機(jī)動車國五排放標(biāo)準(zhǔn)來加大汽

10、車的排放控制,北京已經(jīng)發(fā)布將推行機(jī)動車排放國五標(biāo)準(zhǔn)。3、進(jìn)步燃油品質(zhì)中國輕型汽油車排放國四標(biāo)準(zhǔn)已于2022年7月1日開場施行,但大局部城市相應(yīng)的汽油標(biāo)準(zhǔn)施行時間要到2022年。目前,國內(nèi)僅有廣州、上海和北京等城市如期施行國四汽油,很多城市汽油使用現(xiàn)狀是國四的車卻不加國四的汽油,這在加大汽車磨損的同時也加大了污染物的排放。國內(nèi)油品質(zhì)量的不平衡與油品晉級進(jìn)程大幅落后于汽車新技術(shù)與嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)施行進(jìn)程,過去10年中,在施行國一、國二、國三標(biāo)準(zhǔn)時,汽油標(biāo)準(zhǔn)分別比汽車標(biāo)準(zhǔn)滯后了2年、1年半和1年零8個月。而歐美及世界大局部地區(qū)制定和施行汽車排放標(biāo)準(zhǔn)時,一直將車和油當(dāng)成一個系統(tǒng),同步施行油品和汽車排放標(biāo)準(zhǔn),

11、確保汽車排放的晉級。中國應(yīng)堅持油品與汽車排放標(biāo)準(zhǔn)同步進(jìn)步,確保通過技術(shù)革新來有效降低汽車排放污染物程度。4、開展新能源汽車,逐步淘汰黃標(biāo)車中國?節(jié)能與新能源汽車開展規(guī)劃?中明確提出以純電動作為汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向,重點開展純電動汽車、插電式混合動力汽車。但目前來看,國內(nèi)對純電動汽車、插電式混合動力汽車的實際應(yīng)用還存在不少瓶頸,科學(xué)研究與實際應(yīng)用不同步,存在充電根底設(shè)施支持缺乏、價格高昂、平安性能保障、高速性能與長途運(yùn)行缺乏等缺陷,加上駕駛?cè)藛T意識的轉(zhuǎn)變需要一個過渡過程。這都需要加大科研、理論力度,大力進(jìn)步新能源汽車的推廣進(jìn)程,逐步采用新能源汽車取代傳統(tǒng)汽車。在開展新能源汽車的同時應(yīng)加強(qiáng)對傳統(tǒng)黃標(biāo)車尤其是營運(yùn)黃標(biāo)車的淘汰力度,各級政府與環(huán)保部門應(yīng)加大政策的制定與推行力度,進(jìn)步補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)動車主更新、淘汰黃標(biāo)車的積極性,加快黃標(biāo)車的淘汰、更新。三、結(jié)語整治交通運(yùn)輸排氣污染刻不容緩,政府、企業(yè)與廣闊科研工作者應(yīng)實在加