汽車排放控制技術(shù)

PAGEPAGE16目錄【摘要】 2前言 3一、汽車排氣的主要污染物及其危害 4（一）、汽車尾氣主要污染物： 4（二）、汽車排放污染物的形成 41、氮氧化合物（NOx）的形成 42、CO的生成機(jī)理及影響因素 53、碳化氫的形成 5（三）、汽車排放物的危害 6二、汽車排放控制系統(tǒng) 7（一）、傳感器與閉環(huán)控制 71、三元催化轉(zhuǎn)化器 72、氧傳感器 83、閉環(huán)控制 9（二）、廢氣再循環(huán)控制（EGR） 9（三）、活性碳罐蒸發(fā)污染控制 10三、其他方面控制方法 12（一）、新型能源 121、燃料電池 122、二甲醚燃料 13（二）、催化劑及載體的發(fā)展 131、催化劑 132、催化劑的載體 143、稀燃發(fā)動機(jī)用的新概念三元催化劑 144、采用兩個催化反應(yīng)器 14參考文獻(xiàn)： 16汽車排放控制的技術(shù)的研究——汽車污染途徑及控制措施【摘要】隨著我國公路網(wǎng)建設(shè)的加快和國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,汽車工業(yè)得到很快的發(fā)展。汽車制造業(yè)、汽車運(yùn)輸業(yè)和服務(wù)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，汽車保有量的增長直接導(dǎo)致了石油燃料的大量消耗。并由此產(chǎn)生了大量的有害排放物。尤其在一些大中城市，汽車排氣造成的環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重。目前，大氣污染已逐漸成為世界性的問題,所以對汽車排氣污染物的監(jiān)控與防治以處于刻不容緩的地步。本文將介紹汽車排氣污染物的成分及各自危害和現(xiàn)在汽車中常用的一些控制系統(tǒng)，包括：三元催化轉(zhuǎn)化裝置、氣再循環(huán)系統(tǒng)、活性碳罐蒸發(fā)污染控制工作過程及原理。簡要介紹了汽車新能源的開發(fā)與利用。【關(guān)鍵詞】：排放控制環(huán)境污染二甲醚前言經(jīng)過30年的改革開放，中國私人汽車數(shù)量迅速增加，汽車開始進(jìn)入普通人的家庭生活。汽車需求的迅猛增長是推動2009年中國經(jīng)濟(jì)增長的重要力量。中汽協(xié)對2009年汽車市場的最新預(yù)測為：總銷量在1020萬輛左右，比上年增長8.7%，其中，乘用車745萬輛，同比增長10.2%(轎車增長7.9%，交叉型乘用車增長23%)，商用車銷量275萬輛，同比增長5%。2001年后加入世界貿(mào)易組織（WTO），中國已經(jīng)將汽車的進(jìn)口關(guān)稅從70-90%降低到44-51%，我國目前汽車進(jìn)口關(guān)稅稅率總水平是25%左右。隨著汽車價格的下降以及中國人較低的汽車擁有量，中國的汽車市場將會進(jìn)一步繁榮。隨著轎車進(jìn)入家庭，主要城市及近郊的交通擁擠狀況會進(jìn)一步加劇，從而使汽車廢氣排放問題更加嚴(yán)重。至09年8月底，我國機(jī)動車保有量為18001.85萬輛。其中，汽車(含三輪汽車和低速載貨汽車)7185.70萬輛，摩托車9238.76萬輛。在城市環(huán)境污染物中，汽車所排放的氮氧化物占到了45至60%，而一氧化碳則占到了85%。因此，中國城市居民所吸入的劣質(zhì)空氣主要是由汽車所排放的廢氣造成的。除非政府愿意犧牲這方面的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，限制上路汽車數(shù)量。因此，通過技術(shù)手段解決控制汽車廢氣排放問題，是當(dāng)務(wù)之急。一、汽車排氣的主要污染物及其危害（一）、汽車尾氣主要污染物：汽車尾氣通過排氣管、曲軸箱、油箱和汽化器等處排出，排放的主要污染物為一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOX）、硫化物、鉛（Pb）（一般由使用含鉛汽油的汽車排放）、苯及一些懸浮顆粒物（包括碳粒等）。據(jù)統(tǒng)計，每千輛汽車每天排出一氧化碳約3000kg，碳?xì)浠衔?00—400kg，氮氧化合物50—150kg。（二）、汽車排放污染物的形成1、氮氧化合物（NOx）的形成氮氧化合物NOX包含NO和NO2，但主要是NO、NO2所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高，它們是空氣中的N2在燃燒高溫下的產(chǎn)物，與燃料的組成無關(guān)。NO是在燃燒火焰前鋒和火焰后的已燃區(qū)域中產(chǎn)生的。汽油機(jī)燃燒過程進(jìn)行得很快，在火焰區(qū)域內(nèi)停留的時間很短；而早期的燃燒產(chǎn)物受到壓縮而溫度上升，因此在已燃區(qū)域內(nèi)會產(chǎn)生大量的NO，而在火焰前鋒內(nèi)則生成量不大。根據(jù)NO的生成機(jī)理可知，發(fā)動機(jī)氣缸在燃燒過程和膨脹過程中，其早期氣缸內(nèi)的溫度和O2濃度的變化是影響NOX生成率的主要因素。發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)對NO生成率影響最大的有：燃空當(dāng)量比、氣缸內(nèi)未燃混合氣中已燃?xì)怏w質(zhì)量分?jǐn)?shù)、主要用于控制NOX生成率的排氣再循還（EGR）量和點(diǎn)火正時等。2、CO的生成機(jī)理及影響因素CO的生成機(jī)理十分復(fù)雜，從實(shí)驗中可以發(fā)現(xiàn)，CO的生成率主要受燃空當(dāng)量比的影響，與空氣系數(shù)λ值有關(guān)，與燃料成分的關(guān)系較小。由于常規(guī)汽油機(jī)在部分負(fù)荷時λ略大于1、全負(fù)荷時λ略小于1的混合氣中運(yùn)轉(zhuǎn)，因此會產(chǎn)生大量的CO排放。CO生成的主要機(jī)理如下：RH→R→RO2→RCHO→RCO→CO。式中的R代表碳?xì)涓?，CO在燃燒過程中生成以后，以較慢的速率氧化成CO2；由于CO的生成是受化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的影響，因此火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)在啟動加熱和急加速、急減速時CO的排放比較嚴(yán)重，這就需要精確控制油量來進(jìn)行抑制。3、碳化氫的形成HC的生成比較復(fù)雜，總的來說主要有以下幾種途徑：1）在發(fā)動機(jī)氣缸的壓縮和燃燒過程中，由于氣缸內(nèi)壓力升高，把部分未燃混合氣壓入與燃燒室相通的狹縫中，由于燃燒時火焰不能進(jìn)入狹縫，因此不能完全燃燒，在膨脹和排氣行程中，在氣缸壓力降低后，以未燃HC的形式進(jìn)入排氣管，這是HC的主要來源；2）氣缸壁的激冷效應(yīng)，在混合氣燃燒過程中，當(dāng)火焰逼近較冷的氣缸壁時，離氣缸壁＜0.1mm薄層內(nèi)的可燃混合氣由于火焰的淬滅而并未燃燒，從而進(jìn)入排氣管；3）存在于氣缸壁、活塞頂以及氣缸蓋底面上的一層潤滑油膜中，有可能在燃燒前后吸收或放出燃料中的HC成分；4）在發(fā)動機(jī)做加速、減速等瞬態(tài)工況運(yùn)行時，點(diǎn)火正時、空燃比以及排氣再循環(huán)值都沒有處于最佳狀態(tài)，有可能引起燃燒過程的不完善，如燃燒特別緩慢、火焰大面積淬滅等，從而使HC排放增加。（三）、汽車排放物的危害汽車尾氣最主要的危害是形成光化學(xué)煙霧。汽車尾氣中的碳?xì)浠衔锖偷趸衔镌陉柟庾饔孟掳l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧，它和大氣中的其它成份結(jié)合就形成光化學(xué)煙霧。其對健康的危害主要表現(xiàn)為刺激眼睛，引起紅眼?。淮碳け?、咽喉、氣管和肺部，引起慢性呼吸系統(tǒng)疾病。光化學(xué)煙霧能使樹木枯死，農(nóng)作物大量減產(chǎn)；能降低大氣的能見度，妨礙交通。汽車尾氣中一氧化碳的含量最高，它可經(jīng)呼吸道進(jìn)入肺泡，被血液吸收，與血紅蛋白相結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，降低血液的載氧能力，削弱血液對人體組織的供氧量，導(dǎo)致組織缺氧，從而引起頭痛等癥狀，重者窒息死亡。汽車尾氣中的氮氧化合物含量較少，但毒性很大，其毒性是含硫氧化物的3倍。氮氧化合物進(jìn)入肺泡后，能形成亞硝酸和硝酸，對肺組織產(chǎn)生劇烈的刺激作用，增加肺毛細(xì)管的通透性，最后造成肺氣腫。亞硝酸鹽則與血紅蛋白結(jié)合，形成高鐵血紅蛋白，引起組織缺氧。汽車尾氣中的碳?xì)浠衔镉?00多種，其中C2H4在大氣中的濃度達(dá)0.5ppm（十萬分之一）時，能使一些植物發(fā)育異常。汽車尾氣中還發(fā)現(xiàn)有32種多環(huán)芳烴，包括3,4-苯并芘等致癌物質(zhì)。當(dāng)苯并芘在空氣中的濃度達(dá)到0.012ug/m3時，居民中得肺癌的人數(shù)會明顯增加。離公路越近，公路上汽車流量越大，肺癌死亡率越高。汽車尾氣中的二氧化硫和懸浮顆粒物，會增加慢性呼吸道疾病的發(fā)病率，損害肺功能。二氧化硫在大氣中含量過高時，會隨降水形成“酸雨”。汽車尾氣中的鉛化合物可隨呼吸進(jìn)入血液，并迅速地蓄積到人體的骨骼和牙齒中，它們干擾血紅素的合成、侵襲紅細(xì)胞，引起貧血；損害神經(jīng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時損害腦細(xì)胞，引起腦損傷。當(dāng)兒童血中鉛濃度達(dá)0.6~0.8ppm時，會影響兒童的生長和智力發(fā)育，甚至出現(xiàn)癡呆癥狀。鉛還能透過母體進(jìn)入胎盤，危及胎兒。汽車用油大多數(shù)摻有防爆劑四乙基鉛或甲基鉛，燃燒后生成的鉛及其化合物均為有毒物質(zhì)。城市大氣中的鉛60%以上來自汽車含鉛汽油的燃燒。人體中鉛含量超標(biāo)可引發(fā)心血管系統(tǒng)疾病，并影響肝、腎等重要器官的功能及神經(jīng)系統(tǒng)。由于鉛塵比重大，通常積聚在1米左右高度的空氣中，因此對兒童的威脅最大。二、汽車排放控制系統(tǒng)（一）、傳感器與閉環(huán)控制車用傳感器是汽車計算機(jī)系統(tǒng)的輸入裝置，它把汽車運(yùn)行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況等，轉(zhuǎn)化成電訊號輸給計算機(jī)，以便發(fā)動機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。現(xiàn)代汽車技術(shù)發(fā)展特征之一就是越來越多的部件采用電子控制。其中與廢氣排放控制有關(guān)的有氧傳感器、爆震傳感器、空氣流量傳感器等。1、三元催化轉(zhuǎn)化器三元催化反應(yīng)器是用鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)、鈰(Ce)及稀土金屬等中的某幾種作催化劑，在排氣經(jīng)過反應(yīng)器的很短時間內(nèi)，將其中HC、CO、NOx同時進(jìn)行催化反應(yīng)，使它們轉(zhuǎn)化成CO2、N2、NH3及N2O等排入大氣中。

三元催化反應(yīng)器通常由圓筒形外殼、上面涂覆著催化劑的載體等構(gòu)成。載體一般有γ-A12O3小球、堇青石制成的整體蜂窩狀多孔陶瓷及金屬薄片制成的載體等3種。是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機(jī)外凈化裝置，它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的二氧化碳、水和氮?dú)狻Ｓ捎谶@種催化器可同時將廢氣中的工種主要有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。隨著環(huán)境保護(hù)要求的日益苛刻，越來越多的汽車安裝了廢氣催化轉(zhuǎn)化器以及氧傳感器裝置。它安裝在發(fā)動機(jī)排氣管中，通過氧化還原反應(yīng)，將汽車尾氣排出的CO、HC和NOxz轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和氮?dú)猓视址Q之為三元(效)催化轉(zhuǎn)化器。三元催化器的工作原理是：當(dāng)高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時，三元催化器中的凈化劑將增強(qiáng)CO、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進(jìn)行一定的氧化-還原化學(xué)反應(yīng)，其中CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳?xì)怏w；HC化合物在高溫下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx還原成氮?dú)夂脱鯕狻ＨN有害氣體變成無害氣體，使汽車尾氣得以凈化。a）丸狀結(jié)構(gòu).b）整塊式載體結(jié)構(gòu)2、氧傳感器氧傳感器是利用陶瓷敏感元件測量各類加熱爐或排氣管道中的氧電勢，由化學(xué)平衡原理計算出對應(yīng)的氧濃度，達(dá)到監(jiān)測和控制爐內(nèi)燃燒空然比，保證尾氣排放達(dá)標(biāo)的元件。在使用三元催化轉(zhuǎn)換器以減少排氣污染的發(fā)動機(jī)上，氧傳感器是必不可少的元件。由于混合氣的空燃比一旦偏離理論空燃比，三元催化劑對CO、HC和NOx的凈化能力將急劇下降，故在排氣管中安裝氧傳感器，用以檢測排氣中氧的濃度，并向ECU發(fā)出反饋信號，再由ECU控制噴油器噴油量的增減，從而將混合氣的空燃比控制在理論值附近。電噴車為獲得高排氣凈化率，降低排氣中（CO）一氧化碳、（HC）碳?xì)浠衔锖停∟Ox）氮氧化合物成份，必須利用三元催化器。但為了能有效地使用三元催化器，必須精確地控制空燃比，使它始終接近理論空燃比。催化器通常裝在排氣歧管與消聲器之間。氧傳感器具有一種特性，在理論空燃比（14.7：1）附近它輸出的電壓有突變。這種特性被用來檢測排氣中氧氣的濃度并反饋給電腦，以控制空燃比。當(dāng)實(shí)際空燃比變高，在排氣中氧氣的濃度增加而氧傳感器把混合氣稀的狀態(tài)（小電動勢：O伏）通知ECU。當(dāng)空燃比比理論空燃比低時，在排氣中氧氣的濃度降低，而氧傳感器的狀態(tài)（大電動勢：1伏）通知（ECU）電腦。ECU根據(jù)來自氧傳感器的電動勢差別判斷空燃比的低或高，并相應(yīng)地控制噴油持續(xù)的時間。但是，如氧傳器有故障使輸出的電動勢不正常，（ECU）電腦就不能精確控制空燃比。所以氧傳感器還能彌補(bǔ)由于機(jī)械及電噴系統(tǒng)其它件磨損而引起空燃比的誤差?？梢哉f是電噴系統(tǒng)中唯一有“智能”的傳感器。3、閉環(huán)控制閉環(huán)控制是控制論的一個基本概念。指作為被控的輸出以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對輸入端施加控制影響的一種控制關(guān)系。發(fā)動機(jī)電噴系統(tǒng)的閉環(huán)控制是一個實(shí)時的氧傳感器、計算機(jī)和燃油量控制裝置三者之間閉合的三角關(guān)系。氧傳感器“告訴”計算機(jī)混合氣的空燃比情況，計算機(jī)發(fā)出命令給燃油量控制裝置，向理論值的方向調(diào)整空燃比(14.7：1)。這一調(diào)整經(jīng)常會超過一點(diǎn)理論值，氧傳感器察覺出來，并報告計算機(jī)，計算機(jī)再發(fā)出命令調(diào)回到14.7：1。因為每一個調(diào)整的循環(huán)都很快，所以空燃比不會偏離14.7：1，一旦運(yùn)行，這種閉環(huán)調(diào)整就連續(xù)不斷。采用閉環(huán)控制的電噴發(fā)動機(jī)，由于能使發(fā)動機(jī)始終在較理想的工況下運(yùn)行(空燃比偏離理論值不會太多)，使排放污染盡量減少。（二）、廢氣再循環(huán)控制（EGR）廢氣再循環(huán)系統(tǒng)工作原理：發(fā)動機(jī)控制電腦即ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷(節(jié)氣門開度)、溫度、進(jìn)氣流量、排氣溫度控制電磁閥適時地打開，進(jìn)氣管真空度經(jīng)電磁閥進(jìn)入EGR閥真空膜室，膜片拉桿將EGR閥門打開，排氣中的少部分廢氣經(jīng)EGR閥進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)，與混合氣混合后進(jìn)入氣缸參與燃燒。少部分廢氣進(jìn)入氣缸參與混合氣的燃燒，降低了燃燒時氣缸中的溫度，因NOX是在高溫富氧的條件下生成的，故抑制了NOX的生成，從而降低了廢氣中的NOX的含量。但是，過度的廢氣參與再循環(huán)，將會影響混合氣的著火、性能，從而影響發(fā)動機(jī)的動力性，特別是在發(fā)動機(jī)怠速、低速、小負(fù)荷及冷機(jī)時，再循環(huán)的廢氣會明顯地影響發(fā)動機(jī)性能。所以，當(dāng)發(fā)動機(jī)在怠速、低速、小負(fù)荷及冷機(jī)時，ECU控制廢氣不參與再循環(huán)，避免發(fā)動機(jī)性能受到影響；當(dāng)發(fā)動機(jī)超過一定的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷及達(dá)到一定的溫度時，ECU控制少部分廢氣參與再循環(huán)，而且，參與再循環(huán)的廢氣量根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度及廢氣溫度的不同而不同，以達(dá)到廢氣中的NOX最低。EGR閥（廢氣再循環(huán)閥）通常在下列條件下開啟：1.發(fā)動機(jī)暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。2.轉(zhuǎn)速超過怠速。ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)冷卻水溫傳感器、節(jié)氣門位置傳感器和空氣流量傳感器來控制EGR系統(tǒng)。（三）、活性碳罐蒸發(fā)污染控制燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的作用是防止汽車油箱內(nèi)蒸發(fā)的汽油蒸氣排入大氣。它由蒸氣回收罐（亦稱活性炭罐）、控制電磁閥、蒸氣分離閥及相應(yīng)的蒸氣管道和真空軟管等組成(圖1）。蒸氣分離閥安裝在油箱的頂部，油箱內(nèi)的汽油蒸氣從該閥出口經(jīng)管道進(jìn)入蒸氣回收罐。該閥的作用是防止汽車翻傾時油箱內(nèi)的燃油從蒸氣管道中漏出。蒸氣回收罐內(nèi)充滿了活性炭顆粒，故又稱為活性炭罐。活性炭可以吸附汽油蒸氣中的汽油分子。當(dāng)油箱內(nèi)的汽油蒸氣經(jīng)蒸氣管道進(jìn)入蒸氣回收時，蒸氣中的汽油分子被活性炭吸附。蒸氣回收罐上方的另一個出口經(jīng)真空軟管與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管相通。軟管中部有一個電磁閥控制管路的通斷。當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，如果電磁閥開啟，則在進(jìn)氣歧管真空吸力的作用下，新鮮空氣將從蒸氣回收罐下方進(jìn)入，經(jīng)過活性炭后再從蒸氣回收罐的出口進(jìn)入軟管的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管，把吸附在活性炭上的汽油分子（重新蒸發(fā)的）送入發(fā)動機(jī)燃燒，使之得到充分利用；蒸氣回收罐內(nèi)的活性炭則隨之恢復(fù)吸附能力，不會因使用太久而失效。進(jìn)入進(jìn)氣歧管的回收燃油蒸氣量必須加以控制，以防破壞正常的混合氣成分。這一控制過程由微機(jī)根據(jù)發(fā)動機(jī)的水溫、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度等運(yùn)行參數(shù)，通過操縱控制電磁閥的開、閉來實(shí)現(xiàn)。在發(fā)動機(jī)停機(jī)或怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時，微機(jī)使電磁閥關(guān)閉，從油箱中逸出的燃油蒸氣被蒸氣回收罐中的活性炭吸收。當(dāng)發(fā)動機(jī)以中、高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，微機(jī)使電磁閥開啟，儲存在蒸氣回收罐內(nèi)的汽油蒸氣經(jīng)過真空軟管后被吸入發(fā)動機(jī)。此時，因為發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量較大，少量的燃油蒸氣不會影響混合氣的成分。三、其他方面控制方法（一）、新型能源在能源和環(huán)保的壓力下，新能源汽車無疑將成為未來汽車的發(fā)展方向。如果新能源汽車得到快速發(fā)展，以2020年中國汽車保有量1.4億計算，可以節(jié)約石油3229萬噸，替代石油3110萬噸，節(jié)約和替代石油共6339萬噸，相當(dāng)于將汽車用油需求削減22.7%。2020年以前節(jié)約和替代石油主要依靠發(fā)展先進(jìn)柴油車、混合動力汽車等實(shí)現(xiàn)。到2030年，新能源汽車的發(fā)展將節(jié)約石油7306萬噸、替代石油9100萬噸，節(jié)約和替代石油共16406萬噸，相當(dāng)于將汽車石油需求削減41%。屆時，生物燃料、燃料電池在汽車石油替代中將發(fā)揮重要的作用。結(jié)合中國的能源資源狀況和國際汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢，預(yù)計到2025年后，中國普通汽油車占乘用車的保有量將僅占50%左右，而先進(jìn)柴油車、燃?xì)馄?、生物燃料汽車等新能源汽車將迅猛發(fā)展。以下簡要介紹燃料電池與二甲醚燃料的性能。1、燃料電池燃料電池汽車是電動汽車的一種，其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過燃燒，直接變成電能或的。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過程不會產(chǎn)生有害產(chǎn)物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機(jī)要高2～3倍，因此從能源的利用和環(huán)境保護(hù)方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。燃料電池汽車的氫燃料能通過幾種途徑得到。有些車輛直接攜帶著純氫燃料，另外一些車輛有可能裝有燃料重整器，能將烴類燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體。單個的燃料電池必須結(jié)合成燃料電池組，以便獲得必需的動力，滿足車輛使用的要求。近幾年來，燃料電池技術(shù)已經(jīng)取得了重大的進(jìn)展。世界著名汽車制造廠，如戴姆勒－克萊斯勒、福特、豐田和通用汽車公司已經(jīng)宣布，計劃在2004年以前將燃料電池汽車投向市場。目前，燃料電池轎車的樣車正在進(jìn)行試驗，以燃料電池為動力的運(yùn)輸大客車在北美的幾個城市中正在進(jìn)行示范項目。在開發(fā)燃料電池汽車中仍然存在著技術(shù)性挑戰(zhàn)，如燃料電池組的一體化，提高商業(yè)化電動汽車燃料處理器和輔助部汽車制造廠都在朝著集成部件和減少部件成本的方向努力，并已取得了顯著的進(jìn)步。與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池汽車具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）零排放或近似零排放；2）減少了機(jī)油泄露帶來的水污染；3）降低了溫室氣體的排放；4）提高了燃油經(jīng)濟(jì)性；5）提高了發(fā)動機(jī)燃燒效率；6）運(yùn)行平穩(wěn)、無噪聲。2、二甲醚燃料上世紀(jì)90年代中期，作為一種優(yōu)良的汽車清潔能源，二甲醚（DME）引起國際汽車界的重視。近年來歐美、日韓等發(fā)達(dá)國家十分看好二甲醚燃料汽車的市場前景和環(huán)保效益，紛紛加快了二甲醚燃料發(fā)動機(jī)與汽車的研發(fā)。二甲醚作為燃料在汽車上應(yīng)用，具備許多優(yōu)點(diǎn)：1．在高壓縮比下壓燃燃燒，具有與柴油機(jī)等效的熱效率；2．作為含氧高的燃料，燃燒完全，可大幅降低CO的排放；3．由于不含C-C分子鏈，在燃燒過程不會分解出碳，因而，在各種情況下都能實(shí)現(xiàn)無煙燃燒；4．在經(jīng)過噴油系統(tǒng)改進(jìn)后，推遲噴油提前期，可以降低NOx的排放；5．可以和柴油實(shí)現(xiàn)任意的混合使用。

目前的研究結(jié)果表明：二甲醚燃料是十分理想的潔凈代用燃料，可實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)動機(jī)超低排放，滿足歐三標(biāo)準(zhǔn)。（二）、催化劑及載體的發(fā)展通過催化反應(yīng)降低汽車排放的核心是研制高性能的催化劑。全面提高催化反應(yīng)器的性能，還需促進(jìn)載體及控制空燃比等技術(shù)的發(fā)展，提高催化劑低溫活性及高溫耐熱性，降低催化劑成本。

1、催化劑

早期主要使用鉑(Pt)作催化劑，而后使用鉑/銠(Pt/Rh)，因為鉑貴而銠的資源有限，現(xiàn)代除了繼續(xù)使用鉑/銠催化劑外，正研究和使用下列催化劑：(1)僅用鈀(Pd)作催化劑；(2)鉑/鈀/銠三金屬催化劑；(3)鉑/鈀催化劑；(4)鈀/銠催化劑；(5)稀土金屬催化劑。各種催化劑各有優(yōu)、缺點(diǎn)，都還不能具備十分完美的性能，仍在研究發(fā)展中。

目前，比較多的歐洲汽車廠家使用鉑/銠或鈀/銠作催化劑。鈀具有良好的使HC氧化的性能，但是對燃油中的硫中毒的現(xiàn)象較敏感，從而使NOx的轉(zhuǎn)化性能變差。

2、催化劑的載體

早期是使用顆粒狀載體，但由于機(jī)械強(qiáng)度較差及排氣流動阻力大等原因已更多地由堇青石制成的整體蜂窩狀多孔陶瓷載體所代替。主要研究改進(jìn)的方向是使其材質(zhì)致密化，減少壁厚，提高能負(fù)載催化劑的表面積與體積的比值。此外減少其熱容量，提高熱傳導(dǎo)性及高溫耐熱性也是提高催化劑低溫性能及使用壽命所必需的。

現(xiàn)代除了堇青石制的陶瓷載體外，還有用Fe-Cr-Al系等合金制造的金屬載體。它的特點(diǎn)是：壁薄、機(jī)械強(qiáng)度及耐久性好、排氣流阻小、不會影響發(fā)動機(jī)的功率、熱傳導(dǎo)性好、熱容量小。因此能夠在發(fā)動機(jī)啟動時較快地達(dá)到催化劑的點(diǎn)火溫度，提高低溫工況下催化劑的轉(zhuǎn)化效率。金屬載體的缺點(diǎn)是制造工藝要求及成本高，目前在高性能、高級轎車上，使用金屬載體催化反應(yīng)器的較多。

3、稀燃發(fā)動機(jī)用的新概念三元催化劑為了降低發(fā)動機(jī)CO2排放，稀燃技術(shù)得到更多的應(yīng)用，同時降低比油耗。然而通常在理論空燃比混合氣工況下，效率較高的三元催化劑，在使用稀混合氣燃燒時，因排氣中氧含量多，不能使NOX很好地還原轉(zhuǎn)化，因此需要研究開發(fā)適應(yīng)稀燃發(fā)動機(jī)需要的新型催化劑。

日本豐田公司開發(fā)了一種新概念的三元催化劑。它可以在發(fā)動機(jī)用稀混合氣工作時，將NOX儲存起來。然后在汽車加速等工況需要增加功率使用理論空燃比混合氣時，NOX釋放出來進(jìn)行還原轉(zhuǎn)化。豐田公司從1994年將這種新型催化劑及稀燃系統(tǒng)用于排量為1.6L及1.8L發(fā)動機(jī)上，效果甚佳：

發(fā)動機(jī)臺架試驗結(jié)果表明，新的催化劑在排氣溫度為300～450℃的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)化NOX的效率