满足更高排放法规的技术路线

一、降低尾气排放的原因与意义发动机是汽车、机车、轮船、农用机械和工程机械等移动装置的动力源，随着世界经济的高速发展，促使发动机的保有量迅速增加，这样能源消耗以及环境污染问题就日益严重，相应地对发动机提出了新的技术要求。其中降低发动机的废气排放与减少对环境的损害一直是该领域研究工作者所追求的。在人类社会与自然环境关系日益恶化的今天，我们保护环境的呼声日益提高，如何降低汽车发动机的有害排放物，是大家共同关心重视的课题。尾气排放带来的环境污染问题从目前来看，是汽车工业急需解决的问题，制定并实施汽车尾气排放标准是一项较为有效的控制措施，因而，在能源与环保的双重压力下，我国内燃机行业引进了许多先进的技术。一方面，通过机内净化技术，如柴油机采用电控高压共轨喷射技术，并结合燃烧系统、进排气系统的优化改进，使得整机的排放性能得到极大的改善；另一方面，机外净化技术，将各种污染物的排放量控制在非常低的水平。当前很多研究者对汽车发动机如何降低废气的排放量，尤其是对人体与环境有害的气体的各种综合的技术进行了研究，为提高汽车发动机的动力特性，降低汽车发动机的排放量提供了技术支持。当然，发动机技术的发展离不开其各个方面的技术的发展与进步，比如，内燃机的增压技术、内燃机的燃烧技术，内燃机的喷射技术等技术，而如何研究与发展满足更高排放法规的技术路线，是以上提到的各种有效技术的综合，即降低排放需要各种发动机技术的参与与有机的结合。二、满足更高排放法规的技术路线简要介绍随着排放法规的日益严格，从欧IV到欧V、欧VI，排放法规的限值不断减少，人们对汽油机和柴油机的尾气排放要求日益苛刻。在节能减排大环境下，就要求汽油机和柴油机为满足排放法规采取有效的不同技术来实现。针对燃烧和排放的不同特点，需要采取不同的机内和机外净化技术。例如三效催化转化器在汽油机上已经十分成熟，但无法直接应用于柴油机，其主要原因是柴油机排气中氧的含量很高，在氧化氛围中实现NOx的还原，对催化剂的还原选择性要求极高，且存在排气温度高和容易导致硫中毒等问题。我们以汽油机为例，来简要介绍一下各种满足更高排放法规的技术路线：(一)机内净化1.采用可变系统中的一系列可变技术。但是，这些可变机构的关键问题：可变机构普遍存在价格昂贵、机构复杂控制复杂、难以布置等问题。2.汽油机增压技术。废气涡轮增压能利用废气能量增加进气压力，可以补偿泵气损失。增压的好处是：用小的排量和质量就可以输出大的功率，有利于发动机轻量化，便于车辆总布置。同时在相同负荷点，小型增压汽油机轻量化后不仅机械效率高，PMEP/IMEP(总)降低，热效率高，还可以节油3%~10%；但在大负荷会面临爆燃的问题，因此增压汽油机压缩比一般较自然吸气汽油机要低一些。3.一些前处理装置。进气温度控制和混合气预热系统、曲轴箱强制通风、汽油蒸汽吸附装置等前处理装置，用来减少HC和CO的排放。4.汽油机怠速控制系统。使用怠速控制阀降低怠速排放量，提高燃油经济性。5.准确的点火定时与可靠的点火系统。在保证热效率的前提下，点火推迟可以减少污染物的排放。他可以使最高燃烧温度和最高燃烧压力降低，NOx排放下降，并使未燃的HC继续燃烧，提高排气温度，加速催化剂起燃的时间。(二)机外净化1.采用三效催化转化器TWC技术。三效催化转化器在汽油机上运用技术已经相当成熟，对HC、CO和NOx的转化率很高，但必须工作在化学当量比下。它仍可以进一步改动，主要考虑是减少起燃时间，提高贵金属含量，改善动态过程的转换效率和高负荷的转化效率。2.采用用于稀薄燃烧汽油机的稀燃催化器。稀燃催化器的开发将直接影响到GDI汽油机排放问题的解决。目前正在开发的各种适用于稀燃的催化器，有稀燃选择还原型NOx催化器、吸收还原型NOx催化器、未燃HC氧化催化器等，首先应用在柴油机上。但这些催化器都不同程度地存在转化效率低、工作温度范围窄、性能不如传统的三元催化器等问题，还需进一步的研究。3.二阶段燃烧和反应式排气管。目的是降低HC和CO排放量，主要用于缸内直喷汽油机排气污染控制。这种方法用在汽车启动后的冷车阶段，通过二阶段燃烧和使用反应式排气管使三效催化转化剂在短时间内达到起燃温度，由于CO的氧化温度比HC的低，CO将首先燃烧产生较高的温度，再使HC燃烧。但是二阶段燃烧会导致燃油消耗率增加，降低燃油经济性。4.热反应器和空气喷射汽油机工作过程中的不完全燃烧产物CO和HC在排气过程中可以继续氧化。热反应器可提供足够的空气和适当的温度以保证其具有高的氧化速率，使未燃的CO和HC在其中保持高温并停留一段时间，使得到充分氧化。空气喷射系统利用空气泵将新鲜空气送入发动机排气管中，使CO和HC进一步燃烧，生成CO2和H2O。但是热反应器内的温度高达800-1000C，尽管有隔热装置仍给车盖下增加大量的热负荷。(三)混合动力汽车技术。混合动力汽车（HybridElectricalVehicle,简称HEV)是指同时装备两种动力来源——热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。总之，有时燃油经济性和低排放要求是相互矛盾的，需要柴油机和汽油机合理综合选用上述技术。但是，EGR、进排气系统可变技术、增压技术、GDI汽油机与柴油机的后处理技术等是汽油机与柴油机共享的节能减排技。