汽车发动机降低排放技术的相关研究

刘明库 陈小强

摘要：基于对汽车发动机降低排放技术研究必要性的分析，指出当前我国几个主要的汽车发动机降低排放技术，包括燃油优化技术、三元催化技术以及发动机体积控制技术，它们可以有效地降低汽车发动机排放，助力节能减排目标的实现。

Abstract： Based on the analysis of the necessity of research on automobile engine emission reduction technology， this paper points out several main automobile engine emission reduction technologies in China， including fuel optimization technology， three-way catalysis technology and engine volume control technology， which can effectively reduce automobile engine emissions and help to achieve the goal of energy conservation and emission reduction.

关键词：汽车发动机;降低排放;技术

Key words： automobile engine;emission reduction;technology

中图分类号：U463.99                                 文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）24-0054-03

0  引言

基于数据统计及分析工作的有效开展能够知晓，我国汽车销售总量近年来呈现出一个逐年递增的发展态势，这从侧面证实了我国现如今的社会及经济发展势头十分迅猛。但有一个客观事实不容忽视，即正是因为汽车销售量与行驶量的大幅度以及大范围增加，导致各类型汽车尾气的排放量同样逐年递增，使得我国环境保护事业的发展受到了极大的挑战，现如今，城市环境面临着非常严峻的环境问题，很多废气指标已经明显超过了相关的标准设定，这在很大程度上是受到了汽车发动机排放量太大这一因素的影响。

所以，要想实现对环境污染问题的有效解决，必须提高对发动机降低排放技术的重视，采取有效手段进行技术创新十分必要。近年来，我国有越来越多的汽车生产厂家开始致力于对新技术的研发，以期在技术创新的支持下实现对发动机排放量的有效降低，发挥出有效的环境保护作用。

1  研究汽车发动机降低排放技术的必要性

现阶段，我国汽车市场的车辆以燃油汽车为主，它们的发动机主要将燃油作为其行驶动力得以产生的重要能源，在燃油的燃烧过程中，充分燃烧的目的很难达成，这样一来，没有燃燒充分的燃料渣会进入到大气当中，与空气中的相关成分产生燃烧反应，生成会对周围环境以及人们的身体健康形成威胁的有毒气体，此种情形下，大气中的环境会在很大程度上被污染。另外，由于燃油燃烧不充分这一客观事实的存在，生成的一氧化碳会被人体吸入，长时间的接触会让人产生恶心以及头痛之感，更加严重的，还会导致窒息现象的发生，不仅如此，人体的呼吸器官还会受到有害气体的刺激，增大呼吸道疾病的发生率，而有害气体若是进入人体的肺部，还会导致肺部炎症状况的出现。因此，目前全球各个国家都愈发地提高对汽车燃油消耗标准及排放标准的重视，希望能够在标准的约束作用下达到有效控制汽车尾气排放量的目的。

其实自20世纪90年代起，我国整个国家层面便对汽车排放控制技术的重要性有了一个较好的认识，研究人员及业界人士自此加强了对汽车排放控制技术的研究，一些人提出用新能源技术将传统燃油技术替代的观点，以此达到降低发动机排放的目的，实现对污染物的有效控制。

举例而言，近年来我国已经推出并开始运行电动汽车、电池车以及混合动力车等诸多以新能源为动力的汽车，且在汽车市场中的应用范围呈现出逐渐扩大之势。不过总得来说，这些新能源汽车的研究及开发技术尚不是十分的成熟，需要相关人员进行汽车排放控制技术的进一步研究、改进及完善，以此实现对汽车发动机排放的有效控制。

从宏观层面上来看，当前我国汽车尾气的排放不管是在自然环境方面，还是在人们的身体健康方面，产生的负面影响都是不容忽视的，出于对这一现实情况的考虑，相关研究工作者以及业界人士必须从整体层面上提高重视，加大对降低排放技术的研究力度，增加研究以及开发投入，持续性地对发动机的整体性能加以优化，以此为基础将对环境的保护作用更好地发挥出来。

2  汽车发动机降低排放相关技术

2.1 发动机燃油技术优化

在部分负荷的情形下，汽车发动机的机械损失会较为明显，对于热效率发挥明显的负面作用。所以，相关人员需要提高重视，通过对技术的有效运用将机械损失降低，以对较高功率的保证为前提尽可能地实现高负荷低转速，表1所示为相应的技术方案。

2.1.1 电子控制燃油喷射技术

以往汽车燃油系统在燃油过程中，主要对油气装置加以应用，在经过一系列优化之后，基于电子系统控制的燃油喷射系统被提了出来并得到了较好的应用，现已在一定程度上达到了自动化控制的目的。燃油喷射技术可以对燃油器装置发出的信息反馈进行接收，以计算机的质量为支持对汽车发动机的进入气装置进行控制。此种情形下，系统可以在较短的时间内完成喷油操作，为气体混合程度的合理及有效控制提供保证。就电子控制燃油喷射系统而言，计算机系统在其中发挥着最为重要的核心控制作用，它可以实现对汽车中所有传感器设备的有效控制，基于对所获取的信息的分析及处理，达到对脉冲宽度的调整及控制目的，最终将喷油任务完成。

在此过程中需要提高重视，如果想要实现对此系统的高效运行，就必须在控制系统中做好对冷却液温度、进气量等诸多重要参数的准确上传工作，以此为前提确保喷射系统能够更好地实现对整体排放量的降低。

2.1.2 废气再循环系统

为了达到有效创新汽车发动机排放技术的目的，研究人员通过不断的努力，以汽车排放出来的诸多化合物为面向对象展开了一系列研究，且取得了一定的研究成果，特别是在对发动机排放的有害气体的生成原因方面，研究力度更大，并得出以下结论：第一，燃油的燃烧有残留物存在，在具体的燃烧过程中，残留下来的物质会进一步发生反应，生成相应的化合物，而在燃烧温度逐渐上升的过程中，这些化合物的生成量同样会越来越多，在这一形势下，汽车废气的排放量自然也会逐渐增加。

为了实现对这一问题的有效解决，可以对废气再循环系统加以运用，达到有效优化废气排放状况的目的，相对而言，一些气体的比热容比较大，这时，可以对这些比热容较大的气体加以运用，将它们排入废气再循环系统的进气管，达到较为有效地降低燃烧湿度及气体浓度的目的，在此基础上，能够实现对各类化合物生成的有效规避，汽车发动机废气排放量自然会在此因素的影响下而有效地降低。对废气再循环系统的主要类型进行分析，主要对机械与电子两大类型予以涉及，类型不同，它们的控制方式会将差异化的作用发挥出来。

机械式废气再循环系统主要基于排气管压力而执行上述操作，电子式再循环系统更多地则是以电磁阀为支撑，不过总得来说，两种类型的再循环系统功能都体现在对汽车尾气排放量的降低上，对它们的不足进行把握，主要为动力相对欠缺，没有足够的燃烧稳定性。

2.2 三元催化技术

该技术现已在我国得到了相对成熟的发展。从其原理上来看，三元催化技术的功能其实就在于对汽车尾气中含有的一氧化碳、烃类物质以及氮氧化合物进行转化，将原本会对周围环境以及人体健康产生很大负面影响的有害物质转化为不会产生影响或是影响比较小的无害物质。具体而言，一氧化碳与烃类物质在三元催化技术的作用下会转化为二氧化碳及水这两种与人们日常生活密不可分物质，氮氧化合物与一氧化碳则基于三元催化技术的支持完成向氮气以及二氧化碳的转化。通过对三元催化技术的应用，汽车尾气排放中的有害物质含量会达到明显降低的目的。基于自身所具有的稳定性较高、使用寿命较长等优势，三元转化器目前已经在我国很多类型的汽车尾气排放中得以应用。

具体而言，三元催化技术的应用有以下几个优势表现出来：

其一，有利于汽车尾气排放处理技术系统化、规范化以及标准化目的的实现，在多种类型的发动机排放系统中有很好的适用性，另外，还能够同时应用于不同型号以及不同燃料的汽车中;

其二，能够较为有效地解决存在于高功率、低功耗以及低排放3个终极目标之间的矛盾，并将它们打造为一个具有统一性但是自身又相对独立的系统;

其三，对低排放、低排气热量以及低噪声等进行系统化的统一，将它们作为一个整体执行系统化的处理操作。

目前，很多汽油车已经实现了对降低排放系统的应用，图1所示为降低排放系统示意图。

2.3 发动机体积控制技术

目前，有不少人将汽车功率以及汽车尾气排放量放在一起考虑，认为它们之间表现出正比例关系，但是对实际情况进行分析，却与人们的实际认知存在差异。调查表明，发动机设备的体积越小，其所表现出来的使用价值通常会越突出。

现阶段进气道类型的发动机在汽车市场上较为常见，出于对扭曲缺陷的考虑，一些生产厂家作了相应的改造处理，将机械增压技术应用其中，不过从整体上来看，这一改造处理模式会将汽车的油量损耗加大。若是采取相应的措施改变汽车发动机的体积，让它朝着小型化的方向发展，可以在较大程度上实现对汽车实际功率的增加，此外，还能将汽车的节能性能优化。所以，以发动机体积控制技术为支持，寻求汽车发动机体积的缩小方式被视作目前一个较为理想的汽车发动机降低排放技术。

2.4 燃油喷射系统信息化

在汽车尾气中有很多的燃料没有充分燃烧，因此要在汽车内的燃气入手，使燃料都得到充分燃烧。改进现有汽车燃油系统，目前汽车燃机系统已经有了很强的节能效果，主要是因为电子燃油喷射系统得到了應用，逐步替代了油气燃料、电子燃油喷射。系统的优点就是能够使得发动机排出的气体处于稳定的状态，提高燃油系统的精准性，该工作原理是借助于计算机系统，将汽车各种运行状态信息反馈到发动机进气设备内。

2.5 优化汽车尾气

汽车微机在流经发动机设备之后，要进一步处理，将该尾气吸收转化之后，减少汽车尾气给外界环境人体健康带来的负面影响。使用三元催化技术，该技术使用原理就是抽取汽车尾气中的液化氮和氮化物，借助于汽车尾气处理反应，来将这些有毒化物质转变为无毒无害气体，排放到外界自然环境中，减少废气给人体和环境造成影响。可以看出，国内大多数气体都配置了三元转化装置，会全面推动国内汽车节能减排的技术发展。

2.6 加强新能源的使用

新能源是当前国内发展新型的技术，国内对新能源的研究已经成为热点，新型燃气技术作为新工业时代表，要想能够获得更好的发展，就要积极增强对新能源技术的使用，去除箱内液体燃料杂质，并使排放大气中污染气体比较少，这是这类物质中不含有有毒元素。为了能够提高空气质量水平，要大力的推动氢类燃料的使用，氢燃料形成的产物就是水和二氧化碳，它不会对环境带来较大破坏污染。国内天然气储量充足，而且煤炭资源较多，将煤炭天然气资源储存量逐步减少，要研究出新型的燃料，依次减少对石油能源的使用。可以看出，天然气液体燃料可以替代石油，更强好解决处理汽车尾气排放的不良问题，也能够解决能源问题，替代材料属于类清洁性的原料。可替代的燃料有液化气、天然气、氢气等替代的燃料产物，化学产物为二氧化碳、水，这些都是清洁性方面替代燃料。在当前国内，氢气和太阳能已经得到广泛的应用，在国家支持之下，更多的汽车逐步使用这类燃料，将其使用到出租车、公交车上，具有更强的使用优势。

2.7 燃烧直喷技术

柴机内部的污染物排放量在很大程度上决定该气缸内部燃烧的过程，改善燃烧系统直喷型的技术，使用效率更高，相比非直喷的系统节省近10%的成本。但要求发动机能够吸收更多的空气，这类技术基本成熟，对于控制车机排放污染物起到了更强促进作用，预计后分割式的燃烧系统相比直喷型的技术占有主导性的地位。

2.8 废气涡轮增压及中冷技术

废气涡轮增压技术是使发动机轻量化，提高输出功率，也是目前现代化柴油机的一种典型代表的技术。经过废弃涡轮增压、燃气混合之后，使得气体变稀，这些因素就会使得噪音降低，废弃物排放量降低，但是气体温度上升，空气的密度下降。

3  结语

总得来说，与汽车发动机尾气排放量的逐年增加相伴随，自然环境遭受了非常大的危害及污染，人们的身体安全同样受到了很大的威胁。在此形势下，必须加大力度展开对汽车发动机降低排放技术的研究，通过对燃油优化技术、三元催化技术以及发动机体积控制技术的有效应用，能够很好地实现对发动机排放的降低，达到节能减排的目的。

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