【正文】 2號排放控制水平，部分中高檔轎車和高檔大中型客車爭取達(dá)到歐洲 3號排放控制水平。在過去的 30 年間，美國、日本汽車單車排放的一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物，美國、日本單車均下降?90%以上。 1999年底國內(nèi)民用汽車保有量為 1453萬輛，到 2022年將發(fā)展到 2545萬輛，隨之，我國汽車產(chǎn)業(yè)已進入了一個迅速發(fā)展的階段， 2022年汽車產(chǎn)量 233萬輛，增長 %，今年頭 5個月的產(chǎn)量已達(dá)到約 140萬輛，增長 %，到 2022年預(yù)計達(dá)到 330 萬輛。因此，該研究成果具有很大的市場前景和經(jīng)濟、社會效益。這顯示了我們發(fā)展自己的汽車零部件產(chǎn)業(yè) 的決心。隨著我國加入 WTO，對于我國汽車零部件產(chǎn)業(yè)來說，既有危機又有機遇，這要求我們只有開發(fā)高技術(shù)含量的產(chǎn)品，才有競爭力。該項目的實施可望獲得一批專利。該產(chǎn)品不僅可以測氧，還可以用作 CO、 NOx、 CH 等氣體傳感器，這些氣體對于環(huán)境監(jiān)測來說都是極為重要的。由于多年對多元氧化物納米粉體的水熱合成、陶瓷粉體的分散、新型膠體成型、干燥等陶瓷制備關(guān)鍵技術(shù)及其理論進行了系統(tǒng)的研究，為多層片式陶瓷材料的研制打下了堅實的基礎(chǔ)?；?ZrO2 固體電解質(zhì)材料的片式傳感器不僅能夠滿足快速啟動、對稀薄燃燒在 寬范圍的高性能要求，在小型化以及作為下一代尾氣傳感器（ NOx、 HC等）的平臺均顯示了極大的可能性。發(fā)動機優(yōu)先低燃料運轉(zhuǎn)或用第二空氣泵使催化劑快速啟動，這就要求傳感器具有快速啟動能力 (15s 甚至 10s),而傳統(tǒng)的管式氧傳感器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這一要求；另一個方法是采用線性 控制以適應(yīng) 遠(yuǎn)離 1時的排放控制。解決策略主要有兩個方面。 即實際空氣 /燃料比與化學(xué)計量的比值，是減少汽車及其他燃燒系統(tǒng)有毒氣體排放、提高燃燒效率極為重要的參數(shù)，由三元催化和 傳感器構(gòu)成的 閉環(huán)控制系統(tǒng)是減少火花點火發(fā)動機尾氣排放最為有效的方法，但是，在發(fā)動機預(yù)熱階段以及當(dāng) 遠(yuǎn)離 1 時，該系統(tǒng)對尾氣排放的控制效果 較差。 隨著汽油機 和柴油機電子控制技術(shù)在近期內(nèi)在國內(nèi)的廣泛應(yīng)用和排放法規(guī)將進一步加嚴(yán)，尾氣催化轉(zhuǎn)化器將在我國大量使用。 ：完成關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和新產(chǎn)品開發(fā)及推廣應(yīng)用，加速新產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化工程建設(shè)。因此，在車輛使用過程中要注意以下幾種情況： (1) 過久的怠速空轉(zhuǎn)； (2) 點火時間過遲； (3) 個別缸失火不工作； (4) 噴油正常但啟動困難； (5) 混合氣過濃； (6) 發(fā)動機燒機油等。 催化器降低碳?xì)浠衔?(HC)和一氧化碳 (CO)這兩種有害物質(zhì)是通過在催化器內(nèi)部進行燃燒使其轉(zhuǎn)化為水 (H2O)及二氧化碳 (CO2)而實現(xiàn)的，而這種反映會產(chǎn)生熱量，發(fā)動機工作正常情況下，這兩種成分的含量適當(dāng)，燃燒所產(chǎn)生的熱量會使催化器保持在最佳工作溫度附近，而發(fā)動機工作出現(xiàn)異常時排氣中這兩種成分的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常情況。 （ 2） 應(yīng)避免未燃燒的混合氣進入催化器。 三元催化反應(yīng)器的使用： 凡是性能較好的三元催化器及其催化劑大多為鉑 (Pt)、鈀 (Pd)、銠、 (Rn)等稀有金屬制成，價格昂貴。 NOx還原成氨氣（ N2）和（ O2 ）。其中 CO在高溫下氧化成無色、無毒的二氧化碳（ CO2）氣體。將其中一種噴涂在載體上，就構(gòu)成了凈化劑。凈化劑實際上是起催化作用的，也稱為催化劑。 ： 凈化劑由載體和催化劑組成。在雙層薄板夾層中裝有絕熱材料 石棉纖維氈。 ： 三元催化反應(yīng)器類似消聲器。日本為了適應(yīng)國內(nèi)環(huán)境保護和出口國外需要，排放控制技術(shù)發(fā)展很快。美國對汽車排放控制起步早、進程快、要求高，尤其是美國的加州，其法規(guī)是世界上最嚴(yán)格的。高溫抗老化性能也是重要的技術(shù)指標(biāo)，一般在 80000公里時，劣化系數(shù)應(yīng)小于 1． 2。由于貴金屬價格昂貴，催化劑中的貴金屬含量低就成了它的水平和市場競爭力的標(biāo)志。載體材料一般是高純度的堇青石，具有適當(dāng)?shù)奈?，以便催化劑的涂附，并有極低的熱膨脹系數(shù)，以使在反復(fù)承受熱沖擊的情況下，不 產(chǎn)生大的應(yīng)力變化和疲勞破損。其中尾氣排放影響最大，其主要污染成分是 CO， HC 和 NOx，汽車尾氣三元催化轉(zhuǎn)化器（簡稱催化器）是安裝于汽車排氣系統(tǒng)中的最重要的機外凈化裝置，它可將這些有害氣體通過氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的 CO2， H2O和 N2。 三元催化技術(shù) 三元催化轉(zhuǎn)化器是將機車、汽車引擎燃燒后所排放的 CO(一氧化碳 )、 HC(碳?xì)浠衔?)、及 NOx（氮氧化物）等有害成份，在排氣管中催化轉(zhuǎn)換成無毒害的CO(二氧化碳 )、 HO(水 )和 N（氮氣）在排放到大氣中，達(dá)到凈化的功效。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)動機的動力性，特別是在發(fā)動機怠速 、 低速、小負(fù)荷及冷機時，再循環(huán)的廢氣會明顯地影響發(fā)動機性能。 發(fā)動機控制電腦即 ECU根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷 (節(jié)氣門開度 )、溫度、進氣流量、排氣溫度控制電磁閥適時地打開，進氣管真空度經(jīng)電磁閥進入 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閥進入進氣系統(tǒng)，與混合氣混合后進入氣缸參與燃燒。每個計量孔都由 1個電磁閥和針閥組成，當(dāng)電磁閥通電時，電樞便被磁鐵吸向上方，使計量孔開啟。 EGR系統(tǒng)的主要元件是數(shù)控式 EGR閥，數(shù)控式 EGR閥安裝在右排氣歧管上，其作用是獨立地對再循環(huán)到發(fā)動機的廢氣量進行準(zhǔn)確的控制，而不管歧管真空度的大小。 它通過吸收燃燒產(chǎn)生的 部分熱量來降低燃燒溫度和壓力，以減少氧化氮的生成量。怠速時 EGR閥關(guān)閉，幾乎沒有廢氣再循環(huán)至發(fā)動機。氮和氧只有在高溫高壓條件下才會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)動機燃燒室內(nèi)的溫度和壓力滿足了上述條件，在強制加速期間更是如此。 ECM根據(jù)發(fā)動機冷卻水溫傳感器、節(jié)氣門位置傳感器和空氣流量傳感器來控制 EGR系統(tǒng)。 EGR 閥通常在下列條件下開啟： 。每個計量孔都由 1個電磁閥和針閥組成，當(dāng)電磁閥通電時，電樞便被磁鐵吸向上方，使計量孔開啟。 EGR系統(tǒng)的主要元件是數(shù)控式 EGR閥，數(shù)控式 EGR閥安裝在右排氣歧管上，其作用是獨立地對再循環(huán)到發(fā)動機的廢氣量進行準(zhǔn)確的控制，而不管歧管真空度的大小。 它通過吸收燃燒產(chǎn)生的部分熱量來降低燃燒溫度和壓力，以減少氧化氮的生成量。怠速時 EGR閥關(guān)閉，幾乎沒有廢氣再循環(huán)至發(fā)動機。氮和氧只有在高溫高壓條件下才會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)動機燃燒室內(nèi)的溫度和壓力滿足了上述條件，在強制加速期間更是如此。進一步優(yōu)化內(nèi)燃機在未來多年中，內(nèi)燃機將繼續(xù)占據(jù)汽車市場的主導(dǎo)地位，因此不斷改進內(nèi)燃機技術(shù)是有效的短期解決方案。 在中短期內(nèi)，全球汽車制造商將繼續(xù)重視汽油機和柴油機仍然具備的巨大潛力，并與石油行業(yè)共同開發(fā)環(huán)保型 “ 特殊 ”’ 燃料，例如源于天然氣或生物質(zhì)的燃料。替代燃料有保存原油產(chǎn)品和保護能源的潛力，同時它又能有效地削減機動車的污染物排放。 此外，尋找替代燃料也是減少汽車排放有還物質(zhì)的有效途徑。 2) 對燃料中影響排放凈化系統(tǒng)正常工作的雜質(zhì) , 如硅、錳、鐵、釩等，必須確保低于限值要求，不得人為加入。 汽車燃料的改進 車用油品的質(zhì)量對車輛的排放性能有很大影響，尤其是對采用閉環(huán)三元催化凈化技術(shù)的先進車型。 總之，推遲燃油提前角對降低氮氧化合物的效果是有限的，過分推遲，往往會犧牲燃油經(jīng)濟性和碳煙及微粒排放特性，即出現(xiàn)典型的 Tradeoff的關(guān)系。 但過分推遲噴油提前角，如圖中又上止點繼續(xù)推遲時，氮氧化合 物排放反而上升。這兩種原因都起到了一直氮氧化合物生成的作用。因而燃燒溫度下降。柴油機噴油時間延遲使一氧化碳化合物排 放量下降的原因與汽油機并不完全相同，主要原因有兩個。例如，為保證在用車符合 NO化合物排放量的標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)生產(chǎn)廠家將建立一個 化合物排放的控制指標(biāo)，結(jié)果在用車的排放性能便大大改善了。 因排放超標(biāo)被回調(diào)而產(chǎn)生的額外花費和消費者的不滿，會督促汽車制造商去開發(fā)更耐久、更有效的排放 控制系統(tǒng)，并建立比法定標(biāo)準(zhǔn)限值嚴(yán)格很多的內(nèi)部排放目標(biāo)。如果車主一直按照廠家要求的詳細(xì)說明書進行使用、維護、保養(yǎng)，若在規(guī)定期限內(nèi)發(fā)現(xiàn)某一與排放有關(guān)的零部件出現(xiàn)故障，從而影響到汽車的排放性能，則制造商必須根據(jù)擔(dān)保制度的規(guī)定，對機動車進行免費維修。 （ 6） 進行周期性的評估以發(fā)現(xiàn)和解決問題。 （ 4） 檢測數(shù)據(jù)收集和定期的質(zhì)量考核。 （ 2） 對不合適車輛的強制實施機制。 但由于 I/M制度的配套政策和實施機構(gòu)達(dá)不到理想狀態(tài)，極少有實際的 I/M制度能實現(xiàn)完全的削減潛力。比如催化器或氧傳感器損壞，雖然不影響駕駛性能，但可使尾氣中 HC和 CO的排放增加 20 倍以上， NO 化合物增加 3— 5 倍；柴油機的噴射系統(tǒng)損壞，至少使得顆粒物排放增加 20 倍以上。對安裝了催化轉(zhuǎn)化器等排放控制系統(tǒng)的更先進的車型，部分高排放車輛的污染物排放甚至高出 5倍以上。據(jù)統(tǒng)計，在用車中 5%的高排放車的污染物排放占總排放量的 25%，20%的車輛的排放量占到 總排放量的 50%。 I/M制度有兩個目的：一是發(fā)現(xiàn)因調(diào)整不當(dāng)或機械故障導(dǎo)致的高排放車輛；第二是發(fā)現(xiàn)控制設(shè)備的非正常工作和人為破壞，確定機動車的故障根源，便于對車輛進行維修，并督促車主加強維護，使得在整個汽車使用生命周期中排放控制系統(tǒng)始終有效。 I/M制度通過對機動車進行定期和不定期的排放檢測，促進機動車的正常維護，防 止人為對排放控制系統(tǒng)的損壞，保持車輛處于良好的運行狀態(tài)，從而減少污染物的排放。如斷定不符，則要求制造廠限期休整，并對已售的車輛實施回調(diào)。主管機關(guān)根據(jù)呈上來的材料依照法規(guī)進行審查核實，與法規(guī)相符 則認(rèn)為通過安全人證，并在聯(lián)邦注冊公諸于市眾。并給予官方公布。 3． 1． 1 車輛排放控制管理體系 （ 1） 汽車環(huán)保認(rèn)證程序（ EPA）包括制造廠以書面 形式相政府主管機關(guān)提出申請，并附上報告、車輛有關(guān)的說明書、技術(shù)參數(shù)、實驗規(guī)格及有關(guān)數(shù)據(jù)和資料，并提交車輛或發(fā)動機運行 50000mile或 1500h的耐久性實驗排氣檢測結(jié)果。 第 3 章 汽車尾氣排放污染的控制措施 控制汽車排放污染的管理措施 汽車排放控制管理體系和相應(yīng)法規(guī)的建立和健全，是正確有效地實施管理對策的根本保障。但總的來說，與其他發(fā)生源（如燃煤）相比，汽車排放的 SO2所占的比例很小。 SO2對汽車發(fā)動機使用催化凈化裝 置有破壞作用，即使少量的 SO2堆積在催化劑的表面，也會降低催化劑的使用壽命。排氣中 SO2的含量與燃料中的含硫量有關(guān)。也有人認(rèn)為碳煙是石墨結(jié)晶，由直徑 左右微粒附聚成 的多孔性碳粒構(gòu)成。當(dāng)柴油機高負(fù)荷時，噴如燃燒室的燃料增多，由于柴油機混合氣形成不均勻，即使平均過量空氣系數(shù) α ＞ 1，仍不可避免產(chǎn)生局部地區(qū)空氣不足，此時燃 燒室溫度又較高，燃料在高溫缺氧情況下，由裂解過程釋出并經(jīng)聚合過程形成碳煙。因此對黑煙的形成，各國早已作了大量的工作，但對其生成機理說法不一。 通常在柴油機大負(fù)荷時發(fā)生，例如當(dāng)汽車加速，爬坡及超負(fù)荷時排氣就冒黑煙。這種煙的藍(lán)色是此種大小微粒由藍(lán)色光折射而成的。 （青煙） 通常在柴油機尚未完全預(yù)熱或低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時發(fā)生。此時，氣缸中溫度 較低，著火不好，未經(jīng)燃燒的燃料和潤滑油呈液滴狀態(tài)，直徑在 左右，隨廢氣排出而形成白煙。不同的煙色形成的原因不同，有的研究認(rèn)為起決定作用的是溫度；在 250℃ 以下形成的煙通常是白色的；從250℃ 到著火溫度形成藍(lán)煙；黑煙只在著火后才出現(xiàn)。下面討論其影響因素。 凡是影響這三個方面的因素，都改變 NO 的生成量。相反當(dāng) AF 大于理論混合比時，因燃燒室溫度降低，所以 NO生成量很快下降。 滯留時間 ：因為 NO 的生成反應(yīng)比燃燒反應(yīng)緩慢，所以即使在高溫條件下，如果停留時間短的話， NO 的生成量也可被抑制。 生成 NO的因素有以下三點： 溫度： 隨著高溫的形成， NO 平衡濃度也高，而且生成速度也加快了，特別有氧存在時溫度是重要的。至于生成 NO 的其它機理還有藍(lán)沃埃（ Lavoie）等提出更復(fù)雜的經(jīng)過 OH 自由基反應(yīng)生成。式（ 2） K2的與溫度關(guān)系很小，但是反 應(yīng)式（ 2）的N主要由反應(yīng)式（ 1）生成，所以 NO的生成量在很大程度上取決于溫度，并與溫度成指數(shù)關(guān)系。式（ 1）和式（ 2）生成的 NO 是同數(shù)量級的。mol 表 1 反應(yīng)速度常數(shù) 速 度常數(shù) 單位（ cm3/g 這些反應(yīng)是連鎖反應(yīng)，分子狀態(tài)的氮和原子狀態(tài)的氧碰撞，或者氧份子和氮原子碰撞而生成 NO。 氮氧化合物（ NOx）的產(chǎn)生機理 關(guān)于 NOx的生成機理，國外已進行大量研究，其研究結(jié)果不僅對汽油機而且對柴油機也很有用，摘要地介紹如下。含有飽和烴、不飽和烴、芳烴及部分含氧化合物（如醛、酮、酸等），成分復(fù)雜，組成變化也很大。由此可以理解，為什么在排氣中總有少量的過氧化物：醛、酮等。所以汽油分子的反應(yīng)過程必須是經(jīng)過一連串的反應(yīng)而達(dá)到最終生成物 CO2 和 H2O，在反應(yīng)的不同階段，存在著不同的中間生成物。不可能想象一個 C8H18分子同時碰到 個 O2分子而一下子生成 CO2和 H2O。 在汽油機中用電火花點火，由火焰?zhèn)鞑グ鸦旌蠚鉄?，但緊靠燃燒室壁面附近的混合氣層，由于缸壁得冷卻形成激冷層，使火焰?zhèn)鞑ソK止而熄滅，因此激冷層的混和氣不能完全氧化燃燒，從而有許多未燃的 HC也要排出來。在低負(fù)荷時，由于氣缸內(nèi)殘余廢氣較多，為了不使燃燒速度過低，也在 α ＜ 1情況下工作。但是汽油的燃燒很復(fù)雜，任何發(fā)動