汽车尾气排放检测及处理

汽车尾气排放检测及处理研究摘要：当今汽车已经成为人们出行的主要交通工具，尾气排放的增加使我们赖以生存的环境面临着越来越严重的危机。所以积极地发展尾气检测及处理技术是一件刻不容缓的事情，它是解决尾气排放污染的一项重要措施。关键词：汽车；尾气检测及处理技术ResearchoftestingmethodandPurificationforVehicleEmissionAbstract:nowadaysthemainmeansoftransportforpeopletotravelisthecar,whiletheenvironmentofourcountryfacingaseriouschallenge,causingbytheemissionofthecar.It’stimetodevelopthetechnologyoftestingmethodandpurificationforvehicleemissionenergetic,solvingtheissueofpollution.Keywords:car;thetechnologyoftestingmethodandpurificationforvehicleemission引言2014年我国的汽车保有量已达1.4亿辆，随着汽车保有量的持续增长，以及环境污染的日益严重，汽车尾气排放问题已经成为人们普遍关注的焦点。实施严格的在用机动车尾气排放检测，可以有效地削减汽车污染物的排放，减小对环境的影响，是推动排放控制技术快速发展的动力。因此，对汽车尾气排放数据采集方式的研究，在我国尾气排放控制策略的制定方面有着重大意义。2015年，工信部确认将全面实施国四排放。这意味着我国的排放标准正式进入第四阶段。既在现有国三的基础上，NOX还要再降低30%，而针对柴油机的颗粒物排放需降低80%以上。国三升级国四不是简单的一个数字提升,而是一个技术标准的整体提升。就像国一升国二，要采用增压技术；国二升国三，除了增压外还要外加中冷技术；而国三升国四时，增压中冷已经无法满足要求，必须增加后处理装置。随着排放法规的日益严格，其尾气检测技术和处理设备也在不断地升级。一、尾气检测技术从20世纪70年代起，先后出现了多种车辆尾气排放的数据收集方法，主要包括底盘测功机测试法室外遥感检测法车载尾气检测法等。（1）底盘测功机测试法是传统的汽车尾气检测方法。其工作原理是在室内，采用底盘测功机和气体分析仪相结合，在预设机动车行驶工况下，测得准确的尾气排放量。其优点是设备成本低使用方便，在汽车使用维修行业和汽车检测线站等应用广泛，也是目前车辆尾气数据采集的主要来源$缺点是测试必须在固定行驶的工况下进行，不能真实的反映实时道路上尾气排放的具体情况，限制了该方法不能满足现在及将来尾气检测的需要。（2）到了1990年以后一种相对先进的汽车尾气监测技术即遥感监测技术，在美国和其他一些国家和地区开始得到应用。其工作原理是借助红外和紫外线光谱技术，测试出各成分在尾气排放物中的混合比率。其优点是能够在汽车正常行驶过程中完成定点检测，自动化程度高检测速度快，对于强化尾气排放相关法规有着特殊的作用$缺点是该方法对交通状况和安置地点有苛刻的要求，且只可以测出排放气体的浓度，因此它无法得到广泛使用。（3）2000年以后出现了实时车载尾气检测法，其工作原理是以便携式尾气检测技术为基础，对机动车的尾气和各行驶特征等参数进行实时测量。其优点是能模拟实时路况，也能够迅速获得不同路段不同车型不同时段的尾气排放数据。在保证检测的精确度和可靠性的前提下，同时也能节约大量的时间和样本。而且国三以后的新车都必须加装OBD车载自诊断系统。但是在由于欧洲的排放法规实施的较早，所以他们的检测设备与技术很先进。2000年，英国帝国理工学院对汽车运行和排放状态远程监控系统进行了研究。通过采用先进的数据采集技术和车辆定位技术，对汽车尾气排放进行远程监测。2001年，英国曼彻斯特大学工程学院对柴油机尾气的远程监测进行了研究。通过远程监测汽车柴油机尾气，达到尽量减少行驶中的汽车污染气体的排放。2003年，欧共体可持续发展委员通过了在行驶的车辆上公路边加油站等处安装小价值测量仪器，对汽车尾气排放进行实时检测的研究$研究分别在英国德国澳大利亚等国家进行，以实现低成本汽车排放状态实时检测的目标。目前，国外的一些检测设备已经具备了智能化和专家系统的功能。而我国的汽车检测设备与其相比还需进一步优化和加强，存在的差距还是较大的。在2003年以前，我国的汽车尾气排放测试系统基本上都是进口的外国设备，国内尚未有自主研发的成套设备。但是，经过这么多年的不断发展，目前，国内企业已能够生产基本满足在用汽油机车简易瞬态工况法检测要求的设备，通用的汽车尾气检测设备如普通底盘测功机等，也型号多样且供本国自用有余。尾气遥感监测技术在我国的许多城市被应用，但结果受行驶工况影响较大，随着装备三元催化转换器车辆比例的提高被逐渐忽略。目前，结合计算机和车辆自动识别技术，一些移动式可置于路旁进行实时监测的装置已被开发，但是尚未广泛应用。相对于国外车载排放测试技术在尾气排放方面的应用研究，我国主要集中在理论研究方面。现在，随着国四法规的出台，制定了更加严格的排放参数。为了适应新的检测参数和方法，更加先进的检测手段也将会被开发出来，如：应用光电技术和计算机图像处理技术应用高精度传感器发展显示技术等。届时，我们与国外的差距将会进一步缩小。二、尾气处理系统与尾气检测系统相对应的就是尾气处理系统，依靠增压中冷技术，排放从国一升到国三。但是从国三到国四，仅仅依靠缸内变化是做不到的。为了实现这个更加严格的排放法规，目前有两套方案。一套美国方法，EGR+DPF/DOC(废气再循环+微粒捕集器/氧化催化转换器)技术路线，它以废气再循环为基础，将一部分排气循入进气管与新鲜空气混合后进入气缸燃烧，以增加混合气的热容量，降低燃烧时的最高温度，抑制NOx的生成，在机外后处理过程中采用微粒捕集器对微粒进行捕捉。采用EGR+DPF/DOC方案需对原发动机进行强化，提高喷油压力和增压中冷能力，北美以EGR+DPF为主流。另一套欧洲方法是SCR(选择性催化还原)技术，通过机内净化PM，机外催化还原，通过优化喷油和燃烧过程，尽量在机内控制微粒的产生，在机外后处理过程，采用尿素溶液对NOx进行选择性催化还原。采用SCR方案，对发动机不须做进一步的强化处理。燃油中的硫含量对于系统的影响较小，可回避燃油含硫量高的难题。采用SCR方案可通过调整喷油特性而节省燃油消耗约5%，整车需增加一套尿素贮和转化装置而使成本增加。在欧洲主要以SCR技术占主流。SCR与EGR的优缺点：SCR的优点是燃油经济型好，燃油喷射压力要求相对较低，对机油含碳要求低，对燃料内含硫不敏感（可接受500ppm），对原国III发动机结构不需修改。缺点是：需要尿素供应基础设施建设，需要防止氨气排泄技术，要求降低发动机对润滑油的消耗，对系统布置空间要求高（需要添加尿素箱），最终产品车的价格高。EGR+DPF相比SCR的优点有不需要尿素供应系统，系统体积小。缺点是由于EGR系统导致燃烧爆发压力高，对燃油中硫含量敏感（不超过50ppm），燃油滞后喷射有机油含碳问题，多数情况下需要改变国III发动机的现有结构，DPF的清洁再生复杂而且常常不能保证效果，但是整车价格要低于SCR车型1-2万元。目前市面上虽然两种技术的国Ⅳ车都有卖，但是价格低的还是EGR的也就是不带尿素罐的，一是车子总价比带尿素罐的便宜，二是免去了添加尿素的成本，但是EGR技术在轻型卡车上用的较多，重型卡车还是选着SCR技术。但是本文认为，SCR带尿素的选择性催化还原应该是未来的技术升级趋势，因为只要简单的改动，SCR就可以达到国Ⅴ和国Ⅵ的标准，发动机主机厂升级成本不高。至于EGR未来升级国Ⅴ和国Ⅵ的方法，我们拭目以待。SCR技术研究现状与发展目前，拥有自主知识产权，氮氧化物转换率高达95%的SCR汽车尾气处理系统的现代化生产线正在建设中。河北亿利橡塑集团吸引国际巨头——意大利康纳利亚公司，共同投资8亿元建设此生产线。该项目建成后，每年可生产汽车尾气处理系统20万套。该系统不仅可以节省5%-7%的燃油，而且与普通柴油车排放的尾气相比，采用SCR技术处理后的尾气接近于无色，并且没有明显的气味。可以说在众多的尾气处理系统中，该技术是实现柴油车国四、国五排放标准的最佳选择。一套完整的SCR系统包括括尿素罐、尿素泵、智能电子控制单元（DCU）和催化处理器等部件。当SCR系统工作时，尿素泵从尿素罐中抽取尿素水溶液，在发动机的喷嘴处立具有一定压力的溶液待用。由于尿素的主要成分是氨，但纯氨具有毒性和刺鼻气味，且不易储存运输，因此选用浓度32.5%的尿素水溶液作为化学反应剂。要实现最佳转化，就必须精确控制尿素水溶液的供给和喷射，目前我国自主开发DCU的软硬件，独创了递推算法，可以在短时间内对发动机各项工作参数、尾气中氮氧化物含量等进行精确测定，并计算出合适的溶液喷射量。精准控制喷射量迈出第一步，优化喷射系统对于达到最佳转换效率更为关键，气体辅助的雾化方式，在尿素泵内设计有气液混合器，在喷头部件内设计了微型的混合雾化结构，这样确保喷射的溶液流动更连续，雾化效果更为均匀和细密。喷出的尿素水溶液，直径更小、分布更均匀，效果更好。经过优化的喷射系统喷出的尿素水溶液SMD（索特平均直径，即颗粒群表面积分布的平均直径）可以达到微米级，平均液滴直径13微米。这种优化处理器结构，减排有望达到国六标准。此外在对氮氧化物的处理方面，也有突破创新。科研人员改进了催化处理器，不仅提高了综合减排能力，还延长了和使用寿命。国内的一些企业也做出了相当大的贡献，如：2012年，亿利与一汽解放汽车有限公司合作，在“国四项目尿素喷射系统和后处理系统”方面取得了突破性的进展；2013年潍柴、锡柴等国内主流重卡发动机生产商开发出SCR系统等等，“依托于完全自主知识产权，实现了完全国产化，将扭转国内由于缺乏核心技术，造成出口汽车SCR产品完全依靠进口的局面。四、结束语现在我国虽然已经全面实行了国四排放法规，在现在的国情下，想要解决机动车带来的环境污染问题，仅靠提高尾气检测技术和发展尾气处理系统还是远远不够的。非国四库存车、尿素油品的升级、政策的支持、成本的降低以及监管力度的加强等等，这些都是国四升级道路上的拦路虎。要解决好这些问题，一方面要提升发动机相关的技术，另一方面还需要国家来进行宏观的调控，制定相关的行业标准，加大相关法律法规的执行力度。只有这样才能从根本上解决汽车尾气污染问题。五、参考文献[1]本报记者谷晓哲.SCR给柴油车尾气“消毒”[N].河北日报,2014-07-21005.[2]韩建.柴油车尾气SCR催化剂的制备与测试[D].吉林大学,2012.[3]崔洋.浅谈汽车检测诊断技术的应用及发展方向[J].科技创新与应用,2015,05:82.[4]陈阳,夏萍.汽车尾气检测技术及相关研究综述[J].盐城工学院学报(自然科学版),2012,01:33-36.[5]马杰.车载诊断系统（OBD）应用研究[D].吉林大学,2007.[6]刘拴拴.汽车尾气排放污染的问题应对措施[J].科技风,2015,04:1.[7]胡忠录,解福泉,张冬瑜,李岳林.发动机尾气排放控制探讨[J].公路与汽运,2013,06:29-32.[8]齐鹏,储江伟,王伊安,王珊珊.汽车排放PM2.5检测方法及结果分析[J].节能技术,2014,03:223-227.[9]戚爱玲.车用柴油机满足国IV排放阶段技术路线分析[J].上海汽车,2010,02:59-62.[10]田彤,高章,姚博炜,刘晶.车用柴油机满足超低排放阶段技术路线的研究[J].北京汽车,2011,05:22-26+35.[11]张建锐.重型柴油机SCR尿素喷射控制策略研究[D].吉林大学,2011.