控制機(jī)動車污染物排放要與其節(jié)約燃料采取統(tǒng)一應(yīng)對戰(zhàn)略

1、控制發(fā)動機(jī)污染物排放要與節(jié)約燃料采取統(tǒng)一應(yīng)對戰(zhàn)略 作者：節(jié)能減排勇士控制發(fā)動機(jī)污染物排放要與節(jié)約燃料采取統(tǒng)一應(yīng)對戰(zhàn)略隨著我國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，發(fā)動機(jī)保有量的迅速增長，能源消耗同時迅猛增長，溫室氣體和空氣污染物也隨之快速增加，從同一源頭上解決這三個問題不但能減少浪費、緩解能源緊缺，而且可同時緩解氣候變化和大氣環(huán)境污染難題。機(jī)動車是現(xiàn)代生活、現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防必不可少的生產(chǎn)、運(yùn)輸工具，它使人們的社會生活發(fā)生了顯著變化。但是機(jī)動車上的發(fā)動機(jī)在其將物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化動能過程中，一方面一次性消耗著大量不可再生的礦物燃料，使全球能源走向枯竭，危機(jī)著人類子孫后代，另一方面產(chǎn)生大量溫室氣體及污染物，使人類賴以生存的

2、氣候環(huán)境發(fā)生了急劇變化，全球平均氣溫快速升高，自然災(zāi)害連綿發(fā)生，部分地區(qū)大氣受到嚴(yán)重污染，直接危機(jī)著現(xiàn)在人類健康。目前我國發(fā)動機(jī)消耗燃料狀況截至2011年6月底，我國民用機(jī)動車總保有量達(dá)輛，其中，汽車（含三輪汽車和低速載貨汽車）保有量為98463234輛，摩托車輛，掛車1613434輛，上道路行駛的拖拉機(jī)14657550輛，其他機(jī)動車24122輛，加上農(nóng)業(yè)機(jī)械動力、各種工程機(jī)械動力、軍用車輛及機(jī)械動力、各種艦船、內(nèi)燃機(jī)火車、內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組等，這些發(fā)動機(jī)年耗費大量原油，使我國成為世界第二原油消耗大國。2011年我國原油消費總量4.68億噸，其中60%以上即2.8億多噸原油被發(fā)動機(jī)燒掉，按2011年

3、我國進(jìn)口原油平均價格每噸737美元計算，一年被發(fā)動機(jī)燒掉20636億美元。如果發(fā)動機(jī)采用節(jié)約燃料技術(shù)，按10%節(jié)約，一年可節(jié)約2800萬噸原油，價值2064億美元，這樣一方面直接增加兩千多億美元社會財富，又為進(jìn)口原油節(jié)約支付外匯兩千多億美元，還延長了不可再生能源使用年限，造福于我們子孫后代，另一方面少生成溫室氣體、有毒有害污染物及懸浮顆粒一億多噸，對緩解氣候變暖，保護(hù)空氣質(zhì)量有巨大作用。因此，在全國范圍內(nèi)推廣發(fā)動機(jī)節(jié)約燃料是硬道理。發(fā)動機(jī)排放物成分及生成原因發(fā)動機(jī)工作時排放物的來源有三處：從排氣管排出的廢氣，主要成分是CO2(二氧化碳)，其余為有毒有害污染物（即尾氣），其中CO（一氧化碳）占尾

4、氣總量的70%、HC（碳?xì)浠衔铮?、NOX(氮氧化合物)和其他鉛化合物、硫化合物、碳煙等，尾氣多以固體懸浮細(xì)顆粒形式存在。從活塞和氣缸之間泄漏至曲軸箱，再由曲軸箱通氣管排出的HC可燃?xì)怏w。從油箱及油管接頭等處泄漏的HC可燃蒸汽。發(fā)動機(jī)工作產(chǎn)生的大量CO2氣體像一層厚厚的玻璃，把地球緊緊包圍起來，吸收了地面放出的長波輻射，使太陽短波輻射透過大氣層直射地球表面，把地球變成了一個大暖房，加速了地球兩極和高原冰川融化，海洋水含鹽比例降低，平均溫度升高，改變了地球原有規(guī)律，使地球大的自然災(zāi)害頻發(fā)。為此，減少發(fā)動機(jī)CO2排放數(shù)量，我們?nèi)祟惐仨汃R上行動并采取有效措施，降低發(fā)動機(jī)的燃料消耗。發(fā)動機(jī)排放的污染物

5、CO是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，是發(fā)動機(jī)燃燒室缺氧或發(fā)動機(jī)溫度低所造成，在發(fā)動機(jī)工作溫度低，混合氣較濃、混合不均勻及霧化不良時，CO生成更多；HC是燃料未經(jīng)燃燒而排出的氣體，主要是發(fā)動機(jī)工作溫度低，使混合氣形成條件不良所造成。碳煙是柴油分子在局部缺氧處裂解或聚合生成，在發(fā)動機(jī)工作溫度低，柴油霧化不好，混合氣濃度大，碳煙產(chǎn)生最多；NOX是燃料在燃燒過程中高溫條件下生成的，在混合氣中氧氣局部濃度越大，燃燒溫度越高，燃燒反應(yīng)時間越長，NOX生成的數(shù)量越多?？傊?，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的有機(jī)污染物均是因目前發(fā)動機(jī)工作溫度不良所產(chǎn)生，故控制好發(fā)動機(jī)工作溫度，為燃料在發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)充分燃燒創(chuàng)造良好條件，使發(fā)動機(jī)不產(chǎn)生或最

6、大限度少產(chǎn)生CO、HC、碳煙、NOX等污染物，從而既節(jié)約了燃料，提高了發(fā)動機(jī)動力，又解決了發(fā)動機(jī)尾氣污染物排放難題。京城大氣污染物來源、危害及解決重心自2011年10月持續(xù)的灰霾天氣多次籠罩京城乃至華北地區(qū)?；姻彩谴髿庵兴腆w懸浮顆粒物超過一定濃度，使空氣能見度降低的一種天氣現(xiàn)象?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測證實，京城的灰霾主要來自發(fā)動機(jī)所燃燒的礦物燃料排放出的污染物，這些揮發(fā)性有機(jī)污染物以其細(xì)顆粒形式漂浮在大氣中，具有在大氣中停留時間長，輸送距離遠(yuǎn)的特點。氣象學(xué)家和醫(yī)學(xué)專家認(rèn)為，由細(xì)顆粒物造成的灰霾天氣是人體健康的大敵，其中直徑在0.5-5微米(pm0.5-pm5)之間的飄塵對人的危害最大，它可直

7、接到達(dá)肺細(xì)胞組織而沉淀，并進(jìn)入血液送往全身。細(xì)顆粒物表面有各種有毒物質(zhì)，進(jìn)入人體后可引起呼吸道、心肺等多方面疾病。世界衛(wèi)生組織（WHO）認(rèn)為，空氣中pm2.5年平均小于10微克/m³是安全值，從美國國家航空航天局2010年9月公布的全球空氣質(zhì)量地圖展示，北非和中國華北、華中、華東是全球pm2.5最高地區(qū)，pm2.5密度指數(shù)高于50接近80微克/m³，這些地區(qū)的人們的健康已經(jīng)受到嚴(yán)重危害。然而，華北、華中、華東也正是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)地區(qū)，發(fā)動機(jī)保有量最多，因此，解決這些地區(qū)的發(fā)動機(jī)排放污染物已到刻不容緩地步。全球空氣質(zhì)量地圖（紅色即PM2.5密度最高)北京現(xiàn)在汽車總保有量約50

8、0萬輛，其中大、中型車輛占14%（約70萬輛），其耗費燃料及排出的污染物占總耗燃料及總排放物的70%左右，排放懸浮顆粒物占總排放懸浮顆粒物的90%左右。因此，首先降低大中型車輛發(fā)動機(jī)燃料消耗，減少大中型車輛發(fā)動機(jī)污染物排放是解決首都地區(qū)空氣污染的重心。決定發(fā)動機(jī)消耗燃料、排放物數(shù)量及質(zhì)量條件發(fā)動機(jī)耗費燃料及排放數(shù)量和質(zhì)量與兩大因素有關(guān)，首先是受發(fā)動機(jī)本身的客觀因素影響，由三大條件所決定：發(fā)動機(jī)工作溫度，燃料品質(zhì)，發(fā)動機(jī)制造技術(shù)水平及機(jī)械性能良好程度，三者相輔相成。當(dāng)發(fā)動機(jī)制造技術(shù)水平及機(jī)械性能良好，燃料品質(zhì)較高，工作溫度控制好情況下，發(fā)動機(jī)燃料消耗最低，產(chǎn)生的排放物最少，不產(chǎn)生或極少產(chǎn)生污染物

9、，排放物較清潔。這三個條件之一不好，都將增加發(fā)動機(jī)的燃料消耗及排放數(shù)量增加和排放質(zhì)量下降，反之，三個條件之一較好，發(fā)動機(jī)燃料消耗都會降低及排放數(shù)量減少和排放質(zhì)量提升。與發(fā)達(dá)國家相比，目前我國燃料品質(zhì)及發(fā)動機(jī)(尤其大中型發(fā)動機(jī))制造技術(shù)水平較低，加上發(fā)動機(jī)工作控溫不好（發(fā)達(dá)國家大中型發(fā)動機(jī)控溫技術(shù)也沒有大的突破），自然我國目前發(fā)動機(jī)燃料消耗會高，排放物數(shù)量會大，排放的污染物會多。鑒于我國目前燃料煉制及發(fā)動機(jī)制造技術(shù)不能馬上提升情況，就要采用強(qiáng)制報廢老舊發(fā)動機(jī)，減少從活塞與氣缸之間泄漏至曲軸箱而排出的HC燃燒氣體，減少從燃料箱及管接頭等處泄漏的HC燃燒蒸汽，在發(fā)動機(jī)上采用國家重點新產(chǎn)品(2007G

10、RB10018)內(nèi)燃機(jī)溫度控制器（即發(fā)動機(jī)智能控溫系統(tǒng)）技術(shù)，改造我國目前現(xiàn)有大中型發(fā)動機(jī)冷卻方法，將發(fā)動機(jī)的工作溫度始終控制在最佳溫度范圍內(nèi)，解決因發(fā)動機(jī)工作溫度不穩(wěn)定導(dǎo)致的CO、HC、NOx、碳黑等污染物的產(chǎn)生，使CO、HC及碳煙在發(fā)動機(jī)燃燒室及氣缸內(nèi)燃燒干凈，轉(zhuǎn)化為發(fā)動機(jī)動力，從而使發(fā)動機(jī)既節(jié)約燃料又減少了溫室氣體排放數(shù)量及提高了尾氣排放質(zhì)量。其次是人為因素，即發(fā)動機(jī)超負(fù)荷工作或操縱者瞬間向發(fā)動機(jī)猛加燃料所致，此因素通過控制超載，提高發(fā)動機(jī)操作者的操作水平便可解決。排氣凈化裝置存在著諸多缺點采用發(fā)動機(jī)排氣再循環(huán)系統(tǒng)及三效催化轉(zhuǎn)換或柴油機(jī)微粒過濾器解決發(fā)動機(jī)污染物排放不是最佳解決問題方法，

11、與發(fā)動機(jī)智能控溫系統(tǒng)技術(shù)相比存在諸多缺點：不能使發(fā)動機(jī)節(jié)約燃料，也就不能減少從排氣管排出的排放物數(shù)量;不能把CO、HC及碳黑轉(zhuǎn)化成發(fā)動機(jī)動力；CO、HC經(jīng)催化后產(chǎn)生CO2增加了溫室氣體排放；增加了排氣阻力，降低發(fā)動機(jī)動力；設(shè)備發(fā)生故障，失去作用，污染物照常生成，操作者無法知道設(shè)備處在什么工作狀態(tài)，更不知道污染物產(chǎn)生及排放情況；三效催化轉(zhuǎn)化器使用條件相當(dāng)嚴(yán)格，使用的汽油要無鉛，排氣管溫度要超350，混合氣符合理論比值，否則催化轉(zhuǎn)化器不進(jìn)行催化反應(yīng)或還原反應(yīng)進(jìn)行不完全，而我國現(xiàn)實狀況，汽車使用汽油不能保證都無鉛，發(fā)動機(jī)排氣管溫度不能保持在350以上，尤其在市內(nèi)運(yùn)行的車輛，油門小，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低，排氣

12、管溫度也低，發(fā)動機(jī)在寒冷季節(jié)工作，排氣管溫度更低，因此，采用催化轉(zhuǎn)化器解決市內(nèi)運(yùn)行車輛發(fā)動機(jī)尾氣污染物排放效果不會好，除非人為給發(fā)動機(jī)加大燃料供入量，才能使排氣管溫度提高，這個方法會加大燃料消耗，增加廢氣排出量，更不科學(xué)，且現(xiàn)實操控發(fā)動機(jī)者也不會這么做；柴油發(fā)動機(jī)采用微粒過濾器清除碳煙微粒向過濾器內(nèi)的燃燒器噴入燃油，目的是通過二次燃燒燒掉從氣缸排出的微粒，這些微粒在汽缸內(nèi)的高溫高壓條件下都沒燃燒，又怎能在溫度和壓力都不如氣缸燃燒條件的微粒過濾器里燃燒干凈呢！燃燒不凈，還產(chǎn)生二次污染，還另外增加油耗，增加廢氣排量；排氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)是汽油發(fā)動機(jī)通過向新鮮的混合氣中摻入發(fā)動機(jī)排出的廢氣，由廢

13、氣中的CO2吸熱，降低氣缸溫度，目的減少NOX生成。NOX是在發(fā)動機(jī)高溫、過氧情況下生成較多，在正常工作溫度下生成很少，其實際情況在市內(nèi)正常運(yùn)行車輛的發(fā)動機(jī)工作溫度達(dá)不到高溫，個別發(fā)動機(jī)出現(xiàn)高溫是存在故障。然而，向新鮮的混合氣中摻入廢氣，發(fā)動機(jī)會因缺氧可燃?xì)怏w不能充分燃燒，尾氣中CO、HC及碳顆粒增多，燃料消耗增加，發(fā)動機(jī)功率還下降。發(fā)動機(jī)的最佳工作溫度及作用發(fā)動機(jī)工作最佳溫度是85-95，在有關(guān)發(fā)動機(jī)書籍或文章中稱為動力性和經(jīng)濟(jì)性溫度，又可稱為最佳排放溫度。低于這個溫度，汽油發(fā)動機(jī)（包括天然氣發(fā)動機(jī)）混合氣濃度加大，柴油發(fā)動機(jī)霧化不好，燃料在燃燒室內(nèi)得不到充分燃燒，部分燃料以細(xì)微顆粒狀態(tài)排出

14、，從而，燃料消耗增大，溫室氣體及有毒有害污染物增多，發(fā)動機(jī)功率下降，磨損加大，使用壽命縮短；高于這個溫度，氣缸內(nèi)空氣稀薄，氧氣不足，燃料在燃燒室內(nèi)也達(dá)不到充分燃燒，發(fā)動機(jī)功率下降，磨損更快，使用壽命更短，燃料消耗增加，廢氣及污染物（尤其是氮氧化合物)增多。目前，國內(nèi)外大中型發(fā)動機(jī)（除啟動溫度外）均不能實現(xiàn)始終保持在最佳溫度狀態(tài)下工作，都隨著發(fā)動機(jī)工作的環(huán)境溫度變化而變化，即當(dāng)工作環(huán)境溫度低，發(fā)動機(jī)工作溫度也低，當(dāng)工作環(huán)境溫度高，發(fā)動機(jī)工作溫度也高，甚至出現(xiàn)高溫、開鍋，這是受目前發(fā)動機(jī)本身控溫技術(shù)存在缺陷所致。實現(xiàn)發(fā)動機(jī)在最佳溫度工作的辦法內(nèi)燃機(jī)溫度調(diào)控器（即發(fā)動機(jī)智能控溫系統(tǒng)），是國家火炬項目（2006GH040224）和國家重點新產(chǎn)品（2007GRB10018）項