汽车尾气排放污染的解决方案

根据公安部截至2023年底的机动车市场保有量统计,燃油车市场仍有不少消费者拥趸:目前全国新能源汽车保有量仅占汽车总量的6.07%,而其中的纯电动汽车保有量占比仅为76.05%。

汽车尾气排放污染已成为城市主要污染源之一。据统计显示,全国338个地级及以上城市中,仅有99个城市的环境空气质量符合要求,占比约为29.3%,另外七成以上的城市均未满足标准要求;市区汽车排放尾气量已超城市排废总量的60%。随着汽车数量不断增加带来的尾气排放污染日趋严重现象的加深,汽车尾气排放问题成为技术研发人员研究的重点内容之一。

21世纪初,汽车尾气问题的原因主要在于汽车制造技术的不先进;如今,汽车发动机采用了电子控制燃油喷射发动机、VVT(Variable Valve Timing,可变气门正时)、怠速启停技术、换挡指示、缸内直喷等技术,相较传统的汽车发动机技术,已经极大减少了尾气的排放量。当下城市车辆的尾气排放量依然较高的原因在于,汽车出现故障后的运行过程中不断增加的汽车尾气排放量。

汽车尾气排放物中,主要的4种污染物为:

  • CO:一氧化碳,易与血红蛋白结合,致使人体缺氧。
  • HC:碳氢化合物,一般为发动机废气中的未燃部分。
  • NOx:氮氧化合物,在紫外线照射后会形成有毒的光化学烟雾。
  • PM:颗粒物, 吸入过量的PM2.5会导致肺功能降低。

可能导致汽车尾气排放量增加的故障主要有下列几种:

 

01.空气流量传感器信号失效

空气流量信号是喷油量的主控信号,对发动机所能获得的最佳浓度混合气体有着至关重要的影响。空气流量信号传感器用于测定汽车发动机每一瞬间吸收的空气量,依据有着“汽车大脑”之称的汽车ECU进行计算,最后根据计算结果来控制喷油量,从而保证汽车在不同气候环境下的正常行驶

一旦空气流量传感器失效,ECU无法接收到空气量信号,就会以大负荷运行模式实施喷油量控制,缸内混合器过浓、燃料无法完全燃烧,最终导致汽车尾气中CO含量的增高。

 

02.氧传感器信号丢失

如下图所示,在氧传感器正常的情况下,尾气中CO的排放量处于稳定状态;当氧传感器信号丢失后,ECU进入开环控制模式,致使CO的排放量大幅降低。

▲氧传感器信号对CO的影响

 

氧传感器信号丢失的原因是氧传感器断路或者损坏,将错误电压信号传送给ECU,从而使ECU无法正确修正喷油量,对空燃比也无法控制,最终导致催化器的转化效率下降。

虽然氧传感器信号丢失对CO的排放量有所降低,但从整体而言将增加其他尾气的排放量,进而增加环境污染。此类故障也会导致HC、NOx的排放异常。

▲氧传感器信号对HC的影响

 

03.水温传感器

水温传感器是一个负温度系数的半导体热敏电阻,用于对汽车发动机的冷却水温度进行检测。水温传感器故障后的信号丢失将导致CO、HC排放量呈大幅度增长趋势;虽然会使NOx的排放量有所降低,但是汽车一般较难在这种情况下启动。

 

解决方案

上述问题的解决方案是显而易见的:增设尾气后处理系统(Exhaust Gas after-Treatment system,EGT),或者增设更为完善的汽车尾气排放监测系统。然而,上述系统由于涉及发动机与柴油微粒过滤器、催化剂等诸多组件,导致技术要求极高、使用条件有限。在目前ECU已具备上百种功能的情况下,尾气后处理软件标定的复杂程度将耗费大量的测试时间与成本。

SkyEye,中文全称天目全数字实时仿真软件,是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台,能够为汽车尾气处理软件提供满足AUTOSAR标准的ECU虚拟化运行环境,有助于克服对现有硬件的依赖,实现尾气相关传感器故障的预模拟。

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