王鑫

【摘要】目前，我國汽車安全與環(huán)境污染狀況嚴重，汽車尾氣排放已經(jīng)成為大氣的主要污染源，因此積極推動汽車產(chǎn)業(yè)的安全與環(huán)保技術創(chuàng)新勢在必行。本文主要介紹了汽車安全氣囊新技術與降低汽車尾氣污染的環(huán)保技術。

【關鍵詞】安全氣囊；環(huán)保；技術創(chuàng)新

前言

汽車前端一旦發(fā)生了強烈的碰撞，安全氣囊就會瞬間從方向盤內(nèi)“蹦”出來，墊在方向盤與駕駛者之間，防止駕駛者的頭部和胸部撞擊到方向盤或儀表板等硬物上。隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，汽車保有量的急劇增加，環(huán)境污染日趨嚴重，而且巨大的能源消耗和日益減少的石油資源也將成為最大的矛盾。

1.汽車安全氣囊新技術

1.1 問題描述

目前，在正面碰撞事故中保護乘員安全的前部正面安全氣囊技術已經(jīng)相當成熟，但為了有效的保護側(cè)面碰撞中乘員的安全，有必要開發(fā)并安裝相應的側(cè)面安全氣囊。大多數(shù)汽車制造商都把氣囊安裝在座椅皮里面，這種安裝方式的優(yōu)點是安裝方便并能有效的保護車內(nèi)人員，但由此產(chǎn)生了一個難題：發(fā)生側(cè)面碰撞時，氣囊必須穿破座椅皮，才能張開而保護乘員的安全，但在平時，要求座椅皮有很好的強度，不易開裂。

運用TRIZ理論描述此問題：氣囊可以自由穿出并張開，座椅皮對其沒有阻礙。一件物品的縫合處往往是最薄弱的部位，因此，理想的方案是：在氣囊從座椅皮的穿出處設置合理的連接縫，連接處結(jié)實地縫合在一起，但氣囊張開時不受任何阻礙或者阻礙極小。

1.2 TRIZ理論解決方法

1）改進縫合設計，運用TRIZ理論中技術系統(tǒng)進化法則中的“提高柔性法則”，將縫合處的連接由固定的線改為扣連接，如把縫合處的座椅皮疊合在一起，以扣合力加以連接。在正常使用時，這類連接能夠提供足夠的張力，而在氣囊張開時產(chǎn)生的向外的垂直作用力下疊合在一起的座椅皮又能夠迅速脫離約束，不阻礙氣囊的張開。

2）采取措施使張開時的能量集中在連接縫上，運用TRIZ理論的創(chuàng)新原理中的“逆向思維”，如果要使縫合區(qū)最薄弱，我們通常會把著眼點放在縫合方式上，而利用這一原理，我們可以通過使縫合區(qū)的強度弱化而達到使其最薄弱的目的，如在安全氣囊的座椅皮穿出區(qū)域開孔，然后用其他織物連接在座椅皮的孔的邊緣上，兩片織物就像孔的兩扇窗戶一樣，兩織物之間也用縫合的方式連接，這樣就能夠使縫合區(qū)是最薄弱的。

3）降低連接縫的強度，發(fā)明原理：預先反作用原理，對縫合線預先進行處理，使其在受到氣囊張開時的作用下能夠容易的崩斷。

4）改變座椅皮的附著方式，如果氣囊在座椅皮內(nèi)部張開，將可能導致 氣囊不能穿出座椅皮而無法起到保護作用，因此應考慮將座椅皮與座椅更緊密連接在一起，將座椅皮和座椅內(nèi)的填充物粘合在一起，從而改善座椅皮的附著方式。

2.汽車燃燒系統(tǒng)結(jié)構創(chuàng)新

2.1 優(yōu)化發(fā)動機內(nèi)部系統(tǒng)設置，降低尾氣污染物含量

減少噴油提前角。減少噴油提前角，可降低發(fā)動機工作的最高溫（1500攝氏度），使NOx的生成量減少。改善噴油器的質(zhì)量，控制燃燒條件（燃比、燃燒溫度、燃燒時間），可使燃料燃燒完全，從而可減少CO、CH的煤煙。調(diào)整噴油器的質(zhì)量，可降低發(fā)動機的功率，使霧化的燃料有足夠的氧氣進行完全燃燒，從而也可以減少CO、CH和煤煙的生成。

2.2 設計循環(huán)系統(tǒng)，進行尾氣再利用

1）正曲軸箱通氣系統(tǒng)的設計

把從汽缸竄入曲軸箱的氣體（主要是未燃體）再循環(huán)進入進氣歧管，使其再次燃燒，改變了過去將其直接排入大氣所造成的污染。

2）排氣再循環(huán)設計

發(fā)動機排氣口用控制閥與進氣歧管相連接，使排出的氣體經(jīng)過再次循環(huán)，以降低氮氧化物的排放量。

3）蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)的設計

將化油器浮子室中的汽油蒸發(fā)汽引入進氣系統(tǒng)，而將油箱中的蒸發(fā)汽引入儲存系統(tǒng)，可大大減少污染物的排放。

2.3 使用車用選擇性催化還原排氣后處理系統(tǒng)

車用選擇性催化還原排氣后處理（SCR）是通過尿素反應產(chǎn)生的氨再與汽車尾氣進行反應的一種技術，是被認證為滿足歐Ⅳ法規(guī)的綜合排放控制系統(tǒng)。是一項控制柴油發(fā)動機排氣中NOx 的技術。

3.催化劑在減少尾氣上的應用

3.1 催化劑用貴金屬的選擇

選擇用貴金屬作為汽車尾氣催化劑的原因主要有：

（1）由于催化劑容量很小，而廢氣的流量很大，這需要催化劑能在很短時間將污染物轉(zhuǎn)化，只有貴金屬能有如此高的活性；

（2）只有貴金屬對廢氣中殘留的硫氧化物有足夠的抗毒性；

（3）貴金屬最不易在高溫下與Al，Ce，Zr等反應而失活。因此，最初的催化劑采用Pt和Rh的不同比例混合；后來，Pd被應用于三效催化劑中用于增強催化劑對氮氧化物的還原作用。

現(xiàn)在，三效催化劑中各金屬的使用配比如Pt/Rh，Pt/Pd/Rh和Pd/Rh貴金屬催化劑都有商業(yè)上的價值。

3.2 現(xiàn)代催化技術——化學反應和電子控制設備的結(jié)合

CO和CH的處理是在氧化條件下進行，而NO的處理則是在富余燃料的還原條件下進行的。一開始，這個矛盾是通過采用雙反應床轉(zhuǎn)化器來解決的。首先在還原條件下的第一個催化轉(zhuǎn)換器中NOX被還原；在第一個催化劑后加入更多氧氣，這樣充足的氧氣進入第二個催化轉(zhuǎn)換器，在這里CO和CH被氧化處理。雙反應床轉(zhuǎn)化器遠不是理想處理手段，因為低的空燃比大大影響了燃料的利用率，并且限制了發(fā)動機的使用范圍。而且在低的空燃比造成的還原環(huán)境下可能是把NOX轉(zhuǎn)換為NH3，而不是所期望的N2。這樣在后續(xù)的氧化環(huán)境中，NH3又被轉(zhuǎn)化為NOX，降低了尾氣處理能力。

研究發(fā)現(xiàn)，將空燃比控制在合適的范圍內(nèi)，三種污染物都可以在一個催化反應器中有效地去除。這就需要電子控制系統(tǒng)對發(fā)動機中的氣體反應環(huán)境進行實時控制。這項技術的基本思路是采用一種氧氣含量傳感器，傳感器探測還原環(huán)境或者氧化環(huán)境并將信號傳遞給發(fā)動機電子控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)將信號反饋到燃料注射系統(tǒng)，從而決定加料的程度，這樣可以將空燃比控制在合適的范圍。此外，通過引入儲氧材料也可以削弱空燃比在最佳點附近的擺動。

3.3 冷啟動后短時間內(nèi)催化劑效率提升

決定催化劑處理效果的關鍵是對冷啟動后的很短時間內(nèi)尾氣處理的效果的好壞。通過采用不銹鋼來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的管材料可以減少尾氣熱量的散失。盡管這樣可以使催化劑很快達到最佳催化溫度，但這也意味著催化劑必須承受更高的溫度?，F(xiàn)在廣泛采用的減少冷啟動期間尾氣排放的措施是減緩汽車發(fā)動機的運作，這樣可以使尾氣帶來更多的熱量。除了對汽車發(fā)動機和尾氣排放系統(tǒng)的改進，人們通過改進催化劑的整體式布局，使點火行為得到了改善。通過開發(fā)新的薄壁和更大的比表面積的催化劑載體，使催化劑更快地達到使用溫度并且有合適的面積使催化反應順利進行。相應的，催化劑形式的改變也使得其點火性質(zhì)得到改進，高含量的Pd催化劑正是這類催化劑的代表。目前解決冷啟動問題的主要措施有緊密耦合催化劑、前置小體積催化劑、電加熱和燃燒尾氣等技術。

參考文獻

[1]王國富.汽車發(fā)動機排放污染及凈化[J].桂林航天工業(yè)學校學報，2000（3）.

[2]趙峰.TRIZ理論及應用教程[M].西北工業(yè)大學出版社，2010（8）.