来稿日期：２
０２００５１９ 基金项目：张家口市科技局项目（
１４１１０６９Ｂ） 作者简介：王凤利（
王凤利，赵德才
（河北北方学院信息科学与工程学院，河北张家口０７５０００
） 摘要：随着中国经济发展和社会进步，汽车作为最普通的交通工具已经进入千家万户。一方面汽车给人类
带来了快捷，另一方面其尾气引起的环境污染问题已经成为公认的社会问题。从根本上解决汽车尾气污染问题
必须要依赖科学技术手段，建立长效的汽车尾气治理研究体系。通过分析汽车尾气化学构成成分，探讨汽车燃
的净化处理。
关键词：汽车尾气；净化；过滤
中图分类号：Ｕ４６４．１３４ 文献标识码：Ａ犇犗犐：１０．３９６９／ｊ
．ｉｓｓｎ．１６７３ １４９２．２０２０．０７．００４犘狌狉犻犳犻犮犪狋犻狅狀犪狀犱犜狉犲犪狋犿犲狀狋犛狔
狊狋犲犿狅犳犃狌狋狅犿狅犫犻犾犲犈狓犺犪狌狊狋ＷＡＮＧＦｅｎｇ
ｌｉ，ＺＨＡＯＤｅ ｃａｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈａｎｇｊ
ｉａｋｏｕ，Ｈｅｂｅｉ，０７５０００，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｈｉｎａ’ｓｅｃｏｎｏｍｙａｎｄｓｏｃｉａｌｐｒｏｇ
ｒｅｓｓ，ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｈａｖｅｇｏｎｅｉｎｔｏｔｈｏｕｓａｎｄｓｏｆｆａｍｉｌｉｅｓａｓｃｏｍｍｏｎｍｅａｎｓｏｆｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．Ａｐａｒｔｆｒｏｍｔｈｅｉｒｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅｆｏｒｐｅｏｐ
ｌｅ，ｔｈｅａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｅｘｈａｕｓｔｈａｖｅｂｅｃｏｍｅａｒｅｃｏｇ
ｎｉｓｅｄｓｏｃｉａｌｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｈｅｆｉｎａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｈａｓｔｏｒｅｓｔｕｐｏｎｔｈｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇａｌｏｎｇ ｔｅｒｍｒｅｓｅａｒｃｈｓｙ
ｓｔｅｍｏｆａｕｔｏ ｍｏｂｉｌｅｅｘｈａｕｓｔｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｘｐｌｏｒｅｓｈｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｆｕｅｌｓｂｙａｎａｌｙｓｉｎｇｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｃｏｍｐ
ｏ ｎｅｎｔｓｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｅｘｈａｕｓｔ．Ａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ’ｓｏｒｇｉｎｉｎａｌａｒｔｉｓｔｉｃｓｔｙ
ｌｅａｎｄｆｕｎｃ ｔｉｏｎ，ｉｔｗｉｌｌｄｅｓｉｇｎｓｏｍｅｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｓｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｕｒｉｆｙｔ
ｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｅｘ ｈａｕｓｔ．
犓犲狔
狑狅狉犱狊：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｅｘｈａｕｓｔ；ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ１ 研究汽车尾气净化与处理系统的必要性
随着中国国民经济的发展、居民生活质量的提高及消费理念的转变，汽车源源不断进入普通家庭。中国人口基数较大，直接导致全国汽车保有量激增。现代城市，主要污染物质来自机动车排出的尾气，科学研究分析表明，汽车尾气含有上百种化合物，其中的污染物主要有铅、硫氧化合物、碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化合物、二氧化碳、固体悬浮微粒等，这些有害物质散发到空气中并达到一定浓度后，将会对人和生物的健康和生存以及环境造成严重危害。
固体悬浮颗粒。固体悬浮颗粒的构成成分非常复杂，属于ＰＭ２．５的范畴。ＰＭ２．５对人体的危害最主要表现在对肺部的损伤，这种损伤是不可逆的，当悬浮颗粒达到一定浓度，长时间可能引发人类癌症。
一氧化碳。煤气中毒即一氧化碳中毒，汽车燃料燃烧不充分产生大量的一氧化碳，与血液中的血红蛋白结合后生成碳氧血红蛋白，从而影响血液正常输送氧的功能，危害人体中枢神经系统，出现恶心、记忆力减退症状，重者有生命危险。
氮氧化物。氮氧化物包括一氧化氮和二氧化氮，如果人体所处环境二氧化氮浓度达到９．４ｍｇ
·ｍ ３，几第３６卷第７期２０２０年７月
（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｂｅｉＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（
ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．７Ｊｕｌ．２０２０
分钟即可使人的呼吸系统出现问题。
碳氢化合物。碳氢化合物与氮氧化物经太阳紫外光线照射，会产生一种具有刺激性、浅蓝光的化学烟雾，这种光化学烟雾会刺激人的眼睛及呼吸道黏膜，引发眼睛疾病和呼吸道发炎等疾病。１９５２年１２月，英国伦敦曾发生过光化学烟雾事件，死亡人数众多。
铅。铅被列入有毒有害水污染物名录，属于重金属，如果汽车使用含铅汽油，尾气排放中就含有铅及其氧化的化合物，均为有毒有害物质。这些物质可以污染大气、水源和土地。大气中的铅含量６０％以上来自于汽车含铅汽油的燃烧。人体中铅含量超标可引起心血管系统疾病，并影响肝、肾等重要器官功能及神经系统。
汽车尾气危害人体健康的同时，还对人类生存的环境带来极大的破坏与影响。二氧化硫进入大气导致“酸雨”的发生，造成水源和土壤酸化；二氧化碳进入大气过量则导致温室效应、厄尔尼诺现象、拉尼娜现象、冰川融化、海平面上升等，给人类的生存带来极为严峻的挑战［１］。
２ 汽车尾气排放的处理
２．１ 汽车燃料成分的优化
２．１．１ 采用无铅汽油替代有铅汽油
可以减少铅排放，且碳氢化合物、一氧化碳及氮氧化合物也会相应的减少。
２．１．２ 掺入添加剂，改变燃料成分
汽油中掺入１５％以下的甲醇燃料，或者采用含１０％水份的水 汽油燃料，都能在一定程度上减少ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、ＮＯ２、ＨＣ和铅尘的污染。若采用甲醇燃料即甲醇和其它醇类同汽油混合所制成的燃料，当甲醇占比例３０％～４０％时，汽车尾气排出的污染物可基本上消除。
２．１．３ 选用润滑添加剂、机械摩擦改进剂
石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯粉末等，将这些物质加入机油中，可增加汽车发动机汽缸的气密性，从而增加汽缸压力，使燃烧充分，从而达到减少ＣＯ和碳氢排放的目的。
２．１．４ 采用绿燃料减少汽车尾气有毒气体排放量
有研究表示，将豆油与甲醇、烧碱混合，去掉其中的甘油，可得到“大豆柴油”，将“大豆柴油”与普通柴油按３∶７的比例混合，供柴油汽车使用，可以减少硫化物、碳氢化合物、一氧化碳和烟尘的产生与排放。
２．２ 净化措施
２．２．１ 化学法净化
采用催化剂。将ＣＯ氧化成ＣＯ
２，ＨＣ氧化成ＣＯ
２
和Ｈ
２Ｏ
，ＮＯ
ｘ
被还原成为Ｎ
２
等。采用的催化剂有
氧化锰 氧化铜、氧化铬 氧化镍 氧化铜等金属氧化物及白金属（铂）等贵金属，它们都可将ＣＯ、ＨＣ及ＮＯｘ变成无害气体，使汽车尾气得以净化。
２．２．２ 物理法净化
水洗。通过水箱使汽车尾气中的碳烟粒子经过水洗和过滤及蒸气的淋浴，可去除粘在碳粒上的有毒有害物质，使碳粒子胀大从而被去除。
３ 设计高效精准的化学与物理过滤装置
尽管各大汽车生产厂家都在为减少尾气排放做着各种研究，但尾气排放问题依然十分严峻，本文设计一
款附加在原车排气管上的过滤与净化装置，既不影响原车的美观与性能，又能有效实现汽车尾气的净化处理。
３．１ 化学过滤法
化学过滤法是继汽车原有的过滤之后进行的第一道过滤装置，这个装置内的所有化学滤芯都是可替换的，而且是多层多道过滤。有几种有毒有害超标气体，就根据不同车型尾气超标的类型使用几种滤芯，逐层过滤。化学过滤装置有两大特点：空间宽松，有利于将高速喷射的尾气的速度降低，以免高速的气流将２０２０年７月王凤利等：汽车尾气的净化与处理系统第７期
２０２０年７月 河北北方学院学报（自然科学版） 第７期
化学物质喷走；路径幽长，利于气体中有害物质充分进行反应［２］。
３．１．１ 化学滤芯的选用
化学滤芯是为了去除某种尾气有害物质而设计的一种携带有某种化学物质的可替换配件，化学物质的种类根据要祛除的尾气成分不同而各异。化学滤芯的种类很多，但用于某种汽车的滤芯目前有４种，选用哪四种滤芯是根据汽车的品牌和型号而定，由后面介绍的“过滤装置智能管理与检测系统”决定。３．１．２ 过滤结构的设计
滤芯安放的位置是高压高速的尾气排放通道，为了加大过滤面积、延长过滤反应时间，过滤器通道空间增大很多倍，采用交错栅板结构，便于滤芯更换。
３．１．３ 滤芯前后次序的安排
滤芯的排放按照先主后次原则，先排列主要滤芯，后排列次要滤芯，各滤芯之间不能有相互的化学反应，以免抵消或减弱其作用，滤芯之间的相斥相吸关系见后面介绍的“过滤装置智能管理与检测系统”数据库，由系统调度安排。
３．２ 物理过滤法
物理过滤法是利用物理手段对流经的气体进行某种物质或成份的过滤与净化，包括吸气口、金属过滤网、物理过滤层、活性炭过滤网、风机和烟囱，吸气口的后端通过气管依次连通金属过滤网和物理过滤层，物理过滤层的右侧固定连接一个活性炭过滤网，目的是将化学过滤后尾气中残余的化学成分进行净化，并将尾气中的细小颗粒过滤掉，所以物理过滤装置必须在化学过滤之后［３］。
３．２．１ 涡流离心过滤法
涡流离心过滤法是利用高压高速的气流在环形通道中高速通过时产生的离心力将微小颗粒物截留在滤网中，过滤通道一般比较狭窄，气流通过时产生高速，以达到最佳的过滤效果。
３．２．２ 水洗过滤法
水洗过滤法是用水清洗含杂质气体，将某些前级带出的化学物质溶入水中，以防进入空气中，造成二次污染。本阶段要求排气管道空间充足，一是为了减缓气流速度，以防将水喷到大气中，二是为了使可溶性物质充分溶入水中，三是防止高速的气流喷射到车外产生尘土飞扬。
３．３ 过滤装置智能管理与检测
前面的化学和物理过滤装置可以高效祛除尾气中绝大部分有毒有害物质和颗粒，但装置中的化学滤芯和物理过滤的机构需要根据要求更换，如何更换更合理，成为研制本装置的一个重点。首先，不能按时间长短决定更换，因为同样时长汽车运行里程不一样；也不能一次全部更换所有滤芯，因为每种滤芯的寿命和老化速度不同，一次更换所有滤芯造成浪费；其次，不能按照里程更换，因为每种品牌型号的汽车尾气成分比例不同，决定了每种滤芯的寿命不同。因此设计出一套“过滤装置智能管理与检测”系统，该系统独立于车的电器系统，其供电不依赖于汽车，它自备能量收集与供应系统，使用时用手机蓝牙连接该“过滤装置智能管理与检测”系统，输入汽车品牌、型号及车主手机号码，即刻开始工作，什么时候需要更换几号滤芯，是根据尾气检测传感器检测到的参数而决定的，这种参数存在于“过滤装置的智能管理与检测”系统的“车型尾气参数数据库”中，“过滤装置智能管理与检测”系统会通过手机短信息提醒车主，及时更换几号滤芯。“过滤装置智能管理与检测”系统结构如图１所示，分为５大模块：主控模块、人机
界面、车型尾气参数数据库、化学滤箱传感器矩阵、物理滤箱传感器矩阵。主控模块用于读取数据库和传感器矩阵参数判断告知用户维护；人机界面设置输入汽车型号，接收过滤设备维护信息，提醒用户及时更换滤芯；车型尾气参数数据库内包含几乎所有品牌车型的尾气类型以及各种气体参数，根据参数决定使用何种滤芯以及滤芯位置；化学滤箱传感器矩阵将检测参数送往主控模块，运算决策滤芯是否需要更换，更换到什么位置；物理滤箱传感器矩阵将检测参数送往主控模块，运算决策物理滤箱是否进行维护［４］。
２０２０年７月王凤利等：汽车尾气的净化与处理系统第７期
图１ 过滤装置智能管理与检测系统
４ 结 论
通过优化汽车燃料成分、化学过滤及物理过滤３个环节的有效复合作用，可以最大程度地滤去汽车尾气中的有毒有害物质，从而达到净化尾气、减少排放、保护环境的目的。采用基于现代信息技术的智能管理与检测是本设计的创新和特。“过滤装置智能管理与检测系统”能够实现排气管道的智能化维护，有效地减少人工检测所带来的误差及其它成本。经过初步测算，该套系统设计成本相对低廉，具有广阔的市场应用前景。
参考文献：
［１］李岳林．汽车排放与噪声控制［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００７：１５ ５０．
［２］王臖，刘小斌．汽车构造（全一册）［Ｍ］．２版．北京：电子工业出版社，２０１４：７２ ８１．汽车尾气处理装置图
［３］李松龄．汽车构造［Ｍ］．北京：知识产权出版社，２０１０：８７ １３０．
［４］蒋梦鸽．智能汽车空调空气净化系统开发与实现［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２０１６．
］
［责任编辑：王荣荣 毛微曦 英文编辑：刘彦哲櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴（上接第１５页）
［４］杜智刚．钢板剪力墙结构设计与施工模拟技术分析［Ｊ］．低碳世界，２０１８（０６）：１１６ １１７．
［５］孙冰，郭立辉，余孝万，等．超高层核心筒钢板剪力墙施工技术［Ｊ］．施工技术，２０１７，４６（０８）：８８ ９３．
［６］李宁，汪杰，吴敦军，等．基于成本控制的高层预制装配整体式框架 剪力墙结构设计［Ｊ］．建筑结构，２０１７，４７（１０）：１４ １６＋１３．
［７］崔家春．超高层建筑施工内爬外挂式塔吊附着节点力学性能分析方法研究［Ｊ］．建筑结构，２０１７，４７（１２）：１７ ２２．
［８］杨留娟．高层建筑混凝土剪力墙连梁设计实例分析［Ｊ］．建筑结构，２０１８，４８（０４）：７ ９．
［９］常磊，廖耘，周定，等．正交双截面设计法在某超高层框支剪力墙结构截面设计中的应用［Ｊ］．建筑结构，２０１７，３４（Ｓ２）：３８７ ３９０．
［１０］姚攀峰，张义元．多腔钢管钢筋混凝土剪力墙力学性能初步探讨［Ｊ］．建筑结构，２０１７，２１（Ｓ２）：２６０ ２６７．
［１１］陈建锋．框架剪力墙结构建筑施工技术在建筑工程中的应用［Ｊ］．技术与市场，２０１７，２４（６）：１７５ １７６．
［１２］郭宏超，郝际平，潘秀珍，等．抗弯框架 钢板剪力墙结构体系抗震性能研究［Ｊ］．地震工程与工程振动，２０１３，３３（０３）：１１８ １２４．
［１３］郭猛，袁泉，黄炜，等．密肋复合墙 剪力墙混合结构水平位移计算方法研究［Ｊ］．振动与冲击，２０１１，３０（１１）：６２ ６６
［责任编辑：王荣荣 刘志媛 英文编辑：刘彦哲］
发布评论