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。