1.排放法规的发展

    目前美国、欧盟(EC)、日本构成世界汽车排放法规的三大体系。

    在美国1970年颁布了“大气净化法案”(马斯基法)，1990年进行了修订，制定了最严格的排放法规，即加利福尼亚州的低排放汽车(LEV)标准。近期研讨准备在2004年进一步强化汽车排放标准，提出SULEV法案，限值为ULEV的1/4，图1所示为其排放等级及限值。

    欧盟自1993年开始，积极强化汽车排放法规，图2所示为欧洲排放规定，现行法规为欧洲2号(Euro Ⅱ)标准，自2000年实行欧洲3号(Euro Ⅲ)，计划2005年强化欧洲4号(Euro Ⅳ)标准。

    1997年11月由日本中央环境保护学会大气专业委员会，为强化新的排放标准，提出了在现行排放标准的基础上削减70%的目标。世界其它国家则参照美、欧、日的排放标准，结合本国特点，加快汽车排放标准的制定、修订工作。

    2.排气净化技术的现状和发展

    以发动机起动后排气浓度的变化为例，降低排气的思路见图3，分为“冷机”和“热机”两种状态，排气净化方式有：降低发动机排气歧管排放(机内净化)和后处理技术(机外净化)，见图4。

    2.1冷机空燃比(A/F)稀薄化

    发动机冷机时，催化剂活性较差，不利于减低HC排放，可以采用提高空燃比稀薄化的方法，能有效降低HC排放。为保证A/F的稀薄化，应提高燃烧稳定性，在进气口内设置涡流控制阀，强化燃烧室内的气体流动，改善燃烧性能。由于强化了涡流混合气，保证了混合气的稀薄化，降低了HC排放量。除强化混合气流动外，采用“可变气门”(单向阀)，同样可以获得稀空燃比(A/F)的效果。

    2.2减低未燃HC(高顶活塞环)

    活塞的第一道环槽脊(指第一道环槽至活塞顶之间的区域)和气缸壁之间，燃烧的火焰不能达到，其区域内的未燃HC直接从气缸内排出。提高第一道活塞环的位置，即减小第一道环槽脊的高度，可以缩小活塞环与缸壁的容积，从而减低未燃HC的排放量。为减轻活塞环槽的磨损，一般情况下对活塞表面实施氧化铝(Alumite)膜处理，但由于在活塞表面易形成许多细孔，被吸附的HC在发动机排气行程排出机外，解决的办法是活塞顶面不做氧化铝处理，只对活塞环槽进行处理，有利于进一步降低HC的排放。

    2.3提高催化剂的早期活性

    为促使催化剂的早期活性，需提高催化剂的升温特性，降低催化剂的活性温度。提高升温特性的主要方法是采用两级排气管和使用“薄壁式”催化剂载体。合理选择低温活性好的贵金属类，同时提高空燃比的稀薄化，是降低催化剂活性温度的有效手段。

    2.4提高催化剂性能

    如前所述，北美的排放法规中，为限制HC的排放，使用NMOG(非甲烷HC和含氧有机物)指标值。从THC(总碳氢)中扣除了和臭氧(O₃)反应性极低的甲烷成分(防止产生光化学烟雾)，而增加了醛(Aldehyde)类成分。

    一般情况下，汽油机醛类排放非常少，催化性能主要是能积极转化甲烷以外的HC成分。歧管(Manifold)催化剂使用铂(Pd)系时，与铀(Pt)系相比，相同THC条件下，NMOG排放量少，这种方法是选择歧管催化剂种类的主要依据，而对排气管催化剂的种类几乎没有影响。即钯系催化剂适用于歧管用催化转化使用，能高效实现NMOG的转化。

    2.5催化剂的强制加热

    采用电加热催化剂(EHC)以及利用排气管排放气体燃烧产生的热量，促使催化剂升温，即排气燃烧器(EGC)，能进一步提高催化剂的早期活性。EHC已达到实用化水平，但由于电能主要由蓄电池等供给，系统比较复杂。所谓EGC是在发动机起动后，浓空燃比状态下，产生的CO等可燃成分，和二次空气供给的氧气相混合，形成可燃混合气，在排气系统中设置排气燃烧器，通过火花塞点火装置，点燃未燃混合气。利用燃烧产生的热量提高催化剂的早期活性，同时还能燃烧净化发动机起动后的未燃HC成分。采用EGC净化发动机在起动后的浓空燃比时，发动机排出的HC(EGC入口HC)浓度较大，1-2s后，EGC开始燃烧，能大幅度地净化HC浓度。在采用EGC和EHC向催化剂供给热量的比较研究中发现，EGC方式催化转化率高。综上所述，采用催化剂的强制加热，能有效地促进催化剂的早期活性。EGC技术虽属研究阶段，但大有超过EHC的趋势。

    2.6未燃HC的吸附净化

    以沸泡石为主要成分，作为HC吸附剂，在催化剂活化前吸附HC，是排气净化技术的有效补充。吸附剂最重要的性能是HC吸附率，吸附剂含碳原子越多，吸附率越好。对HC吸附层，可以结合三元催化层涂覆HC吸附催化剂，吸附的HC随着排气的温度升高而自动脱离，通过表面催化层进行净化。目前HC从吸附层脱离起始温度要比催化层的活性温度低，脱离初期对HC净化有一定困难，有待于今后通过材质改良、组成成分和升温特性的改进，来进一步提高其净化性能。

    3.未来排气净化系统

    图5为未来排气净化系统，可以满足SULEV的法规要求，接近于大气环境水平的排放质量。

    在发动机冷机时，使用EHC和二次空气。为有效利用排气余热，将EHC安装在排气歧管之后，在排气管后设置旁通管路，安装HC吸附剂，能提高低C成分的吸附率，在EHC活性前吸附HC的净化系统，脱离的HC受切换阀控制，通过排气再循环(EGR)返流到进气系统。

    发动机热机时，在歧管催化剂作用下没有净化的是反应性活性低的烷烃HC，为提高其净化率，在排气管中安装了三元催化装置。按美国联邦汽车排放试验规程(FTP工况)，试验结果见图6，NMOG排放浓度可以降到ULEV系统的1/10水平，能达到SULEV规定值，满足大气环境标准。该系统尚处于研究阶段，是一个技术比较复杂的系统，为尽快进入实用化，应解决系统的电子控制、耐久性等技术指标。