柴油機尾氣排放控制技術(shù)分析

羅明

摘 要：柴油機的尾氣排出的污染物對環(huán)境的影響非常大，論文結(jié)合已有的研究，針對柴油機的燃油品質(zhì)，機內(nèi)凈化，柴油機后處理技術(shù)等方面進行探討，為提升柴油機尾氣排放控制技術(shù)做出一定的貢獻。

關(guān)鍵詞：柴油機；尾氣排放；控制技術(shù)；凈化

中圖分類號：TK421 文獻標識碼：A

1 概述

經(jīng)濟的發(fā)展推動著社會機動車保有量的增長，但機動車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展也帶來了尾氣排放的問題，柴油機排放的NOX和顆粒物等對環(huán)境的影響非常明顯，制約著社會的和諧發(fā)展。雖然各國針對柴油機尾氣排放對制定了相關(guān)的標準，治理的資金投入也非常龐大，但是污染問題依然非常嚴重，我國對具有良好排放特性和燃油經(jīng)濟性的柴油車的鼓勵支持措施比較大，據(jù)估計，到2020年，我國柴油轎車的保有量將占整體市場的30%，與汽油車相比，柴油車效率高，溫室氣體排放少，具有明顯的優(yōu)勢，但其污染問題同樣存在，因而研究柴油機尾氣排放控制技術(shù)具有積極的意義。

2 柴油機的燃油品質(zhì)

作為汽車發(fā)動機的動力源，燃油品質(zhì)將會決定機車的經(jīng)濟性、動力性、耐用性、排放性能等指標，發(fā)達國家在制定柴油燃燒時硫含量排放指標都逐漸收緊，在上世紀90年代初，美國與歐洲柴油中的硫含量都超過了5g/L，進入21世紀，出現(xiàn)了15mg/L的超低含硫量的燃油，但是燃油中硫含量過低，將會導(dǎo)致機械設(shè)備的磨損加劇，在降低燃油中的硫含量的同時，還需要添加潤滑劑，以免機車磨損加劇。研究表明，穩(wěn)態(tài)工作中低硫燃油對PM的濃度和質(zhì)量的影響都非常小，但對核態(tài)顆粒物有明顯的影響。在加速過程中，碳煙排放高，排溫高，從而阻止了核態(tài)PM的形成；在減速的過程中，碳煙排放低，排氣溫度低，高濃度的硫酸鹽先驅(qū)物和未燃潤滑油一起形成核態(tài)PM。柴油和潤滑油中的磷對發(fā)動機的性能和原機排放也有明顯的影響，并且對后處理裝置的性能也有較大的影響。

3 機內(nèi)凈化

柴油機中機內(nèi)凈化技術(shù)包含新型燃燒技術(shù)、進氣管理技術(shù)、燃油噴射技術(shù)、廢氣再循環(huán)技術(shù)等，機內(nèi)凈化技術(shù)的發(fā)展可以提升柴油機的排放水平，降低對排放后處理性能的要求，使柴油機排放能夠滿足嚴格的要求。

3.1新型燃燒技術(shù)

新型燃燒技術(shù)可以采用均質(zhì)燃燒或部分均質(zhì)燃燒，降低碳煙排放和NOX的量，均質(zhì)燃燒需要通過燃燒系統(tǒng)改變?nèi)加秃涂諝獾幕旌?，減小壓縮比增加著火滯燃期，從而增加燃油混合與空氣的均勻程度。采用低/高EGR可以明顯的減少燃燒室的氧含量，從而降低NOX的含量。改進后的燃燒系統(tǒng)，可以提升后期燃燒氧化的效率，有效的降低碳煙排放的濃度。燃燒室形成分層，在燃燒系統(tǒng)中采用CFD仿真計算，對燃燒系統(tǒng)進行優(yōu)化，有效的降低柴油機NOX和碳煙排放的量。在新型燃燒技術(shù)中，采用汽油預(yù)混燃降低排放是一種新的燃燒模式，可以推遲、減緩燃燒，對工質(zhì)進行分層，實現(xiàn)部分預(yù)混燃燒。

3.2進氣管理技術(shù)

柴油燃燒技術(shù)中的低溫燃燒能夠增加廢氣再循環(huán)率，增壓技術(shù)在其中的應(yīng)用取得的效果較好，可以增加進氣的壓力，當(dāng)前使用較為普遍的增壓器有電動增壓器、可變參數(shù)變壓器和二級增壓系統(tǒng)。二級增壓系統(tǒng)可以提升進氣的效率，實現(xiàn)缸內(nèi)高的空氣燃油比率和高的已燃氣體比例，達到高熱效率和超低的NOX排放，同時控制PM排放。當(dāng)降低工質(zhì)的氧含量，稀釋燃燒氣體，采用低溫燃燒技術(shù)，但發(fā)動機的效率不會受到影響。在柴油機內(nèi)，會有富油區(qū)域出現(xiàn)，出現(xiàn)PM，而采用增壓系統(tǒng)能夠提供足量的空氣來實現(xiàn)稀薄燃燒，形成高的熱指示比和快速燃燒，從而具有高的效率。進氣管理技術(shù)可以對二級渦輪采用高壓和低壓EGR，能夠減少后處理步驟，同時降低PM排放與NOX的排放，并保持燃油經(jīng)濟性不變。冷卻EGR技術(shù)相對于催化還原技術(shù)而言，可以調(diào)整廢氣壓力，是降低排放的另一種方式，實現(xiàn)不同工況下的壓力差，使廢氣能夠順利進入進氣管，采用鋁制葉片，通過壓縮機結(jié)構(gòu)設(shè)計改進增壓器的喘振特性，滿足低流量和高流量的工況需要。

3.3燃油噴射技術(shù)

在柴油機中采用高噴射壓力的燃油噴射技術(shù)，可以有效的降低噪聲、提高燃油經(jīng)濟性和排放污染物的濃度，通過調(diào)整噴射參數(shù)，降低燃燒的溫度，可將燃燒放熱率曲線分成多個階段，燃油噴射使得著火滯燃期縮短，降低燃燒的溫度，減少碳煙排放的氧化程度。燃油噴射系統(tǒng)中采用多次噴射技術(shù)，主要有預(yù)噴、主噴和后噴，預(yù)噴有多個環(huán)節(jié)，將放熱率曲線分解，江都燃燒的噪聲和峰值放熱，；柴油機采用排放后處理，可以有效提高排氣溫度和效率。提高燃油噴射的速率可以提升發(fā)動機的功率，明顯降低碳煙排放。

3.4EGR廢氣再循環(huán)技術(shù)

EGR技術(shù)可以減少燃燒工質(zhì)中的氧含量，實現(xiàn)低溫燃燒，低溫燃燒率保持在60%左右，在高EGR率時，柴油機的NOX和碳煙排放相互制約、相互影響關(guān)系轉(zhuǎn)化為燃油和碳煙消耗量，增加壓力等缸內(nèi)燃燒參數(shù)降低CO和HC排放，所以柴油機中使用EGR更加適合未來的排放要求。

4 柴油機后處理技術(shù)

機內(nèi)進化技術(shù)并不能完全消除污染和碳煙排放的問題，因而采用柴油機后處理技術(shù)可以對NOX與PM等污染物進一步的處理，主要包括NOX控制技術(shù)和PM控制技術(shù)。NOX控制技術(shù)可以從選擇性催化還原、氧化物存儲還原等技術(shù)，而PM控制技術(shù)可以出去大量的顆粒物，如采用再生技術(shù)、PDF材料、HC與CO控制技術(shù)等，可以有效的對柴油機后的污染物進行處理，減少污染。此外，柴油機后處理技術(shù)還可以結(jié)合不同技術(shù)的優(yōu)點，在污染物的控制方面尋求最佳的平衡，從綜合的方面進行探索分析。

結(jié)語

柴油機的使用逐漸普遍，而其中的尾氣問題將會帶來較大的環(huán)境污染問題，因而研究柴油機的燃燒品質(zhì)，分析控制尾氣排放的技術(shù)，以提升柴油機的燃燒效率，提高柴油機的經(jīng)濟性和耐用性等性能，為相關(guān)研究提供一定的參考。

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