柴油機(jī)排放物的危害及控制技術(shù)

龍超 喻革

摘要：隨著環(huán)境問題的越發(fā)凸顯，給人類的生活環(huán)境和空間帶來了極大的不良影響，甚至影響到人們的身體健康，使得越來越多的人逐漸意識到保護(hù)環(huán)境的重要性和必要性。在這樣的情況下，為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，針對排放法規(guī)不斷進(jìn)行完善和改進(jìn)，并加強(qiáng)排放法規(guī)的全面貫徹和落實(shí)。在排放法規(guī)越發(fā)嚴(yán)格的背景下，對內(nèi)燃機(jī)的排放進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，尤其為了促進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的可持續(xù)發(fā)展，不斷研發(fā)和發(fā)展各種先進(jìn)的技術(shù)。本文主要針對柴油機(jī)排放物的危害及控制技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);有害排放物;控制技術(shù)

中圖分類號：X513? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0038-02

0? 引言

柴油機(jī)的最大特點(diǎn)在于擁有高熱效率和大功率等，并且還具有一定的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，正是因?yàn)榫邆溥@些優(yōu)勢使其在夠工程機(jī)械領(lǐng)域中具有極其廣泛的應(yīng)用，如常見的挖掘機(jī)、大型卡車等都是以柴油機(jī)為動力。從柴油機(jī)在工程機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用情況來看，雖然柴油機(jī)具有一定的優(yōu)勢，但是根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究表明柴油機(jī)排放的尾氣中含有較多的有害物質(zhì)，不僅會對空氣環(huán)境造成污染，還能影響到人類正常的生活，以及對人們的身心健康發(fā)展容易造成不利影響。近年來隨著環(huán)保事業(yè)的不斷發(fā)展，人們清楚意識到柴油機(jī)排放物的危害性并積極采取相應(yīng)的控制措施降低其排放物造成的影響。

1? 柴油機(jī)的有害排放物與危害

根據(jù)柴油機(jī)排放的有害物質(zhì)進(jìn)行檢測和分析可知，其中包括了CO、NOX、HC、SOX和PM，其中PM是一種碳煙顆粒，這些有害物質(zhì)主要是以氣、液和固相等形式存在于空氣中。氣相排放物包括了CO、NOX和氣態(tài)碳?xì)?而液相排放物主要含有SOX和液態(tài)碳?xì)?最后的固相排放物主要是一種較為微小的球狀碳粒，其表面會吸附著HC和SOX，這些有害排放物對空氣環(huán)境造成了極大的惡劣影響，甚至還會對周邊居民的身體健康埋下嚴(yán)重的隱患。

①CO屬于是一種無色無臭的物質(zhì)，其最大特征是不完全燃燒，且?guī)в幸欢ǖ奈：π裕?dāng)這種有害氣體被人們在無意中吸入體內(nèi)，會在人體內(nèi)與血紅蛋白相結(jié)合，以此形成碳氧血紅蛋白，如此便會影響到人體的正常氧氣運(yùn)送，則會導(dǎo)致人出現(xiàn)惡心和疲憊等現(xiàn)象，尤其嚴(yán)重的話會導(dǎo)致人出現(xiàn)窒息死亡的問題。此外一氧化碳也會導(dǎo)致人出現(xiàn)慢性中毒的癥狀，一般出現(xiàn)一氧化碳中毒癥狀的人會出記憶力減退等問題，這對人體的傷害是非常嚴(yán)重的。

②NOX是一種能夠在空氣中與高溫高壓環(huán)境下產(chǎn)生反應(yīng)而出生成的一種有害物質(zhì)，主要是以氧化氮和二氧化氮為主。依據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)可知這種有害物質(zhì)具有較強(qiáng)的毒性，不僅會對周邊區(qū)域生物的發(fā)育成長造成不利影響，還會對人體的健康造成極大的破壞，其中氮氧化物則是形成酸雨等的有害物質(zhì)之一，由此可見該排放物具有較重的危害性。

③HC是一種未然燃料和竄漏的潤滑油，該種有害排放物中含有多環(huán)芳烴，多環(huán)芳烴的最大特點(diǎn)在于具有極強(qiáng)的致癌性，而且有些烴類會對人體的眼睛和呼吸器官造成不利刺激，會引發(fā)人體出現(xiàn)呼吸困難等癥狀，嚴(yán)重的話會導(dǎo)致人體出現(xiàn)呼吸不暢或是窒息而死亡的惡劣情況。

④SOX主要是來源于燃料或是竄漏的潤滑油，其中這種潤滑油中含有一定的S，然后在排放出來后會與空氣中的水產(chǎn)生反應(yīng)而會生成硫酸，大部分都很清楚硫酸的危害性，不僅會破壞土壤和水源的成分，還會對樹木和農(nóng)作物造成嚴(yán)重的損害，尤其對于農(nóng)作物來說這種有害物質(zhì)不僅會影響到枝葉的正常生長，還會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。與此同時(shí)當(dāng)柴油機(jī)排放出的SOX的濃度過高，則會對周邊居民的身體健康產(chǎn)生不利影響，尤其會加重本身患有心血管等疾病居民的病情。

⑤PM也是屬于柴油機(jī)排放的有害物質(zhì)之一，這也是一種碳煙顆粒，這種有害排放物質(zhì)的特性在于較為細(xì)小，很容易被人體吸入肺部器官的最深處，而且極容易在人體肺部最深處扎根和沉淀，長期以往則會對人體健康造成一定程度上的危害，其中還會引發(fā)人體出現(xiàn)支氣管炎等呼吸系統(tǒng)病癥，也會對肺部功能和身體免疫力造成破壞，最終會使人體的肺部器官出現(xiàn)肺組織器質(zhì)性病變等，由此可見柴油機(jī)有害排放物不僅對環(huán)境會造成一定的惡劣影響，還會對人們的身心健康帶來了較大的危害性，因此加強(qiáng)柴油機(jī)有害排放物的控制技術(shù)是勢在必得的發(fā)展趨勢。

2? 柴油機(jī)排放物的控制技術(shù)分析

通過實(shí)際情況可知若是對柴油機(jī)有害排放物沒能進(jìn)行合理有效地控制，則會對空氣質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境和人體健康造成不可挽回的惡劣影響，因此需要針對柴油機(jī)有害物質(zhì)的排放情況進(jìn)行科學(xué)高效的調(diào)研和分析，并采取一定的措施加以控制和治理。首先應(yīng)當(dāng)清楚知道降低柴油機(jī)在燃燒情況下產(chǎn)生的有害物質(zhì)的排放量，需要對油氣混合物進(jìn)行有效改善，并運(yùn)用科學(xué)高效的方法將局部過量空氣系數(shù)控制在合理范圍內(nèi)，如此有助于促進(jìn)碳煙的生成。在積極探索有效降低微粒的排放量時(shí)，需要對柴油機(jī)的燃燒進(jìn)行科學(xué)的改善，使柴油機(jī)能夠到燃燒充分和排放量降低等要求，從而有助于減少有害排放物的排放，同時(shí)還能起到節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境等作用。

2.1 合理運(yùn)用先進(jìn)的燃燒方式

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和不斷革新，新的和先進(jìn)的燃燒方式層出不窮，但是有時(shí)候?yàn)榱丝刂瞥杀竞妥非笏俣龋话阍诠こ虣C(jī)械領(lǐng)域中依舊在使用傳統(tǒng)的柴油機(jī)燃燒方式，主要包括了預(yù)混合燃燒和擴(kuò)散燃燒。在使用擴(kuò)散燃燒的方式時(shí)，火焰溫度相對較高，極容易生成NOX，則會對空氣環(huán)境造成污染。對于這種情況通過國內(nèi)外相關(guān)研究表明，可以結(jié)合稀薄的均勻混合氣對該問題進(jìn)行有效解決。結(jié)合實(shí)際情況合理運(yùn)用預(yù)混稀薄燃燒方，能夠起到減少或消除擴(kuò)散燃燒產(chǎn)生的不良影響，其中稀混合氣能夠起到降低燃燒溫度的作用，如此便可降低NOX的生成量。通過采用新的燃燒方式，可以使氣缸內(nèi)混合氣保持均勻，而且不存在局部具有過濃混合氣問題，如此使得PM的排放比一般柴油機(jī)能夠降低27%，有效降低PM的排放對空氣、環(huán)境或是人體健康造成的不良影響。雖然目前我國對于預(yù)混稀薄燃燒方式的研究和發(fā)展還不夠成熟，但是該燃燒方式具有可觀的發(fā)展前景。

2.2 加強(qiáng)燃料品質(zhì)的合理改善

燃油中氮的含量和柴油的十六烷值對柴油機(jī)有害物的排放有著關(guān)鍵性的影響。其中燃料中的氮在氧化作用下能夠增強(qiáng)NOX排放的危害性，而柴油的十六烷值具有極其容易燃燒和著火的特性，且具有較短的滯燃期，雖然能夠使CO、NOX和HC的排放有所下降，但是十六烷值相對較高，其燃燒化學(xué)穩(wěn)定性也就較差，也就容易造成碳煙的生成。為了降低柴油有害物的排放，可以在柴油中加入適量的添加劑，能夠起到降低碳煙的生成的積極作用。燃油添加劑則是日常較為常見的助燃劑，通過加入燃油添加劑能夠提高燃燒過程中碳分子的氧化速度。根據(jù)目前的實(shí)際情況一般使用的消煙劑主要是以含錳的化合物為主，通過使用該種消煙劑能夠更好地降低碳煙的生成。

2.3 廢氣再循環(huán)

廢氣再循環(huán)簡稱為EGR，也是一種控制柴油機(jī)有害物排放的有效措施之一。通過廢氣再循環(huán)能夠促進(jìn)柴油機(jī)預(yù)混合燃燒縫制的有效降低，并且其滯燃期相對較短，有效起到促進(jìn)氧濃度和火焰濃度呈下降趨勢的作用，如此便可降低NOX的排放，有助于達(dá)到控制柴油機(jī)有害物排放的發(fā)展要求。同時(shí)需要注意的是當(dāng)廢氣再循環(huán)使得燃燒持續(xù)時(shí)間呈不斷趨勢，則會導(dǎo)致碳煙排放也會跟著增加，這時(shí)候需要對廢氣再循環(huán)進(jìn)行合理的管控。柴油機(jī)在保持低速運(yùn)轉(zhuǎn)和氣缸內(nèi)燃燒溫度較高的時(shí)候，則會及時(shí)停止廢氣再循環(huán)，避免促進(jìn)CO、HC和碳煙的大幅度生成。防止可以在當(dāng)柴油機(jī)高轉(zhuǎn)速和氣缸內(nèi)燃燒溫度相對較高的情況下，促進(jìn)廢氣再循環(huán)的有序開展，如此可以對NOX的生成進(jìn)行有效控制。另外為了充分發(fā)揮和利用廢氣再循環(huán)的積極作用，需要安排專業(yè)人員對柴機(jī)油的工況進(jìn)行詳細(xì)的檢查和判斷，根據(jù)實(shí)際工況對廢氣再循環(huán)率進(jìn)行合理的改變，在所有工況的情況下能夠最大程度地降低柴油機(jī)有害污染物的排放。

2.4 加強(qiáng)燃油乳化技術(shù)的應(yīng)用

燃油乳化技術(shù)也是一種控制柴油機(jī)排放物的危害性的重要技術(shù)，通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)明確指出通過燃油乳化技術(shù)的合理運(yùn)用，能夠起到有效降低柴油機(jī)有害污染物排放的實(shí)際效果。在燃油中摻入適量的水后，能夠降低火焰的溫度，主要是因?yàn)樗淖畲筇匦栽谟诰哂休^高的比熱容和汽化熱，其在進(jìn)行升溫和汽化的過程中需要熱量的支持，于是能夠使火焰溫度呈降低趨勢，從而有利于控制NOX的生成。一般水蒸氣在氣缸內(nèi)會產(chǎn)生一定的分解反應(yīng)，使汽缸內(nèi)的氧原子濃度會在瞬間呈大幅度增加趨勢，進(jìn)一步會促進(jìn)CO再氧化的機(jī)會的有效增加，也就使得CO的排放呈降低之勢。根據(jù)具體情況可知乳化油的特性是具有一定的快燃性，能夠使燃油達(dá)到充分燃燒的效果，從而使得HC的排放有著明顯的降低。結(jié)合乳化油的科學(xué)應(yīng)用能夠起到控制碳煙排放的作用，因?yàn)樘紵熓窃跀U(kuò)散火焰中生成的，而結(jié)合乳化油的使用能夠增加預(yù)混合比例，使擴(kuò)散燃燒比例呈下降趨勢，也就起到控制碳煙生成的效果。當(dāng)柴油機(jī)氣缸內(nèi)的氧濃度在增加的同時(shí)，也會對已形成的碳煙起到氧化作用，如此便可控制碳煙的生成和排放。

2.5 加強(qiáng)噴油壓力的有效提高

通過采取提高噴油壓力的方式能夠進(jìn)一步細(xì)化燃油的噴霧顆粒，或是通過減少噴孔直徑的方式降低柴油機(jī)有害排放物的排放，主要是因?yàn)榭梢赃\(yùn)用提高噴油壓力的方式促進(jìn)燃油與空氣接觸的表面積的有效增大，使得燃油和空氣的混合速度更加迅速，有助于對PM中碳的排放進(jìn)行有效的控制。若是使用高壓噴射的方式則會導(dǎo)致NOX的排放呈增加趨勢，所以可以結(jié)合柴油機(jī)的實(shí)際情選擇使用推遲噴油時(shí)間或是EGR等控制方式，以此使柴油機(jī)排放物的排放達(dá)到最低。高壓噴射系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中需要結(jié)合燃燒室的匹配，才能防止燃油過度噴射到氣缸的冷表面上，進(jìn)一步有效降低PM中S的排放，甚至還能控制HC排放的危害性。高壓噴射技術(shù)對噴油系統(tǒng)具有一定的要求，不僅需要整體噴油系統(tǒng)具備一定的強(qiáng)度和密封性等，還需要與其他有效方式相互結(jié)合才能達(dá)到最好的控制效果。

2.6 結(jié)合電子控制技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用

隨著現(xiàn)代社會的蓬勃發(fā)展，更多先進(jìn)科學(xué)的技術(shù)也在高速發(fā)展中，其中電子控制技術(shù)在控制柴油機(jī)有害排放物的時(shí)候能夠起到非常重要的應(yīng)用作用，通過電子控制技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用有效使柴油機(jī)排放控制與燃油經(jīng)濟(jì)性之間的矛盾爭端得到良好的協(xié)調(diào)和平衡。通過利用電子控制技術(shù)能夠降低顆粒的排放，以及可降低40%以上，還能使發(fā)動機(jī)的過渡工況和運(yùn)行工況保持匹配。結(jié)合電控噴射有效對噴油規(guī)律進(jìn)行有效控制，并依據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況選擇最佳的噴油方案，從而有利于對發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)全面控制。

3? 結(jié)語

綜上所述，在環(huán)保事業(yè)不斷發(fā)展的過程中，人們對自然環(huán)境的保護(hù)給予了高度重視，為了降低和控制柴油機(jī)排放物的危害性，為廣大民眾提供和諧、環(huán)保和健康的生存環(huán)境，應(yīng)當(dāng)結(jié)合排放法規(guī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，積極研究和發(fā)展柴油機(jī)排放物的控制技術(shù)，在最大程度上降低柴油機(jī)有害物質(zhì)的排放，促進(jìn)工程機(jī)械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]孔繁偉，李明海，張巖.改進(jìn)燃油噴射系統(tǒng)，降低柴油機(jī)有害排放[J].內(nèi)燃機(jī)車，2005（6）：1-3.

[2]堯命發(fā)，許斯都.柴油機(jī)有害排放物控制技術(shù)的新發(fā)展[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2017（03）：39-45.

[3]耿新，朱建軍，謝玉峰，等.甲醇/PODE預(yù)混合引燃模式在防爆柴油機(jī)上的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2019（05）：114-116，120.