柴油發(fā)動機廢氣成份分析

厲洋

(日照公路管理局工程處，山東日照 276826)

前言

柴油發(fā)動機車輛排放黑煙的四大原因：一是進氣系統(tǒng)問題，包括阻塞、空氣導管變形、排氣管阻塞、增壓機不正常。二是噴油系統(tǒng)問題，包括噴射油量過量、噴油正時不正確、汽門間隙不正確、噴油嘴不良、噴射霧狀不良。三是駕駛操作問題，如變速配合不當、發(fā)動機溫度不良、超載急加、使用不良油品。最后一項是壓縮力的問題，如汽門泄氣、汽缸床沖損、噴油嘴墊不良、汽缸磨損或活塞環(huán)磨損等。

車主除了做好定期保養(yǎng)之外，平時也可自行檢查，排放黑煙情形也可改善。如添加機油時，嚴禁添加超過機油尺滿油位；柴油箱須保持清潔，蓋緊油箱蓋；嚴禁拆除噴射幫浦鉛封；第一次發(fā)動發(fā)動機，需熱車五分鐘使發(fā)動機達到正常工作溫度；起步時使用一檔輕踩油門；注意發(fā)動機聲響，不可使用三、四檔慢速行車硬拖發(fā)動機；發(fā)覺機油不正常消耗或發(fā)動機有故障應(yīng)立即報修；在平路行駛時勿使用排氣剎車；上坡行駛應(yīng)使用低速檔，若用高速檔及猛加油最易排放黑煙。

柴油車保養(yǎng)的基本條件除了定時換機油、空氣濾清器以外，正時器是占很大的功用。正時器的功用是使噴油時間能配合發(fā)動機轉(zhuǎn)和負荷的變化，適當?shù)靥崆盎驕p晚，使柴油在最恰當?shù)臅r刻完全燃燒，發(fā)揮最大效能。而經(jīng)常檢驗及調(diào)整噴油正時，使其達到最佳霧化完全燃燒，可以減少排冒黑煙。

一、以下是針對柴油發(fā)動機排放黑煙原因的分析：

1.噴嘴問題

A.全負荷定位螺絲任意變動；B.噴油量過多；C.正時器或調(diào)器不良

2.噴油嘴問題

A.噴油嘴針活門進退不順；B.針活門磨損；C.針活門積碳；D.噴油嘴阻塞；E.噴油嘴破裂；F.噴油壓力不足；G.噴油霧化不良；H.噴油方向不正確；I.噴油角度不正確；J.噴油終了滴油

3.進氣排氣問題

A.空氣濾清器阻塞(干式)；B.進氣管路阻塞；C.濾清器機油過多(濕式)；D.鼓風機損壞；E.排氣煞車本體卡死；F.排氣管路阻塞

4.正時問題

A.噴油正時不正確；B.氣門正時不正確；C.氣門間隙不正確；D.噴射邦浦傳動接頭磨損

5.汽缸壓縮壓力問題

A.活塞.活塞環(huán).汽缸套磨損；B.汽門密合不良；C.汽缸墊片漏氣或燒毀；D.噴油嘴墊片漏氣或燒毀

6.駕駛操作問題

A.使用不當檔位；B.急加不當；C.超載；D.使用不良的燃料；E.未正確的定期保養(yǎng)或調(diào)修

二、以下是柴油發(fā)動機排放黑煙的解對策：

1.車輛駕駛前﹑行車前﹑收班后，駕駛員應(yīng)切實施行車輛基本保養(yǎng)。

2.添加機油時，應(yīng)先檢查機油缺油情形，嚴禁添加超過機油尺缺油情形，嚴禁添加超過機油尺滿油位。

3.柴油箱應(yīng)保持清潔，蓋緊油蓋箱。

4.嚴禁拆除噴射幫浦鉛封。

5.每日晨間第一次發(fā)動發(fā)動機，應(yīng)慢運轉(zhuǎn)約五分鐘，使發(fā)動機達成正常溫度且目視檢查排煙狀況。

6.車禍行駛中為減低排放黑煙，駕駛員應(yīng)切實注意下列作業(yè)

A.排氣管在左方或是右方之車輛，應(yīng)由后視鏡注意排煙。B..起步時應(yīng)使用一檔，輕踩油門。C.行駛加時應(yīng)慢慢踩下油門，減時慢慢放松油門，不可猛踩猛放。D.行駛中應(yīng)注意發(fā)動機是否有異聲。E.發(fā)覺機油不正常消耗或發(fā)動機有故障應(yīng)立即報修。F.于平路駕駛時，勿使用排氣煞車。I.上坡行駛，應(yīng)使用低速檔，油門平穩(wěn)操作。J.上坡行駛，必要時可暫時關(guān)畢直接驅(qū)動式冷氣機，以減輕負荷。

四、柴油廢氣污染成份分類介紹：

1.二氧化碳(CO2)：雖然不是法定污染，但其所造成的溫室效應(yīng)影響全球氣候，所以也算間接公害;事實上，柴油發(fā)動機排放的CO2比起其它型式的發(fā)動機，在同樣狀況下為少。

2.黑煙：發(fā)動機排出的粒子可分為白煙、藍煙和黑煙三種。白煙來自凝結(jié)水汽及未燃燒之燃油。藍煙來自不完全燃燒的燃油和機油;這兩種煙都是因發(fā)動機未達工作溫度及負荷太低所造成，當發(fā)動機達到工作溫度及負荷增加后，就會自然消失。黑煙則來自燃油或機油，受高熱分解成碳粒子，大小約0.1微米(m)，這些懸浮微粒，會聚成一長鏈或絨團狀，成為煤灰(Soot)有小至0.2微米以下，大至10微米，這些小粒子很容易被吸入呼吸道內(nèi)，且不容易被自凈作用排出，會導致呼吸道感染癥.、慢性支氣管炎、肺氣腫、氣喘等，有些煤灰附有一層重碳氫化合、硫磺等可溶性有機 (SOF-Soluable Organic Fraction)凝結(jié)在表面，被稱為PM10，在醫(yī)學上被認為可能致癌。

3.一氧化碳(CO)：2C+O2→ 2CO 柴油發(fā)動機的CO發(fā)生在空氣進氣量不足、燃燒不完全時，但因柴油發(fā)動機之氣、油混合比大，故CO產(chǎn)量小。

4.碳氫化合(HC)：由于燃料燃燒不完全所產(chǎn)生，其發(fā)生途徑如下：

1.發(fā)生在汽缸壁附近之燃油，或在助力行程時受高熱燃燒之機油。2.減時，節(jié)汽門回到怠速位置，進氣歧管真空迅增高，瞬間產(chǎn)生很濃的混合氣，因此有大量未燃燒氣體排出。3.進、排汽行程重迭時期，進、排汽門都打開，新鮮混合氣從排汽門逸出。

5.硫氧化(SOx)：柴油發(fā)動機所排出之SOx，多以二氧化硫(SO2)排出，其余約2%~4%以硫磺(S)排出。云和雨滴吸收SO2和NOx，形成酸雨，會使水源酸化、魚類死亡、泥土養(yǎng)份流失、植物受損;SO2和NO2混合在日光照射下產(chǎn)生光化學作用，而產(chǎn)生能散射光線的硫酸霧氣，加金屬的腐蝕，唯一可控制技就是降低柴油中的硫含量

6.氮氧化(NOx)：

碳氫化合(HC)是在燃燒溫度低時產(chǎn)生，而NOx則是在燃燒溫度高時產(chǎn)生，NO2含刺激眼、鼻使肺部不舒服，也是酸雨的主要成份之一。

柴油發(fā)動機污染生成原因：

A化學反應(yīng)：CxHYS2+O2+N2→CO2+H2O+N2+O2+NOx+HC+CO+SOx+C柴油的化學成份中除了碳氫化含外。另有約5%約含硫量，故汽油的0.1%含硫量高50倍，故在討論柴油發(fā)動機排放污染時，多了SOx這項。

柴油發(fā)動機的特性是壓縮點火，其油、氣比(F/A)為 0.1~0.6，相當于氣、油比(A/F)100：1~15：l。其混合比率比汽油發(fā)動機的混合比為低。柴油發(fā)動機分為二行程、四行程;同時區(qū)分為自然進氣及增壓進氣兩種;因此，進氣量的多寡、進氣的溫度和成份都足以影響汽缸內(nèi)的燃燒反應(yīng)。

柴油污染防制技的難題在減少某項污染，而它項污染又增加。

B.噴霧模式(Spray Model);柴油發(fā)動機的噴射方式，有直接噴射和間接噴射兩種，油、氣混合程度的好壞，直接影響發(fā)動機性能及污染生成因素，因此研究噴霧的模式，就可以了解油、氣混合程度。我們利用海因(Henein)教授的噴霧模式，來探討污染生成情形，柴油從噴嘴噴出的油霧可區(qū)分為以下幾個區(qū)域：a.稀油火焰區(qū)(Lean Flame Region)；b.燃油過稀區(qū) (Lean Flame-out Region)；c.噴霧核心區(qū)(Spray Core)；d.噴霧末端區(qū)(Spray Tail)；e.二次噴射

C.噴射時間的影響：由于柴油發(fā)動機噴射時間，是在壓縮行程到達上死點之前;汽缸內(nèi)空氣溫度，隨壓縮而上升;愈早噴射，此時的空氣溫度愈低，點火時間也相對地延遲，使得氣、油混合時間愈長，火焰區(qū)就增大了;加上愈多的燃油在上死點或上死點之前一些燃燒，使得汽缸內(nèi)的最高溫度和壓力增加，雖然可以降低粒狀污染與低負荷時HC的排放量，卻又增加了NOx的排放，與噴油末段時導致煤灰，但是如果能使噴出的油在上死點之后仍在燃燒，此時的溫度較低，NOx減少，也可以使煤灰在動力行程中氧化。

D.柴油質(zhì)量的影響：a.芳香族的含量：柴油內(nèi)含多種化合，對煙度的影響程度各有不同，其順序依次為芳香族、環(huán)烷族、單稀烴族、同分異構(gòu)烷族、烷族。b.90%蒸餾點溫度：實驗證明，90%蒸餾點溫度，超過640￠F時，煙度將隨溫度增高而愈多。c.含硫量：柴油發(fā)動機排放之SOx，是受柴油中含硫量之影響，唯有降低柴油之含硫量，別無他法改善。美國環(huán)保局(EPA)規(guī)定之2-D柴油，芳香族占27%，90%蒸餾點為290~320℃，含硫量0.5%。

五、有害柴油廢氣之防制對策及方法：

柴油發(fā)動機之排氣中含有各種不同之有害成份，其中尤以NOx為害最大，NOx中大部份均為NO，而NO一旦與HC共存下即轉(zhuǎn)變成CO2、N2、H2O，亦即為光化學煙霧發(fā)生之導因。NO之發(fā)生原因及對策介紹如下：

1.發(fā)生原因：燃燒室內(nèi)空氣中所含氮氣(N2)與氧氣(O2)因高溫而化合成一氧化氮由排氣管中排出。

2.對策方法：降低燃燒室內(nèi)最高溫度對減少NO最為有效，較具體之方法如下：延遲噴油正時一僅對直噴式發(fā)動機有降低NO之效果，對預燃式發(fā)動機則無直接之效果。此項方法可減少NO，卻無法避免黑煙增加及馬力降低等后果。排氣還流一隨排氣還流百分比之增加，NO便顯著減少，唯同時會引起氧氣不足，故有黑煙及HC增加之慮水噴射一水噴射對降低NO有極大之功效，而對發(fā)動機之馬力、黑煙、HC等影響不大，唯水蒸汽之進入，勢必使汽缸套發(fā)生銹蝕、機油惡化，故對發(fā)動機之壽命有不良影響氧化還原法一利用氧化還原方式于廢氣排放，予以氧化還原成無害的二氧化氮排出。碳氫化合(HC)、一氧化碳(CO)碳氫化合大部份是因為發(fā)動機本身吹漏所造成，而一氧化碳是發(fā)動機燃燒不完全所造成，故現(xiàn)代車輛在發(fā)動機設(shè)計上除了考慮壓縮比、汽門數(shù)、汽門正時、點火正時、空燃比、燃燒室等外，尚加上一些如觸媒轉(zhuǎn)化器、二次空氣噴射、含氧感知器等裝置，做為"后處理"或"回饋控制"，以期減少HC、CO等污染氣體之排放，除上述各機件改善方式外，同時做好車輛預防保養(yǎng)勤務(wù)工作，是減少車輛HC、CO等排放之重點。

結(jié)論。降低柴油發(fā)動機的污染已經(jīng)是全球的共識。我們除了希望新一代的發(fā)動機，能有較少的污染外，也要注意目前使用中的發(fā)動機，使其能發(fā)揮最大經(jīng)濟效用，.并能有效管制污染。雖然“保養(yǎng)重于修護，修護重于購置”但對于車輛發(fā)動機之選用，也要顧及經(jīng)濟修證原則，考慮維修成本及污染成本，比較購置新發(fā)動機成本，再采取決策。而采購發(fā)動機除了性能外，也要考慮污染排放標準，且應(yīng)以污染排放標準為最高優(yōu)先，因為污染的成本往往是無法估計的。

[1]古國棟.柴油發(fā)動機廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)熱交換器仿真模擬與結(jié)構(gòu)設(shè)計.材料加工工程.