柴油機尾氣排放控制技術分析

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，論文結合已有的研究，針對柴油機的燃油品質，機內凈化，柴油機后處理技術等方面進行探討，為提升柴油機尾氣排放控制技術做出一定的貢獻。

關鍵詞：柴油機；尾氣排放；控制技術；凈化

中圖分類號：TK421 文獻標識碼：A

1 概述

經濟的發(fā)展推動著社會機動車保有量的增長，但機動車產業(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濟性的柴油車的鼓勵支持措施比較大，據估計，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具有積極的意義。

2 柴油機的燃油品質

作為汽車發(fā)動機的動力源，燃油品質將會決定機車的經濟性、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，將會導致機械設備的磨損加劇，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 機內凈化

柴油機中機內凈化技術包含新型燃燒技術、進氣管理技術、燃油噴射技術、廢氣再循環(huán)技術等，機內凈化技術的發(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

新型燃燒技術可以采用均質燃燒或部分均質燃燒，降低碳煙排放和NOX的量，均質燃燒需要通過燃燒系統改變燃油和空氣的混合，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，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，在燃燒系統中采用CFD仿真計算，對燃燒系統進行優(yōu)化，有效的降低柴油機NOX和碳煙排放的量。在新型燃燒技術中，采用汽油預混燃降低排放是一種新的燃燒模式，可以推遲、減緩燃燒，對工質進行分層，實現部分預混燃燒。

3.2進氣管理技術

柴油燃燒技術中的低溫燃燒能夠增加廢氣再循環(huán)率，增壓技術在其中的應用取得的效果較好，可以增加進氣的壓力，當前使用較為普遍的增壓器有電動增壓器、可變參數變壓器和二級增壓系統。二級增壓系統可以提升進氣的效率，實現缸內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。當降低工質的氧含量，稀釋燃燒氣體，采用低溫燃燒技術，但發(fā)動機的效率不會受到影響。在柴油機內，會有富油區(qū)域出現，出現PM，而采用增壓系統能夠提供足量的空氣來實現稀薄燃燒，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，并保持燃油經濟性不變。冷卻EGR技術相對于催化還原技術而言，可以調整廢氣壓力，是降低排放的另一種方式，實現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，通過壓縮機結構設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

在柴油機中采用高噴射壓力的燃油噴射技術，可以有效的降低噪聲、提高燃油經濟性和排放污染物的濃度，通過調整噴射參數，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。燃油噴射系統中采用多次噴射技術，主要有預噴、主噴和后噴，預噴有多個環(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

EGR技術可以減少燃燒工質中的氧含量，實現低溫燃燒，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、相互影響關系轉化為燃油和碳煙消耗量，增加壓力等缸內燃燒參數降低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

機內進化技術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控制技術和PM控制技術。NOX控制技術可以從選擇性催化還原、氧化物存儲還原等技術，而PM控制技術可以出去大量的顆粒物，如采用再生技術、PDF材料、HC與CO控制技術等，可以有效的對柴油機后的污染物進行處理，減少污染。此外，柴油機后處理技術還可以結合不同技術的優(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，分析控制尾氣排放的技術，以提升柴油機的燃燒效率，提高柴油機的經濟性和耐用性等性能，為相關研究提供一定的參考。

參考文獻

[1]康雙琦，謝榮，馬婷，等.船用柴油機尾氣排放標準及控制技術[J].煤炭技術. 2011-12-10.

[2]王建強，楊建軍，高繼東，馬杰，劉雙喜，高海洋，等.柴油車尾氣排放控制技術進展[J].科技導報.2011-04-18..

[3]劉江.車用柴油機尾氣排放控制技術[J].現代化農業(yè).2005-07-15.

[4] 蔣鎮(zhèn)宇，朱會田，張建軍，等.車用柴油機尾氣排放與綜合控制[J].內燃機.2002-02-15.endprint