提車用柴油機(jī)排放物控制策略分析

吳卓男

（山東華源萊動(dòng)內(nèi)燃機(jī)有限公司，山東 萊陽 265200）

1 車用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物危害

車用柴油機(jī)的排放物中有CO、NOX、HC、SOX、PM、和醛類等，這些排放物對空氣的污染很大，但是由于這些混合氣的形成方式不同，柴油機(jī)和汽油機(jī)也有一些差別，所以柴油機(jī)產(chǎn)生的廢氣中CO和HC的含量遠(yuǎn)低于汽油機(jī)，但是二者燃燒的影響因素差別還是不大的，像柴油的辛烷值、壓縮比、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等都可以影響柴油機(jī)的燃燒。

1.1 國內(nèi)現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前有關(guān)汽車和農(nóng)機(jī)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放物標(biāo)準(zhǔn)較少，也沒有專門的針對性標(biāo)準(zhǔn)所以只能參考國家的重型柴油車和輕型柴油車排放物相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也就是與輕型車有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18352.1.2001、GB 18352.1.2002，和與重型柴油車有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17691.1.2001、GB 3847.1999、GB 14761.93、GB/T 384717.2005。當(dāng)然為了統(tǒng)一規(guī)范，2005年我國又公布了我國柴油車的污染物排放限值（CO＜4，HC＜1.1，NOX＜7，微粒＜0.15），進(jìn)一步規(guī)范了我國柴油車生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 歐洲的排放標(biāo)準(zhǔn)

歐洲自1992年公布了重型柴油車的排放限制標(biāo)準(zhǔn)以來，隨著全球環(huán)境問題的日益突出，就多次降低了柴油機(jī)排放物中CO、NOX、HC、PM的排放限值，在歐盟的標(biāo)準(zhǔn)中其ICO限值就從4.5下調(diào)到了歐VI的0.2，HC則從1992年的1.1降低到0.005，而氮氧化合物則是降到了歷史最低水平2.0，并且在歐VI中還規(guī)定了PM 限值為0.02?？梢姴还馐侵袊诩訌?qiáng)對車用柴油機(jī)的排放物控制，世界各國都在這樣做。

2 車用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放物生成機(jī)理及影響因素

2.1CO和HC的生成

當(dāng)柴油機(jī)里的燃料燃燒不完全時(shí)就會(huì)產(chǎn)生HC和CO，CO主要是當(dāng)柴油機(jī)供氧不足時(shí)引起的，CO2在高溫下被還原成CO。而如果采用排氣后處理技術(shù)，也就是通過增壓+高壓噴射+電控+排氣后處理技術(shù)處理柴油機(jī)的排放物后。其排放物中的氮氧化合物、微粒、PM含量都出現(xiàn)明顯的下降，可見排氣后處理技術(shù)是可在柴油機(jī)里推廣的。

含氮化合物主要包含了 NO、NO2、N2O4、N2O、NO、N2O5等一系列化合物，這些化合物基本上都是大氣的主要污染物之一。這其中NO2是在高溫條件下NO與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)而產(chǎn)生的。當(dāng)然NO的生成量是直接受柴油機(jī)在燃燒過程中溫度的高低影響的。所以，總結(jié)的柴油機(jī)中可以影響NOX生成的因素是溫度、氧濃度及滯留時(shí)間。

2.2 碳煙的產(chǎn)生

在寒冷的冬季，當(dāng)氣缸溫度過低時(shí)，柴油在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)是不能完全燃燒的這就會(huì)導(dǎo)致白煙的生成，而它生成的白煙直徑在1 μm以上。而黑煙的生成則是因?yàn)榛旌蠚獠涣迹谌紵抑校植抗┭醪蛔銓?dǎo)致烷烴分子燃燒不完全，它們裂解聚合后就會(huì)產(chǎn)生黑煙。最后藍(lán)煙則是由于潤滑油對柴油機(jī)密封不行，機(jī)油漏入燃燒室，在不完全燃燒的情況下，就會(huì)產(chǎn)生直徑低于1μm的液態(tài)排放物，也就形成了藍(lán)煙。

3 車用柴油機(jī)排放物控制方法

3.1 車用柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

在當(dāng)代很多汽車都采用了廢氣再循環(huán)技術(shù)（EGR），這樣既能降低燃燒溫度，又能縮短N(yùn)O在柴油機(jī)里的滯留時(shí)間。當(dāng)然現(xiàn)在EGR技術(shù)還在完善中，其主要研究方向就是如何提升柴油車的EGR率及冷卻EGR系統(tǒng)，同時(shí)廢氣在再循環(huán)時(shí)如溫度過高，就會(huì)加熱進(jìn)氣，導(dǎo)致燃燒惡化，增加微粒的排放量，因此EGR技術(shù)還需完善。

3.2 外凈化技術(shù)

國內(nèi)應(yīng)用較廣的后處理技術(shù)主要有3種，分別是：可用于過濾和除去碳煙微粒的微粒捕集器（DPF）；能降低NOX排放的NOX吸附器及新興的SCR后處理技術(shù)。

3.3 微粒捕捉器

柴油機(jī)微粒捕捉器能有效過濾和除去碳煙微粒、PM等雜質(zhì)。其材質(zhì)有陶瓷纖維、金屬纖維、陶瓷蜂窩載體、金屬蜂窩載體等，當(dāng)然也有為了控制成本和使用方便就用紙濾芯的過濾器。

3.4NOX吸附器

NOX吸附器處理的主要對象就是氮氧化合物，因?yàn)镹O有毒性，而它生成的NO2更是有刺激氣味，因此被作為車用柴油機(jī)的主要處理對象，同時(shí)NOX還是造成光化學(xué)煙霧的罪魁禍?zhǔn)?。但是由于技術(shù)限制，像早就在汽油機(jī)上使用的三元催化劑卻遲遲未應(yīng)用到柴油機(jī)上，因此對柴油機(jī)尾氣中的NOX控制還不是太過理想。

3.5 SCR后處理技術(shù)

SCR技術(shù)其實(shí)就是把車用尿素噴入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中，尿素會(huì)在高溫下釋放大量NH3，而NH3又可以將尾氣中NOX還原成N2和N2O的技術(shù)。在這個(gè)反應(yīng)過程中尿素不參與反應(yīng)，當(dāng)尿素溶液進(jìn)入柴油機(jī)的燃燒室后發(fā)生的反應(yīng)可以分為三步其實(shí)就是以下的化學(xué)反應(yīng)：

將這3步分為3個(gè)過程首先是蒸發(fā)過程，其次是熱解過程；最后是HNCO的水解過程。在熱解過程中，就會(huì)產(chǎn)生NH3，同時(shí)HNCO的水解也會(huì)產(chǎn)生NH3，因此尿素的利用率還是很高的。但在現(xiàn)實(shí)中，SCR系統(tǒng)在排氣溫度較低時(shí)的使用會(huì)被抑制，因此，此技術(shù)也需進(jìn)一步改良。

3.6 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化和機(jī)外凈化方法對比分析

如果采用機(jī)內(nèi)凈化，就需提升柴油機(jī)的功率來進(jìn)行增壓，這樣就會(huì)增加柴油機(jī)的質(zhì)量，增加安裝難度。而在采用機(jī)外凈化時(shí)，就需要安裝微粒捕捉器。由于微粒捕捉器對生產(chǎn)工藝要求較高，價(jià)格昂貴，這樣就會(huì)使柴油機(jī)的成本提升。而且微粒捕捉器在過濾過程中易堵塞，紙質(zhì)過濾器過濾效果又不好，在實(shí)際使用中問題較多。最后新興的SCR技術(shù)使用尿素作為添加劑使NOx生成N2、N2O，催化效率高，無副產(chǎn)物，同時(shí)還能降低車用柴油機(jī)的成本。因此選用 SCR后處理技術(shù)來處理當(dāng)前柴油車的排放物較為合理。

4結(jié)語

總的來說，機(jī)內(nèi)控制技術(shù)增加了柴油機(jī)質(zhì)量，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率消耗增多，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，增加柴油機(jī)的油耗。機(jī)外處理技術(shù)缺乏價(jià)格便宜，性能優(yōu)良的吸附器載體，此外還可能產(chǎn)生副產(chǎn)物，使排放物成分更復(fù)雜。而應(yīng)用SCR技術(shù)時(shí)，催化效果較好，無副產(chǎn)物且能有效的降低各種排放物的濃度，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)，雖然該技術(shù)的催化劑容易失效，但有改進(jìn)的可能性，所以該方法仍是最佳的選擇。本文通過對車用柴油機(jī)排放物控制現(xiàn)狀的分析，和對機(jī)內(nèi)、機(jī)外凈化技術(shù)的對比分析，以及SCR技術(shù)的前景展望，為車用柴油機(jī)排放物的控制提供了一些有價(jià)值的參考，希望在環(huán)境問題日益突出的當(dāng)下，可以研究出更好的車用柴油機(jī)排放物控制技術(shù)。