柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放解決方案與控制方法

作者簡介：黎巧安（1984—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)椴裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)及應(yīng)用。

摘要：面對環(huán)保問題的日益嚴(yán)峻，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為大氣污染的排放大戶，其在社會(huì)上的大量使用，注定了其尾氣排放治理工作將會(huì)成為全球人類關(guān)注的重點(diǎn)所在。也正因如此，針對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放展開詳細(xì)的研究與探索，做好尾氣排放的控制工作則具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。鑒于此，本文結(jié)合相關(guān)參考文獻(xiàn)及筆者個(gè)人的研究經(jīng)驗(yàn)，淺談柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放問題并對相關(guān)控制技術(shù)展開探討，以期為廣大同行在今后的實(shí)踐研究工作提出有益的參考。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)? ?尾氣排放? ?解決方案? 控制方法

中圖分類號(hào)：X701

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2201-5640-1364

Abstract：Facing the increasingly serious environmental protection problems， diesel engine， as a large emitter of air pollution， is widely used in society， which is destined to become the focus of global human attention. Therefore， it is of great practical significance to carry out detailed research and Exploration on diesel engine exhaust emission and do a good job in exhaust emission control. In view of this， combined with relevant references and personal research experience， the author discusses the diesel engine exhaust emission and its related control technology， in order to make a useful reference for the majority of peers in the future practical research work.

Key Words：Diesel engine; Tail gas emission; Solution; Control method

因柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具備力量較大、更加省油、安全等諸多優(yōu)勢，其在當(dāng)今社會(huì)得到了非常廣泛的應(yīng)用，這也就決定柴油發(fā)動(dòng)機(jī)同樣也是大氣污染的排放大戶。因此，如何在保護(hù)人們賴以生活的生存環(huán)境的同時(shí)，不會(huì)降低科技的進(jìn)步與發(fā)展速度，早已成為當(dāng)今社會(huì)各界關(guān)注的重點(diǎn)所在，這就需要相關(guān)企業(yè)與科研人員對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)做出應(yīng)有的優(yōu)化與改進(jìn)，針對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放問題制定出行之有效的控制措施，從而減少有害氣體的排放。基于此，筆者結(jié)合個(gè)人實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)參考文獻(xiàn)，針對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放問題展開研究與探索。

1 環(huán)境問題與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放特點(diǎn)

廢氣污染物可謂是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)最為主要，也最為嚴(yán)重的污染物之一。一般來講，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢氣污染物，主要分為工作時(shí)產(chǎn)生的廢氣與行駛時(shí)產(chǎn)生的汽車尾氣兩種類型。其中，工作時(shí)產(chǎn)生的廢氣是指柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在原料燃燒時(shí)產(chǎn)生的廢氣，這些廢氣通常難以避免。所以，在實(shí)際處理過程中，主要是采取簡單的過濾措施，隨后再將廢氣排出;而汽車行駛過程中所產(chǎn)生的尾氣，恰恰是造成我國環(huán)境污染的關(guān)鍵所在[1]。

尤其是通過對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放特點(diǎn)的分析，可以清楚地看到，柴油作為一種揮發(fā)性極低的燃料，其本身排放的HC極少。在實(shí)際工作過程中，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)主要是依托氣缸壓縮空氣進(jìn)行升溫，攝入少量的柴油噴射到缸內(nèi)燃燒。這種汽多油少的工作方式，也決定了尾氣排放出的CO和HC的排量相對較低，但因大量的N2和O2參與了氣缸內(nèi)的反應(yīng)，因此也就形成了大量的NOX。與此同時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)采取的是非均值燃燒，形成可燃混合氣體的時(shí)間相對較短，且可燃混合氣體在形成過程中與燃燒過程相互交錯(cuò)，也就造成了燃油與空氣無法混合均勻，進(jìn)一步增加了顆粒的排放量[2]。

由此可見，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放過程中，CO與HC的含量相對較低，NOX和PM的含量相對較高。因此，要想有效控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放問題，對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其工作重點(diǎn)應(yīng)集中在NOX和PM的排放量控制上[3]。

2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放的解決方案與控制方法

2.1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放的解決方案

現(xiàn)如今針對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放問題，絕大多數(shù)情況下人們都會(huì)采取在排氣口處配備相應(yīng)過濾裝置的方式，對尾氣排放展開過濾處理，以此降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放對環(huán)境所造成的影響?？梢哉f，加裝過濾裝置可謂是解決尾氣排放問題最為直接的解決方案。但因收效甚微，所以筆者建議還可以從對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)本體實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)及采取油料清潔技術(shù)方面入手[4]。

在對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)本體實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該將優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在燃油動(dòng)力系統(tǒng)之上，以此進(jìn)一步提高柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油燃燒效率，使柴油能夠在動(dòng)力系統(tǒng)中得以充分燃燒，進(jìn)而降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放中的煙霧含量，實(shí)現(xiàn)合理控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣污染物的目標(biāo)。需要注意的是，在對發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)施優(yōu)化的過程中，要時(shí)刻結(jié)合柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用方向進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，從而確保柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能夠滿足不同環(huán)境下的不同使用需求，達(dá)到最佳的使用效果，得以更加穩(wěn)定地進(jìn)入到燃燒控制環(huán)節(jié)，順利完成對廢氣污染物排放量的控制。

柴油本身的純凈程度能夠切實(shí)達(dá)到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒使用標(biāo)準(zhǔn)，那么在燃燒過程中會(huì)大大降低污染物質(zhì)的產(chǎn)生。因此，提高柴油純凈度，也是解決柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放污染的有效方案之一。為此，許多企業(yè)與相關(guān)工作人員將凈化過濾功能添加到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及動(dòng)力燃燒系統(tǒng)之中，進(jìn)一步強(qiáng)化柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與動(dòng)力燃燒系統(tǒng)的過濾效率，使柴油得以更加高效、更加充分地燃燒，以此降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣污染，從源頭上控制廢氣污染物的產(chǎn)生。而油料清潔技術(shù)恰恰是控制充分燃燒的有效方案，使用油料清潔技術(shù)可對油料成分配比進(jìn)行調(diào)整，這是提升柴油純凈度的優(yōu)化重點(diǎn)所在。同時(shí)，通過這種成分配比的調(diào)整，還可以進(jìn)一步促進(jìn)管控任務(wù)的完善，對汽車生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的技術(shù)性問題展開更加合理的管控[5]。

2.2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放的控制方法

通過上文的敘述，可以清楚地看到在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放中NOX與PM的含量極高，所以在尾氣處理的控制上，也將關(guān)注的重點(diǎn)放在NOX與PM的排放控制上[6]。

在NOX的排放控制上，可以引入EGR系統(tǒng)。EGR系統(tǒng)是借助于管道，將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的一部分廢氣重新送回到氣缸之中，重新參與氣缸的燃燒。而因排放的尾氣中含有大量的CO2，其身為惰性氣體能夠吸收大量的熱量，但溫度值變化不大。所以，將CO2重新送回氣缸中參與燃燒，可有效降低燃燒室的溫度，從而破壞NOX的形成條件，降低NOX的排放量。但需注意的是因?yàn)镃O2屬于不可燃燒氣體，將其過多輸入氣缸中參與燃燒，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出被迫降低，因此就需要對EGR的開啟時(shí)間、開啟程度做出嚴(yán)格的控制，從而在保證發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)降低污染廢氣NOX排放量的根本目的[7]。

對于富氧燃燒的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而言，因其排氣管內(nèi)含有大量氧氣，可采取噴入NH3的方式，讓NH3與NOx發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而生成N2和H2O。

在PM的排放控制上，可采取PM后處理技術(shù)，如催化氧化與過濾這兩種控制方法?？稍诓裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)上加裝氧化催化器，氧化催化器本身可以凈化排氣中所蘊(yùn)含的可燃?xì)怏w和可溶性SOF。而使用氧化催化器時(shí)，利用Pt或者是Pd貴金屬當(dāng)做催化劑，恰恰可以大量減少廢氣中產(chǎn)生的PM。但需要注意的是使用氧化催化器會(huì)將排氣中所蘊(yùn)含的SO2氧化成為SO3，進(jìn)而產(chǎn)生一定量的硫酸霧或者是固態(tài)的硫酸鹽顆粒，也就進(jìn)一步加劇了顆粒物質(zhì)的實(shí)際排放。

在PM過濾處理上，可在排氣管上安裝排氣微粒捕集器，從而對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣起到良好的過濾作用。安裝的微粒捕集器，其本身應(yīng)該具備較高的過濾效率及較低的壓降，以便于更好地保證柴油機(jī)的輸出功率，且使用的材料應(yīng)該具備耐高溫效應(yīng)，從而延長微粒捕集器的實(shí)際使用壽命[8]。

目前，最為常見的微粒捕集器主要分為體積過濾型與表面過濾型。其中，體積過濾型顆粒捕集器的濾芯多采用的是泡沫陶瓷、陶瓷纖維筒等相對較為疏松的材料，形狀呈現(xiàn)形。一般由柴油機(jī)的實(shí)際排氣量決定體積過濾型顆粒捕集器的橫截面積或者是直徑，由材料孔隙度及過濾效率決定體積過濾型顆粒捕集器的長度。對于體積過濾型顆粒捕集器而言，其最大的缺點(diǎn)就是過濾效率與排氣阻力、外形尺寸之間存在著較大的矛盾點(diǎn)，即過濾效果相對良好的體積過濾型顆粒捕集器，同樣阻力也相對較小，但是體積往往過大。體積相對較小的體積過濾型顆粒捕集器，其過濾效果卻往往不夠理想;表面過濾型顆粒捕集器多采用蜂窩陶瓷作為濾芯，對尾氣中的顆粒進(jìn)行過濾。為了保證蜂窩陶瓷濾芯的透氣性，最大限度地降低氣流阻力，應(yīng)具備較大的多孔度。在實(shí)際過濾過程中，雖然柴油機(jī)碳粒直徑要小于陶瓷濾芯的孔徑，但因?yàn)槲⒖椎姆植际智?，捕集器在顆粒捕集過程中，除了利用機(jī)械進(jìn)行攔截以外，還會(huì)利用撞擊與擴(kuò)散原理，因此捕集的效率相對較高[9]。

現(xiàn)如今，壁流式蜂窩陶瓷式微粒捕集器可謂是最成功的柴油機(jī)微粒捕集器，其捕集效率可以達(dá)到90%。但是在某種意義上，顆粒捕集器采取的主要是物理方法，對排氣顆粒進(jìn)行降低。因此從柴油機(jī)中排出的廢氣顆粒往往會(huì)聚集在顆粒捕集器上，時(shí)間長了就會(huì)對排氣造成不必要的阻力，進(jìn)而降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，增加柴油發(fā)動(dòng)機(jī)本身的油耗。所以，必須要及時(shí)清理聚集在顆粒捕集器上的微粒，從而使顆粒捕集器得以發(fā)揮最佳效用，這個(gè)過程可稱之為顆粒捕集器的再生。

歷經(jīng)多年的研究與努力，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放已經(jīng)日益清潔，但還需給予高度的重視，不斷的進(jìn)行探索與研究。尤其是為了更好地維護(hù)人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境，除了要做好柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放的控制以外，還要結(jié)合先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不斷更新，盡可能降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢氣污染物，以便于實(shí)現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的平衡發(fā)展[10]。

3 結(jié)語

交通出行與人們的生活息息相關(guān)，其中駕車出行又是交通出行最為重要的組成部分。尤其是隨著近些年來我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們生活質(zhì)量的日益提高，駕車早已成為人們最為常見的交通出行工具與工作方式，但其所產(chǎn)生的大量廢氣，也早已嚴(yán)重影響到國家的環(huán)境質(zhì)量，可即便如此，要想保證國家的發(fā)展與科技的不斷進(jìn)步，仍需要不斷發(fā)展我國的交通行業(yè)。這就使得環(huán)保問題日益嚴(yán)峻。尤其是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為大氣污染的排放大戶，在大量使用的同時(shí)，也給環(huán)境保護(hù)工作帶來了巨大的困擾。也正因如此，既要滿足我國的環(huán)境保護(hù)要求，又要推動(dòng)國家的發(fā)展，就必須做好柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化與改進(jìn)工作。因此，本文針對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放的解決方案與控制方法，提出幾點(diǎn)個(gè)人建議，其根本目的就是為了進(jìn)一步減少有害氣體的排放，從而有效提升我國的環(huán)境質(zhì)量，更好地滿足當(dāng)今社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展要求。所以，在今后的實(shí)踐工作中，相關(guān)企業(yè)與工作人員仍然要以控制排放污染物為主要工作內(nèi)容，并且結(jié)合各種先進(jìn)的技術(shù)，切實(shí)做好柴油機(jī)尾氣排放控制工作。

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