浅谈柴油机排放控制技术.doc

浅谈柴油机排放控制技术 摘 要：本文针对车用柴油机PM的组成及对人类生活的危害所面临的若干问题，通过对柴油机污染物的生成机理、影响因素等方面的知识，进一步地阐述对柴油机污染物的净化措施等较高问题的本质，优化排放质量，以便使车用柴油机符合环保要求，更进一步的保护我们懒以生存的家园。 关键词：车用柴油机；有害排放物；净化措施 1 车用柴油机的排放物 1.1 柴油机的排放物及危害 柴油机排放的废气中，氮气（N）占75.2%，二氧化碳（CO2）占7.1%，氧气及其他成分占16.88%，有害排放占0.82%。其中有害排放的主要成分包括：氮氧化合物占35.4%，一氧化碳占35.4%，硫化物及微粒主要是炭烟，还包括油雾、金属颗粒等占20.66%。与汽油机相比，柴油机排放的CO和HC要少得多，NOx与汽油机在同一数量级，而微粒及炭烟的排放要比汽油机多十几倍甚至更多。因此柴油机的排放控制，重点是NOx和微粒及炭烟，其次是HC。柴油机的燃烧过程比较复杂，影响因素较多，由于诸多原因的影响使柴油与空气难以达到完全燃烧的程度，可能会造成局部或整个燃烧空间内出现不完全燃烧，所以产生出不完全燃烧产物和燃烧中间产物，这些燃烧产物大部分是有毒的，或者具有强烈的刺激性和致癌作用，造成了对大气环境的污染和对人体的危害，必须加以控制。 （1）一氧化碳，一氧化碳是柴油在空气不足的情况下燃烧的中间产物，在柴油机排气中一般含量较低，当柴油机燃烧局部缺氧时容易产生。一氧化碳生成量的多少取决于空燃比，由于柴油机空燃比较大，因此一氧化碳排放量不大。一氧化碳浓度达到一定程度就能引起人体慢性中毒，导致人体组织缺氧，危害中枢神经，引起头痛、头晕、四肢无力等中毒症状，严重时会导致生命危险。 （2）氮氧化物，氮氧化物是在柴油机燃烧高温条件下产生的，其生成取决于燃烧过程中的温度和反应时间的长短。在直接喷射柴油机中，由于空燃比较大，氧气较为丰富，燃烧温度也高，使氮氧化物的生成量较大。在间接喷射柴油机中，燃烧首先在极缺氧的涡流室中进行，燃烧温度相对较低，当火焰喷入主燃烧室时，使燃烧在有充足空气中且燃烧温度较低的情况下进行，可避免氮氧化物的生成时机，所以氮氧化物排放量相对较低。氮氧化物中NO、NOx都具有毒性对人体和环境破坏较大。人吸入氮氧化物后出现眩晕、无力等，严重时出现窒息。另外，还会与碳氢化合物一起引起光化学反应，造成更严重的危害。 （3）碳氢化合物，在柴油机排气中碳氢化合物的生成的主要途径为燃料不完全燃烧、缝隙效应、曲轴箱漏气等。柴油机虽然有较大的空燃比，由于雾化质量很难达到使燃油与空气混合到理想的均匀程度，燃油在喷射时，难以避免地会喷到壁面上，而形成局部过浓混合气，形成局部不完全燃烧。另外，喷射定时滞后与延迟、负荷与转速的变化、低温启动、怠速运转等情况下都会使未燃碳氢化合物的浓度增加。排气中的碳氢化合物具有较大毒性，是一种很强的致癌物质。另外碳氢化合物是引起光化学反应的起因物质，生成的过氧化物对环境的危害很大。 （4）颗粒物，柴油机的排放颗粒物主要是炭粒，其形成的过程也很复杂。影响炭粒形成的主要因素是高温与贫氧，在过量空气系数很低、油气混合物不均匀而又处于高温下的油滴将被裂解，从而产生大量的炭粒。在柴油机的燃烧过程中，炭粒的形成除过量空气系数、混合气均匀性和燃烧温度外，还与燃料的成分有较大的关系，如燃料的碳氢比、灰分等都影响炭粒的生成。炭粒易粘附重碳氧化物及硫酸盐，形成的颗粒物悬浮于空气中，在大气中受阳光和其他物质作用将发生光化学反应，对环境产生危害。 1.2柴油机排放物的生成机理 关于柴油机排放物生成机理说法很多，目前尚无定论。一般认为，碳烟也是不完全燃烧产物，是烃燃烧在高温缺氧的情况下裂解过程释出并聚合而成的。由于柴油机是非均质燃烧，燃烧室内各区域的化学反应条件是不一致的，而且随时间而变化的，所以碳烟很可能是由许多不同途径生成的。实验观察表明，在预混燃烧阶段，火焰亮度不大，据认为这时尚未产生大量的碳粒；进入扩散型燃烧，火焰亮度大增，而且在各种工况都如此，说明碳粒主要在扩散焰中产生。柴油机燃烧过程中产生碳粒是难以避免的，它是烃燃料燃烧过程的中间产物。 Brome及Khan根据对火焰的研究资料，对碳烟颗粒的形成的定性描述，认为烃燃料在过浓的高温区中是通过深度裂解和脱氢过程，产生较小分子量的物质，在后期出现聚合反应。在燃烧室壁等非火焰区则通过聚合，产生较大分子量物质。这两个途径（或相互交错）最终产生碳烟颗粒。B.B Chakraborty和R.Long根据他们的研究和他人的资料，提出了碳烟形成机理。 他们认为在反应过程的后几个阶段生成了一种很不活泼的，难于氧化的具有多个团的聚缩乙炔化合物，由于它有大量的三键，因此聚缩乙炔就易于聚合生成黑色的、在所有溶剂中都不溶解的聚合物。高