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1、关于柴油机污染物的控制途径研究摘要摘要： 车用柴油机有害排放物对环境的污染已经成为严重的社会公害之一，通过对车用柴油机排放污染物的生成机理及成分的分析，提出了控制车用发动机有害污染物排放的实用技术，改进发动机的排放性能，以满足日益严格的排放法规，保护环境。关键词关键词： 柴油机，排放，污染，控制途径 目录目录摘要. .2 目录. 3 前 言. .4 1.柴油机有害排放物的生成机理及危害. .5 11 碳氢化合物（HC）的生成机理及危害. .5 1.2 一氧化碳（CO）的生成机理及危害 . .5 1.3 氮的氧化物（NOx）的生成机理及危害. 5 1.4 硫的氧化物（SOx）的生成机理及危害.
2、5 1.5 微粒（PM）的生成机理及危害. 5 2 控制柴油机排放污染物的途径. .62.1 燃烧方式的选择. .62.2 燃油品质的改善. .72.3 电控技术的应用. .82.4 废气再循环（EGR）电控系统. .82.5 进气涡轮电控系统. .92.6 燃油蒸发电控系统. .92.7 曲轴箱强制通风电控系统. .92.8 二次空气喷射系统. .92.9 排气后处理. .102.9.1 新型催化剂的开发. .102.9.2 微粒（PM）捕集. .11 2.10 使用管理方面的措施. 11 2.10.1 提高驾驶技术. 11 2.10.2 改变传统汽车维修观念，努力提高现代汽车维修技术. .
3、11 2.10.3 建立防治机动车排放污染物机制，强化检测监督体制. .11 结论. . . . .13致谢. . . . .14参考文献. . .15前言前言随着汽车工业的发展，汽车排放物中的有害气体日益严重地污染着人类赖以生存的大气环境，汽车发动机排气排放物对环境的污染已经成为严重的社会公害之一，尤其在拥有大量汽车的大城市，由于车辆密度日益增大，城市道路行车梗阻日益严重，老车超龄服役，汽车发动机排放污染物对大气的污染越来越成为人们关注的焦点。目前我国汽车发动机排放污染物的水平相当国外发达国家 80 年代中期的水平，由于我国汽车保养维护和日常检查系统不完善，单车排放污染物比国际水平高出许多倍
4、，在某些大城市，汽车发动机排放污染物已经成为首要的大气污染源，已对城市居民的健康造成严重威胁。我国“十一五”期间，已经把汽车工业作为重点发展产业，降低汽车发动机排放污染物技术已列机械工业部“十一五”重要攻克的关键技术之一，因此对汽车有害排放控制进行系统的研究，提出相应的对策，已成为摆在我们面前的一个重要课题，同时应该引起汽车制造业、交通管理部门、环境保护部门的重视，是-3-我国的汽车工业能沿着可持续发展的道理路健康前进。柴油机的有害排放物主要有：碳氢化合物（HC） 、一氧化碳（CO） 、氮的氧化物（NOx） 、硫的氧化物（SOx）和微粒（PM） ，为了保护环境、满足日益严格的排放法规，必须采取
5、一系列措施来改进柴油机的排放性能。1 1 柴油机有害排放物的生成机理及危害柴油机有害排放物的生成机理及危害本段讲述了车用柴油机排放物的生成机理及其对人体和环境的危害。1.11.1 碳氢化合物（碳氢化合物（HCHC） HC 的生成取决于发动机的设计和运行情况，发动机运行中，混合气过浓或过稀、燃烧混合气混合不均匀、串机油或温度过低等都会产生 HC，柴油机排出的未燃烧的HC 主要是未燃烧的燃料、分解的燃料成分和少量氧化反应的中间产物HC 的某些烃类光化学反应活性很强，可与空气中的二氧化碳结合，在阳光下形成以臭氧为主的光化学烟雾，刺激人的眼睛和呼吸器官，造成呼吸困难。1.21.2 一氧化氮（一氧化氮（
6、COCO）CO 主要是由于燃料燃烧时氧气相对不足，燃料中的碳不能完全燃烧产生的，或由于混合气不均匀燃烧，混合气温度过低，CO 不能完全氧化而留在燃气中排出CO 被吸入人体，很容易与血红蛋白结合，导致缺氧，从而使人窒息，严重者危及生命。1.31.3 氮的氧化物（氮的氧化物（NOxNOx）NOx 是由空气中的氮气（N2）和氧气（O2）在燃烧室高温、高压作用下发成化学反应生成的，NOx 主要以 NO 的形式出现，还有少量的二氧化氮（NO2）氮的氧化物可以与某些烃类发生化学反应，生成光化学烟雾，对人体有害。1.41.4 硫的氧化物（硫的氧化物（SOSOx）燃料中的硫（S）在燃烧后形成硫的氧化物（SOx
7、） 。硫的氧化物（SOx）被排出机体外，易形成酸雾，污染环境。1.51.5 微粒（微粒（PMPM）微粒是由于柴油机运行时燃料与空气混合不均匀，造成局部高浓，在高温缺氧的情况下产生并随废气一起排出。微粒中含有可致癌的物质，容易被人体吸入并沉积在肺部。2 2 控制柴油机排放污染物的途径控制柴油机排放污染物的途径2.12.1 燃烧方式的选择燃烧方式的选择为了改善 PM 和 NOx 排放之间的折哀，多数柴油机采用推迟喷油定时的高压喷油措施，喷油定时退后引起燃油经济性的破坏，应归于燃油循环本身效率的下降。目前正在研究的有先导喷油、多次喷油以及预混合压缩着火等技术，有人结合废气再循环（EGR）措施研究了多
8、次喷油（直到一个燃烧循环喷油 4 次）实现同时降低 NOx 和 PM排放，在该技术中，通过 EGR 降低 NOx 排放，同时采用多次喷油降低 PM 排放，但多次喷油对降低 NOx 排放的效果不大。有人建议采用稀薄预混合的压燃方法，该方法能使 NOx 排放降低到标准柴油机-5-NOx 排放的 1/50.但采用该方法在高负荷条件下易敲缸，低负荷条件下易发生不着火，限制了能够实现燃烧的预混合的可行工作范围。有人还建议采用多次喷射和稀薄预混合压燃相结合的一种新燃烧概念（HiMICS：质合理的多次喷射燃烧系统） 。HiMICS 方法要求在从进气行程早期到压缩行程中期这一时期内完成预先喷油，形成预混合气，
9、采用改进的 KIVA-程序分析了每一种喷油模式对发动机性能和排放量的影响，模拟结果表明，HiMICS 燃烧系统的耗油量与 NOx排放量之间的折哀关系可以获得显著的改进。图1所示为影响氮的氧化物和微粒排放的主要参数。2.22.2 燃油品质的改善燃油品质的改善柴油机燃油的成分对于排放有很大的影响，图中所示为一台 10L 增压中冷柴油机按 ECER49 规范试验所获得各排放量的降低情况，实验时采用了低芳烃（体积分数小于 5%）和低硫（质量分数小于 0.003%）燃油代替 CEC-RF-03-A84 基准油，从图 2中可以看出，各有害气体的排放量约降低 10%，颗粒排放量约降低 40%，图 3 为典型
10、的碳黑降低率与燃油含氧量的变化关系。燃油含氧量的增加能使碳黑显著下降。燃油的发展趋势是改进燃油沸点范围，使之有较高的十六烷值的十六烷指数值，有较低的总芳烃量，极低的含硫量。添加氧化剂，改进后可实现低排放，延长排气后处理装置使用期，发动机采用更加合理的喷油定时，从而降低燃油消耗率。-7-2.32.3 电控技术的运用电控技术的运用 采用电子控制技术不仅可以提高喷油定时和喷油量的控制精度，而且像 ECR、放气阀或可变几何涡轮增压等空气控制部件也可以用电子控制技术进行柔性或精确控制。控制系统最理想的方案应能使燃油经济性废气排放性都可得到优化。2.42.4 废气再循环（废气再循环（EGREGR）电控系统
11、）电控系统用专门的管道将部分废气引至进气管，由 ECU 控制 EGR 阀改变流通截面来调节废气量，实现 EGR 率的变化，EGR 控制的一般过程是 ECU 根据发动机的转数、节气门开度和冷却水温等信号，计算最佳 EGR 率，再通过控制 EGR 阀开度来实现 EGR 控制，ECU 对 EGR 阀的控制是通过对真空调节阀的控制来实现的。真空调节阀一般是电磁式的，将 ECU 输出的电信号转换为气压变化，从而实现对气动式 EGR 阀的控制。 2.52.5 进器涡轮电控系统进器涡轮电控系统进气涡流可以促进燃油蒸发以及与空气的均匀混合，提高燃烧效率。在进气口附近增设一涡流控制阀，通过 ECU 采集转速、节
12、气门开度以及冷却水温等信号，并加以处理后控制其旋转角度，引导气流偏转产生涡流，调节涡流比，实现涡流控制。 2.62.6 燃油蒸发电控系统燃油蒸发电控系统燃油蒸发电控系统用来降低燃油箱中燃油蒸气排向大气所造成的污染，目前活性炭灌蒸发电控装置得到了广泛应用。停车期间，利用活性炭灌吸收燃油蒸气，防止向大气扩散；发动机运行时，ECU 控制活性炭灌与进气管之间的导通，并利用进气真空度将活性炭灌中吸附的燃油蒸气吸入进气管，可有效防止燃油蒸汽的外溢，降低 HC的排放污染。 2.72.7 曲轴箱强制通风电控系统曲轴箱强制通风电控系统 该控制系统的目的是将汽缸中经活塞环间隙渗入曲轴箱内的气体再循环进入进气管中，以减少该部分气体直接流向大气造成污染，现代电控系统中，由 ECU 根据节气门位置和转速信号等控制通气阀，从而实现曲轴箱内气体与进气管之间的导通使曲轴箱气体再次利用。2.82.8
