柴油机的污染控制

柴油机的污染控制
柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。

工作原理：
柴油发动机的工作循环经历进气、压缩、做功、排气四个冲程。

柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。

在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。

由于柴油机压缩比高（一般为16-22），所以压缩终了时气缸内空气压力可达3.5-4.5MPa，同时温度高达750-1000K（而汽油机在此时的混合气压力会为0.6-1.2MPa，温度达600-700K），大大超过柴油的自燃温度。

因此柴油在喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。

气缸内的气压急速上升到6-9MPa，温度也升到2000-2500K。

在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功，废气同样经排气管排入大气中。

柴油机产生的污染物及危害
柴油车排放特点是碳颗粒物和氮氧化物（NOx）排放量多而一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）排放量少柴油机的有害排放物主要是HC、CO、NOx、PM和VOCs。

HC污染
HC的生成取决于发动机的设计和运行因素。

发动机运行过程中混合气过浓或过稀、燃烧组织不良、窜机油或温度过低都会产生HC。

柴油机排出的未燃烧的HC主要是未燃烧的燃料、分解的燃料分子和少量的氧化反应的中间产物。

CO污染
CO主要是由于燃料燃烧时C2相对不足,燃料中的C不能完全燃烧产生的,或由于混合气不均匀燃烧,混合气温度低,CO不能氧化而留在燃气中排出。

CO吸入人体内,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。

NOx污染
NOx是由空气中N2和02在燃烧室的高温、高压作用下发生化学反应生成的。

NOx主要以NO的形式出现,还有少量的NO2。

NOx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。

PM污染
PM微粒是由于柴油机燃烧时燃料与空气混合不均匀造成局部过浓在高温缺氧情况下产生并排出的。

PM中含有可致癌的物质容易被人体吸入并沉积在肺内。

VOCs污染
汽车尾气排放物中的VOCs是含众多有机物的混合物其中很多是致癌物质，当这些物质含量过高时还有可能使人感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力；严重时
会抽搐、昏迷、记忆力减退。

柴油机污染控制
燃烧前的改进：
改善柴油品质
柴油品质关系到混合气体的形成质量进而直接影响混合气体的燃烧状况，排气污染量，可靠的油品质撒柴油机稳定排放的有效保证。

机内净化措施
柴油机机内净化是通过改进柴油机结构参数或者增加附加装置来改善混合气质量和燃烧状况，使柴油机达到混合均匀，燃烧充分，工作柔和排放较少的目的。

改进喷油系统
工程柴油机广泛采用直喷式柴油机，改善直喷式柴油机的喷射规律，提高喷油压力，增加喷油器的孔数，减少孔径，使柴油细化，增大柴油和空气接触面积，加速柴油和空气的混合，可以明显降低PM的排放。

改进润滑系统
柴油机排放的PM中有相当部分是由窜入燃烧室的润滑油不完全燃烧产生的。

窜漏的润滑油不仅造成润滑油的浪费，还使各类零件的磨损加快。

可通过优化活塞、气缸表面设计、改善气缸套与缸体的配合等方法实现。

燃烧时的改进
改进燃烧系统
柴油机的燃烧属于喷雾扩散燃烧，喷雾时间短，缸内混合气体不均匀。

改进燃烧室的几何形状与尺寸以及喷油系统三者之间的匹配得到最优组合。

电控共轨技术
共轨技术是指高压油泵、压力传感器和 ECU(计算机)组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制。

控制负荷
负荷是造成碳烟及有害气体排放增加的原因之一。

机组超负荷会会造成混合气体浓度的改变，不能完全燃烧。

可以通过相关的管理部门对汽车的负荷进行严格控制。

柴油机污染产生后的处理
选择性催化还原技术（SCR）
SCR的原理是以尾气中的、有机物为还原剂或添加还原剂，在氧浓度高出NOx 浓度两个数量级以上的条件下，通过催化剂的催化作用选择性地优先把NOx还原为N2，从而降低NOx的排放。

，
稀燃NOx，捕集技术
稀燃NOx捕集技术(LNT)是一种基于发动机周期性稀燃和富燃工作的NOx净化技术，其关键部件是贵金属Pt、Rh催化剂和具有吸附NOx能力的碱金属或碱土金属化合物构成的吸附剂。

LNT的工作效率可高达９０%以上，不需要额外的还原剂及存储装置。

废气再循环技术（EGR）
所谓EGR就是将一部分废气引入到进气中，再次参加柴油机的热力循环。

EGR方法主要是利用废气较大的热容量来降低最高燃烧温度，并降低氧气浓度，从而达到降低NO排放目的。

柴油机微粒捕集器（DPF）
DPF是公认的降低柴油机微粒排放的有效手段。

目前，一般采用蜂窝陶瓷壁流式DPF，蜂窝陶瓷DPF具有较高的过滤效率和耐高温等。

柴油机的技术改进
联合动力技术
联合动力技术是将其他能源产生的动力同柴油机动力混合使用。

可以是电动力与柴油动力混合，也可以是电动力与燃料电池混合，还可以是电动力与汽油动力混合等方式。

通常情况下，柴油机要在各种效率工况下提供动力，低效率时就造成了能源的浪费。

电动力和柴油动力联合的动力技术是保持柴油机在能源转换的高效率范围内运转，将富余的动力带动电动机发电，存储多余的能量，当柴油机不能有效运行或动力不足时，再将储存的能量释放。

在机车减速时也可将动能转换为电能存储。

目前，电动力和柴油动力的联合动力技术是各国的主要发展方向。

水煤气反应技术
在水蒸汽存在的条件下，即使在燃烧室中某些高温区域因缺氧而造成大量碳黑粒子析出，由于水煤气反应，使这些碳粒子仍然会逐渐被耗尽，弥补油与空气混合不好的这一缺陷述反应不仅消除了生成碳烟的诱因，而且生成了氢气．生成的氢气尽管最很小，但对于改善燃烧却有很大作用。

可以很大程度七减轻总碳氧和颗粒物PM的乍成量。

另外由于水煤气作用，缩短了燃烧时间，而且水蒸汽改善了空燃混合比例最终也降低燃烧型NOx的生成量。

通过各种改进使得柴油机能在动力性、经济性、环保等三个方面达到最优化。

不过化石燃料的使用终究还是会产生污染，若想达到最佳的环保效果新型能源的使用还是值得去研究的。

柴油的储存和运输
防止变质
油料在储存过程中，由于受外界温度的变化、太阳爆晒、风吹雨淋以及沙尘飞落等影响，容易蒸发、氧化或混入水分、杂质，从而失去轻质成分、增多实际胶质含量，丧失添加剂作用、加速油品变质，造成柴油机、汽油机发动机油路堵塞、供油中断，不仅使发动机启动性能变差，而且还会加速机件的磨损，缩短使用寿命。

因此在储存时应采取措施防变质。

在存油前应将容器清理干净，不要存有水、残油、铁锈、杂质等。

柴油机的高压油泵和喷油嘴都是十分精密的部件，稍有水或杂质进入，就会受到严重磨损。

若因为劣质油造成发动机损坏，那肯定是得不偿失。

因为油料与空气接触，加上高温，会使油料中一些成分被氧化，使酸值增大，胶质、残炭增加。

因此，应尽量减少油料与空气的接触。

为避免柴油与空气接触，应做到：一是密闭储存；二是不同的储存容器之间减少不必要的来回倒装，减少蒸发和氧化；三是减少空气存在的空间，用桶装油料尽量装满一些。

柴油运输过程中注意事项
柴油属于易燃物品，运输时应该注意油罐所处环境的温度。

柴油在运输过程中可能会因为油罐密封性的因素而回有小部分柴油泄漏会对环境造成一定的影响，因此定期须对油罐车罐体进行检查，以防止大量漏油事故的发生。

参考文献：
1.缪雪龙，黄震．内燃机燃烧技术总述
2.现代车用动力陈小敏，常汉宝．共轨柴油机燃油喷射系统研究状及展望
3.奉峥嵘，彭勇，张志鑫．柴油机涡轮增压技术发展历程与展望
4.王宁，杨海真，王峰．柴油机机外净化技术发展现状及展望．环境污染与防治
5.郭猛超，姜大海，王琛，等，柴油机排放控制技术发展综述。