柴油机排放污染物生成机理与治理措施总结
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重型柴油车污染物排放控制技术分析近年来,重型柴油车的污染物排放一直是环保及交通管理领域内关注的焦点。
然而,随着科技和工艺的不断进步,污染控制技术也在不断升级,本文将分析当前主流的重型柴油车污染物排放控制技术及其优缺点。
一、尾气后处理技术尾气后处理技术是目前重型柴油车最主流的污染控制技术之一。
尾气后处理系统包含颗粒捕集器、SCR技术、DOC技术等,可以有效地降低尾气中的颗粒物和氮氧化物排放,是达到国家排放标准的必要技术手段之一。
1.颗粒捕集器颗粒捕集器(DPF)是目前广泛应用的柴油车尾气净化设备之一。
它的运行基于物理捕集原理,通过过滤器中的孔径拦截尾气中的固体颗粒物,从而降低颗粒物排放。
然而,颗粒捕集器的滤料通常需要进行低温燃烧再生处理,不仅能耗大,而且还会造成二次污染。
2.SCR技术SCR技术是一种将尿素溶液 (32.5%尿素水溶液) 注入到尾气中,使氮氧化物与尿素发生还原反应,生成氮气和水蒸气的技术。
该技术的优点是可靠性高、处理效率好、经济性高,是目前最主流的尾气氮氧化物控制技术之一。
但是,SCR技术需要额外的尿素溶液储存器和注射系统,增加了系统成本和复杂度。
3.DOC技术DOC技术是指将氧化剂喷入尾气中,使气体中的氧化性物质得到氧化,从而有效降低尾气中的排放物。
DOC技术主要用于采用“低碳燃料”(如液化天然气)的柴油车上,而采用传统柴油燃料的情况下,DOC技术并不能有效控制尾气排放。
二、电动及混合动力技术电动及混合动力技术是另一个有潜力降低柴油车污染排放的技术。
纯电动车辆的零排放优势已经得到广泛认可,但其能源密度仍比较低,电池续航里程有限,同时充电设施还存在不足。
因此,目前主流的重型柴油车污染控制技术是混合动力技术。
混合动力技术主要通过增加电动机、电池和电控系统等部件,让柴油机和电机在不同的行驶场景下交替工作,从而达到节能减排的目的。
大多数混合动力柴油车采用系列混合式动力,即在低速行驶和启动时,只由电动机驱动;而在高速行驶时,由柴油机和电动机协同工作。
柴油整治方案1. 问题背景柴油是一种常用的燃料,被广泛应用于汽车、工程机械等领域。
然而,柴油的燃烧产生的废气排放中含有大量的有害物质,例如颗粒物、氮氧化物等,对环境和人体健康都造成负面影响。
为了减少柴油燃烧排放对环境的污染,制定柴油整治方案已成为亟待解决的问题。
2. 目标与原则本次柴油整治方案的目标是减少柴油燃烧排放产生的有害物质,并提高柴油的燃烧效率,以实现对环境的保护和人体健康的维护。
在制定具体方案时,需要遵循以下原则:•综合考虑经济、环境和技术可行性。
•逐步推进,分阶段实施。
•结合现有柴油车辆和设备升级改造。
•定期检测和监管,确保方案的有效执行和效果。
3. 方案内容3.1 柴油质量改进柴油质量是影响燃烧排放的关键因素之一。
为了减少有害物质的生成,我们建议采取以下措施改进柴油质量:•提高柴油的洁净度和稳定性,减少有害成分的含量。
•严格控制柴油中硫含量,限制颗粒物和二氧化硫的排放。
•鼓励开发和推广低硫柴油和生物柴油等替代燃料,减少对传统柴油的依赖。
3.2 柴油车辆升级改造柴油车辆是柴油燃烧排放的主要来源之一。
为了减少柴油车辆的排放,我们建议采取以下措施进行升级改造:•安装颗粒物捕集器和氮氧化物催化转化器等尾气净化装置,降低有害物质的排放。
•推广使用先进的燃烧控制技术,提高燃烧效率和排放控制效果。
•鼓励淘汰老旧高污染柴油车辆,优化车辆结构和车队管理。
3.3 设备和工艺改进除了柴油车辆,一些工程机械和设备也会产生大量的柴油燃烧排放。
为了减少这些设备的排放,我们建议采取以下措施进行改进:•使用低排放的柴油发动机和设备,减少有害物质的生成。
•加强设备的维护和管理,提高燃烧效率和运行稳定性。
•推广使用先进的控制技术和设备,减少能耗和排放。
4. 方案实施为了顺利实施柴油整治方案,需要采取以下措施:•制定相关法规和标准,明确柴油的质量要求和改进目标。
•建立监测体系,定期检测和评估柴油燃烧排放的情况。
•提供技术支持和培训,推广相关技术和设备的应用。
发动机排放污染物的生成机理和影响因素主要内容:介绍了汽车尾气中的主要污染物CO、HC、NO X和微粒的生成机理及其影响因素。
1 一氧化碳1.1 汽车尾气中CO的产生是由于燃油在气缸中燃烧不充分所致,是氧气不足而生成的中间产物。
影响一氧化碳生成的因素理论上当α在14.7以上时,排气中不存在CO,而只生成CO2。
实际上由于燃油和空气混合不均匀,在排气中还含有少量CO。
即使混合气混合的很均匀,由于燃烧后的温度很高,已经生成的CO2也会由于一小部分分解成CO和O2,H2O也会部分分解成O2和H2,生成的H2也会使CO2还原成CO,所以,排气中总会有少量CO存在。
可见,凡是影响空燃比的因素,即为影响CO生成的因素。
1. 进气温度的影响一般情况下,冬天气温可达零下20℃以下,夏天在30℃以上,爬坡时发动机罩内进气温度超过80℃。
随着环境温度的上升,空气密度变小,而汽油的密度几乎不变,化油器供给的混合气的空燃比α随吸入空气温度的上升而变浓,排出的CO将增加。
因此,冬天和夏天发动机排放情况有很大的不同。
图2-3为一定运转条件下,进气温度与空燃比的关系,大致和绝对温度的方根成反比的理论相一致。
进气温度/℃海拔高度/m 怠速转速/(r/min)图2-3 进气温度与空燃比的关系图2-4 海拔高度与大气压力的关系图2-5 怠速转速对CO和HC排放的影响V/(km/h)图2-6 某汽油机等速工况排气成分实测结果2. 大气压力的影响大气压力P 随海拔高度而变化,由经验公式()5.256010.02257 kPa P P h =- (2-4)式中:h 一海拔高度,km 。
当海平面0P =100kPa 时,可作出海拔高度和大气压力变化关系的曲线,如图2-4所示。
当忽略空气中饱和水蒸气压时,空气密度ρ可用下式表示:()32731.293 kg/m 273760P T ρ=+ (2-5) 式中:T -温度,℃。
可以认为空气密度ρ和大气压力P 成正比,从简单化油器理论可知,空燃比和空气密度的平方根成正比,所以进气管压力降低时,空气密度下降,则空燃比下降,CO 排放量将增大。
1、柴油车燃料混合气的形成是在发动机燃烧室内进行的,柴油高压喷入燃烧室,压缩着火后进行边喷边燃烧的扩散燃烧方式。
这种工作方式,决定了柴油与空气的混合是不均匀的,不可避免地存在局部缺氧或局部富氧情况。
油料在高温缺氧时,易炭化形成碳烟。
柴油车负荷的调节是通过改变喷油量来控制的。
柴油车混合气始终处于比较稀的状态下,也就是说柴油机的燃烧室内始终存在富余的空气。
这些富余的空气在高温作用下容易产生氮氧化物(NOx),而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)则不容易形成。
因此,柴油车排放特点是颗粒物和氮氧化物(NOx)排放量多而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放量少此外,柴油燃烧后会生成一些有臭味的有机气体,因此,柴油机排放中还有臭味。
工程机械柴油机尾气控制技术现状与展望柴油机具有高热效率、大功率等特点,有着良好的经济性和可靠性,在工程机械领域得到了广泛的应用,如压路机、装载机、挖掘机、推土机等都是以柴油机作为动力。
虽然柴油机具有许多优点,但是其所排放的尾气中有害成分较多,主要有HC、CO、SO、NO和PM(微粒)。
尤其是在施工现场,由于工程机械和运输车辆来往比较频繁,加之通风条件的限制,这些工程机械排放的有害气体严重超标且会弥漫于整个上作面,极大地危害了施工人员的身体健康和施工的正常进行,因此,对柴油机排放的尾气进行控制和净化具有十分重要的意义。
1燃料方面的控制措施代用燃料采用代用燃料将是控制柴油机和汽油机排放的重要方法之一,并且由于化石燃料有限,寻找代用燃料更成为当前内燃机研究的热门话题。
目前,代用燃料主要有天然气、压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、氢气、甲醇、乙醇、二甲醚(DEM),碳酸二甲酯(DMC)及生物柴油等,其中甲醇、天然气、液化石油气被认为是最有前途的清洁能源的代用燃料。
其中CNG,LPG,甲醇一汽油汽车在我国得到了政府的大力支持并得到迅速发展。
甲醇可从天然气、煤及生物质等原料中提取;乙醇主要是含糖和淀粉的农作物发酵后制得。
汽柴油油库的环境污染及防治措施汽柴油油库是储存车辆用油的场所,是现代交通运输的重要基础设施。
然而,汽柴油油库在储存、运输、加注等过程中,也会产生环境污染和安全隐患。
为了减少汽柴油油库的环境污染,需要采取有效的防治措施。
一、环境污染1. 污染源头:汽柴油油库在输送和储存过程中,常常会发生泄漏、滴漏和破裂等情况,导致地下油污染。
此外,加油站周围的土壤和地下水等地下环境也会受到污染。
2. 污染物质:汽柴油油库泄漏的有害物质包括铅、苯、酚、氯化烃等。
这些化学物质对人体健康和环境造成危害。
3. 污染途径:地下储存和运输过程中泄漏和滴漏的化学品会渗入地下水和土壤中,长期积累会加重环境污染。
二、防治措施1. 管理规定:对汽柴油油库进行管理,制定有效的环境污染防治规定。
比如,加注站要求实施低挥发性有机化合物的控制措施,以防止有害物质外溢。
2. 环境监测:建立环境监测体系,对加油站周围的环境进行定期检测。
一旦发现有害物质超出标准,必须立即采取相应的环境保护措施。
3. 作业管理:加油起重机等设备必须经过相关资质认证,从而确保作业人员操作安全和环境保护。
此外,需要落实加注站操作规程,遵守安全注意事项。
4. 泄漏处理:发现泄漏和油污染,必须立即清理,停止泄漏源头。
对污染地区进行适当处理,包括土壤修复和废弃物处置等。
5. 安全教育:加强员工的环境安全教育和安全意识,定期进行安全培训和演练。
使用安全设施和防护用品,预防环境污染和事故发生。
综上所述,汽柴油油库是现代交通运输的重要基础设施,但是其储存和运输过程中,也很容易产生环境污染和安全隐患。
为了减少环境污染,必须采取有效的防治措施。
这包括管理规定、环境监测、作业管理、泄漏处理和安全教育等方面。
只有将这些措施落实到位,才能更好地保护环境和人类健康。
汽柴油油库的环境污染及防治措施汽柴油油库是存储大量燃油的地方,其环境污染主要包括油品泄漏、大气污染、水体污染和土壤污染等。
为了保护环境,需要采取一系列的防治措施。
对于油品泄漏的防治,可以采用以下措施:建立完善的泄漏预警系统,监测油品管道和储罐的泄漏情况;加强密封措施,确保储罐密封性良好;定期对管道和储罐进行检查和维护,以防止泄漏事故的发生;建立及时响应漏油事件的应急预案,保障应急处置能力。
大气污染的防治可以从以下几个方面入手:减少挥发性有机物的排放,例如在油库周围设置挥发性有机物蒸发控制设备;加强燃烧控制,确保燃烧设备的完好运行;设立大气污染监测点,定期对大气污染物进行监测,及时采取措施减少排放量。
水体污染主要是由于油品泄漏流入水体造成的,可以采取以下措施进行防治:建立雨水、废水和油水分离的设施,将油品及时分离出来,防止流入水体;设置防渗漏设备,避免油品渗漏进入地下水;建立油品泄漏应急预案,及时采取措施清理泄漏物。
土壤污染可以通过以下途径进行防治:加强土壤污染监测,及时发现土壤污染情况;采取合理的土壤调整措施,修复受污染的土壤;采取防污染措施,防止油品直接接触土壤。
还可以采取以下通用措施:加强员工培训,提高员工的环境意识和安全意识,防止人为因素造成的污染事故;建立油品溢出监测系统,及时发现溢出情况,防止造成环境损害;定期进行环境检测和评估,监测环境污染情况并及时采取措施解决问题。
汽柴油油库的环境污染主要包括油品泄漏、大气污染、水体污染和土壤污染等方面。
为了防止环境污染,需要采取一系列的防治措施,包括建立泄漏预警系统、加强密封措施、设立大气污染监测点、建立油品分离设施、加强土壤修复等。
只有充分重视环境保护意识,全面落实环境保护措施,才能有效减少汽柴油油库对环境造成的污染。
柴油机尾气氮氧工作原理
柴油机尾气氮氧的工作原理如下:
1. 燃烧过程:柴油机内燃烧时,燃油与空气在高压和高温下混合。
氮气(N2)占空气的主要成分,被压缩和加热后参与燃
烧过程。
2. 氮氧化物(NOx)生成:燃烧过程中,氮气和氧气相互作用,形成一系列氮氧化物,主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。
3. 氮氧化物排放:柴油机内热力过程的不完全燃烧以及高温和高压条件下的氮氧气体反应导致氮氧化物生成过量。
这些氮氧化物被排放到大气中,形成柴油机尾气中的氮氧化物污染。
4. 减少氮氧化物的措施:为了减少柴油机尾气中的氮氧化物排放,常见的措施包括:
- 燃烧控制:优化燃烧过程,提高燃烧效率,减少不完全燃
烧产生的氮氧化物。
- AGR(废气再循环):通过回收部分废气并将其重新注入
燃烧室,降低燃烧温度,减少氮氧化物的生成。
- SCR(选择性催化还原):在排气系统中使用催化剂将尾
气中的氮氧化物与氨(NH3)进行反应,将氮氧化物转化为氮气和水,从而减少氮氧化物的排放。
- EGR(外部废气再循环):将一部分废气通过阀门重新引导到进气系统中,降低燃烧室内氧气含量,减少燃烧过程中氮氧化物的生成。
通过这些措施,可以有效减少柴油机尾气中的氮氧化物排放,从而降低对环境的污染。
汽柴油油库的环境污染及防治措施汽柴油油库是存放汽油和柴油等石油产品的地方,由于其特殊的性质,容易造成环境污染。
本文将介绍汽柴油油库的环境污染问题以及相应的防治措施。
汽柴油油库存在的主要环境污染问题之一是地下水污染。
由于油库中的储罐和管道可能发生泄漏和溢出,导致石油产品渗入地下水中。
石油产品含有有机物和重金属等污染物质,会对地下水造成污染。
这不仅会影响地下水的质量,也会危及周边地区的水源安全。
汽柴油油库还存在大气污染的问题。
在石油产品的储存、运输和加工过程中,会产生大量的挥发性有机物(VOCs)和气体排放。
这些排放物对大气质量造成直接的影响,可能导致空气污染和臭氧层破坏。
油库中的储罐和管道也可能存在土壤污染的风险。
当油库设施发生泄漏或溢出时,石油产品可能渗入周围的土壤中,导致土壤中的有机物和重金属含量升高。
这对土壤的生态功能和农作物的生长产生负面影响。
1. 设施管理:加强储罐和管道的设施管理,确保其处于良好的运行状态,及时进行维修和更换老化设备,减少泄漏和溢出的风险。
2. 监测控制:建立油库环境监测系统,实时监测油库周边地下水、大气和土壤的污染情况。
通过监测结果,及时发现问题并采取措施控制和减少污染物的排放。
3. 泄漏管理:加强储罐和管道的泄漏管理,例如使用密封技术、泄漏报警系统和泄漏控制设备等,减少泄漏和溢出造成的环境污染风险。
4. 环境应急预案:制定健全的环境应急预案,明确油库环境污染事件的应急处理流程和责任分工,加强预警措施和事故应对能力。
5. 处理与修复:对已经发生的环境污染进行处理和修复。
采用土壤剥离、生物修复等方法,将污染物清除或降解为无害物质,恢复受损的环境。
6. 新技术应用:探索和应用新的环保技术,如低温储存、无泄漏装卸技术和低挥发性石油产品等,减少对环境的污染。
汽柴油油库的环境污染问题需要引起重视和关注。
在储存、运输和加工过程中采取有效的防治措施,可以减少污染物的排放和泄漏的风险,并及时处理和修复已经造成的环境污染,以保护环境和人类健康。
工艺支架调到总装装配;设计制造给柴油泵,定量加机油装置,总装加油。
执行新工艺后试车生产能力提高了40%,解决了制约生产的瓶颈工序,工人不加班加点即可完成生产任务。
据初步统计,柴油节约36%~40%,自1999年11月以来我国柴油连续5次上调价格,累计涨幅37%,少时试车工艺对于消化柴油涨价、燃油税开征因素有巨大的现实意义。
少时试车工艺实施后需注意的问题:一是为提高清洁度和节省磨合油,现试车后放净机滤中机油,重新安装后造成漏油的隐患,需采取措施杜绝;二是磨合油长期反复使用,添加净化处理效果有待积累经验;三是为实现中期目标,尽快上光整加工、整机密封性检验项目及狠抓外协件质量的提高。
4 结论少时试车研究,对改变我公司及行业出厂试车工艺水平落后状态意义重大,试验方法先进可信,为实现近期中期目标,采取的技术措施现实可行有效,经济效益巨大,磨合质量有所提高,解决了限制生产发展的瓶颈工序的制约,是当前出厂试车工艺的一场变革,为实现近期目标的措施可迅速推广,而实现中期目标的措施也亦明确,应抓紧实施,但为实现远期目标,尚需做大量的,包括技术改造、现代化管理在内的系统的研究工作。
〔参考文献〕〔1〕 郭一鸣,王景祜1试评车用发动机的出厂试验〔J 〕1上海拖汽,1977,(1)1〔2〕 王在新,刘铭仁,万德玉1190系列柴油机出厂试验规范的试验研究〔J 〕1柴油机,1987,(1)1〔3〕 杜永平1机车磨合期的探讨〔J 〕1内燃机车,1992,(8)1〔4〕 林秋1SL 润滑理论及其应用〔J 〕1国外内燃机,1999,(4)1车用柴油机尾气排放与综合控制蒋镇宇,朱会田,张建军(11河南省商丘市公安局交警支队办公室,河南商丘476000;21解放军汽车管理学院,安徽蚌埠233011)摘要:通过对车用柴油机尾气排放成分及排放机理的分析,重点介绍和分析了控制柴油机尾气排放的措施,并阐述了目前柴油机尾气排放控制的关键技术和方法。
技术创新柴油发动机尾气排放解决方案与控制方法黎巧安(广西玉柴动力股份有限公司广西玉林537000)摘要:面对环保问题的日益严峻,柴油发动机作为大气污染的排放大户在社会上大量使用,注定了其尾气排放治理工作将会成为全球人类关注的重点所在。
也正因如此,对柴油发动机尾气排放展开详细的研究与探索、做好尾气排放的控制工作则具有十分重要的现实意义。
鉴于此,本文结合相关参考文献及笔者个人的研究经验,浅谈柴油发动机尾气排放问题,并对相关控制技术展开探讨,以期为广大同行在今后的实践研究工作提出有益的参考。
关键词:柴油发动机尾气排放解决方案控制方法中图分类号:X701文献标识码:A文章编号:1674-098X(2021)12(c)-0106-03 Solutions and Control Methods of Diesel Engine ExhaustEmissionLI Qiaoan(Guangxi Yuchai Power Co.,Ltd.,Yulin,Guangxi Zhuang Autonomous Region,537000China) Abstract:Facing the increasingly serious environmental protection problems,diesel engines,as a large emitter ofair pollution,are widely used in society,and their exhaust emission control work is destined to become the focus of global human attention.Therefore,it is of great practical significance to carry out detailed research and explorationon 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 paper discusses the diesel engine exhaust emission and 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因柴油发动机具备力量较大、更加省油、安全等诸多优势,其在当今社会得到了非常广泛的应用,这也就决定了柴油发动机同样也是大气污染的排放大户。
柴油机主要排放污染物的生成机理、影响因素与治理措施摘要:通过分析柴油机在实际运行过程中CO、HC、NO X、PM等主要污染物的生成机理,总结归纳出影响这些污染物生成的主要因素,并以此为依据介绍现有的降低柴油机排放污染物的主要措施关键词:柴油机排放物生成机理影响因素治理措施1.问题描述随着科学技术的不断发展深入,更多种类和形式的能源动力机械不断问世并投入应用,但是内燃机由于其应用的稳定性和广泛的适用性在如此环境下依旧在能源动力领域占据着龙头位置。
因此内燃机仍然是能源动力领域中首选的动力机械。
而内燃机中最典型突出的代表则为车用的往复式活塞内燃机。
根据其使用燃料种类的不同可以分为汽油机和柴油机两种。
相比于汽油机,柴油机具有燃油消耗低、耐久性好、寿命长、高扭矩输出、功率范围广等优点,因此柴油机在各行业里得到广泛的应用:在重型动力装置中,柴油机应用领域已经占绝对统治地位,在小型轿车等轻型车辆中,柴油机的应用也逐渐渗透。
但是由于柴油机的广泛应用而带来的环境污染问题也越来越严重并且越发受到世人关注。
柴油机排气污染物主要成分有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NO X)、硫化物以及颗粒物(PM)等。
由于柴油机采取的质调节方式,因此其混合气的平均空燃比远大于理论空燃比,故其CO与HC排放明显低于汽油机,所以柴油机排放控制的重点在于NO X和PM。
由于各排放物生成机理不同,因此在它们各自的控制与净化措施也存在差异。
本文接下来将叙述各主要排放污染物的生成机理、影响措施与治理措施。
2.柴油机主要排放污染物的生成机理2.1.CO生成机理CO的生成主要有三种途径:一是柴油机进气与柴油喷雾混合不均匀导致局部混合气过量空气系数Φa <1,局部燃烧缺氧导致不完全燃烧生成CO;二是已成为燃烧产物的CO2和H2O在高温条件下产生热解反应进而生成CO;三是排气过程中HC未完全氧化生成CO。
2.2.HC生成机理排放的HC一般是未燃HC,是指没有燃烧或部分燃烧的碳氢化合物的总称。
一般认为柴油机中HC的产生主要有两种途径:一是由于滞燃期中形成的过稀混合气在燃烧室内不能满足自燃或扩散火焰传播的条件,导致HC的氧化反应无法开始或瞬间终止,生成未燃HC;二是燃烧过程后期低速离开喷油嘴的燃油与进气不良好混合形成的过浓混合气不能着火及燃烧,生成未燃HC。
2.3.NO X生成机理柴油机排放的NO X主要是NO和NO2,其中NO占据了NO X排放的85% - 95%。
NO本身无毒无害,但NO 随着排气进入大气后会缓慢氧化成有毒的NO2,因此NO X生成机理主要针对NO讨论。
NO的生成途径有三个:一是激发NO的生成;二是燃料NO的生成;三是高温NO的生成。
前两者NO的生成量极少,可以忽略不计,因此NO的主要生成方式为高温NO的生成。
其反应机理如下:N2+O→NO+NN+O2→NO+ON+OH→H+NO由上式可以知道影响NO生成的因素为高温、富氧和反应时间。
2.4.PM生成机理柴油机排放的PM主要成分有碳粒、硫酸盐、可溶性有机成分和含金属元素的灰分等。
其中碳粒的生成是一个非平衡过程,现在比较流行的理论认为生成碳粒的过程是燃油分子大量分解和原子分子重新排列的过程。
当燃油喷射到高温空气中时,轻质烃很快蒸发气化,而重质烃会以液态暂时存在,液态的烃在高温缺氧条件下直接脱氢碳化,成为焦炭状的液相析出型碳粒,粗度一般较大。
而已气化的轻质烃,经过不同途径,产生气相析出型碳粒,粒度相对较小。
气相的燃油分子在高温缺氧的情况下发生部分氧化和热裂解,不断脱氢形成原子级的碳粒子,逐渐聚合成直径为2nm的碳烟核心(碳核);气相的烃和其它物质在碳核表面的凝聚,以及碳核相互碰撞发生的凝聚,使碳核继续增大,成为直径为20-30nm的碳烟基元;而碳烟基元经过相互聚集形成直径为1μm以下的球状或链状的多孔性聚合物。
硫酸盐主要由燃料中硫分经燃烧反应生成。
而含金属元素的灰分来源于各种添加剂以及运动件之间相互摩擦产生的磨屑。
3.柴油机排放污染物的主要影响因素3.1.燃油品质3.1.1.柴油十六烷值柴油的十六烷值对滞燃期长短有较大的影响。
如果柴油十六烷值较低,则滞燃期较长,这使缸内在燃烧初期积聚的燃油较多,初期放热率峰值和燃烧温度较高,因此NO X排放较多。
由图1可看出低十六烷值柴油燃烧NO X排放量高(-10号柴油十六烷值为46,0号柴油十六烷值为53.8)。
图1 柴油十六烷值对NO X排放的影响3.1.2.柴油硫含量柴油硫含量的多少能明显影响PM中硫酸盐的排放。
若将柴油的硫含量从0.5%降到0.03%将使轻型车的PM排放降低7%,使重型车的PM排放降低4%。
3.1.3.柴油芳烃含量芳烃能提高火焰温度,为NO X产生提供高温条件,因而增加NO X的排放。
3.2.进气温度进气温度的升高,将引起柴油机压缩温度及局部反应温度升高,这有利于NO的生成。
同时,在高速中等负荷下,随着进气温度升高,滞燃期缩短,燃烧温度提高,促进HC的氧化同时减少淬熄现象,于是HC排放量减少。
3.3.柴油机负荷燃油燃烧时,其中的C首先生成CO,在有足够的氧、温度及重组反应时间条件下,CO会继续被氧化成CO2。
小负荷时,柴油机喷油量少,缸内气体温度低、氧化作用弱,因此CO排放浓度高。
随着负荷增加,混合气空燃比减小,气体温度增加,氧化作用加强,CO排放逐渐减小。
当负荷增大到一定程度后,由于氧浓度低和喷油后期供油量增加,反应时间变短,CO排放又增加。
NO X的生成主要受氧气含量、燃烧温度以及燃烧产物在高温中停留时间三者影响。
小负荷时,混合气空燃比较大,虽然混合气中有充足的氧气,但燃烧室内温度较低,因此NO X排放量也较低;当负荷增加时,燃烧室内气体燃烧温度增加,NO X排放量变大;但随着负荷进一步加大,空燃比不断减小,燃烧室中氧浓度不断减小,NO X的生成再度受到抑制。
图2所示的是负荷对NO X排放的影响。
图2 负荷对NO X排放的影响柴油机负荷增大时,油束心部和沉积于壁面上的燃油量增多,而稀熄火区的油量减少。
喷油定时和喷油速率保持不变的情况下,负荷增大则喷油持续时间增长,使后喷入的燃油反应时间减短,同时空燃比低氧浓度小,使HC氧化反应速率降低;但负荷增大时燃烧室内温度增高,这又促使HC氧化,并且后者影响更大,因此HC排放量随负荷增大而减小。
3.4.柴油机转速柴油机转速的变化,会使与燃烧有关的气体流动、燃油雾化与混合气质量发生变化。
这些变化对CO、NO X以及HC的排放都会产生影响。
转速变化对直喷柴油机NO X和HC排放的影响不明显,但对CO排放的影响较大。
柴油机在低速特别是怠速空转时,缸内温度低,喷油速度低,燃料雾化差,燃烧不完全,CO 排放量高。
柴油机在高速时,充量系数较低,短时间内组织良好混合气较困难,燃烧不易完善,故CO排放量高。
因此CO排放量在某一转速下最低,随着转速降低或增高CO排放量都会增高。
图4所示为6135型低增压茶游记转速对排放物的影响。
3.5.供油系统参数及结构3.5.1.喷油提前角喷油提前角对NO X、HC及PM排放影响较大。
如果喷油提前角过大,燃油在较低的温度和压力下喷入气缸,使滞燃期延长,喷注中稀火焰区的混合气变浓,会导致NO排放量增加;同时较多的燃油蒸汽和小油粒被气流带走,形成一个较宽的稀熄火区,并且此时燃油与壁面碰撞增加,会导致HC排放增加。
此外,混合气自燃着火后,缸内压力和温度急剧上升,这样油束其他区域的NO生成量也增加。
过分推迟喷油,最高燃烧压力降低,较多的油得不到足够的反应时间,燃油经济性变差并产生后燃现象,排气冒烟,HC排放增加。
3.5.2.喷油速率提高喷油速率,缩短喷油延续时间,则在固定喷油终点时可推迟喷油,从而能降低NO X的排放。
但喷油速率过高及尾喷油量增加都会使HC排放量增加。
3.5.3.喷油器的结构和性能直喷式柴油机喷油器在一定范围内随喷孔数的增加可降低碳烟排放,但过多的喷孔则由于贯穿力不足而影响效果。
减小喷孔直径会使燃油喷雾颗粒细化,可降低微粒物的排放。
其他条件不变时喷孔直径会直接决定喷入气缸内燃油量的多少。
喷孔直径大的柴油机有更多燃油进入气缸内参与燃烧,因此燃烧室内氧浓度降低,NO X排放随之减小。
图3所示的是不同喷孔直径喷油器柴油机NO X排放的实验结果。
图3 不同喷油孔直径对NO X排放的影响4.柴油机排放污染物的主要控制与净化措施4.1.机内净化措施4.1.1.采用废气再循环系统(EGR)EGR技术就是将柴油机排出的一部分废气送回空气进气系统中,稀释新鲜混合气里氧的浓度,增加惰性气体的含量,一方面降低了燃烧的速度,另一方面混合器比热容增加又导致燃烧温度降低,因而抑制NO X 的生成。
NO X和PM的生成机理在很大程度上是相反的,EGR在降低NO X的同时,PM随之恶化,此时采用冷却EGR的方法能有效抑制PM的生成。
4.1.2.采用增压和增压中冷系统增压提高进气密度,在Φa足够大的条件下,保证燃烧完全就可以有效抑制PM的生成。
然而增压导致压缩终了时产生高温富氧的氛围,造成NO X排放量升高,对此可以采用增压中冷的方法降低进气温度,控制NO X排放。
采用废气旁通装置以及可变几何截面涡轮,可使增压系统进一步优化,动态工况颗粒排放性能明显改善。
图4所示为中冷与非中冷增压柴油机NO X排放对比。
图4 中冷与非中冷对NO X排放的影响4.1.3.燃油掺水技术渗水技术的核心是向进气管或者气缸采喷水或采用乳化油。
水变成水蒸气带走大量的潜热,最高燃烧温度降低,达到降低NO X的目的;使用乳化油时,渗水量每提高10%,NO X的排放降低约10%。
4.1.4.优化燃烧采用新概念燃烧方式,如均值混合气压缩着火(HCCI)、分层充量压缩着火(SCCI)和EGR稀释的低温燃烧(LTC),可以极大地减少柴油机NO X和PM的排放。
表1所示是这三种新概念燃烧方式的对比。
表1 HCCI、SCCI和LTC对比4.2.后处理技术4.2.1.柴油微粒捕集器(DPF)柴油机微粒捕集器是柴油机PM排放后处理的主要方式。
它由收集排气微粒的滤芯和各类周期性地把滤芯中积存的微粒烧掉或氧化掉的再生系统所组成。
微粒捕集器的关键技术是过滤材料和过滤体的再生。
滤芯材料有多种,包括SiC、金属丝网和陶瓷等,以陶瓷材料最优。
微粒捕集器的再生一般都采用燃烧法:利用外界能量提高微粒捕集器内的温度,使沉积在过滤体中的微粒尽可能快、尽可能完全地燃烧,或者通过使用某些催化剂降低微粒的着火温度,使之能在柴油机正常的排气温度下着火燃烧分解,从而降低PM的排放。
4.2.2.选择性催化还原系统(SCR)SCR用来降低柴油机NO X的排放,也能降低部分HC。
其工作原理是:在排气中喷入氨、尿素或其他含氮化合物(还原剂),使排气中的NO X还原成N2和水,图5为典型的车用SCR 系统。