柴油机PM排放控制技术探讨
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。
本论文共分四章：第一章绪论部分简要概述了本课题的研究思路、现状分析及净化措施；第二章阐述了柴油机的有害排放物的生成机理及危害，提出了本论文主要研究工作和基本思路；第三章讲述了柴油机有害排放物的净化措施等问题并进行了讨论；第四章对本课题的研究结果进行了总结。
关键词：车用柴油机；有害排放物；净化措施
Abstract
This paper and composition of the vehicle diesel engine to human PM the dangers of life facing some problems, through the creation of pollutants of diesel mechanism, influencing factors and other aspects, further describes the purification of diesel engine pollutants nature of problems measures to higher quality, optimizing the emissions vehicle diesel engine, so as to meet environmental requirements, further protect us lazy to survive homes.
This paper is divided into four chapters: the first chapter the introduction section of this topic briefly summarizes the current research approach, analysis and purification measures; The second chapter expounds the harmful emissions from diesel generating mechanism and harm, proposed the this thesis mainly research work and basic ideas; The third chapter of a diesel engine harmful emissions purification measures and discussed issues; The fourth chapter of this topic research results are summarized. Keywords: automotive diesel engine; Harmful emissions; Purification measures
目录
1绪论 (1)
1.1 车用柴油发动机排放物的生成机理及净化措施研究的意义 (6)
1.2 国内外对有害排放物的研究现状分析 (6)
1.3 对有害排放物所采取的各项净化措施 (6)
1.4 本课题的主要研究工作的基本思路 (6)
2车用柴油机的排放物 (7)
2.1引言 (7)
2.2柴油机的排放物及危害 (7)
2.3柴油机排放物的生成机理 (9)
2.4影响柴油机排放物生成的主要因素 (12)
3排放物的控制措施 (19)
3.1减少柴油机排气污染物的控制技术 (19)
3.2燃烧系统的改进 (19)
3.2.1直接喷射式燃烧系统的改进 (19)
3.2.2间接喷射式燃烧系统的改进 (20)
3.3进气系统的改进 (21)
3.4燃料喷射系统的改进 (22)
3.4.1 高压喷射系统 (22)
3.4.2 改进喷油器结构 (24)
3.4.3 电子控制喷射系统 (25)
3.5 燃料的改良 (32)
3.5.1 燃料的改质 (32)
3.5.2 燃油添加剂 (33)
3.6柴油机排气污染物的机外净化措施 (33)
3.6.1 催化净化技术 (33)
3.6.2 柴油机微粒物机外净化方法 (34)
4结果分析与讨论 (41)
5 总结…………………………………………………………………………………
参考文献 (42)
致谢 (43)
1 引言
与汽油机相比，现代车用柴油机具有动力性较高和经济性较好两大优点，而且具有高效率、低油耗、寿命长、使用可靠等特点。20世纪30年代，世界各国开始将柴油机用于重型车，90年代柴油机轿车有了很大发展。柴油车比汽油车省油三分之一，排放的污染物较少。目前，欧洲的轿车消费市场上，柴油轿车占了40%。我国的柴油车发展较晚，但发展迅速。到2002年全国汽车产量为325万辆，柴油车占99.8万多辆，约占汽车总量的30%。增速如此之快，难免给环境造成较大的影响。随着柴油汽车的社会拥有量的迅速增大，伴随着工业文明的迅速发展而出现的环境问题不断增多。环境保护问题越来越引起人们的高度重视。柴油机工作时排放的产物可分为两类，一类是可见产物，即颗粒状物，如炭粒、重碳氢化合物、硫酸盐、油气、水汽及灰分等，“墨斗鱼”是人们对尾气排放严重超标的重型柴油车的形象称呼。这类产物中，有些为致癌物质，它们污染环境、阻碍视线。另一类是一般情况下肉眼看不见的物质，如一氧化碳（CO）、
）、碳氢化合物（HC）等.CO对人体有毒，而氮氧化合物（NOx）和二氧化硫（SO
2
且在大气中不易自净;SO2有难闻的刺鼻气味：HC、NO在一定的地理气候条件下，
易溶于水形成酸雨。经太阳光的作用会形成毒性很强的光化学烟雾；NOx和SO
2
显然，柴油机工作时排出的燃烧产物不仅会对人类的生存环境造成污染与破坏，而且由于柴油燃烧不完全，造成了能源的浪费。炭烟越浓，排放的可燃物越多，对环境的污染越严重，能源的浪费就越大。控制重点是氮氧化物和颗粒污染物。近年的一项调查显示，在全国机动车的排放污染物分担率中，柴油车占氮氧化物的43%，占颗粒悬浮物的83%。
1.1 车用柴油发动机排放物的生成机理及净化措施研究的意义
近几十年来，随着工业的发展和能源消耗的日益增加，由于燃烧过程产生的有害物质对大气产生了严重的污染。特别是石油燃料的大量消耗所引起的严重后果，在工业与交通集中的那些地区对环境的污染表现得最为突出，并引起人们的普遍关注。
本课题对柴油机的有害排放物及其影响因素作了详细研究，对于有害排放物的生成机理和有针对性地采取措施以改善柴油机的有害排放物具有较大的理论价值和实用价值。
1.2 国内外对有害排放物的研究现状分析
汽车是当今大气污染的最大污染源已经被许多国家调查所证实。现在，世界上大约有两亿辆汽车，其中大部分在城市行驶，这些汽车每年排出两亿吨一氧化碳，四千万吨碳氢化合物，两千万吨一氧化氮等有害气体。而且，随着汽车数量的逐年增加，汽车排放到大气中的有害物质还会随之而增加。因此一些发达国家都采取了相应的应对措施，以减少汽车有害物的排放，例如：美国、德国、日本、等一些发达国家。
1.3 对有害排放物所采取的各项净化措施
车用柴油机的有害排放物所造成的危害，针对不同方面采取了不同的措施。本课题主要从燃烧系统的改进、喷射系统的改进、点火系的改进、进气系统的改进等措施来净化汽油机的尾气排放。
1.4 本课题的主要研究工作的基本思路
本课题研究的主要目的是充分利用现有的实验设备，搜集多方资料，采用理论分析法对结果进行修正处理，用实验法得到较合理的有害物排放值，分析出车用柴油机有害排放物的生成机理及其生成的影响因素。以实验研究为基础丰富车用柴油机有害物排放理论，为降低排放寻找有效的净化措施，并为将来对柴油机燃烧过程和排放特性的进一步研究提供一定的参考。
2 车用柴油机的排放物
2.1 引言
与汽油机相比，现代车用柴油机具有动力性较高和经济性较好两大优点，而且具有高效率、低油耗、寿命长、使用可靠等特点。20世纪30年代，世界各国开始将柴油机用于重型车，90年代柴油机轿车有了很大发展。柴油车比汽油车省油三分之一，排放的污染物较少。目前，欧洲的轿车消费市场上，柴油轿车占了40%。我国的柴油车发展较晚，但发展迅速。到2002年全国汽车产量为325万辆，柴油车占99.8万多辆，约占汽车总量的30%。增速如此之快，难免给环境造成较大的影响。随着柴油汽车的社会拥有量的迅速增大，伴随着工业文明的迅速发展而出现的环境问题不断增多。环境保护问题越来越引起人们的高度重视。柴油机工作时排放的产物可分为两类，一类是可见产物，即颗粒状物，如炭粒、重碳氢化合物、硫酸盐、油气、水汽及灰分等，“墨斗鱼”是人们对尾气排放严重超标的重型柴油车的形象称呼。这类产物中，有些为致癌物质，它们污染环境、阻碍视线。另一类是一般情况下肉眼看不见的物质，如一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOx）和二氧化硫（SO2）、碳氢化合物（HC）等.CO对人体有毒，而且在大气中不易自净;SO2有难闻的刺鼻气味：HC、NO在一定的地理气候条件下，经太阳光的作用会形成毒性很强的光化学烟雾；NOx和SO2易溶于水形成酸雨。显然，柴油机工作时排出的燃烧产物不仅会对人类的生存环境造成污染与破坏，而且由于柴油燃烧不完全，造成了能源的浪费。炭烟越浓，排放的可燃物越多，对环境的污染越严重，能源的浪费就越大。控制重点是氮氧化物和颗粒污染物。近年的一项调查显示，在全国机动车的排放污染物分担率中，柴油车占氮氧化物的43%，占颗粒悬浮物的83%。
2.2 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。
2.3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，对碳烟颗粒的形成如图2—1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如图2—2所示。
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。高温和氢的缺乏进一步导致了聚合物的脱氢和环化，形成了几乎仅由碳组成的具有多环结构的不溶性的碳烟成分，这种碳络化物构成了具有六方晶格碳烟晶子。片晶呈平行布置但相互间有不规则的位移。聚缩乙炔不仅倾向于聚合，在提供相应的氢时，可在较低的温度下（小于1000℃）环化和氢化而形成多环芳香碳氢化合物，碳烟的这两种成分的组合可通过碳络合物吸收多环芳香碳氧化合物来进行，也可能多环芳香碳氧化合物是作为类似于石墨中的杂质那样，填入碳烟片晶层空隙之中了。
图2—1 烃类燃料燃烧过程中生成碳烟颗粒的进程
图2—2 碳烟形成机理
按照上述的定性描述，柴油机燃烧过程中碳烟的生成可概括为三个阶段。
１．成核阶段
燃料分子在高温缺氧条件下裂解为较小的烷基并脱氢为乙炔，经聚合为共轭
多稀烃，最后环化为多环结构的呈六角形基本单元的片晶，如图2—3（a）所示。
图2—3 碳烟颗粒的结构层次
２．单粒阶段
初生石墨状片晶的亲和力很强，它们存在时间很短，很快就聚合成各种大小
的近于球形的单粒，这些单粒含有10000到100000个碳原子，其直径可能在
20~0.6μm，但绝大多数在0.01~0.1μm之间，如图2—3（b）所示。
３．单粒的燃烧消失或附聚成更大絮团
球形的单粒在高温下与含氧化合物接触，可以发生下列反应：C+CO2=2CO C+H2O=CO+H2
当气体温度高，H2O和CO2的浓度也高时，在有利于碳粒燃烧的条件下，单
粒就会逐渐减小尺寸以至完全消失。
在不利的工况下，由于区域内缺氧和CO浓度过高，或温度不足以使氧化反
应顺利进行，这时碳粒不能燃烧，反而互相团聚，或从小的单粒变成大的单粒或
由单粒附聚成更大的絮团，其最大尺寸可达0.1μm甚至1μm，如图2—3（c）
所示。这些絮团是由几十个到几百个球形单粒附聚起来的。从气缸排出后，气体
温度下降，球形单粒尺寸基本不变，而絮团则继续增大。当温度低于300℃以下
时，絮团增大特别明显，这可能是由于某些气相物质开始凝结并为微粒所吸收。
柴油机中燃料的高温裂解反应是不可避免的，特别在空间混合燃烧的柴油机
中，由于高温气体包围着液态的油滴，造成了有利于裂解反应的条件，因此在燃
烧初期产生了大量的碳粒，这一点已为燃烧过程的高速摄影所证实。柴油机在正常燃烧时，在排气门打开以前，燃烧过程初期所形成的大量碳粒可以基本烧完，所以排气基本上是无烟的。只是在某些不利工况下，碳粒不能及时燃烧反而团聚吸附，在气缸中和排气过程中形成更大的碳烟粒子或絮团，使排气冒黑烟。2.4 影响柴油机排放物生成的主要因素
现将影响HC、CO、NOx的生成和消失的主要因素分述如下：
１．过量空气系数
柴油机中的HC、CO、NOx的生成与过量空气系数ａ变化有关。当燃烧室及供油系统的结构参数一定时，对于某一ａ值，CO排放浓度最低，偏离这一数值时，CO的排放浓度均要增加，如图2—4所示。
图2—4 过量空气系数a对CO浓度影响
ａ减小时CO浓度增加的主要原因是：当ａ减小时，循环喷油量增加，而氧浓度并没有增加，造成燃烧室内局部缺氧。另外，一般来讲，随着循环喷油量的增加，发动机的转速也升高，混合气形成和燃烧的时间变短，混合气品质变差，
的反应时间也随之缩短，部分CO来不及继续混合气不均匀的程度加剧。CO与O
2
氧化变成CO
就排出机外，造成CO排放浓度的增加。
2
ａ增加时CO浓度增加的主要原因是：当ａ增加时，混合气变稀，燃烧室内
柴油机PM排放控制技术探讨 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。 本论文共分四章：第一章绪论部分简要概述了本课题的研究思路、现状分析及净化措施；第二章阐述了柴油机的有害排放物的生成机理及危害，提出了本论文主要研究工作和基本思路；第三章讲述了柴油机有害排放物的净化措施等问题并进行了讨论；第四章对本课题的研究结果进行了总结。 关键词：车用柴油机；有害排放物；净化措施 Abstract This paper and composition of the vehicle diesel engine to human PM the dangers of life facing some problems, through the creation of pollutants of diesel mechanism, influencing factors and other aspects, further describes the purification of diesel engine pollutants nature of problems measures to higher quality, optimizing the emissions vehicle diesel engine, so as to meet environmental requirements, further protect us lazy to survive homes. This paper is divided into four chapters: the first chapter the introduction section of this topic briefly summarizes the current research approach, analysis and purification measures; The second chapter expounds the harmful emissions from diesel generating mechanism and harm, proposed the this thesis mainly research work and basic ideas; The third chapter of a diesel engine harmful emissions purification measures and discussed issues; The fourth chapter of this topic research results are summarized. Keywords: automotive diesel engine; Harmful emissions; Purification measures
柴油机尾气后处理技术
基础开发室性能组
李兴民 2009.4
内容
尾气后处理技术简介 柴油机尾气的组成 后处理基础知识 典型后处理布置方案
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
尾气后处理技术简介
为什么要采用尾气后处理技术？ 为了满足越来越苛刻的环保法 规要求，仅仅依靠发动机本体 的技术措施已经不能满足法规 的要求，专门针对发动机尾气 采用物理、化学方法进行净化 处理的方法叫做发动机尾气后 处理技术
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
排放法规
2 (8%)
cu rve
8 (9%) 10 (8%)
Torque
Fu ll l oa d
6 (5%)
4 (10%) 75% load
12 (5%)
5 (5%)
3 (10%) 50% lo ad
13 (5%)
7 (5%)
9 (10%)
25% load
11 (5%)
1 (15%) idle
250
A
B
C
Engine speed
100 Torque [%]
200
50
150
0
Engine speed [%]
100
-50
50
-100
0 0
Urban
600
Rural Time [sec]
-150 1200 Motorway 1800
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
柴油机的排放与控制 第一节柴油机的废气排放及生成机理的认知 柴油发电机组中，柴油机的废气排放是造成环境污染的重要来源，其中成份中除99.7%（75.5%的N2、10%的CO2、8%的水蒸汽和6%的O2）对人类无害外，其余的0.3%（0.2%的NO、0.01%的NO2、0.03%的HC和0.05%的CO、0.01%的SO2和小于0.01%的PM）都是有害物质，它是形成酸雨和破坏臭氧层的罪魁祸首。柴油机对环境的污染主要有下列三个方面：一是柴油机的废气排放物对大气的污染；二是噪声对环境的污染；三是废油、废水对土壤或地表水的污染。其中，尤以废气排放对人类健康的危害最大。柴油机排放的废气中包含有气态、液态及固态的污染物。气态污染物中含CO2、CO、H2、NO X、SO2、HC、氧化物、有机氮化物及含硫混合物等。 柴油是在533K～625K的温度范围内从石油中提炼出来的碳氢化合物。其中各成分质量分数分别是碳87%,氢12.6%,氧0.4%。碳氢化合物燃料完全燃烧时,将只产生CO2H2O,没有其它成分。和汽油机相比,柴油机的CO和HC排放均比较小,这是因为柴油机总体来说在稀混合气下运转,平均过量空气系数一般在1.5～3之间,CO生成后可以得到进一步的氧化;作为汽油机HC排放的主要来源——狭缝效应在柴油机中大为弱化,原因是柴油机中进入狭缝的是空气而不是可燃混合气,因此HC排放得到大幅度降低。NO x的排放与汽油机在同一个数量级,微粒排放则要大几十倍甚至更多,所以NO x和微粒是柴油机最主要的排放物。
近年来随着科技水平的发展和对柴油机研究的深入,通过机内机外净化措施已经大大改善了柴油机的排放水平。为防止高压喷射带来的氮氧化物排放增加,必须延迟喷油,这样又导致热效率下降。要想从根本上解决排放问题,需要对NO x和微粒这两种主要排放物的生成机理有深刻的认识。 一、NO x的生成机理 氮氧化物包括NO、NO2、N2O3 、N2O、N2O5、N2O4、NO3等,在化石燃料的燃烧过程中生成的氮氧化物主要是NO和N2O,其中以NO 为主。以煤的燃烧为例,NO占90%以上, N2O占5～10%。燃烧过程中NO x来源于燃料中的氮化合物和空气中的氮气的氧化过程,过去已经有大量的研究人员从事NO x的生成机理方面的研究。按其生成的基础理论,NO x可分为热力型NO x和燃料型NO x两大类,其中热力型NO x 又分为捷里德维奇(Zeldovich)NO x和快速型NO x。燃料中含氮量的不同以及氮元素在燃料中的存在形态的不同和燃烧方式的不同,使这两种氮氧化物的比例有很大区别。 1.热力型NO x。热力型NO x源于燃烧过程中空气中的氮气被氧化成NO,它主要产生于温度高于1800 K的高温区,其反应机理可以捷里德维奇(Zeldovich)模型描述,而且从扩大的模型的常用反应常数看,生成速度比较缓慢: N2 02 →NO NN 02 →NO 0N 0H →N0 H 热力型NO x的主要影响因素是温度和氧浓度。随温度和氧浓度的增加,热力型NO x的浓度增加。因此,降低热力型NO x的基本原理就是降
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、
船用柴油机氮氧化物排放控制技术规则修正案MEPC 58/23/Add.1 船用柴油机氮氧化物排放控制技术规则修正案 (2008年氮氧化物技术规则) 引言 前言 1997年9月26日，《经1978年议定书修正的〈1973年国际防止船舶造成污染公约〉》(MARPOL 73/78)当事国大会以大会决议2通过了《船用柴油机氮氧化物排放控制技术规则》(《氮氧化物技术规则》)。《防污公约》附则VI,《防止船舶造成空气污染规则》于2005年5月19日生效后，该附则第13条适用的所有船用柴油机都必须符合本规则的规定。2005年7月，环保会第53届会议同意修订《防污公约》附则VI和《氮氧化物技术规则》。2008年10月，环保会第58届会议完成了审议，本《氮氧化物技术规则》(以下简称本规则)就是该过程取得的结果。 作为一般性的背景信息，在燃烧过程中形成氮氧化物的先决条件是氮和氧。这些成分一起构成柴油机吸入空气的99,。在燃烧过程中氧气将被消耗，多余氧气的数量是空气/燃料比的函数，柴油机在此情况下运转。氮在燃烧过程中大多未起反应;但有很小一部分将被氧化形成多种形式的氮氧化物。能够形成的氮氧化物(NO)包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO)，其总量主要是火焰或燃烧温X2 度的函数，以及存在于燃料中有机氮(如果存在)数量的函数，氮氧化物的形成还是氮和多余氧气在柴油机燃烧过程中暴露在高温下时间的函数。换句话说，燃烧温度愈高(如高峰值压力、高压缩比、高供油比率等)，所形成的氮氧化物总量就越大。通常低速柴油机所形成的氮氧化物量比高速机要大。氮氧化物能引起酸化，形成对流层臭氧，营养富集等不良环境影响，对全球人类健康造成危害。
柴油机排放的环境保护 赖可坚邹颂宇田少民 工程机械对环境的影响主要有三：一是柴油机的废气排放物对大气的污染；二是噪声对人居环境的污染；三是废油、废水对土壤或地表水的污染。其中，尤以废气排放对人类健康的危害最大。 1、废气中的污染物及其危害 柴油机排放的废气中包含有气态、液态及固态的污染物。气态污染物中含有CO2、CO、H2、NOx、SO2、HC、氧化物，有机氮化物及含硫混合物等；液态污染物中含有H2SO4、HC、氧化物等；固态污染物有碳、金属、无机氧化物、硫酸盐，以及多环芳烃(PAH)和醛等碳氢化合物。 上述污染物中，最主要的是CO、HC、NOx以及固体微粒(PM)。CO 是柴油不完全燃烧产生的无色无味气体；HC也是柴油不完全燃烧和气缸壁淬冷的产物；NOx是NO2与NO的总称，它们都是在燃烧时空气过量、温度过高而生成的氮气燃烧产物，NO在空气中即被氧化成NO2，NO2呈红褐色并有强烈气味；PM是所排气体中可见污染物，它是由柴油燃烧中裂解的碳(干烟灰)、未燃碳氢化合物、机油与柴油在燃烧时生成的硫酸盐等组成的微粒，也就是我们常见的由排气管冒出的黑
烟。相对汽油机而言，柴油机的CO和HC排放量较少，主要排放的污染物是NOx和PM。 CO通过呼吸道进入人体后，会同血红蛋白结合，破坏血液中的氧交换机制，使人缺氧而损害中枢神经，引起头痛、呕吐、昏迷和痴呆等后果，严重时会造成CO中毒。 HC中含有许多致癌物质，长期接触会诱发肺癌、胃癌和皮肤癌。 NO2刺激人眼黏膜，引起结膜炎、角膜炎，吸入肺脏还会引起肺炎和肺水肿。 HC和NOx在阳光强烈时的紫外线照射下，会产生光化学烟雾，使人呼吸困难、植物枯黄落叶、加速橡胶制品与建筑物的老化。 PM被吸入人体后会引起气喘、支气管炎及肺气肿等慢性病；在碳烟微粒上吸附的PAH等有机物，更是极有害的致癌物。 2、柴油机的排放标准 为了控制废弃污染，许多国家都制订了相应的环保法规和排放污染物防治的技术政策，以及控制排放污染物限制的技术监督标准。欧盟柴油机稳态试验(试验程序ESC)时的排放标准如附表所示。 我国已于2000年实施了“压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法(GB17691-1999)”、“压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆可见污染物限制及测试方法 (GB3847-1999)”等排放标准。这些强制性的国家标准等效采用了联合国欧洲经济委员会(ECE)有关汽车排放控制的全部技术内容，这意味着我国对新车的排放要求已达到欧洲90年代初期水平，比旧有的
柴油机NOx排放控制技术 ( 本站提供 应用行业： 阅读次数：4 )【字体：大中小】 柴油机自1892年问世以来，凭借其良好的动力性、经济性和耐久性等优点在各种动力装置、船舶和车辆上得到日益广泛的应用。欧洲和日本在70年代就基本实现了载货汽车和大型客车的柴油机化。从80年代后期开始，轿车上也越来越多的应用柴油机，例如目前德国生产的1.4L-2.0L排量的小轿车中，柴油机轿车占61%，而法国轿车柴油机的比例高达88%。从世界范围来看，汽车柴油化已经成为一种不可逆转的趋势。柴油机与同等功率的汽油机相比，微粒和NOX是排放中两种最主要的污染物。目前，世界各国都在致力于减少柴油机颗粒排放的技术研究，并且已经取得了实质性的进展。由于柴油机排气微粒与NOX的生成机理不同，因此减少微粒的同时又增加了NOX的排放，同时微粒的减少又使得催化剂中毒得以有效的扼制，从而使采用机外催化技术净化NOX成为可能。今后研究的重点应转向使柴油机排放的微粒与NOX同时减少。 2 柴油机NOX排放的危害和生成机理 2.1 柴油机NOX排放的危害 柴油机排出的NOX中，NO约占90%，NO2只是其中很少的一部分。NO无色无味、毒性不大，但高浓度时能导致神经中枢的瘫痪和痉挛，而且NO排入大气后会逐渐被氧化为NO 2。NO2是一种有刺激性气味、毒性很强(毒性大约是NO的5倍)的红棕色气体，可对人的呼吸道及肺造成损害，严重时能引起肺气肿。当浓度高达100×10-6体积浓度以上时，会随时导致生命危险。 NOX和HC在太阳光作用下会生成光化学烟雾，NOX还会增加周围臭氧的浓度，而臭氧则会破坏植物的生长。此外，NOX还对各种纤维、橡胶、塑料、电子材料等具有不良影响。 基于上述原因，柴油机排放物中的NOX对环境的严重污染引起了世界范围的普遍关注，因此各国限制其排放的法规亦越来越严格，表1是美国、日本、欧洲对重型柴油载货车NOX排放的有关规定。 表1 柴油机NOX排放的限值 单位：g/kW.h 试验循环工况 过渡工况 日本十三工况 欧洲十三工况 采用年份 美国 日本 欧洲 1997 6.67 7.75(直喷)6.76(非直喷) 7.96 1998 5.33 - - 1999 - 4.48(建议) 4.97(建议) 2004 2.67 - -
2012年汽车排放与环境保护复习提纲 1.柴油机冷启动阶段容易产生（白烟）。 2．汽油机怠速和小负荷工况时，转速低、汽油雾化差，燃烧速度慢，需要供给(浓混合气 )。 3. 在微机控制的点火系统中，基本点火提前角是由（）和（）两个参数数据所确定的。 4.汽油机主要排气污染物是（） 5.汽油机采用二次空气喷射的目的是为了减少（）排放。 6.汽油机采用热反应器的目的是为了减少（）排放。 7. 从汽车排气净化出发，汽油机的怠速转速有（提高）的趋向。 8.电喷汽油机在起动、暖机工况时汽油机在工况时，一般需要供给( )混合气。 9. 多点电控汽油喷射系统中，进气量间接测量方式有哪些？ 10. 废气涡轮增压后进气温度上升对NO排放浓度的影响是使NO排放（增加）。 11.推迟柴油机喷油定时，NO排放浓度（减少）。 12. 柴油机喷油延迟将引起柴油机烟度（增加）。 13. 柴油机燃用十六烷值低的柴油，NO排放（增加）。 14. 柴油机燃料的十六烷值较高时，碳烟排放会（增加）。 15. 柴油机提高喷油压力，碳烟排放会（降低） 16. 随汽油机暖机过程进行， NOx排放量逐渐（增加） 17. 汽油机采用EGR的目的是为了减少（）排放。
18. 汽油机一氧化碳排放的主要影响因素是（空燃比） 19. 从降低汽油机NO排放的角度出发，点火提前角应( 减 小 )。 20. 汽油机采用曲轴箱强制通风目的是降低（ HC ）排放 21. 汽油机小负荷、低速运转时（如怠速），PCV阀流通截面是（减小） 22. 柴油机喷油延迟将引起柴油机NOx排放（）。 23. 世界各国的排放法规规定，HC用（）测量。 24. 世界各国的排放法规规定，排气中的氧常用（）测量。 25. 当需要从总碳氢THC中分出无甲烷碳氢化合物NMHC时，一般采用（）测量甲烷。 26. 汽油机的冷启动性与汽油基本特性中的（ 10%馏出温度）有关。 27. OBDII主要监测功能中的点火系统失火诊断采用监测（）方法监测。 28. 柴油机喷油延迟将引起柴油机碳烟排放（增加）。 29. 汽车排放造成大气污染的物质大致可以分为和两类。二氧化碳的 也相应地持续增强，必然对全球性的气候造成不良影响。 30.柴油机电子控制系统的计算机根据和信号决定基本的喷油量及喷油时刻。
柴油机后处理净化技术 1.氧化催化转化器 氧化催化转化器是利用催化剂，象滤清器那样通过排气，将有害成分HC、CO、NOx进行化学反应转化为无害的CO2、H2O和N2的反应器。 减小污染物浓度的原理： 把一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和颗粒中的可溶性有机物SOF成分氧化成二氧化碳和水。 氧化催化转化器的结构： 主要由壳体、衬垫（减震层）、载体和催化剂涂层四个部分组成。 ①壳体通常为不锈钢材料，防止高温氧化脱落。 ②衬垫通常为陶瓷材料；隔热性、抗冲击性、密封性和高低温冲 击性优于金属网。 ③载体材料主要有蜂窝陶瓷载体和金属载体两种。 ④催化剂涂层。涂层（γ-Al2O3）+主催化剂（铂Pt、钯Pd） 2.NOx机外净化技术 （1）吸附催化还原法(LNT) 催化剂活性成分：贵金属和碱土金属 在富氧气氛下，用吸附剂MO先将NOx储存起来： 然后在贫氧的还原气氛下进行分解和还原，其反应如下：
（2）选择性催化还原(SCR) NOx的催化还原技术有：选择性非催化还原（SNCR）、非选择性催化还原（NSCR）和选择性催化还原（SCR）三种方式，其中以选择性催化还原（SCR）技术在柴油机上的研究最为广泛。 工作原理： 以NH3或者HC作为还原剂，在催化剂的作用下将NOx转化为无害的氮气（N2）和水蒸气（H2O）。 （3）等离子辅助催化还原(NTP) 机理：空气经过低温等离子体作用后，产生一系列氧化性极强的自由基（OH*、HO2*）、原子氧（O）、臭氧（O3）等强氧化物质，这些物质将发动机尾气中的NO氧化，并转化为NO2
3. 颗粒物机外净化技术 微粒捕集器（DPF ）对颗粒物进行捕集是最可行的一种后处理技术。此外，也有使用等离子体净化技术和静电分离技术等法对颗粒物进行脱除。 （1）DPF 结构 陶瓷蜂窝载体 陶瓷纤维编织物 22O O ??→2O N NO N +??→+2N O NO O +??→+*N OH NO H +??→+2NO O NO +??→*222NO OH NO H O ++??→** 22NO HO NO OH +??→+323NO O NO +??→
船用柴油机氮氧化物排放控制技术规则修正案 (2008年氮氧化物技术规则) 引言 前言 1997年9月26日，《经1978年议定书修正的〈1973年国际防止船舶造成污染公约〉》(MARPOL 73/78)当事国大会以大会决议2通过了《船用柴油机氮氧化物排放控制技术规则》(《氮氧化物技术规则》)。《防污公约》附则VI－《防止船舶造成空气污染规则》于2005年5月19日生效后，该附则第13条适用的所有船用柴油机都必须符合本规则的规定。2005年7月，环保会第53届会议同意修订《防污公约》附则VI和《氮氧化物技术规则》。2008年10月，环保会第58届会议完成了审议，本《氮氧化物技术规则》(以下简称本规则)就是该过程取得的结果。 作为一般性的背景信息，在燃烧过程中形成氮氧化物的先决条件是氮和氧。这些成分一起构成柴油机吸入空气的99％。在燃烧过程中氧气将被消耗，多余氧气的数量是空气/燃料比的函数，柴油机在此情况下运转。氮在燃烧过程中大多未起反应；但有很小一部分将被氧化形成多种形式的氮氧化物。能够形成的氮氧化物(NO X)包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，其总量主要是火焰或燃烧温度的函数，以及存在于燃料中有机氮(如果存在)数量的函数，氮氧化物的形成还是氮和多余氧气在柴油机燃烧过程中暴露在高温下时间的函数。换句话说，燃烧温度愈高(如高峰值压力、高压缩比、高供油比率等)，所形成的氮氧化物总量就越大。通常低速柴油机所形成的氮氧化物量比高速机要大。氮氧化物能引起酸化，形成对流层臭氧，营养富集等不良环境影响，对全球人类健康造成危害。 本规则旨在为船用柴油机试验、检验和发证规定强制性程序，以使柴油机制造厂、船东和主管机关能够确保所有适用的船用柴油机符合附则VI第13条规定的关于氮氧化物排放限值。在制定一系列简单实用的要求(其中对确保符合氮氧化物排放允许值的措施作了定义)时，已认识到精确制定船用柴油机实际加权平均氮氧化物排放量的困难。 鼓励主管机关在适当受控条件下能进行精确试验的试验台上，对船用推进系统和辅柴油机的排放性能进行评估。本规则的一个重要特点就是在这个初始阶段确保符合附则VI第13条。其后的船上试验将不可避免地受限于范围和精确度两方面，其目的应为推理或推断排放性能和证实柴油机的安装、操作和维护遵循了制造厂的规范，以及任何调整或改装没有偏离制造厂初次试验和发证确立的排放性能。
第一节柴油机排放的特点 一、柴油机排气污染物的种类及特点 柴油机排气的有害成分主要有CO'HCNO-、硫化物以及颗粒物、臭味气体等。由于沾油机使用的混合气的平均空燃比较理论空燃比大，故其C0及HC排放明显低于汽油机;但柴油机NO,的排放、颗粒物及臭味气体却十分突出11]9 柴油机颗粒物的排量远髙于汽油机，这已被大量的试验证明。图6-1为柴油车与汽油车的微粒排放数量比较[2:,图中D和G分别表示柴油车和汽油车，D和G后面的字母a、b、c 等表示车辆编号，试验车辆均满足日本2000年的排放标准。柴油车和汽油车的微粒排放平均浓度分别为2.13 xlO8个/cm3和5.48 xlO5个八.m3,柴油车和汽油车的平均微粒排放数量分别为5.23 x 1014个/km和6. 36 x 10"个/km。可见，柴油车排放的微粒数量远高于汽油车。另外，试验时环境大气中的微粒物平均浓度为2. 92 x如个/cm3,可见,汽油车的微粒排放浓度远大于环境大气。表6-1为装备柴油机的2t载重车与其他发动机的汽车排气中的污染物NO,和PM比较。柴油车排放的也远高于汽油车：如第二章听述,颗粒物的危害性很大,有致癌和致突变的嫌疑，因此柴油车排气的危害远高于其他汽车。 225
225 由于柴油中挥发性差的大分子碳氢化合物含量高于汽油，因此，柴油机排放的HC 与 汽油机有所不同：在柴油机燃烧过程中，喷雾中氧气不足使大量的燃油分子髙温分解，并 引起烃分子之间的化学反应，导致HC 成分复杂、含有高沸点（多为高相对分子质量)的碳 氢化合物成分多。图6 - 2为柴油机NM0G 排放中不同C 原子数的HC 排放量比较,与使 用普通柴油的发动机HC 排放相比，安装了DPF 并使用低硫柴油的发动机和使用低芳烃 及低硫柴油的普通柴油机可降低绝大多数成分的碳氢化合物排放量。 二、柴油机排气污染物控制的困难 柴油车的排放特点是，危害很大的PM 和N0，的排放远高于其他车辆，HC 和C0的 排放不多,问题不突出。因此柴油车的NO,和PM 的降低一直是柴油机排放控制的重点， 各个国家或地区的法规对这两类污染物的限制越来越严格（图6-3和图6-4)。从1994 年以来，欧盟各成员国及美国和日本的柴油轿车N0X 和PM 的限值分别沿着Eurol — Euro2—>Euro3—?Euro4—+Euro5、TieiO —Tierl ~*Tier2( Bin9) —>Tier2 ( Bin5 )和短期一》■长期 新短期—新长期—新长期后的路线不断加严EUR 06标准也已制定,这使柴油车的污 染物控制面临空前的挑战。欧盟各成员国和日本的柴油载重车NO,和PM 限值的路线与 柴油轿车基本相同，美国的则与柴油轿车有较大差别。
对柴油机喷油系统排放控制技术切实可行的改进办法 摘要: 经济发展的进程中，柴油机以其自身的优势广泛的应用于农业机械、建筑工程机械、航船机械以及汽车动力系统等多种领域。柴油机要想保持充足的动力，就必须使得自身的喷油系统在整个运作环节保持通畅。而喷油系统自身聚集着精密的构件，加之原油质量参差不齐，所以在柴油机运作的过程中，燃烧柴油排放在大气中N2,C02，CO,Nox以及微粒碳烟等物质都会给大气环境和人类的健康构成威胁。为了打造更加环保节能的生存环境，改进柴油机喷油系统排放控制技术就显得尤为重要。 关键词：柴油机喷油系统排放控制改进办法 一、柴油机喷油系统有害排放物的形成机理及危害 柴油机本身就是一种集多种功能、组成部分等因素为一体的动力系统。柴油机原油在油缸内燃烧过程中，一部分有害物质会随着燃烧废气排放到外界。而有害气体的排放究其根本是是受喷油系统、气流传输系统以及缸内的燃烧机理等主要因素的制约。在探究柴油机喷油系统有害物排放的形成机理及其危害就要着眼于这些角度。 柴油燃烧排放在大气中的CO,HC,Nox等物质是对人类安全造成威胁的主要物质。这些物质释放到空气中对于人的视力、体制都早成了极大的威胁，长期的置身于这样的环境当中，也有可能引发致癌物质，危及生命安全。 喷油系统中的柴油在燃烧的过程中，排放产物由于燃烧的温度不高，燃烧的不彻底，在中间环节喷油的速度过于缓慢等因素，在整个
的氧化还原的环节，就没有能够与O2很好的反应，致使柴油机负荷率过高，CO随之产生。 喷油系统在经过喷油器压燃的环节对柴油实施动力释放，因此这个环节进行的过程中在喷油燃烧室停留的时间很短促，油体燃烧的沉积物由于受到这种时间限制，加之空间局限性，最终致使气体燃烧化合后与空气的浓度比不能达到万群燃烧的要求，就使得未燃烧的烃等物质随之产生。 Nox是喷油系统完成喷油燃烧之后，氧原子和氮气在较高温度和压强之下化合的产物。其浓度随着燃烧过程的承载能力而变化。在其分子结构当中，我们可以很清晰的看出，Nox的主要构成成分主要是对人体健康极易造成威胁的NO。在对柴油机的喷油系统的主要类型进行分析之后，我们知道直喷柴油机和羽然柴油机是其主要的使用类型。不管是哪一种类型，在对柴油进行燃烧的过程中，Nox的释放量都与柴油机的承载能力和喷油的运转速度直接相关。 二、影响柴油机有害物排放的主要因素 影响柴油机有害物质的排放的因素众多，要想采取行之有效的措施，切实的控制有害气体烦人排放量，就需要我们对其影响因素进行相应的掌控，以期对症下药。 柴油机要想正常的运作，燃料是其原动力。而燃料中所蕴涵的芳香烃、烷烃或者S的含量直接影响着柴油燃烧与氧气接触之后的形成物质的成分。将含有钡族金属类可溶性的物质添加到原有之中，就能够制约碳烟的排放。
当下常用柴油机后处理技术： 1SCR（Selective Catalytic Reduction 选择性催化还原技术） 1.1NH3- SCR 1.1.1反应原理 使用尿素水溶液作为氨气来源，这种溶液尿素质量分数为32.5%，符合DIN V70070国际标准，市 场上也称之为“AdBlue”溶液。当尿素水溶液被喷射到排气管中后，与高温的废气混合，尿素水溶 液经过气化、热解和水解等一系列复杂的化学反应生成氨气和二氧化碳，简单可以分为两步。 第一步: 热解反应 CO(NH2)2→加热→NH3+ HNCO 第二步: 水解反应 HNCO+H2O→催化剂→NH3+CO2 尿素分解释放出的氨气与废气中的NO x发生化学反应，具体反应方程式如下 4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O 4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O 8NH3+6NO2→7N2+12H2O 1.1.2控制方法 尿素SCR系统主要由后处理控制单元( DCU)、尿素泵( SM)、喷嘴( DM)、尿素罐、SCR 催化器及 相应液力管路和电气线束构成，如下图所示。 DCU为主控制单元，处理传感器信号、计算尿素喷射量并对各种执行器进行控制。SCR 系统开始 工作时，DCU首先确认系统是否处于正常状态，然后发出指令使尿素泵开始加压，压力使尿素水溶 液开始流动。控制单元通过CAN总线与发动机的ECU进行通讯，获得发动机的运行参数，再加上 催化器上游温度信号，计算出尿素喷射量，驱动喷嘴将适量的尿素水溶液喷射到排气管内，按反应 机理还原尾气中的NO x，多余的尿素被送回到尿素罐内。 1.1.3存在的问题 1.1.3.1低温工况下NO x转化率低 尿素在废气温度为160℃左右时，开始发生热解反应产生异氰酸(HNCO)和一部分氨气。由于尿 素热解需要吸收大量的热量，当排气温度较低时热解速度较慢。有关研究表明，温度为330℃时 仅有20%左右的尿素可以发生热解，而400℃时有50%的尿素发生热解，剩下的尿素只能到达 催化剂表面后完成热解。当外界环境温度较低或发动机时，发动机废气温度很可能达不到要求， 不能产生足够的氨气，反应效率低下，后处理系统不能发挥应有的作用。对此的对策是开发低 温催化剂，改善尿素溶液喷射装置使喷射出的液滴更小，安装水解催化剂促进尿素低温水解等 等。 1.1.3.2尿素结晶 由于排气管的材料一般为不锈钢，废气与排气管内壁之间存在一定的温度差，如果尿素溶液在 较低的温度下喷射到排气管中，势必有部分雾化后的尿素小颗粒会附着在管壁上形成液膜，进 而会产生晶体。其原因是在温度范围为132 ～180℃的低温条件下，尿素除了正常分解外，还 会发生另外的一系列副反应产生副产物，如三聚氰酸C3N3(OH)3、缩二脲NH(CONH2)2 和三聚氰胺C3N3(NH2)3等。
一、填空题 1、汽车排放的污染物主要有_ 一氧化碳_、氮氧化合物_、_ 碳氢化合物__和__微粒____。 2、柴油机氮氧化物的生成主要受三个要素的影响,分别是_ 喷油定时_、 放热规律___和 负荷与转速的影响_。 3、三元催化转化器的起燃特性有两种评价方法,对于催化剂常用__ 起燃温度 __来评价,而对于整个催化转化系统则用__ 起燃时间 _来评价。 4、微粒捕集器的过滤机理存在四种,即_ 扩散机理、 拦截机理_、 惯性碰撞机理_、 重力沉积机理_。 5、电控柴油喷射系统已发展了三代，第一代是 位置控制_ 系统，第二代是_ 时间控制__系统，第三代是 电控高压共轨 系统。 6、目前控制汽油机氮氧化物排放最主要的措施是_ 废气再循环技术_。 7、常用排放污染物取样系统有 直接取样系统___、_稀释取样系统_和_定容取样系统_。 8、汽油发动机中未燃HC 的生成主要来源于_ 燃烧室未燃燃料、 窜入曲轴箱的未燃燃料和 燃油系统蒸发的燃油蒸汽_ 三种途径。 9、缸内直接喷射汽油机与其它汽油机相比，最大区别是_ 汽油喷射的位置_。 10、EGR 率是指 ×100%+返回废气量进气量返回废气量 11、为使三元催化转化器的净化效率达到80%以上，其过量空气系数(Φa) “窗口”应达到的要求是“窗口”很窄，宽度只有_ 0.01~0.02__。 12、生成氮氧化物的三个要素是_ 混合气浓度_、 温度_和 氧浓度_。 13、目前微粒捕集器被动再生的方法主要有 化学催化的方法_。 14、排气成分分析中，CO 和CO2用_ 不分光红外线气体分析仪_测量，NO 用_ 化学发
光分析仪_测量，HC用 _ 氢火焰离子型分析仪_测量，氧多用顺磁分析仪_测量。 15、烟度的测量方法主要有两类：滤纸法__和消光度法__。 16、目前,各国正纷纷开发各种代用燃料以解决未来石油能源枯竭的问题,其中最主要的代用燃料是天然气__、液化石油气_、醇类燃料__和植物油__。 17.汽车排放污染主要来源于发动机排出的废气。 18.柴油机的主要排放污染物是微粒_ 、氮氧化物和碳氢化合物 _。 量主要与负荷、转速_有关。 19.发动机排出的NO X 20开环控制EGR系统主要由__EGR阀__和___EGR电磁阀__等组成。 21.在开环控制EGR系统中，发动机工作时，ECU给EGR电磁阀通电停止废气再循环的工况有：高速大负荷_、高速小负荷 _、部分负荷__。 22.随发动机转速和负荷减小，EGR阀开度将_增大__。 23.三元催化转换器的功能是_ 将发动机排出的废气中的有害气体转变为无害气体，有效地降低废气中的一氧化碳、碳氢化合物及氮氧化物的含量___。 24.给发动机控制模块反馈信号的传感器主要有_ 进气压力传感器__ 、转速传感器___。 27.废气再循环的主要目的是_ 控制氮氧化合物的排放__。 28.减少氮氧化合物的最好方法就是_ 降低进气温度_。 29.废气在循环会使混合气的着火性能和发动机输出功率 _降低_。 30.目前所用的二次空气供给方法有__空气泵系统__ 、__脉冲空气系统__两种。 、HC 。 31.汽油机的主要排放污染物是 CO 、NO X 32.EGR系统主要有机械式 EGR系统和电控式 EGR系统。 33.二次空气供给系统在一定情况下，将额外的空气送入排气管，以降低CO和HC的排放量。 34.装有氧传感器和三元催化转换装置的汽车，禁止使用含铅汽油。 35.发动机工作进行废气再循环时，废气再循环量的多少可用 EGR率来表示。 是控制中的氧气与氮气在高温、富氧条件下形成的。 36.NO X 37．三元催化转换器正常起作用是以减少_ HC、CO 、NO __的排放。 X
柴油机后处理技术
Legislation
Emission Reductions Evolution
16 14
* PM scale x10 *
NOx -86%
18 years
PM -95%
13 years
12 10 8 6 4 2 0
98 00 90 94
Euro 0 Euro 1
-43%
g/kW.hr
-12% -29% -56%
Euro 2
-30% -80%
Euro 4
-33%
Euro 3
-43%
Euro 5
02
96
04
92
06
08 20
19
19
19
20
20
19
20
19
20
20
10
Aftertreatment Technology Options
Diesel Engine Emission Technology Approach
Emissions Level Euro-Ⅱ Euro-Ⅲ Euro-Ⅳ Euro-Ⅴ Euro-Ⅵ
Fuel Sulfur(ppm) 2000 Electric Control Fuel Injection Pressure (MPa) Turbocharging and Intercooling 80 Turbocharge
300 √ 120 Turbocharge
<10 √ 160 Variable Geometry Turbochgar ge(VGT)
<10 √ 200 Variable Geometry Turbochgar ge(VGT)
<10 √ 240 Variable Geometry or Multistag Turbochar ge LTC
Exhaust Gas Recirculation at Full Load Aftertreatment
None
<5%
<15%
<20%
None
None
DPF
SCR+DPF
SCR+DPF
试述柴油机清洁排放控制技术的发展 发表时间：2016-08-04T16:13:06.313Z 来源：《中国科技教育（理论版）》2016年6月作者：马宏伟[导读] 以新一代燃烧技术的发展、演变及特征为出发点，从燃料改质技术、缸内净化技术和后处理技术三方面归纳了柴油机清洁排放控制技术研究的发展。重点分析了各种技术的特点以及对发动机排放的作用与影响。马宏伟 哈尔滨市阿城区交界街道办事处农业综合服务中心黑龙江哈尔滨 150312 摘要以新一代燃烧技术的发展、演变及特征为出发点，从燃料改质技术、缸内净化技术和后处理技术三方面归纳了柴油机清洁排放控制技术研究的发展。重点分析了各种技术的特点以及对发动机排放的作用与影响。关键词清洁排放烯料改质燃油优化后处理控制技术1引言 传统柴油机所造成高的PM和NOx排放的根本原因在于油气混和不好。油气混和不好是由于柴油机固有的燃烧方式所决定的(柴油机属于燃料喷雾扩散燃烧)。燃油在压缩冲程末期被喷入缸内，经过短暂的滞燃期开始自燃着火。由于燃油与空气混合时间短，而且在着火开始时，喷射尚未结束，结果造成了燃烧室内存在因许多局部“很浓”的适宜碳烟产生的区域，以及当量比为1附近的有利于NOx产生的区域(燃烧火焰温度高达2700K)。柴油机这种非均质燃烧的固有性质，使它必然存在NOx和碳烟排放的最低限值。2排放控制的措施和应对方案在今天环境破坏和资源枯竭的双重压力下，各国政府都先后通过各种法律、法规来对农机和汽车市场进行规范，主要技术路线有：燃料改质技术、缸内净化技术及后处理技术。 2.1燃料改质技术 燃料特性对放热率以及自燃着火特性有着显著的影响，这给燃烧过程的控制提供了可能，即通过混合燃料、添加剂、燃料预等各种措施使燃料的自燃着火特性改变，从而实现控制燃烧过程的目的。以下是各种燃烧改质技术的方法和特点介绍。 （1）减少燃油中芳香烃的成分，可以减少NOx的排放； （2）根据燃油的馏程，合理提高燃油的十六烷值，能有效降低NOx的排放； （3）乳化处理。在柴油中加入适当的乳化剂，通过乳化燃料中水的汽化降低缸内燃烧湿度，减少NOx的排放； （4）降低硫含量。含硫量增加，除了会使燃烧过程所产生的硫酸盐固体颗粒增多外，还由于中间产物能够催化碳烟生成，使总的颗粒物数量增加； （5）掺烧消烟剂。在燃油中添加钡、镁、锌等可溶性碱化盐或中性盐，可以减少碳烟的排放； （6）添加含氧燃料。提高柴油中的氧分子含量，有助于降低碳烟的排放。 2.2缸内净化技术 现代柴油技术的发展为控制柴油机混合气的形成和燃烧优化，以及清洁排放提供了更好的控制最高温度，抑制NOx的增加。进气中冷技术可降低进气温度，进一步增加发动机进气量，从而降低燃烧温度，控制NOx的生成。 2.2.1排气再循环技术 排气再循环（EGR）是降低发动机NOx排放的有效技术手段。EGR对NOx排放的降低作用主要来自于再循环排气对燃烧过程的影响，包括热作用、稀释作用、进气温度作用和化学作用等几个方面。 2.2.2可变气门技术 基于可变气门技术的可变压缩比技术，可以改变混合气的密度、压力和温度，从而对燃油的自燃过程产生影响。降低有效压缩比，可以降低缸内的温度和压力，使得NOx排放大幅降低。同时，降低有效压缩比还可以利用较大的膨胀比，实现米勒（Miller）循环，使做功能力增强。 2.2.3燃油喷射技术 以共轨技术为代表的多次喷射技术，被越来越多地应用到新一代清洁、高效柴油机的开发上。多次喷射技术不仅用于缸内燃烧净化，而且被用于后处理系统中的NOx以及颗粒捕捉器等的再生。 2.2.4电控技术 就柴油机先进燃烧模式的控制方法而言，诸多先进的模式（HCCI、PCCI、LTC），排气再循环技术和增压技术是其实现的重要手段。为了得到稳定的、精确的燃烧过程，柴油机燃烧控制已出现较复杂的闭环控制。其中包括基于缸内的控制技术和气路的控制技术。基于缸压的控制技术，可以直接对缸内压力和最大压升率等重要参数进行监控，对燃烧相位、IMEP（指示平均有效压力）、最大缸内压力和最大压升率等重要参数进行闭环控制，也便于发动机燃烧故障诊断，其对过程的控制更直接、更准确；气路的控制技术，是一种基于模型的控制，传感器成本低，但需要建立气路系统的动态模型，通过动态模型来评估或直接监测气路中重要的参数状态（EGR率、进气流量、进气氧浓度、进气温度等），以对气路系统的控制参数和喷油参数进行调整，从而达到控制燃烧过程的目的。 2.3后处理技术 在传统燃烧技术优化过程中，衍生出两条不同的技术途径。一条是通过排气再循环（EGR）把NOx降下来，然后通过排气后处理装置——主要是微粒捕集器或微粒氧化器来降低微粒排放；另一条途径是通过燃烧系统优化，把微粒降下来，但同时允许NOx升高。然后，在排气后处理系统中，通过后处理器降低NOx的排放量。 2.3.1燃烧优化+SCR路线 该路线的主要特点是通过燃烧过程的优化来控制PM，以满足排放的要求。此时NOx的原始排放会有较大幅度的升高，然后通过SCR 技术来有效降低NOx的排放。 农用、车用柴油机SCR的还原剂主要采用名称为“添蓝（Adblue）”的尿素水溶液，通过喷嘴将尿素喷入排气管道分解为氨气作为还原NOx的还原剂。 2.3.2 EGR+BPF路线