柴油机尾气排放控制技术分析

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摘 要：柴油机的尾气排出的污染物对环境的影响非常大，论文结合已有的研究，针对柴油机的燃油品质，机内净化，柴油机后处理技术等方面进行探讨，为提升柴油机尾气排放控制技术做出一定的贡献。

关键词：柴油机；尾气排放；控制技术；净化

中图分类号：TK421 文献标识码：A

1 概述

经济的发展推动着社会机动车保有量的增长，但机动车产业的迅速发展也带来了尾气排放的问题，柴油机排放的NOX和颗粒物等对环境的影响非常明显，制约着社会的和谐发展。虽然各国针对柴油机尾气排放对制定了相关的标准，治理的资金投入也非常庞大，但是污染问题依然非常严重，我国对具有良好排放特性和燃油经济性的柴油车的鼓励支持措施比较大，据估计，到2020年，我国柴油轿车的保有量将占整体市场的30%，与汽油车相比，柴油车效率高，温室气体排放少，具有明显的优势，但其污染问题同样存在，因而研究柴油机尾气排放控制技术具有积极的意义。

2 柴油机的燃油品质

作为汽车发动机的动力源，燃油品质将会决定机车的经济性、动力性、耐用性、排放性能等指标，发达国家在制定柴油燃烧时硫含量排放指标都逐渐收紧，在上世纪90年代初，美国与欧洲柴油中的硫含量都超过了5g/L，进入21世纪，出现了15mg/L的超低含硫量的燃油，但是燃油中硫含量过低，将会导致机械设备的磨损加剧，在降低燃油中的硫含量的同时，还需要添加剂，以免机车磨损加剧。研究表明，稳态工作中低硫燃油对PM的浓度和质量的影响都非常小，但对核态颗粒物有明显的影响。在加速过程中，碳烟排放高，排温高，从而阻止了核态PM的形成；在减速的过程中，碳烟排放低，排气温度低，高浓度的硫酸盐先驱物和未燃油一起形成核态PM。柴油和油中的磷对发动机的性能和原机排放也有明显的影响，并且对后处理装置的性能也有较大的影响。

3 机内净化

柴油机中机内净化技术包含新型燃烧技术、进气管理技术、燃油喷射技术、废气再循环技术等，机内净化技术的发展可以提升柴油机的排放水平，降低对排放后处理性能的要求，使柴油机排放能够满足严格的要求。

3.1新型燃烧技术

新型燃烧技术可以采用均质燃烧或部分均质燃烧，降低碳烟排放和NOX的量，均质燃烧需要通过燃烧系统改变燃油和空气的混合，减小压缩比增加着火滞燃期，从而增加燃油混合与空气的均匀程度。采用低/高EGR可以明显的减少燃烧室的氧含量，从而降低NOX的含量。改进后的燃烧系统，可以提升后期燃烧氧化的效率，有效的降低碳烟排放的浓度。燃烧室形成分层，在燃烧系统中采用CFD仿真计算，对燃烧系统进行优化，有效的降低柴油机NOX和碳烟排放的量。在新型燃烧技术中，采用汽油预混燃降低排放是一种新的燃烧模式，可以推迟、减缓燃烧，对工质进行分层，实现部分预混燃烧。

3.2进气管理技术

柴油燃烧技术中的低温燃烧能够增加废气再循环率，增压技术在其中的应用取得的效果较好，可以增加进气的压力，当前使用较为普遍的增压器有电动增压器、可变参数变压器和二级增压系统。二级增压系统可以提升进气的效率，实现缸内高的空气燃油比率和高的已燃气体比例，达到高热效率和超低的NOX排放，同时控制PM排放。当降低工质的氧含量，稀释燃烧气体，采用低温燃烧技术，但发动机的效率不会受到影响。在柴油机内，会有富油区域出现，出现PM，而采用增压系统能够提供足量的空气来实现稀薄燃烧，形成高的热指示比和快速燃烧，从而具有高的效率。进气管理技术可以对二级涡轮采用高压和低压EGR，能够减少后处理步骤，同时降低PM排放与NOX的排放，并保持燃油经济性不变。冷却EGR技术相对于催化还原技术而言，可以调整废气压力，是降低排放的另一种方式，实现不同工况下的压力差，使废气能够顺利进入进气管，采用铝制叶片，通过压缩机结构设计改进增压器的喘振特性，满足低流量和高流量的工况需要。

3.3燃油喷射技术

在柴油机中采用高喷射压力的燃油喷射技术，可以有效的降低噪声、提高燃油经济性和排放污染物的浓度，通过调整喷射参数，降低燃烧的温度，可将燃烧放热率曲线分成多个阶段，燃油喷射使得着火滞燃期缩短，降低燃烧的温度，减少碳烟排放的氧化程度。燃油喷射系统中采用多次喷射技术，主要有预喷、主喷和后喷，预喷有多个环节，将放热率曲线分解，江都燃烧的噪声和峰值放热，；柴油机采用排放后处理，可以有效提高排气温度和效率。提高燃油喷射的速率可以提升发动机的功率，明显降低碳烟排放。

3.4EGR废气再循环技术

EGR技术可以减少燃烧工质中的氧含量，实现低温燃烧，低温燃烧率保持在60%左右，在高EGR率时，柴油机的NOX和碳烟排放相互制约、相互影响关系转化为燃油和碳烟消耗量，增加压力等缸内燃烧参数降低CO和HC排放，所以柴油机中使用EGR更加适合未来的排放要求。

4 柴油机后处理技术

机内进化技术并不能完全消除污染和碳烟排放的问题，因而采用柴油机后处理技术可以对NOX与PM等污染物进一步的处理，主要包括NOX控制技术和PM控制技术。NOX控制技术可以从选择性催化还原、氧化物存储还原等技术，而PM控制技术可以出去大量的颗粒物，如采用再生技术、PDF材料、HC与CO控制技术等，可以有效的对柴油机后的污染物进行处理，减少污染。此外，柴油机后处理技术还可以结合不同技术的优点，在污染物的控制方面寻求最佳的平衡，从综合的方面进行探索分析。

结语

柴油机的使用逐渐普遍，而其中的尾气问题将会带来较大的环境污染问题，因而研究柴油机的燃烧品质，分析控制尾气排放的技术，以提升柴油机的燃烧效率，提高柴油机的经济性和耐用性等性能，为相关研究提供一定的参考。

参考文献

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