畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）柴油機(jī)NOX排放控制研究

1、 摘要本文論述了柴油機(jī)nox排放物的危害及其控制的必要性，探討了nox的生成機(jī)理，介紹了各種柴油機(jī)nox排放的控制技術(shù)，并分析了各種凈化技術(shù)的特點(diǎn)和存在的問(wèn)題。闡述了柴油機(jī)污染的產(chǎn)生及有害排放的組成，以及當(dāng)今世界排放法規(guī)體系；分析比較了柴油機(jī)排放控制的電控燃油噴射和后處理技術(shù)，對(duì)滿足更高排放法規(guī)的柴油機(jī)排放控制技術(shù)路徑進(jìn)行了探討。 柴油機(jī)的有害排放物是造成大氣污染的一個(gè)主要來(lái)源，隨著環(huán)境保護(hù)問(wèn)題重要性的日趨增加，降低柴油機(jī)有害排放物這一目標(biāo)成為當(dāng)今世界上柴油機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向。為了減少柴油排放對(duì)大氣的污染，開(kāi)展柴油機(jī)有害排放物控制方法的研究，是從事柴油機(jī)設(shè)計(jì)者的首要任務(wù)，本文在這里簡(jiǎn)述幾種降

2、低有害排放物的控制技術(shù)。 關(guān)鍵詞： 柴油機(jī)nox排放排放控制abstractthis paper describes in detail the several typical financing skills and five cars performance parameters comparison. which explained all kinds of insurance and claims knowledge and methods, this paper introduces the principle of skills, from several objective pr

3、oblem solved some of the car performance, choose from understanding, measuring the car, car financing, after-sale service and maintenance and repair of the basic method and procedure, and from side to solve the problems in the channels of financing in buyers choose to suit oneself how cost-effective

4、 car. let the consumer more satisfied, let sellers more at ease. when in further shows the importance of each link financing. keywords: kunstfertigkeit, power, economy 前言 柴油機(jī)自1892年問(wèn)世以來(lái)，憑借其良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和耐久性等優(yōu)點(diǎn)在各種動(dòng)力裝置、船舶和車輛上得到日益廣泛的應(yīng)用。歐洲和日本在70年代就基本實(shí)現(xiàn)了載貨汽車和大型客車的柴油機(jī)化。從80年代后期開(kāi)始，轎車上也越來(lái)越多的應(yīng)用柴油機(jī)，例如目前德國(guó)生產(chǎn)的1.4l-2

5、.0l排量的小轎車中，柴油機(jī)轎車占61%，而法國(guó)轎車柴油機(jī)的比例高達(dá)88%。從世界范圍來(lái)看，汽車柴油化已經(jīng)成為一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。柴油機(jī)與同等功率的汽油機(jī)相比，微粒和nox是排放中兩種最主要的污染物。目前，世界各國(guó)都在致力于減少柴油機(jī)顆粒排放的技術(shù)研究，并且已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。由于柴油機(jī)排氣微粒與nox的生成機(jī)理不同，因此減少微粒的同時(shí)又增加了nox的排放，同時(shí)微粒的減少又使得催化劑中毒得以有效的扼制，從而使采用機(jī)外催化技術(shù)凈化nox成為可能。今后研究的重點(diǎn)應(yīng)轉(zhuǎn)向使柴油機(jī)排放的微粒與nox同時(shí)減少。汽車排放是指從廢氣中排出的co（一氧化碳）、hcnox（碳?xì)浠衔锖偷趸铮?、pm（微粒，

6、碳煙）等有害氣體。它們都是發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒作功過(guò)程中產(chǎn)生的有害氣體。這些有害氣體產(chǎn)生的原因各異，co是燃油氧化不完全的中間產(chǎn)物，當(dāng)氧氣不充足時(shí)會(huì)產(chǎn)生co，混合氣濃度大及混合氣不均勻都會(huì)使排氣中的co增加。hc是燃料中未燃燒的物質(zhì)，由于混合氣不均勻、燃燒室壁冷等原因造成部分燃油未來(lái)得及燃燒就被排放出去。nox是燃料（汽油）在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的一種物質(zhì)。pm也是燃油燃燒時(shí)缺氧產(chǎn)生的一種物質(zhì)，其中以柴油機(jī)最明顯。 因?yàn)椴裼蜋C(jī)采用壓燃方式，柴油在高溫高壓下裂解更容易產(chǎn)生大量肉眼看得見(jiàn)的碳煙。為了抑制這些有害氣體的產(chǎn)生，促使汽車生產(chǎn)廠家改進(jìn)產(chǎn)品以降低這些有害氣體的產(chǎn)生源頭，歐洲和美國(guó)都制定了相關(guān)的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)

7、。其中歐洲標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)借鑒的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，目前國(guó)產(chǎn)新車都會(huì)標(biāo)明發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放達(dá)到的歐洲標(biāo)準(zhǔn)。汽車的出現(xiàn)使我們的經(jīng)濟(jì)生活有了極大的進(jìn)步，但隨著汽車在全世界范圍內(nèi)的使用，汽車文明的副產(chǎn)品汽車尾氣所帶來(lái)的污染也日益嚴(yán)重。目前，全球汽車保有量已超過(guò)9億輛，據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)2010年全球汽車保有量將超過(guò)10億輛。我國(guó)汽車保有量迅速增長(zhǎng)，我國(guó)汽車保有量從2000年底的1609萬(wàn)增長(zhǎng)到2009年底的7619.31萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)汽車保有量將突破1.5億輛。隨著汽車保有量的暴漲，如何控制汽車的有害排放，降低汽車尾氣對(duì)環(huán)境的破壞，已成為能源與環(huán)境研究中的一個(gè)重大課題，也是汽車工業(yè)發(fā)展道路上必須解決的一個(gè)

8、問(wèn)題。1.柴油機(jī)原理簡(jiǎn)介 柴油機(jī)所用燃料是柴油，起評(píng)價(jià)的指標(biāo)是： 1. 發(fā)火性：評(píng)價(jià)柴油的自燃能力，用辛烷值來(lái)表示。 2. 蒸發(fā)性 3. 粘度：燃料流動(dòng)性的尺度 。 4. 凝點(diǎn)：柴油開(kāi)始失去流動(dòng)性的溫度 在結(jié)構(gòu)方面，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)具有基本相同的結(jié)構(gòu)，都有氣缸體、氣缸蓋、活塞、氣門、曲柄、曲軸、凸輪軸、飛輪等。但前者用壓燃柴油作功，后者用點(diǎn)燃汽油作功，一個(gè)“壓燃”一個(gè)“點(diǎn)燃”，就是兩者的根本區(qū)別點(diǎn)。 汽油機(jī)的燃料是在進(jìn)氣行程中與空氣混合后進(jìn)入氣缸，然后被火花塞點(diǎn)燃作功；柴油機(jī)的燃料則是在壓縮行程接近終了時(shí)直接噴注入氣缸，在壓縮空氣中被壓燃作功。 這個(gè)區(qū)別造成了柴油機(jī)在燃料供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有

9、其自己的特點(diǎn)。柴油機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)是由噴油泵、噴油器、高壓油管及一些附屬輔助件組成。 柴油機(jī)燃料輸送的簡(jiǎn)單過(guò)程是：輸油泵將柴油送到濾清器，過(guò)濾后進(jìn)入噴油泵（為了保證充足的燃料并保持一定的壓力，要求輸油泵的供油量比噴油泵的需要量要大得多，多余的柴油就經(jīng)低壓管回到油箱，其它部分柴油被噴油泵壓縮至高壓）經(jīng)過(guò)高壓油管進(jìn)入噴油器直接噴入氣缸燃燒室中壓燃。 為了柴油機(jī)能在怠速穩(wěn)定工作和限制柴油機(jī)超速，在噴油泵上還帶有調(diào)速器。噴油泵是柴油機(jī)燃料供給系統(tǒng)中最精密的部件，它的作用就是根據(jù)柴油機(jī)工況的變化調(diào)節(jié)柴油量，并提高柴油壓力，按規(guī)定的時(shí)間與規(guī)律將柴油供給噴油器。 1.1柴油機(jī)新技術(shù)高壓共軌電子控制燃油噴射技

10、術(shù)簡(jiǎn)介 傳統(tǒng)的柴油機(jī)存在著供油不精確的問(wèn)題，解決的辦法是采用電子控制燃油噴射的技術(shù)。與汽油機(jī)相比柴油機(jī)的電子控制燃油噴射系統(tǒng)有很多相同之處，在整機(jī)電腦管理方面兩者基本相同，但因柴油機(jī)的噴射系統(tǒng)形式多樣，電控系統(tǒng)的硬件也呈多樣形式，同時(shí)柴油機(jī)需要對(duì)油量、定時(shí)、噴油壓力、噴油路等多參數(shù)進(jìn)行綜合控制，其軟件的難度也大于汽油機(jī)。 第一代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)也稱位置控制系統(tǒng)，它用電子伺服機(jī)構(gòu)代替調(diào)速器控制供油滑套位置以實(shí)現(xiàn)供油量的調(diào)整，這類技術(shù)已發(fā)展到了可以同時(shí)控制定時(shí)和預(yù)噴射的 tics 系統(tǒng)。 第二代系統(tǒng)也稱時(shí)間控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是供油仍維持傳統(tǒng)的脈動(dòng)式柱塞泵油方式，但油量和定時(shí)的調(diào)節(jié)則由電腦控制的

11、強(qiáng)力快速響應(yīng)電磁閥的開(kāi)閉時(shí)刻所決定。 第三代也稱為直接數(shù)控系統(tǒng)，它完全脫開(kāi)了傳統(tǒng)的油泵分缸燃油供應(yīng)方式，通過(guò)共軌壓力和噴油壓力時(shí)間的綜合控制，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的供油回路和特性。強(qiáng)力快速線形響應(yīng)電磁閥是各種系統(tǒng)共同的技術(shù)難點(diǎn)。 因柴油機(jī)的噴射系統(tǒng)形式多樣，國(guó)外柴油機(jī)的電控系統(tǒng)也形式多樣，有直列泵和分配泵的可變預(yù)行程 tics 系統(tǒng)，有基于時(shí)間控制泵噴嘴系統(tǒng)，有蓄壓共軌系統(tǒng)和高壓共軌系統(tǒng)等。各種技術(shù)方案都在原有的基礎(chǔ)上發(fā)展，但高壓共軌系統(tǒng)是總的發(fā)展方向。 1.2共軌式電控燃油噴射技術(shù)的原理 共軌式電控燃油噴射技術(shù)通過(guò)共軌直接或間接地形成恒定的高壓燃油，分送到每個(gè)噴油器，并借助于集成在每個(gè)噴油器上的高速

12、電磁開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)啟與閉合，定時(shí)、定量地控制噴油器噴射至柴油機(jī)燃燒室的油量，從而保證柴油機(jī)達(dá)到最佳的燃燒比和良好的霧化，以及最佳的點(diǎn)火時(shí)間、足夠的點(diǎn)火能量和最少的污染排放。 其主要由電控單元、高壓油泵、共軌管、電控噴油器以及各種傳感器等組成。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌，高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測(cè)量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過(guò)高壓油管，根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，由電控單元從預(yù)設(shè)的 map 圖中確定合適的噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。 現(xiàn)在該項(xiàng)新技術(shù)已開(kāi)始在國(guó)外以柴油機(jī)提供動(dòng)力的汽車上投入使用。這是世界汽車

13、工業(yè)為滿足日益嚴(yán)格的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)的必然趨勢(shì)。 1.3共軌式電控燃油噴射技術(shù)的特點(diǎn)與現(xiàn)狀柴油機(jī)共軌式電控燃油噴射技術(shù)是一種全新的技術(shù)，因?yàn)樗闪擞?jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代傳感檢測(cè)技術(shù)以及先進(jìn)的噴油結(jié)構(gòu)于一身。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是： 1. 采用先進(jìn)的電子控制裝置及配有高速電磁開(kāi)關(guān)閥； 2. 采用共軌方式供油； 3. 高速電磁開(kāi)關(guān)閥頻響高，控制靈活； 4. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)移植方便，適應(yīng)范圍寬。 這一技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)在于： （1）如何解決高壓共軌系統(tǒng)的恒高壓密封問(wèn)題； （2）如何解決高壓共軌系統(tǒng)中共軌壓力的微小波動(dòng)所造成的噴油量不均勻問(wèn)題； （3）如何解決高壓共軌系統(tǒng)的多 map （三維控制數(shù)據(jù)表）優(yōu)化問(wèn)題；

14、 （4）如何解決微結(jié)構(gòu)、高頻響電磁開(kāi)關(guān)閥設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。 共軌式電控燃油噴射技術(shù)對(duì)環(huán)境保護(hù)的促進(jìn)作用 共軌式燃油噴射技術(shù)有助于減少柴油機(jī)的尾氣排放量，以及改善噪聲、燃油消耗等方面的綜合性能；它在有利于地球環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，也必將促進(jìn)柴油機(jī)工業(yè)、汽車工業(yè)及與之相關(guān)工業(yè)的發(fā)展。 1.4增壓中冷增壓可使柴油機(jī)在排量不變，重量增加不大的情況下達(dá)到增加輸出功率的目的。與相同功率的非增壓柴油機(jī)相比，增壓柴油機(jī)不僅體積小，重量輕，功率大，而且還降低了單位功率的成本。因此，增壓技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用在柴油機(jī)上，而且還推廣到汽油機(jī)，是改善內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的重要技術(shù)手段。 但是事物總有矛盾性，空氣壓力的提高就是

15、空氣密度的提高，空氣密度的提高必然會(huì)使空氣溫度也同時(shí)增高，這如同給輪胎打氣時(shí)泵會(huì)發(fā)熱一樣。發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器的出風(fēng)口溫度也會(huì)隨著壓力增大而升高，溫度提高反過(guò)來(lái)會(huì)限制空氣密度的提高，要進(jìn)一步提高空氣密度就要降低增壓空氣的溫度。據(jù)實(shí)驗(yàn)顯示，在相同的空燃比條件下，增壓空氣溫度每下降10攝氏度，柴油機(jī)功率能提高3%5%，還能降低排放中的氮氧化合物（nox），改善發(fā)動(dòng)機(jī)的低速性能。因此，也就產(chǎn)生了中間冷卻技術(shù)。 柴油機(jī)中間冷卻技術(shù)的類型分兩種，一種是利用柴油機(jī)的循環(huán)冷卻水對(duì)中冷器進(jìn)行冷卻，另一種是利用散熱器冷卻，也就是用外界空氣冷卻。當(dāng)利用冷卻水冷卻時(shí)，需要添置一個(gè)獨(dú)立循環(huán)水的輔助系統(tǒng)才能達(dá)到較好的冷卻效

16、果，這種方式成本較高而且機(jī)構(gòu)復(fù)雜。因此，汽車柴油機(jī)大都采用空氣冷卻式中冷器。 空氣冷卻式中冷器利用管道將壓縮空氣通到一個(gè)散熱器中，利用風(fēng)扇提供的冷卻空氣強(qiáng)行冷卻?？諝饫鋮s式中冷器可以安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)水箱的前面、旁邊或者另外安裝在一個(gè)獨(dú)立的位置上，它的波形鋁制散熱片和管道與發(fā)動(dòng)機(jī)水箱結(jié)構(gòu)相似，熱傳導(dǎo)效率高，可將增壓空氣的溫度冷卻到50至60攝氏度。 中間冷卻技術(shù)不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的技術(shù)，過(guò)熱無(wú)效果白費(fèi)工夫，過(guò)冷在進(jìn)氣管中形成冷凝水會(huì)弄巧成拙。因此要將中冷器和渦輪增壓器進(jìn)行精確的匹配。 柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于汽油機(jī)20以上，并具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和較低的co、hc 排放，在客車尤其是大型客車上的應(yīng)用占據(jù)

17、主要份額。但柴油機(jī)其氮氧化物nox和微粒pm排放較高，破壞了環(huán)境。為降低汽車排放污染的加劇，世界各國(guó)家、地區(qū)的排放法規(guī)愈加嚴(yán)格。為滿足嚴(yán)格的排放法規(guī)要求，柴油機(jī)的電控燃油噴射技術(shù)和后處理技術(shù)得到快速發(fā)展。1 柴油機(jī)污染的產(chǎn)生和世界排放法規(guī)1.1 柴油機(jī)污染的產(chǎn)生 （1）柴油機(jī)排放的主要排氣成分從毒物學(xué)的觀點(diǎn)看，這些成分是無(wú)害的。除上述基本成分外，柴油機(jī)排氣中還含有不完全燃燒的產(chǎn)物和燃燒反應(yīng)的中間產(chǎn)物，這些成分的質(zhì)量總和在柴油機(jī)排氣中所占比例雖然還不到1%，但它們大部分是有害的，或有強(qiáng)烈刺激的臭味，甚至致癌作用，因此被列為有害排放物。有害成分的比例：氮氧化合物（nox，約占35.4），一氧化碳（

18、co，約占35.3），碳?xì)浠衔铮╤c，約占8.54），顆粒及氧硫化物（pm、sox，約占20.76）。因此世界各國(guó)制訂的排放法規(guī)也主要是針對(duì)nox和微粒pm的控制。1.2 世界排放法規(guī)體系 美國(guó)、日本和歐洲的汽車排放法規(guī)是當(dāng)今世界上的三個(gè)主要法規(guī)體系。世界上其他國(guó)家也都不同程度上采用這些法規(guī)，尤以采用歐洲、美國(guó)法規(guī)的比較多。 1）美國(guó)是世界上控制汽車排放最嚴(yán)格的國(guó)家，有多種不同的汽車排放法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，但主要分為加利福尼亞和美國(guó)聯(lián)邦兩大類，一般以加州制定的標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格，并且往往早于聯(lián)邦國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。從2007 年1 月1 日起，美國(guó)開(kāi)始實(shí)施epa07。由于美國(guó)法規(guī)的先進(jìn)性，許多控制汽車排放較早的國(guó)家

19、一直都在采用美國(guó)法規(guī)，美國(guó)法規(guī)的測(cè)量方法相對(duì)較復(fù)雜，對(duì)測(cè)量設(shè)備的要求也比較高。 2）日本對(duì)汽車污染物的控制比美國(guó)起步晚，但20 世紀(jì)70 年代以來(lái)，它對(duì)nox的控制進(jìn)程卻比美國(guó)快。由于日本的測(cè)試方法與美國(guó)和歐洲不同，因此其排放限值也無(wú)法相比。事實(shí)上，很少有國(guó)家采用日本法規(guī)，但由于日本是控制汽車排放較早的國(guó)家之一，也是控制技術(shù)較為先進(jìn)的國(guó)家，且其控制法規(guī)自成體系，因此，一直被人們認(rèn)為是一個(gè)獨(dú)立的法規(guī)體系。 3）聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ece）制訂的法規(guī)是由各成員國(guó)自愿實(shí)施的，直至20世紀(jì)80年代中期，才有個(gè)別成員國(guó)采用和執(zhí)行。而ece法規(guī)一旦轉(zhuǎn)化為歐盟指令，則在其成員國(guó)國(guó)內(nèi)強(qiáng)制執(zhí)行。歐洲標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格

20、性要落后于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，主要由于在ece 范圍內(nèi)建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是很復(fù)雜和困難的。不同的國(guó)家有各自不同的目的，關(guān)注的熱點(diǎn)也不相同，因此很難達(dá)成一致。 目前，許多發(fā)展中國(guó)家更傾向于采納歐盟法規(guī)，一方面是由于歐盟法規(guī)相對(duì)要求松一些，另一方面也因?yàn)槠錅y(cè)量方法的運(yùn)行工況及對(duì)設(shè)備的要求相對(duì)簡(jiǎn)單一些。我國(guó)目前所采用的排放法規(guī)也主要參考?xì)W洲法規(guī)。表 1 中列出了歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有害排放物的限值標(biāo)準(zhǔn)。18 年來(lái)nox排放下降了86，13 年來(lái)pm 下降了95。從圖1 美國(guó)與歐洲排放限值的對(duì)比，可以看出美國(guó)和歐洲殊途同歸，最終都是限制nox和pm有害污染物的排放。1993euro11996euro22000euro32

21、005euro42008euro5nox 8.0 7.0 5.0 3.5 2.0hc 1.1 1.1 0.66 0.46 0.46pm 0.36 0.15 0.10 0.02 0.02co 4.5 4.0 2.1 1.5 1.5smoke 0.8 0.5 0.5表1 歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)污染物的要求（g/kw h） 4）我國(guó)采用的排放法規(guī)主要是依據(jù)歐盟ece法規(guī)，主要是與我國(guó)的許多車型與歐洲的汽車生產(chǎn)廠家開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的有關(guān)，所以在尾氣排放量的標(biāo)準(zhǔn)制訂上也趨于等同歐洲標(biāo)準(zhǔn)，即國(guó)三等同于歐三。圖 1 美國(guó)與歐洲排放限值對(duì)比2 柴油機(jī)排放控制技術(shù) 要控制柴油機(jī)有害物質(zhì)的排放，首先從其生成機(jī)理考慮，nox是在高

22、溫條件下氧和氮反應(yīng)生成的，其生成量于缸內(nèi)燃燒溫度、反應(yīng)時(shí)間及氧的濃度有關(guān)；pm 的組成為碳煙、未氧化或未完全氧化的hc，硫酸鹽等物質(zhì)。柴油機(jī)要想從有害排放的生成機(jī)理上優(yōu)化缸內(nèi)燃燒，就必須對(duì)各燃油噴射參數(shù)（噴油壓力、噴油量、噴油時(shí)間、噴油率）按照不同的工況進(jìn)行最優(yōu)控制。傳統(tǒng)機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)其控制自由度小、精度低，難以做到對(duì)燃油噴射參數(shù)的精確控制。采用電控噴油系統(tǒng)可以有效的控制各燃油噴射參數(shù)。目前的電控噴油技術(shù)主要有：電控單體泵、電控泵噴嘴、蓄壓增壓電噴系統(tǒng)、高壓共軌系統(tǒng)、電控直列泵、電控分配泵、外掛式電控單體泵等。采用電控噴油系統(tǒng)往往僅能對(duì)排放的一種或幾種有害物質(zhì)進(jìn)行控制，對(duì)其它有害物質(zhì)控制不

23、理想甚至增加了，這樣除了采用電控噴油系統(tǒng)，為達(dá)到更高排放，還需要后處理技術(shù)。2.1 電控單體泵（eup） 電控單體泵在歐洲柴油機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用約占75，道依茨、達(dá)夫等發(fā)動(dòng)機(jī)大量應(yīng)用。 電控單體泵可實(shí)現(xiàn)后三角形的噴射規(guī)律，使燃燒更充分、效率更高，其結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性好，噴射壓力可達(dá)2000bar，采用雙閥系統(tǒng)可以達(dá)到2500bar 的噴油壓力。同時(shí)其維修成本較低。但其噴射壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，動(dòng)態(tài)控制不理想。目前核心技術(shù)主要掌握在博世、德?tīng)柛５绕髽I(yè)。2.2 電控高壓共軌系統(tǒng)（crs） 電控高壓共軌在輕型車柴油機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用占主導(dǎo)地位，大約占78的份額。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)德?tīng)査?、靴型和預(yù)噴型三種噴射規(guī)律。可實(shí)

24、現(xiàn)預(yù)、主、后三次噴射，甚至更多次噴射，對(duì)于降低燃燒噪聲、使燃燒充分有重要意義，同時(shí)后噴能力使共軌系統(tǒng)方便和后處理匹配，具有實(shí)現(xiàn)歐四、歐五的升級(jí)潛力。第三代高壓共軌系統(tǒng)可達(dá)到2000bar 的噴油壓力。目前高壓共軌系統(tǒng)的核心技術(shù)主要掌握在博世、德?tīng)柛?、電裝、西門子幾家外國(guó)企業(yè)。2.3 電控泵噴嘴 電控泵噴嘴由于取消了高壓油管，容易產(chǎn)生高噴油壓力。噴油壓力可達(dá)2050bar。通過(guò)電磁閥的兩次動(dòng)作可實(shí)現(xiàn)可控予噴射，大大降低噪音和振動(dòng)，改善排放。由于電控泵噴嘴及驅(qū)動(dòng)裝置都安裝在氣缸蓋上，使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。但由于電控泵噴嘴的供油規(guī)律仍采用凸輪控制，在控制噴油壓力及實(shí)現(xiàn)多次噴射等方面不如共軌系統(tǒng)的自由度大

25、。目前生產(chǎn)廠家主要有：博世、德?tīng)柛?、康明斯和卡特彼勒等?.4 后處理技術(shù) 實(shí)踐、研究表明，僅靠機(jī)內(nèi)凈化已不能滿足歐三以上法規(guī)，這主要由于微粒排放和nox排放之間的折衷效應(yīng)（trade-off）的關(guān)系，降低一種污染物的排放，會(huì)使另外一種污染物的排放增加，而且排放物的限值越來(lái)越低時(shí)這種矛盾更為突出。對(duì)于微粒而言，機(jī)內(nèi)凈化雖然降低了排放總質(zhì)量，同時(shí)也減小了微粒尺寸，即使微粒越來(lái)越細(xì)小，對(duì)人體的危害卻未減少，因此柴油機(jī)后處理技術(shù)就顯得尤為重要。實(shí)踐證明，實(shí)現(xiàn)歐三的關(guān)鍵技術(shù)是：電控噴油系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)歐四、歐五的關(guān)鍵技術(shù)是：后處理系統(tǒng)。目前采用的后處理系統(tǒng)主要有顆粒捕集器（dpfdiesel particu

26、late filter），氧化催化轉(zhuǎn)化器（docdiesel oxidationcatalyst），氮氧化物還原催化轉(zhuǎn)化器等。 （1）dpf 采用蜂窩載體、陶瓷纖維等作為過(guò)濾材料。其工作原理是：先由過(guò)濾器捕集顆粒物pm，然后再將過(guò)濾器中捕集的顆粒物pm 氧化燃燒以完成捕集器的再生。在收集到一定數(shù)量的微粒后導(dǎo)致過(guò)濾器背壓上升，過(guò)濾效率下降，柴油機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性惡化。因此必須對(duì)dpf進(jìn)行再生，除去dpf中的微粒，dpf的再生包括主動(dòng)再生（強(qiáng)制再生）和被動(dòng)再生。美國(guó)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)滿足epa07 排放法規(guī)的柴油機(jī)上采用dpf后處理技術(shù)。 （2）doc以鉑（pt）、鈀（pd）等貴金屬作為催化劑，主要

27、降低pm排放中的可溶性有機(jī)物（sof，sof主要包括hc，也含有h2、nox以及微量的s、zn、cr等）的含量，從而降低pm 的排放。doc 可以去除90的sof，從而使pm 排放量減少40-50。doc 目前存在的主要問(wèn)題有：對(duì)燃油的硫含量極其敏感、催化劑價(jià)格昂貴，且活性隨使用時(shí)間的增加逐漸降低，對(duì)pm的凈化效率不及pdf。 （3）nox還原催化轉(zhuǎn)化器，目的主要是降低排放中nox的含量，主要措施有選擇性催化還原反應(yīng)scr和選擇性非催化還原sncr、非選擇性催化還原nscr等。scr技術(shù)是利用尾氣中有機(jī)物為還原劑或添加還原劑，選擇性的優(yōu)先把nox還原為n2，nscr技術(shù)一般采用nh3作為還原劑

28、，與nox反應(yīng)后生成n2和h2o，可以省去昂貴的催化劑。3 我國(guó)目前柴油機(jī)排放控制的技術(shù)路徑 目前，我國(guó)的柴油機(jī)主要采用的電控噴油技術(shù)是電控單體泵和電控高壓共軌系統(tǒng)，并且在客車用柴油機(jī)領(lǐng)域高壓共軌占主導(dǎo)地位。并且開(kāi)發(fā)了成本更低的機(jī)械泵加內(nèi)置egr實(shí)現(xiàn)國(guó)三排放，在卡車上得到了應(yīng)用，但由于其一致性問(wèn)題，沒(méi)有在客車領(lǐng)域得到應(yīng)用。電控噴油系統(tǒng)核心技術(shù)掌握在博世、德?tīng)柛！㈦娧b等外國(guó)企業(yè)手里，我國(guó)目前還沒(méi)有一家企業(yè)單位能生產(chǎn)出成熟、具有一定市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的電控噴油系統(tǒng)。由于高壓共軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)輕巧、安裝方便、機(jī)體改動(dòng)少、換型投資低，適應(yīng)與我國(guó)機(jī)械柴油機(jī)的改動(dòng)，因此電控高壓共軌系統(tǒng)在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。目前我國(guó)主要

29、柴油機(jī)生產(chǎn)廠家均采用高壓共軌系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)歐四、歐五排放，我國(guó)也主要采用電噴高壓共軌加scr后處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。4 結(jié)論 2007年7 月1日起，我國(guó)全面實(shí)行國(guó)三排放，并且北京、上海、廣州、深圳已率先實(shí)施了國(guó)四排放。排放法規(guī)將會(huì)隨著能源、環(huán)境污染及人們環(huán)保意識(shí)的提高而日益嚴(yán)格，對(duì)nox和pm排放的控制將更為嚴(yán)格。國(guó)內(nèi)外的研究均已證實(shí)，要滿足歐四以上排放法規(guī)，必須結(jié)合使用電控噴油系統(tǒng)和后處理系統(tǒng)。從技術(shù)角度分析，nox的還原催化和微粒捕捉技術(shù)是滿足未來(lái)的超低排放法規(guī)的主要技術(shù)路徑。其中尤以nox的尿素選擇性催化還原，連續(xù)再生dpf具有最為光明的前景。2柴油機(jī)nox排放的危害和生成機(jī)理 2.1柴油機(jī)no

30、x排放的危害 柴油機(jī)排出的nox中，no約占90%，no2只是其中很少的一部分。no無(wú)色無(wú)味、毒性不大，但高濃度時(shí)能導(dǎo)致神經(jīng)中樞的癱瘓和痙攣，而且no排入大氣后會(huì)逐漸被氧化為no2。no2是一種有刺激性氣味、毒性很強(qiáng)(毒性大約是no的5倍)的紅棕色氣體，可對(duì)人的呼吸道及肺造成損害，嚴(yán)重時(shí)能引起肺氣腫。當(dāng)濃度高達(dá)10010-6體積濃度以上時(shí)，會(huì)隨時(shí)導(dǎo)致生命危險(xiǎn)。nox和hc在太陽(yáng)光作用下會(huì)生成光化學(xué)煙霧，nox還會(huì)增加周圍臭氧的濃度，而臭氧則會(huì)破壞植物的生長(zhǎng)。此外，nox還對(duì)各種纖維、橡膠、塑料、電子材料等具有不良影響?；谏鲜鲈?，柴油機(jī)排放物中的nox對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染引起了世界范圍的普遍關(guān)注

31、，因此各國(guó)限制其排放的法規(guī)亦越來(lái)越嚴(yán)格，表1是美國(guó)、日本、歐洲對(duì)重型柴油載貨車nox排放的有關(guān)規(guī)定。2.2柴油機(jī)nox排放物的生成機(jī)理迄今為止人們已經(jīng)對(duì)nox的生成機(jī)理進(jìn)行了大量的研究，但尚未達(dá)成共識(shí)。比較容易接受的是策爾多維奇機(jī)理。該機(jī)理認(rèn)為：柴油機(jī)排放中的no并非來(lái)自燃油的燃燒，而是來(lái)自氮?dú)馀c氧氣的反應(yīng)，它是在氧氣過(guò)剩的情況下由于燃燒室的持續(xù)高溫而形成的，在膨脹和排氣時(shí)有少量的分解，排到大氣后遇氧形成no2和其它氮氧化物。主要反應(yīng)式如下： 柴油機(jī)燃燒過(guò)程中噴射各區(qū)均可以生成no，其生成濃度與局部溫度、局部氮原子和氧原子的濃度、燃燒產(chǎn)物的冷卻速度和滯留時(shí)間（即高溫下所占燃燒循環(huán)的時(shí)間量）等因

32、素有關(guān)。從理論上講，柴油機(jī)nox排放的形成是無(wú)法避免的，但通過(guò)控制燃燒過(guò)程的最高溫度和富氧空氣在高溫中的滯留時(shí)間等可以加以限制。3柴油機(jī)控制nox排放的主要凈化措施排放物中nox的凈化有兩種途徑：機(jī)內(nèi)凈化和機(jī)外凈化。3.1機(jī)內(nèi)凈化措施采取機(jī)內(nèi)凈化是治本之舉。它是通過(guò)改進(jìn)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)或者增加附加裝置來(lái)改善燃燒性能，進(jìn)而達(dá)到減少nox排放的目的。3.1.1進(jìn)氣系統(tǒng)的優(yōu)化對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要目的是在提高充氣效率的同時(shí)，合理組織進(jìn)氣渦流，以利于混合氣的形成，提高燃燒速率，并盡量減少nox的生成。(1)進(jìn)氣渦流的優(yōu)化提高渦流比可使燃燒加速并且完全，其結(jié)果可導(dǎo)致缸內(nèi)最高燃燒壓力與溫度的升高，從而

33、使nox的排放明顯增加；若減少進(jìn)氣渦流的強(qiáng)度雖可減少nox的排放，但又勢(shì)必會(huì)犧牲柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。因此，可采用可變渦流進(jìn)氣道技術(shù)使渦流比在0.2-2.5范圍內(nèi)變化，以兼顧柴油機(jī)在整個(gè)工況范圍內(nèi)各個(gè)方面的性能。但采用可變渦流進(jìn)氣道技術(shù)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本較高的問(wèn)題，因而限制了該技術(shù)的推廣。(2)增壓中冷技術(shù)柴油機(jī)采用進(jìn)氣增壓技術(shù)后，由于壓縮溫度升高，在動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性提高的同時(shí)，nox的排量也必然增加。但增壓柴油機(jī)在采用中冷技術(shù)以后，增壓空氣在進(jìn)入氣缸以前被冷卻，在一定程度上可以抑制nox的排放。因此，采用增壓中冷技術(shù)可使柴油機(jī)nox的排放降低。目前，柴油機(jī)增壓中冷技術(shù)在中型柴油機(jī)上應(yīng)用日益

34、廣泛，小型柴油機(jī)上也逐漸在采用。一些新研制的轎車柴油機(jī)上也開(kāi)始采用。3.1.2噴油系統(tǒng)的優(yōu)化噴油系統(tǒng)的優(yōu)化就是使燃油噴射參數(shù)最佳化。這些參數(shù)包括噴油定時(shí)、噴油壓力、噴油速度和噴孔結(jié)構(gòu)等。通過(guò)參數(shù)的優(yōu)化來(lái)抑制預(yù)混合燃燒，即減少在滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣量是降低nox排放的有效途徑，分別敘述如下。(1)優(yōu)化噴油定時(shí)nox排放對(duì)噴油定時(shí)極為敏感。延遲噴油可降低nox排放，但必須合理調(diào)整燃燒系統(tǒng)及噴油系統(tǒng)的其他參數(shù)以減少油耗、煙度和微粒排放方面的損失。為減少延遲噴油對(duì)經(jīng)濟(jì)性的不利影響，可采用較高的壓縮比和較高的噴油壓力。采用電控技術(shù)和根據(jù)運(yùn)行工況調(diào)節(jié)噴油始點(diǎn)，可降低nox的排放。(2)優(yōu)化噴油壓力提高

35、噴油壓力可有效地改善燃料的霧化性能，使混合氣的混合質(zhì)量得以改善，燃燒更加充分，燃燒溫度上升，nox排放增加。因?yàn)樘岣邍娪蛪毫δ芨纳迫紵^(guò)程，故可以補(bǔ)償由于延遲噴油造成的油耗上升，但這又使延遲噴油以降低nox排放的目的落空。為減少nox排放應(yīng)該降低噴油壓力，而噴油壓力降低后又會(huì)使微粒排放增加。(3)優(yōu)化噴油速度當(dāng)噴油提前角一定時(shí)，提高噴油速率，縮短噴油持續(xù)期，可以使柴油機(jī)產(chǎn)生的nox較少。提高噴油速度與延遲噴油相結(jié)合亦可減少nox的排放。另外，噴油速度還與hc、碳煙的排放及燃油消耗、噪聲有關(guān)，應(yīng)綜合權(quán)衡以謀求各參數(shù)的最佳值。(4)優(yōu)化噴孔結(jié)構(gòu)噴油器噴孔直徑和數(shù)目對(duì)柴油機(jī)排放也有明顯的影響。當(dāng)循環(huán)

36、供油量與啟噴壓力一定時(shí)，減少孔徑會(huì)減少初期噴油量，抑制預(yù)混合燃燒和最高燃燒溫度，以減少nox的生成。當(dāng)噴油壓力、噴油速度及噴孔總面積不變的情況下，增加噴孔直徑或增加孔數(shù)，可降低流阻，改善燃油的霧化和分布，因而能降低nox的排放。3.1.3燃燒室的結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化(1)優(yōu)化壓縮比柴油機(jī)壓縮比控制著著火延遲期的長(zhǎng)短。降低壓縮比，有利于著火延遲，能夠減少峰值壓力，可使燃燒最高溫度降低，nox排放減少，碳煙增加。但壓縮比過(guò)低，柴油機(jī)難于著火。壓縮比對(duì)nox的影響較為復(fù)雜，選取壓縮比時(shí)應(yīng)綜合考慮。(2)燃燒室型式的優(yōu)化燃燒室型式與nox的排放有著密切關(guān)系。直噴式柴油機(jī)nox排放明顯高于非直噴式柴油機(jī)，這是

37、因?yàn)榉侵眹娛讲裼蜋C(jī)前期的燃燒發(fā)生在混合氣過(guò)濃的預(yù)燃室或渦流室里，由于缺氧nox的生成受到了抑制，又因在主燃燒室中的燃燒開(kāi)始較晚，且是在較低溫度下進(jìn)行的。對(duì)于同一類型但結(jié)構(gòu)不完全相同的燃燒室，其nox的排量也有差異。例如在直噴式柴油機(jī)中，渦流最強(qiáng)的球型燃燒室最高，淺盆型燃燒室最低。3.1.4燃燒室噴水冷卻技術(shù)水具有較高的比熱，在燃燒過(guò)程中吸熱可降低燃燒最高溫度；水與油混合噴入燃燒室還可以降低燃油密度，從而使燃燒溫度進(jìn)一步降低。該技術(shù)在降低nox排放的同時(shí)，還有利于改善燃油經(jīng)濟(jì)性和排氣煙度，并有降噪的作用。噴水冷卻有如下形式：進(jìn)氣管噴水；用超聲波將燃油與水乳化后噴入燃燒室；通過(guò)附加噴嘴把水直接噴入

38、燃燒室；在噴嘴的兩個(gè)燃燒層之間填充水，并分層噴入燃燒室。但如何控制噴水的時(shí)機(jī)、數(shù)量和噴嘴的腐蝕等問(wèn)題還有待于進(jìn)一步研究。 3.1.5燃料的改進(jìn)(1)提高柴油機(jī)十六烷值十六烷值在柴油機(jī)燃料參數(shù)中對(duì)nox排放影響最大。十六烷值較高時(shí)，由于其穩(wěn)定性變差，極易裂解為碳煙。柴油機(jī)排氣煙度較高，但其發(fā)火性能好，柴油機(jī)點(diǎn)火延遲期縮短，缸內(nèi)溫度與壓力降低，nox排放亦降低。當(dāng)十六烷值從40提高到50時(shí)，nox排放可降低10%左右19。(2)使用柴油添加劑在柴油中添加適量的硝酸鹽、亞硝酸鹽和各種過(guò)氧化物，可以提高燃料的十六烷值，縮短著火延遲期，使得nox排放減少。但使用添加劑會(huì)導(dǎo)致二次污染(3)使用代用燃料可以

39、采用醇類、氫氣和天然氣等代替柴油。柴油機(jī)燃用醇類燃料時(shí)，基本可以實(shí)現(xiàn)無(wú)煙排放，在中、低負(fù)荷時(shí)nox的排量也很低。近年來(lái)可以作為內(nèi)燃機(jī)代用的醇類燃料很多，其中甲醇是目前應(yīng)用最廣的內(nèi)燃機(jī)代用燃料。但如果不采用適當(dāng)措施，柴油機(jī)排放的hc、甲醛將成為重要的排氣污染物。以氫作為柴油機(jī)代用燃料時(shí)，nox和其它污染物的排放都很低。將來(lái)太陽(yáng)能利用及氫的存儲(chǔ)技術(shù)解決之后，氫將成為柴油機(jī)的主要燃料，但缺點(diǎn)是易于回火。如采用燃料電池，其電能轉(zhuǎn)化效率在40%-65%之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于柴油。燃料電池的工作溫度低于1000，此時(shí)基本不產(chǎn)生nox，且其它污染物排放也很低。燃料電池的應(yīng)用在技術(shù)上已不存在重大問(wèn)題，唯一的障礙在于成

40、本太高。燃用壓縮天然氣(cng)或液化天然氣(lng)，nox和微粒排放可同時(shí)減少75%-80%。二甲基乙醚作為最新出現(xiàn)的液體燃料，其燃燒后無(wú)微粒產(chǎn)生且nox的排放亦很低。3.1.6采用多氣門技術(shù)在柴油機(jī)上采用多氣門技術(shù)是滿足更嚴(yán)格排放指標(biāo)的有效途徑。由于缸蓋上的噴油嘴和活塞上的燃燒室凹坑布置在氣缸中央，從而優(yōu)化了進(jìn)氣渦流和油霧分布以及活塞與噴油器的冷卻條件，并可實(shí)現(xiàn)渦流比在不同轉(zhuǎn)速下的變化，這使混和氣的形成進(jìn)一步優(yōu)化，因而在提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)減少了nox排放，但增加了成本和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。在燃用汽油的大、中、小型轎車上，多氣門技術(shù)已經(jīng)作為成熟技術(shù)得到了應(yīng)用。在柴油機(jī)上應(yīng)用多氣門技術(shù)是國(guó)際

41、學(xué)術(shù)界研究熱點(diǎn)之一，國(guó)外內(nèi)燃機(jī)的氣門最多時(shí)已達(dá)到5個(gè)，目前已在大型柴油機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，逐漸開(kāi)始在小型柴油機(jī)上應(yīng)用，國(guó)內(nèi)在這方面的研究尚未成熟。3.1.7采用廢氣再循環(huán)技術(shù)采用廢氣再循環(huán)(egr)是降低nox排放的一項(xiàng)極為有效的措施，目前只是在汽油機(jī)上得到了較為成熟的應(yīng)用。egr在所有負(fù)荷條件下都可以有效減少nox排放。將定量廢氣引入柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中，再循環(huán)到燃燒室內(nèi)，有利于點(diǎn)火延遲，增加了參與反應(yīng)物質(zhì)的熱容量以及co2、h2o、n2等惰性氣體的對(duì)氧氣的稀釋作用，從而可降低燃燒最高溫度，減少nox的生成。大約60%-70%的nox是在高負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的，此時(shí)采用合適的廢氣再循環(huán)率對(duì)于減少nox是很有

42、效的。廢氣再循環(huán)率為15%時(shí)，nox排放可以減少50%以上，而廢氣再循環(huán)率為25%時(shí)，nox排放可減少80%以上，但隨著廢氣再循環(huán)率的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒速度變慢，燃燒穩(wěn)定性變差，hc和油耗增加，功率下降。若采用“熱egr”還可以同時(shí)減少hc和pm的排放，并且不會(huì)增加油耗，在中、低負(fù)荷時(shí)凈化效果更佳。由于egr氣門的升程信號(hào)會(huì)因氣門座積碳而不能正確反映egr量，其響應(yīng)速度較慢，所以廢氣再循環(huán)量應(yīng)通過(guò)進(jìn)氣流量和egr氣門的升程信號(hào)相結(jié)合來(lái)反映。3.18 控制柴油機(jī)排放的措施 從控制柴油機(jī)排放的角度可以從三方面來(lái)考慮：燃油、柴油機(jī)燃燒過(guò)程組織、機(jī)外控制，而最主要的，還是柴油機(jī)燃燒過(guò)程對(duì)排放的影響最大。

43、21 nox的控制措施 控制排氣中的no 含量最簡(jiǎn)單可行的方法是降低柴油機(jī)的燃燒溫度，而降低柴油機(jī)的燃燒溫度，則會(huì)帶來(lái)降低柴油機(jī)熱效率，增加燃油消耗的結(jié)果。所以，在采取降低最高燃燒溫度措施的同時(shí)，還必須兼顧柴油機(jī)的其他性能指標(biāo)，具體措施有： (1)適當(dāng)推遲燃油的噴射，使發(fā)火點(diǎn)和燃燒后移，將降低柴油機(jī)最高燃燒溫度，據(jù)計(jì)算”j：在采用噴射延遲的方法降低no 時(shí)，每降低10的no ，燃油消耗率會(huì)上升2。 （2)增壓中冷：柴油機(jī)增壓，可以提高柴油機(jī)功率，但如增壓后不中冷，則由于汽缸進(jìn)氣溫度的提高，會(huì)提高柴油機(jī)的燃燒溫度，促進(jìn)no 的生成；對(duì)增壓不中冷的柴油機(jī)而言，增壓中冷是一條減少no 排放的有效途徑

44、；對(duì)已增壓中冷的柴油機(jī)而言，改善中冷器的冷卻效果，降低中冷后的進(jìn)氣溫度，也是降低no 排放的方法。根據(jù)粱桂森等人對(duì)d6114zl柴油機(jī)的試驗(yàn)研究，在標(biāo)定工況：中冷后進(jìn)氣溫度從6o降低到30，no 降低約34i 。 (3)為改善推遲噴油后對(duì)柴油機(jī)熱效率的影響，目前國(guó)外有學(xué)者在研究先導(dǎo)噴油多次噴油以及預(yù)混合壓縮著火等技術(shù)，這些技術(shù)從根本上說(shuō)，是通過(guò)限制柴油機(jī)燃燒時(shí)的燃油量，來(lái)降低最高燃燒溫度，而通過(guò)多次噴油使相對(duì)而言較低的柴油機(jī)燃燒溫度維持較長(zhǎng)的時(shí)間使柴油機(jī)的熱效率下降較少或不下降。haruyuki等人建議采用多次噴射和稀薄預(yù)混合壓燃結(jié)合的一種新燃燒概念，其模擬結(jié)果表明可以使柴油機(jī)的燃油消耗與no

45、 的排放的折衷關(guān)系獲得改善。 (4)燃油乳化 燃油乳化是在柴油中，加入一定比例的水和表面活性劑，形成乳化油。實(shí)驗(yàn)證明：乳化柴油除具有節(jié)油的效果外，由于乳化油中的水在燃燒室高溫的條件下，發(fā)生氣化要吸收大量的熱量，所以，乳化柴油燃燒的最高溫度較純柴油燃燒溫度低，no 的排放量可降低30t 。 (5)要降低no，的排放量，還可以采取廢氣再循環(huán)【egr)，利用10的廢氣量進(jìn)行再循環(huán)，可以使no 排放量下降30，而對(duì)燃油消耗率影響不大 采用廢氣再循環(huán)后，柴油機(jī)的管路會(huì)增加，這將給柴油機(jī)的設(shè)計(jì)布置帶來(lái)一定的麻煩。此外，提高壓縮比，改善燃燒室結(jié)構(gòu)，提高噴油壓力，電子控制噴射等措施，對(duì)改善柴油機(jī)的no 排放也

46、有效，而對(duì)具體的柴油機(jī)而言，則應(yīng)根據(jù)柴油機(jī)的技術(shù)狀況和可能條件，有選擇_柴油機(jī)的主要特點(diǎn)（1） 有能量密度高（大型低速增壓柴油機(jī)的有效熱效率已超過(guò)50%），燃油消耗率低，這對(duì)節(jié)約能源和提高經(jīng)濟(jì)效益都很重要。 （2） 好的燃油經(jīng)濟(jì)性； （3） 溫室效應(yīng)氣體排放少，其二氧化碳的排放量比汽油機(jī)大約低30-35%，但廢氣中含有害成分（no，顆粒物等）較多，噪聲較大，在環(huán)境環(huán)抱方面已引起重視。 （4） 功率和轉(zhuǎn)速范圍很大（功率165580kw，轉(zhuǎn)速545000r/min），因此應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挘?） 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，零部件材料和工藝要求較高，制造成本較高，與汽油機(jī)相比質(zhì)量較大。 （6） 新技術(shù)（電子控制，增壓，廢

47、氣再循環(huán)，新材料）應(yīng)用多，發(fā)展快。產(chǎn)品研制開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)裝備的投資大，屬于技術(shù)密集和資金密集性產(chǎn)品。 nox多種氮氧化物的統(tǒng)稱；no 可以與某些烴類發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成光化學(xué)煙霧，危害人的繼康，是車用柴油機(jī)排放污染的主要成分，使得壓縮空氣達(dá)到要求的冷卻溫度。1.柴油機(jī)有害排放物及其危害 柴油機(jī)排氣中包含各種成分，其基本成分是二氧化碳（co2），水蒸氣（h2o），過(guò)剩的氧氣（o2）以及存留下來(lái)的氮?dú)猓╪2）等。他們是燃料和空氣完全燃燒后的產(chǎn)物，從毒物學(xué)的觀點(diǎn)看，排氣中的這些成分是無(wú)害的，除上述基本成分外，柴油機(jī)排氣中還含有不完全燃燒的產(chǎn)物和燃燒反應(yīng)的中間產(chǎn)物，包括一氧化碳（co），碳?xì)浠衔铮╤c），

48、氮氧化合物（nox），微粒（pt）及醛類生平。這些成分的質(zhì)量總和在柴油機(jī)排氣中所占的比例雖然還不到1%，但它們大部分是有害的，或有強(qiáng)烈刺激的臭味，有的還有致癌作用，因此被列為有害排放物。2.控制方法之一高壓共軌噴射系統(tǒng) 柴油機(jī)降低排放的對(duì)策主要是改善燃燒，而噴射系統(tǒng)性能是影響柴油機(jī)燃燒過(guò)程的關(guān)鍵因素，要改進(jìn)傳統(tǒng)的由柱塞泵分缸脈動(dòng)噴射系統(tǒng)難度較大，高壓共軌噴射系統(tǒng)正是順應(yīng)上述需求而誕生，且正得到了很大發(fā)展。它被世界內(nèi)燃機(jī)行業(yè)公認(rèn)為二十世紀(jì)三大突破之一（另外兩項(xiàng)是汽油直噴技術(shù)和dme代用燃料）。 高壓共軌噴射系統(tǒng)是建立在直噴技術(shù)、預(yù)噴射技術(shù)和電控技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種全新概念的噴射系統(tǒng)。它主要有高壓泵

49、，帶調(diào)壓閥的共軌管，帶電磁閥的噴油器，ecv（電子控制單元）和各種傳感器組成高壓共軌系統(tǒng)不再用柱塞泵分缸脈動(dòng)供油原理，而是用一個(gè)設(shè)置在噴油泵和噴油器之間的具有較大容積的共軌管把高壓油泵輸出的燃油蓄積起來(lái)并平抑壓力波，再通過(guò)各高壓油管輸送到噴油器上，由噴油器上的電磁閥的動(dòng)作控制噴油的開(kāi)始和終止。電磁閥作用的時(shí)刻決定噴油定時(shí)，起作用的持續(xù)時(shí)間和共軌壓力共同決定噴油量。由于這種系統(tǒng)采用壓力時(shí)間式燃油計(jì)量原理，因此又可稱為壓力時(shí)間控制式控噴射系統(tǒng)。 高壓共軌噴射系統(tǒng)的特點(diǎn)是；噴油壓力的建立與噴油過(guò)程無(wú)關(guān)；噴油壓力，噴油過(guò)程和噴油持續(xù)期不受負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的影響；噴油定時(shí)與噴油計(jì)量完全分開(kāi)，可以自由調(diào)整每缸的

50、噴油量和噴油始點(diǎn)；能實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射，快速停噴和多段噴射。因此高壓共軌噴射系統(tǒng)通過(guò)對(duì)噴油要素的優(yōu)化控制柴油機(jī)燃燒更充分，從而減少燃燒中有害物的形成，使柴油機(jī)的有害排放，噪聲排放和冷起動(dòng)性能都得到很大改善。3.控制方法之二廢氣再循環(huán)系統(tǒng) 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)是將柴油機(jī)產(chǎn)生的廢氣的一小部分再送回氣缸。由于柴油機(jī)中富余的氧氣較多，當(dāng)送回汽缸的廢氣與新鮮空氣混合后，該過(guò)程導(dǎo)致氣缸內(nèi)氧氣濃度降低，使燃燒速度減慢，燃燒溫度下降，從而減少有害成分氮氧化物（nox）的形成。 目前采用和研究廢氣再循環(huán)系統(tǒng)有多種類型，日野汽車公司開(kāi)發(fā)的脈沖式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)在柴油機(jī)進(jìn)氣過(guò)程中，排氣門稍有提升，使部分高壓廢氣回流到汽缸內(nèi)。排氣門

51、的這個(gè)作用是通過(guò)修改排氣門凸輪的形狀和將廢氣再循環(huán)系統(tǒng)微升來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 在脈沖式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中，廢氣被重新送回氣缸內(nèi)，因此廢氣的壓力應(yīng)高到足以使氣流反向。要達(dá)到這樣高的壓力只有通過(guò)優(yōu)化氣門微升和定時(shí)，從而利用廢氣的壓力波才能實(shí)現(xiàn)，在該廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中，廢氣壓力“脈沖”被有效利用。 增壓中冷柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)廢氣再循環(huán)還有另外兩種方式，一種是將渦輪前的排氣引入中冷器之后，稱為高壓廢氣反向。采用可變截面渦輪增壓器，可以擴(kuò)大廢氣再循環(huán)有效工作范圍，降低氮氧化物（nox）和微粒（pt），燃油耗也不升高，這可能是將高壓廢氣再循環(huán)系統(tǒng)用于增壓中冷柴油機(jī)的最好方法。 另一種是將渦輪后的排氣引入壓氣機(jī)之前，稱為低壓廢

52、氣再循環(huán)系統(tǒng)，它可有效降低氮氧化物（nox），而廢氣循環(huán)工作范圍較大，與柴油機(jī)匹配能有效地發(fā)揮其功能。4.控制方法之三增壓中冷技術(shù) 所謂增壓，就是增加進(jìn)入柴油機(jī)汽缸內(nèi)的空氣密度。中冷則是將壓縮后的空氣的溫度降低。因此，柴油機(jī)采用增壓中冷系統(tǒng)后，滯燃期縮短，在稀烯火焰熄滅區(qū)內(nèi)積壓的燃油量較少，從而減少排氣中有害成分碳?xì)浠衔铮╤c）和氮氧化物（nox）的生成。目前，增壓方法主要有機(jī)械增壓三種方式。其中廢氣渦輪增壓器主要是由渦輪和壓氣機(jī)組成，它與柴油機(jī)沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)聯(lián)系，柴油機(jī)排出的廢氣經(jīng)排氣管進(jìn)入渦輪，對(duì)渦輪作功，渦輪葉輪與壓氣機(jī)葉輪同軸，從而帶動(dòng)壓氣機(jī)吸入外界空氣并壓縮后送至柴油機(jī)進(jìn)氣管。增壓中

53、冷柴油機(jī)在壓氣機(jī)出口和柴油機(jī)進(jìn)氣管入口之間增設(shè)中間冷卻器（簡(jiǎn)稱中冷器），使壓縮后的空氣的溫度下降，密度增大。增壓中冷可以在柴油機(jī)的熱負(fù)荷不增加甚至降低，以及機(jī)械負(fù)荷加不多的前提下，大幅度地提高柴油機(jī)的功率，降低有害物的排放。 由于廢氣渦輪增壓方式與機(jī)械增壓和氣波增壓方式比較，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，在柴油機(jī)上得到普遍采用，其他兩種增壓方式基本不使用。5.控制方法之四微粒捕集器 柴油機(jī)微粒捕集器，可將排氣中微粒捕捉不使其排出機(jī)外，再利用催化劑，氧化器，燃燒器等進(jìn)行分解、燃燒。這利裝置可將柴油機(jī)排氣中有害物微粒減少70%90%。 用來(lái)捕集微粒的過(guò)濾器的材料和結(jié)構(gòu)有許多種，常用的有整體式陶瓷，金屬絲網(wǎng)，

54、紡織纖維圈，陶瓷纖維，泡沫陶瓷等。這些過(guò)濾材料的捕集原理一般認(rèn)為有以下幾種： 1碰撞機(jī)理：柴油機(jī)廢氣流經(jīng)捕集單元時(shí)，其流線發(fā)生了多次拐彎，在流線拐彎處，較大的微粒由于運(yùn)動(dòng)慣性大多脫離原來(lái)的流線與捕集單元相碰，并吸附或沉積于其上。 2截流機(jī)理：柴油機(jī)廢氣流經(jīng)捕集單元時(shí)發(fā)生兩種情況，一是粒徑比過(guò)濾材料孔隙大的微粒就被擋住并被粘附住，即發(fā)生篩濾效應(yīng)；二是粒徑比過(guò)濾材料孔隙小的微粒由于粘著與聚合作用而部分被截流。 3擴(kuò)散原理：柴油機(jī)廢氣中的微粒物由于氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的碰撞而產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)，縣城越小的微粒越顯著，又會(huì)造成擴(kuò)散效應(yīng)。當(dāng)廢氣流經(jīng)捕集單元時(shí)，纖維狀的捕集單元對(duì)微粒的運(yùn)動(dòng)起到了匯合的作用，從而有可能

55、將微粒捕集。 4重力沉降機(jī)理：當(dāng)緩慢運(yùn)行的柴油機(jī)廢氣流經(jīng)捕集器時(shí)，廢氣逗留時(shí)間比較長(zhǎng)，較大的粒子的可能在重力作用下發(fā)生脫離流線的位移而沉淀在捕集單元上。 排氣系統(tǒng)中安裝微粒捕集器后將會(huì)使柴油機(jī)的排氣背壓提高。功率下降，捕集材料上沉積的微粒越多，排氣背壓越高。因此，必須定期清除沉積在過(guò)濾材料上的微粒。 清除沉積在過(guò)濾材料上的微粒的過(guò)程為捕集器的再生。在柴油機(jī)正常工作的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，排氣溫度一般在250500，而微粒的燃點(diǎn)一般為550600，依靠柴油機(jī)的排氣很難使捕集器再生。要使捕集器再生必須降低微粒的燃點(diǎn)或提高排氣溫度。通過(guò)在燃油中加入添加劑或在過(guò)濾材料表面涂催化層可以降低微粒的燃點(diǎn)，使微粒能在

56、較低的溫度下燃燒掉，一般稱主動(dòng)再生。另一種是利用外部能源，如電熱器加熱補(bǔ)燃和燃燒器加熱補(bǔ)燃來(lái)提高排氣溫度將捕集器材料上的微粒燃燒掉，一般稱為被動(dòng)再生。被動(dòng)再生是一種定期再生，需要復(fù)雜的檢測(cè)和控制技術(shù)以決定再生時(shí)間。當(dāng)前，捕集器再生將主動(dòng)再生和被動(dòng)再生技術(shù)結(jié)合起來(lái)，效果顯著。6.控制方法之五催化凈化裝置 催化凈化裝置是一種內(nèi)部裝有催化劑的裝置，裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管中。催化劑能使發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的有害成分加速轉(zhuǎn)變成無(wú)害成分。催化凈化方法有兩種，一種是催化氧化法，它以鉑，鈀，黃金，鈷，鎳等金屬及其氧化作為催化劑，使有害成分一氧化碳（co）和碳?xì)浠衔铮╤c）氧化成無(wú)害成分二氧化碳（co2）和水蒸氣（h2o）。另一種是催化還原法，它以堿金屬，鈷鉻合金作為催化劑，使有害成分氮氧化合物（nox）還原為氮?dú)猓╪2）和氧氣（o2）。 目前催化凈化裝置有氧化催化反應(yīng)裝置和三元催化反應(yīng)裝置。氧化催化反應(yīng)裝置僅依靠氧化反應(yīng)降低有害成分一氧化碳（co）和碳?xì)浠衔铮╤c），柴油機(jī)和汽油機(jī)都適用。三元催化反應(yīng)裝置則氧化與還原反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，能使一氧化碳（co），碳?xì)浠衔铮╤c）和氮氧化物（nox）三種有害成分同時(shí)得到凈化處理，它要求發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比精確地控制在理論空燃比附近的最佳范圍內(nèi)，以保證同時(shí)對(duì)三種有害成分高效率凈化，因