柴油車排放達標及其治理措施

柴油車排放達標及其治理措施編者按：本文根據(jù)車用柴油機排放的主要產(chǎn)物及其影響，闡述了柴油機異常排放煙度時的工況和相關因素；介紹了控制現(xiàn)代柴油車排放的新技術-共軌電控燃油噴射柴油機排氣凈化技術，以及國家對柴油車排放治理的措施。車用柴油機排放的主要產(chǎn)物及其影響與汽油機相比，現(xiàn)代車用柴油機具有兩大優(yōu)點：動力性較高，經(jīng)濟性較好；具有高效率、低油耗、長壽命、使用可靠等特點。20世紀30年代，世界各國開始將柴油機用于重型車，50年代開始用于輕型車，90年代柴油機轎車有了很大發(fā)展。柴油車比汽油車省油三分之一，排放的污染物相對較少。目前，歐洲轎車消費市場上，柴油轎車占40%以上。我國的柴油車發(fā)展較晚，但很迅速。到2022年全國汽車產(chǎn)量為325萬輛，其中柴油車99.8萬多輛，約占汽車總量的30%。隨著柴油汽車社會擁有量的迅速增大，柴油車排放對環(huán)境的污染問題也引起人們的高度重視。柴油機工作時排放的產(chǎn)物可分為兩類：一類是可見物，即顆粒狀物，如碳粒、重碳氫化物、硫酸鹽、油氣、水氣及灰分等，“墨斗魚〃是人們對尾氣排放嚴重超標的重型柴油車的形象稱呼。這類產(chǎn)物中，有些為致癌物質(zhì)，它們污染環(huán)境、阻礙視線。另一類是一般肉眼看不見的物質(zhì)，如一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NOx)和二氧化硫(S02)、碳氫化合物(HC)等。CO對人體有害，而且在大氣中不易自凈；S02有難聞的刺鼻氣味；HC、NO在一定氣候條件下，經(jīng)太陽光的作用會形成毒性很強的光化學煙霧；NOx和SOx易溶于水形成酸雨。顯然，柴油機工作時排出的燃燒產(chǎn)物不僅會對人類生存環(huán)境造成污染與破壞，而且由于柴油燃燒不完全,還會造成能的浪費。碳煙越濃，排放的可燃物越多，對環(huán)境的污染越嚴重，能的浪費就越大?？刂频闹攸c是氮氧化物和顆粒污染物。一項調(diào)查結果顯示，在全國機動車的排放污染物分擔率中，柴油車占氮氧化物的43%,占顆粒懸浮物的83%o柴油機的異常排放煙度工況為了保護環(huán)境，減少能浪費，發(fā)達國家從50年代后期先后制定了各種限制汽車排放和柴油機排氣煙度的有關規(guī)定與標準，從國家法規(guī)的角度約束汽車與柴油機有害物質(zhì)的排放。隨著汽車設計和柴油機設計制造技術水平的迅速提高，各種有關規(guī)定與標準指標不斷修改，日趨嚴格。我國1983年9月14日發(fā)布了有關汽油車、柴油車污染物及煙度排放標準，并于1984年4月1日正式實施。按照國家標準，只要柴油機的排放煙度在規(guī)定指標范圍內(nèi)，對環(huán)境的危害可大為降低。遺憾的是，在實際生產(chǎn)與生活中，人們常常會看到濃煙滾滾的柴油車，這時的柴油機已處于一種非正常排放煙度的工作狀況(以下簡稱非正常煙度工況)。在這種工況下，柴油機雖然沒有喪失工作能力，但其動力性、經(jīng)濟性都已有所下降。從宏觀經(jīng)濟效益和社會環(huán)境效益的角度看，柴油機非正常煙度工況時間越長，其危害性就越大。因此，盡可能避免柴油機發(fā)生異常煙度工況和減少異常煙度工況出現(xiàn)的時間，有著十分積極的意義。影響柴油機異常煙度工況的相關因素.柴油機結構設計的性能與工作可靠性柴油機的結構設計決定了柴油機的基本功能能否發(fā)揮；決定了柴油機的生產(chǎn)與使用工藝性的好壞；決定了柴油機動力性、經(jīng)濟性與可靠性的好壞。在相同的使用條件下，不同結構特點的柴油機，其非正常煙度工況的時間有長有短。其原因雖然很多，但從根本上說，是因為各種不同柴油機保證柴油在汽缸內(nèi)充分燃燒做功的性能及這種性能保證的可靠程度的差異。碳煙主要是燃油在汽缸內(nèi)燃燒時在某一溫度與壓力條件下，缺氧造成油料裂解聚合的產(chǎn)物。碳煙的排放大小與燃燒室結構、過量空氣系數(shù)等因素有關。實際生產(chǎn)中，排放煙度的大小受如下具體因素的影響：燃燒室類型和汽缸壓力；燃油噴入汽缸內(nèi)數(shù)量的多少與燃油霧化質(zhì)量的好壞；燃油噴入汽缸內(nèi)的時間正時狀況。上述三方面因素是否恰當，直接或間接的涉及到柴油機各系統(tǒng)與機構的工作性能。而柴油機各系統(tǒng)與機構工作性能的好壞及可靠程度，也反映了柴油機的設計水平。很顯然，只有性能優(yōu)良和可靠性高的柴油機，才具有較少的異常煙度工況時間，才符合社會發(fā)展及環(huán)境保護的要求。.柴油機的制造質(zhì)量柴油機的制造質(zhì)量首先應保證達到柴油機設計的性能規(guī)范指標。為此，從零部件的制造質(zhì)量到產(chǎn)品的裝配調(diào)試質(zhì)量及包裝、運輸?shù)?，都應達到規(guī)定的質(zhì)量標準。為了保證柴油機的正常使用，還必須配備詳細的技術要求使用說明及必要的售后技術服務。柴油機制造質(zhì)量的好壞，不僅表現(xiàn)在達到規(guī)定性能指標的優(yōu)劣程度，也表現(xiàn)在能否較可靠的保證其正常工作和正常工作時間的長短。因此，制造質(zhì)量優(yōu)良的柴油機，是減少柴油機故障工作時間和停工待修時間的基本條件;不斷提高柴油機的制造質(zhì)量水平，是減少異常煙度工況時間的重要環(huán)節(jié)。.柴油車的社會運用條件柴油車的社會運用條件好壞，對柴油車能否正常工作有著十分重要的影響。柴油車異常煙度工況出現(xiàn)時間的長短與出現(xiàn)的幾率在很大程度上取決于此。柴油車的社會運用條件涉及面很寬，主要有駕駛員、維修服務機構及人員；油料、配件供應；教育培訓與行政管理。駕駛員的工作狀況直接影響到柴油車能否正常工作和正常工作時間的長短，影響到柴油車工作的可靠性與經(jīng)濟性。近年來，柴油車的社會保有量在迅速增長，但由于駕駛員缺乏對柴油車基本使用常識的了解,出現(xiàn)了一些不該發(fā)生的事故。同樣的柴油車，不同的駕駛員可能有不同的使用效果。因此，要減少柴油車的異常煙度工況時間，就必須提高駕駛員的工作質(zhì)量。柴油車在使用過程中因磨損等原因?qū)е铝慵?、工作失常，不可避免地需要進行維護與修理。能否及時、正確的修理，修理質(zhì)量的好壞，是影響柴油車異常煙度工況時間長短的又一重要因素。及時、正確的維修可以有效的減少異常煙度工況時間。例如噴油嘴偶件卡滯、供油時間變化、氣門間隙不對、空氣濾清器阻塞，都可能導致柴油車排放濃煙，若能及時更換、調(diào)整與修復，即可有效縮短異常煙度工況時間。經(jīng)修理后的柴油車，其性能指標理應達到規(guī)定的技術要求,包括應達到規(guī)定的動力性、經(jīng)濟性及排放煙度指標。但實際生產(chǎn)中，經(jīng)修理后的柴油車，其性能與排放指標是否達到規(guī)定標準，常常是根據(jù)送修和承修雙方的感覺確定的，這種感覺是否正確，取決于二者的實際經(jīng)驗與要求。因此，通過犧牲排放指標來滿足動力性指標的情況時有發(fā)生，出現(xiàn)異常煙度工況也就在所難免。油料、配件供應情況對柴油車異常煙度工況的影響，主要表現(xiàn)在供應油料、配件的質(zhì)量問題上。目前，油料、配件供應質(zhì)量上存在的主要問題是假冒偽劣產(chǎn)品太多。劣質(zhì)油料、配件帶來的是柴油車零件磨損與損壞的幾率增大，正常工作時間減少，異常煙度工況時間增多。近年來，油泵油嘴及柴油機維修行業(yè)的蓬勃發(fā)展，除了有柴油車社會擁有量的迅速增多的原因以外，劣質(zhì)油料、配件的使用也是重要的原因。教育培訓的目的，是使人們掌握柴油機的運行規(guī)律與技術要求。實際生產(chǎn)中表現(xiàn)出來的很多技術問題，從根本上說是人員的素質(zhì)問題。教育培訓是多層次、全方位的。除專門的技術教育院校、科研機構要做教育培訓工作外，還應有各種專業(yè)短期培訓班以及科普知識宣傳教育。讓人們都知道，柴油車冒煙污染環(huán)境與每個社會成員的健康和生存緊密相關，應該自覺的為此做出有益的貢獻。在減少柴油車異常煙度工況時間方面，管理工作十分重要。管理部門通過對有關法規(guī)的制定和監(jiān)督檢查，可以有效的制止和限制異常煙度工況的出現(xiàn)?？刂撇裼蛙嚺欧诺男录夹g一一柴油機共軌電控燃油噴射盡管柴油車與汽油車相比排放的污染物較少，但隨著社會保有量的增加，柴油車排放的尾氣對環(huán)境的污染得到重視，世界各國業(yè)已開始尋找和采取有效措施減少和控制柴油車污染物的排放。柴油機共軌電控燃油噴射技術是一項較為成功的控制污染排放的新技術。共軌電控燃油噴射技術，通過共軌直接或間接地形成恒定的高壓燃油，分送到每個噴油器，并借助于集成在每個噴油器上的高速電磁開關閥的開啟與閉合,定時、定量的控制噴油器噴射至柴油機燃燒室的油量，從而保證柴油機達到最佳的燃燒比和良好的霧化，以及最佳的點火時間、足夠的點火能量和最少的污染排放。目前，該項新技術已開始在國外以柴油機提供動力的汽車上投入使用。柴油機共軌電控燃油噴射技術的主要特點：采用先進的電子控制裝置及配有高速電磁開關閥；采用共軌方式供油；高速電磁開關閥頻響高，控制靈活；系統(tǒng)結構移植方便，適應范圍寬。這一技術的研究與開發(fā)，需解決高壓共軌系統(tǒng)的恒高壓密封問題；解決高壓共軌系統(tǒng)中共軌壓力的微小波動所造成的噴油量不均勻問題；解決高壓共軌系統(tǒng)的MAP（三維控制數(shù)據(jù)表）優(yōu)化問題；解決微結構、高頻響電磁開關閥設計與制造過程中的關鍵技術問題。柴油機排氣凈化技術近年來，柴油機排放控制技術的發(fā)展主要圍繞以下幾個方面進行。L燃燒系統(tǒng)直噴技術柴油機污染物的排放量很大程度上取決于汽缸內(nèi)的燃燒過程，改進燃燒過程的各個環(huán)節(jié)（如燃燒噴射系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、進氣口形狀和燃燒室形狀等）都會改善燃燒過程。燃燒系統(tǒng)直噴技術的燃燒效率高，比非直噴式系統(tǒng)節(jié)油5%-10%,但要求發(fā)動機吸入較多的空氣。目前，這種技術基本上成熟，對控制柴油機排放污染起到了一定的作用。預計不久的將來，相比分隔式燃燒系統(tǒng)，直噴技術將占主導地位。.廢氣渦輪增壓與中冷技術廢氣渦輪增壓技術是使發(fā)動機輕量化、提高輸出功率的有效措施，也是現(xiàn)代柴油機的代表性技術。經(jīng)廢氣渦輪增壓后，進氣溫度提高，滯燃期縮短，混合氣適當變稀，使噪聲、CO和HC排放以及油耗都有所降低。但是，進氣溫度上升使NOX增多，空氣密度因溫升而下降，也使進氣量未達到期望水平。于是出現(xiàn)了將增壓后的空氣再進行冷卻的中冷技術，使進氣溫度降低，循環(huán)進氣量更大,NOX排放下降而功率進一步增加。實踐證明：采用廢氣渦輪增壓與中冷技術可使柴油機功率提高200%,NOX降低80%,微粒減少90%,耗油量降低16%。.燃油噴射高壓化和多次噴射技術燃油噴射系統(tǒng)是柴油機的心臟。傳統(tǒng)的泵噴嘴系統(tǒng)的噴油壓力比較低，一般不超過50MPa,而現(xiàn)代燃油噴射系統(tǒng)除泵噴嘴外，還有新型的共軌系統(tǒng)，噴油壓力普遍提高，可達140MPao柴油機噴油壓力越高，燃油和空氣的混合就越好，排煙就越少。與此同時，將電子技術應用于燃油噴射過程的控制，可非常精確的控制噴油量和噴油時間，以適應不同的道路工況；具有自適應能力，可以補償零件磨損和零件制造偏差引起的變化，以取得NOX、微粒排放量和燃油經(jīng)濟性之間的最佳配合。采用燃油多次噴射技術可以實現(xiàn)柔和燃燒，亦可減少柴油機碳煙與顆粒的排放。.多氣門技術目前，車用中、小型柴油機正向多氣門方向發(fā)展，以加大循環(huán)充氣量，改善其動力性、經(jīng)濟性及排放性能。柴油機使用四氣門（兩進兩排）技術，可增大進氣通過的最小截面積，增加循環(huán)進氣量，提高柴油機功率和轉速；可實現(xiàn)噴油嘴正中布置，保證各噴嘴噴注的形態(tài)和混合氣條件相同，使噴注分布和混合氣形成更加合理；低速時可通過關閉一個進氣道來提高缸內(nèi)旋流速度，并通過特殊設計,充分利用進氣慣性來提高低速進氣量。以上各點對減少有害排放物都是有利的,特別是低速渦流比和進氣量的提高，部分解決了傳統(tǒng)機型低速性能較差的問題。.排氣后處理技術盡管有多種柴油機排氣后處理技術方案被提出并被研制開發(fā)，但目前被認為較實用的僅有氧化催化轉化器、微粒捕集器和NOX還原催化轉化器，其中微粒捕集器是目前國際上最接近商品化的柴油機微粒后處理技術。目前應用最多的是XX康寧公司和日本NGK公司生產(chǎn)的壁流式蜂窩陶瓷微粒捕集器。與一般催化劑載體不同的是，這種微粒捕集器的壁面是多孔陶瓷，相鄰的兩個通道中，一個通道的出口側被堵住，而另一通道的進口側被堵住。這就迫使排氣由入口敞開的通道進入，穿過多孔陶瓷壁面進入相鄰的出口敞開通道，而微粒就被過濾在通道壁面上。這種微粒捕集器對碳煙的過濾率達90%以上，可溶性有機成分SOF（主要是高沸點HC）也能部分被捕集。國產(chǎn)柴油汽車排放治理措施國家環(huán)?？偩肿罱剂瞬裼蛙嚺欧盼廴痉乐渭夹g政策，提出要在不同階段達到相應的尾氣排放標準，從根本上解決柴油車的尾氣污染問題。目前，我國正在執(zhí)行的柴油車污染物排放標準相當于歐團標準。而新公布的技術政策則為我國柴油車產(chǎn)業(yè)確定了尾氣達標的時間表：我國柴油車在2022年前后要達到歐回標準，2022年達到歐回標準，2022年之后爭取與國際排放控制水平接軌。國家環(huán)保總局發(fā)布的《關于實施國家第二階段機動車排放標準的公告》，要求從2022年9月1日起，所有進行定型的重型汽車，必須符合相當于歐回標準的國家第二階段核準的排放限值。這標志著我國機動車排放污染控制進入了一個新的階段。凡不符合上述標準要求的車、機型不得核準定型，未經(jīng)國家環(huán)?？偩趾藴识ㄐ偷能嚒l(fā)動機型視同排放不達標，不得制造、進口、銷售和注冊登記。目前，國產(chǎn)車用柴油機大都達到了歐團標準，歐團發(fā)動機的開發(fā)也已經(jīng)啟動。我國機動車第二階段排放標準（相當于歐團標準）正式實施后，國內(nèi)主要汽車發(fā)動機廠的技術開發(fā)重心已由歐團轉向歐團，有的甚至瞄著歐機除合資企業(yè)和引進技術的廠家外，更多的汽車發(fā)動機企業(yè)樂于與外國公司聯(lián)手開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的高檔發(fā)動機技術和產(chǎn)品。中國引進的發(fā)動機技術能夠滿足歐團和歐團標準，但發(fā)動機