《柴油車排放污染物的控制及治理探析》2900字

柴油車排放污染物的控制及治理分析綜述1.1柴油機(jī)廢氣排放物與汽油機(jī)的區(qū)別表1.1排放物差異有害成分汽油機(jī)柴油機(jī)微粒（/）0.0050.15~0.35CO（%）0.1~60.05~0.5HC（）2000200~1000NOX（）2000~4000700~2000由上表可知，柴油機(jī)和汽油機(jī)產(chǎn)生的尾氣排放物的種類十分相似，但由于柴油機(jī)和汽油機(jī)使用的燃料、燃燒過程以及燃燒方式都有很大差別，因此其污染物的排放量就有很大的不同了，而且因為柴油機(jī)尾氣形成的微粒物和NOX的含量較多、危害性極大但其他污染物排放少的排放特點，加大了治理柴油機(jī)污染物排放的難度。1.2柴油機(jī)排放控制技術(shù)發(fā)展歷程隨著柴油機(jī)在汽車上應(yīng)用的越來越廣泛和排放性能的要求也逐漸的提高，柴油機(jī)的排放控制技術(shù)發(fā)展也與日俱進(jìn)，如表1.2所示[25]，起初僅通過對燃燒室的優(yōu)化到逐漸改變?nèi)紵绞健⒃黾与娍貑卧俚匠霈F(xiàn)了一些后處理技術(shù)，并進(jìn)化到如今在對柴油機(jī)油排放有較為系統(tǒng)的控制方法外，還積極尋求更為環(huán)保的清潔燃料爭取對其排放性能的最優(yōu)改善，通過這些技術(shù)手段的不斷更新，在滿足排放法規(guī)的同時，給了人們更加多樣化的購車選擇和體驗。年份技術(shù)措施1960-1978優(yōu)化燃燒室設(shè)計，改進(jìn)噴油規(guī)律，改進(jìn)燃油分配、控制，采用增壓中冷技術(shù)1979-1984改進(jìn)發(fā)動機(jī)，采用部分電子控制，改進(jìn)燃料組分和性質(zhì)提高燃料品質(zhì)，優(yōu)化進(jìn)排氣系統(tǒng)，采用可變進(jìn)氣渦流、多氣門技術(shù)1985-1993改進(jìn)燃燒方式和過程，改進(jìn)發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)，采用廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和直噴式燃燒系統(tǒng)，改變?nèi)紵煞?，部分采用后處?994-2007改進(jìn)發(fā)動機(jī)及燃油分配與控制系統(tǒng)，采用高壓共軌噴射技術(shù)、電控燃油噴射技術(shù)，進(jìn)一步改進(jìn)燃燒方式，采用均質(zhì)壓燃技術(shù)（HCCI），完善微粒捕集器、選擇性催化還原（SCR）和氧化催化（DOC）等后處理技術(shù)，開發(fā)生物柴油2008至今進(jìn)一步改進(jìn)發(fā)動機(jī)、電控裝置、燃油分配系統(tǒng)，采用微粒氧化催化技術(shù)（POC），后處理復(fù)合凈化系統(tǒng)，采用混合動力，開發(fā)清潔燃料表1.2發(fā)展歷程1.3柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)研究進(jìn)程由前文可知，氮氧化物和微粒物是柴油機(jī)的主要排放污染物，而且在降低柴油機(jī)NOX排放和微粒排放之間總是具有看似難以解決的矛盾，一般能有效降低氮氧化物排放的技術(shù)都會讓微粒物含量增加，而降低微粒物排放的技術(shù)也有很大幾率會讓氮氧化物的排放量增加[20]，即便這樣，近些年來，柴油機(jī)的排放控制技術(shù)還是取得突破性進(jìn)展，開發(fā)出了很多能降低污染物排放的復(fù)合措施，并且取得了很好的成效。因為柴油機(jī)可燃混合氣形成及缸內(nèi)燃燒過程與汽油機(jī)有較大差異，其機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)方面都是圍繞改進(jìn)燃燒過程來進(jìn)行的，所以通過對柴油機(jī)燃燒室的改造、噴射方式和燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)有著至關(guān)重要的作用，而對柴油機(jī)的電子控制、增壓中冷和廢氣再循環(huán)等技術(shù)也起著關(guān)鍵的作用。燃燒室設(shè)計需要優(yōu)化設(shè)計參數(shù)和開發(fā)新型燃燒方式，目前來說，燃燒室設(shè)計不同可分為直接噴射和間接噴射兩種方式，而為了適應(yīng)越加苛刻的排放法規(guī)，已在直噴式柴油機(jī)上推廣使用了許多新型燃燒系統(tǒng)：(1)擠流扣式燃燒系統(tǒng)的燃燒室：因其底寬、口窄的形狀會有強(qiáng)烈的縮口作用，可延長加速燃油和空氣混合時間，在不影響發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性的前提下，能適當(dāng)?shù)耐七t噴油時間，有效降低NOX和微粒物的排放量。(2)非回轉(zhuǎn)體型燃燒室系統(tǒng)的燃燒室：通過對其非圓形或方、圓形狀及凹坑的形狀設(shè)計，加速了油氣混合速度，從而降低NOX和微粒物的排放。由表1.2可知，隨著歐V等排放法規(guī)的愈加嚴(yán)格，傳統(tǒng)柴油機(jī)的燃燒方式所造成的排放有害物濃度已不能滿足這些嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，眾所周知，傳統(tǒng)柴油主要采用擴(kuò)散燃燒，因其所造成的混合氣濃度和溫度分布極其不均勻，導(dǎo)致擴(kuò)散外焰的高溫富氧區(qū)產(chǎn)生大量NOX，而內(nèi)部缺氧區(qū)產(chǎn)生大量PM[26]，而均質(zhì)壓燃技術(shù)（HCCI）在結(jié)合傳統(tǒng)柴油機(jī)和汽油機(jī)的優(yōu)點，通過提高壓縮比、使用廢氣再循環(huán)、增壓中冷等措施提高缸內(nèi)可燃混合氣的溫度和壓力[26]，使得其達(dá)到自燃條件，這種新型燃燒系統(tǒng)本身所具有的均質(zhì)、低溫的燃燒過程可以同時解決NOX和微粒排放克制的問題[27]，但是在中小負(fù)荷時因為實現(xiàn)均質(zhì)壓燃技術(shù)的條件使得靠近缸壁側(cè)的燃油燃燒不充分，使得HC和CO排放量大大增加，只能用其他的復(fù)合技術(shù)解決這些問題。而在柴油機(jī)的電子控制方面，目前應(yīng)用較為廣泛的是電控共軌燃油噴射系統(tǒng)，該系統(tǒng)由各種傳感器實時監(jiān)測出發(fā)動機(jī)的實際工況，并由ECU根據(jù)預(yù)先編程計算出最適合于各個運(yùn)行工況下的噴油量、噴油規(guī)律等，從而使得發(fā)動機(jī)始終處于最佳的工作狀態(tài)，有效減輕柴油機(jī)粗暴和降低排放。目前，增壓技術(shù)是柴油機(jī)提高功率和改善排放的主要手段，絕大部分車用柴油機(jī)均使用廢氣渦輪增壓，因其重量體積較輕，和由于所消耗的有效功為排氣中回收的能量，故具有較高燃油經(jīng)濟(jì)性，還可以有效降低NOX排放和噪聲污染。類似于汽油機(jī)，柴油機(jī)中也使用廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，而且其基本原理都和汽油機(jī)的大致相同，通過對混合氣成分的改變來影響發(fā)動機(jī)的動力性和排放性，但是柴油機(jī)在大負(fù)荷工況時會使HC和微粒增加，燃油消耗增大，故而往往可同時輔以增壓技術(shù)、電控高壓共軌燃油噴射技術(shù)等來減少其負(fù)面影響。1.4柴油機(jī)后處理凈化技術(shù)研究進(jìn)程即使經(jīng)過各種嚴(yán)密的機(jī)內(nèi)凈化措施，但隨著車用柴油機(jī)的更廣泛的應(yīng)用和排放標(biāo)準(zhǔn)的愈加嚴(yán)苛，尾氣后處理技術(shù)將是排放控制的趨勢，目前被認(rèn)為最具有實用價值的后處理技術(shù)有：微粒捕集技術(shù)、氧化催化轉(zhuǎn)化技術(shù)和NOX還原催化技術(shù)[28]。具體來說，因柴油機(jī)微粒和NOX排放間有著矛盾，在對比多種捕集微粒途徑后，普遍認(rèn)為對排氣進(jìn)行過濾捕集才是最為全面環(huán)保的技術(shù)，也就是微粒捕集法，因其能夠在不大幅度影響NOX的排放下有效降低微粒排放而備受青睞，目前世界上發(fā)達(dá)國家安裝微粒捕集器的柴油車已成為主要趨勢，例如奧迪、奔馳和雷克薩斯等乘用車，但我國由于起步較晚，目前沒有研制出自我品牌的微粒捕集器。為了應(yīng)對將來更為嚴(yán)格的國V、國VI標(biāo)準(zhǔn)，我國還積極的研究等離子凈化技術(shù)、靜電分離技術(shù)、溶液清洗技術(shù)和離心分離技術(shù)等，但由于技術(shù)不成熟，還不能夠適用于汽車上。柴油機(jī)所使用的氧化催化器中催化劑的成分跟汽油機(jī)的基本相同，可有效此時HC和CO發(fā)生催化反應(yīng)，生成水和氧氣等[25]，但因為柴油機(jī)排氣溫度比汽油機(jī)的低，微粒中的炭煙很難被氧化，所以柴油機(jī)中的氧化催化劑主要是通過轉(zhuǎn)化微粒物（PM）中的可溶性有機(jī)組分（SOF），從而達(dá)到降低微粒排放量，但這種催化器也有很大的缺點，不能徹底去除微粒，且會大量產(chǎn)生對人體有害的硫化物，所以其只能夠用于無硫或低硫柴油車，或者通過輔以其他技術(shù)來降低其副作用。減少NOX的排放是柴油機(jī)有害排放物治理的關(guān)鍵，因其燃燒室內(nèi)濃氧燃燒使得廢氣中氧含量極高，較之汽油機(jī)來說，增大了凈化NOX的難度，而目前最為通用的對NOX后處理凈化技術(shù)為尿素選擇催化還原技術(shù)，其原理是通過催化劑的作用，在一定溫蒂下沒使NH3優(yōu)先與NOX反應(yīng)，而不與O2反應(yīng)，生成無害的N2和H2O，從而達(dá)到降低NOX排放的目的；另一種后處理凈化技術(shù)為非選擇性催化還原技術(shù)（NSCR），一般以碳?xì)漕惪扇細(xì)怏w為還原劑，優(yōu)先與尾氣中的NOX和O2發(fā)生反應(yīng)，生成CO2和H2O等氣體，達(dá)到減少NOX排放的目的。1.5柴油的改善目前我國沒有專用的車用柴油，而且由表1.5可知，我國制定的柴油標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)達(dá)國家相比并不嚴(yán)苛，十六烷值只有50，而發(fā)達(dá)國家是53，我國車用柴油必須符合未來節(jié)能環(huán)保的趨勢，需對柴油的品質(zhì)有較高要求，通過降低硫