畢業(yè)論文---柴油機(jī)排放的控制及處理

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題 目： 柴油機(jī)排放的控制及處理 </p><p>　　作 者： 學(xué) 號： </p><p>　　系 ： 城市軌道交通系 </p

2、><p>　　專 業(yè)： 鐵道機(jī)車車輛 </p><p>　　班 級： 08鐵機(jī)輛301班 </p><p>　　指導(dǎo)者： 講師 </p><p>　　評閱者：

3、 </p><p><b>　　2011年 06月</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要</p><p>　　柴油機(jī)排放的控制及處理</p><p>　　摘要 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們開始對環(huán)境的關(guān)注程度也在大大的提高。環(huán)境污染問題已經(jīng)成為制約人類發(fā)

4、展的重要問題?？諝馕廴驹粗饕莵碜允兔禾康鹊牟煌耆紵斐傻?。</p><p>　　本文主要分析了燃油不完全燃燒的原因和其產(chǎn)物，介紹了燃油品質(zhì)的改善方法，采用顆粒過濾及再生技術(shù)，加裝氧化型催化轉(zhuǎn)化器，可溶性SOF氧化催化，非過濾技術(shù)和NOX催化轉(zhuǎn)化器等排氣凈化后處理技術(shù)和采用增壓中冷技術(shù)，燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)，采用電控高壓噴射技術(shù)，廢氣再循環(huán)技術(shù)，可變技術(shù)等柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)等來控制柴油機(jī)的排放污染。</p&

5、gt;<p>　　通過對本課題的研究，使我了解了一些有關(guān)柴油機(jī)排放方面的最前沿的技術(shù)和目前所面臨的技術(shù)難題。并根據(jù)研究，提出了自己的看法和解決方案。</p><p>　　關(guān)鍵詞 排放 控制 固體顆粒物 增壓 廢氣再循環(huán) </p><p><b>　　目次</b></p><p>　　引言………………………………………………………

6、……………………1</p><p>　　一 柴油機(jī)尾氣排放的危害和生成機(jī)理……………………………………2</p><p>　?。ㄒ唬┎裼蜋C(jī)尾氣排放的危害…………………………………………………………2</p><p>　　（二）柴油機(jī)有害物質(zhì)的生成機(jī)理…………………………………………………2</p><p>　　二 柴油機(jī)控制尾氣排放的主要凈化

7、措施…………………………………………4</p><p>　　（一）柴油機(jī)機(jī)內(nèi)主要凈化措施………………………………………………………… 4</p><p>　　1、噴油系統(tǒng)的優(yōu)化……………………………………………………………………… 7</p><p>　　2、燃燒室的結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化…………………………………………………………8</p><p&g

8、t;　　3、燃油的改質(zhì)…………………………………………………………………………… 8</p><p>　?。ǘ┎裼蜋C(jī)機(jī)外凈化措施…………………………………………………………… 10</p><p>　　結(jié)論………………………………………………………………………………… 13</p><p>　　致謝………………………………………………………………………………… 1

9、4</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………… 15</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　柴油燃燒后的主要排放物為PM(顆粒狀物質(zhì))、NOx、CO和HC，但后兩者排放較低。要控制柴油機(jī)尾氣排放，主要就是控制顆粒物質(zhì)PM和NO的生成，降低PM和NOx的直接排放。柴油機(jī)與同等功率

10、的汽油機(jī)相比，微粒和NOx是廢氣排放中兩種最主要的污染物。目前，世界各國都在致力于減少柴油機(jī)顆粒排放的技術(shù)研究，并且都已經(jīng)取得了實質(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，在減少微粒的同時又增加了NOx的排放，同時微粒的減少又使得催化劑中毒得以有效的扼制，因而使采用機(jī)外催化技術(shù)凈化NOx成為可能。</p><p>　　現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展有三大目標(biāo)，即高動力性、經(jīng)濟(jì)性以及低有害排放物。實現(xiàn)上述目標(biāo)主要有以

11、下幾種措施。</p><p>　　采用高效率的內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)，如米勒循環(huán)，高增壓、中冷循環(huán)。</p><p>　　采用可變技術(shù)。如可變進(jìn)氣系統(tǒng)，減小進(jìn)氣阻力，獲得強(qiáng)渦流和增大進(jìn)氣量；可變機(jī)構(gòu)（可變相位、可變升程）；可變壓縮比；可變增壓器噴嘴截面等。</p><p>　　采用多氣門設(shè)計。氣門正時也可以隨工況自由調(diào)節(jié)。</p><p>　　改進(jìn)燃

12、油供給系統(tǒng)，采用高噴射壓力。</p><p>　　改進(jìn)燃燒室與燃燒過程。</p><p>　　降低運(yùn)動件的摩擦損失。</p><p><b>　　降低內(nèi)燃機(jī)的質(zhì)量。</b></p><p>　　降低油耗，減少CO2排放。</p><p>　　廢氣后處理，包括三效催化轉(zhuǎn)化器。</p>

13、<p>　　NOx生成機(jī)理的研究及排放控制。</p><p>　　柴油機(jī)微粒過濾器及其再生。</p><p>　　一 柴油機(jī)尾氣排放的危害和生成機(jī)理</p><p>　?。ㄒ唬?柴油機(jī)排放的危害</p><p>　　柴油機(jī)的排氣主要是固體顆粒（PM）和NOx，含有較少的CO和HC。據(jù)統(tǒng)計，城市大氣中的NOx約有50%來自機(jī)動車輛，

14、其中柴油機(jī)排放的NOx約占50%，大約30%的懸浮顆粒來自汽車，還有一部分是來自鐵路內(nèi)燃機(jī)車。</p><p>　　柴油機(jī)排出的NOx中，NO約占90%，NO2在其中占很少的一部分。NO無色無味，毒性也不大，但濃度過高時能導(dǎo)致神經(jīng)中樞的癱瘓和痙攣，而且NO排入大氣后會逐漸被氧化為NO2。NO2是一種有刺激性氣味的氣體，且毒性很強(qiáng)，呈現(xiàn)紅棕色，可對人的呼吸道及肺造成損害，嚴(yán)重時甚至能引起肺氣腫。當(dāng)濃度高達(dá)100&#

15、215;10^-6體積濃度以上時，會隨時導(dǎo)致生命危險。NOx和HC在太陽光作用下會生成光化學(xué)煙霧。NOx還會增加周圍臭氧的濃度，而臭氧則會破壞植物的生長。另外，NOx還對各種纖維、橡膠、塑料、電子材料等具有不良影響。對環(huán)境危害較大。</p><p>　　由于以上原因，柴油機(jī)排放物中的NOx對環(huán)境的嚴(yán)重污染引起了世界范圍的普遍關(guān)注，迫使人們不得不采取應(yīng)對措施，來降低NOx的排放。各國也采取法律手段來限制其排放。&l

16、t;/p><p>　?。ǘ┎裼蜋C(jī)廢氣有害物的生成機(jī)理</p><p>　　內(nèi)燃機(jī)排氣管排出的廢氣是污染物的主要排放源。此外，曲軸箱的通風(fēng)和燃油箱的蒸發(fā)也會有一些烴類和少量CO及NOx逸出（表1）。</p><p>　　表1 各種污染物的組成</p><p>　　內(nèi)燃機(jī)排氣中各污染物的濃度 表2為柴油機(jī)與汽油機(jī)排氣污染濃度的比較。汽油機(jī)的CO和

17、烴類排放較柴油機(jī)嚴(yán)重，柴油機(jī)的顆粒物（黑煙）排放則比汽油機(jī)嚴(yán)重。因此，汽油機(jī)和柴油機(jī)凈化的側(cè)重點(diǎn)不同。</p><p>　　表2內(nèi)燃機(jī)排氣中各污染物的濃度</p><p>　　內(nèi)燃機(jī)各運(yùn)轉(zhuǎn)工況時的排氣流量不同，排氣中各污染物的濃度也不同，其變化趨勢如表3。</p><p>　　表3 內(nèi)燃機(jī)排氣與運(yùn)轉(zhuǎn)工況的關(guān)系</p><p>　　1、柴油機(jī)

18、PM生成機(jī)理</p><p>　　由于柴油機(jī)的工作原理是噴油壓燃，燃油停留在燃燒室中的時間比汽油短很多，因而受壁面冷激效應(yīng)和狹隙效應(yīng)，油膜、沉積物吸附作用很小，在大部分工況下，都是稀薄燃燒，且換氣過程中不存在燃油的損失。這是柴油機(jī)PM排放較低的原因。</p><p>　　當(dāng)柴油機(jī)怠速或小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時，來自柴油噴注的外緣混合過渡造成的過稀混合氣以及在壓縮過程中的活塞頂部頭道環(huán)上方的間隙中的混合

19、氣，都是造成柴油機(jī)未燃PM排放物的主要來源。</p><p>　　2、柴油機(jī)CO生成機(jī)理</p><p>　　CO的產(chǎn)生主要是由于燃油在氣缸中燃燒不充分所致，因局部缺氧而產(chǎn)生的燃燒反應(yīng)中間產(chǎn)物。過量的空氣系數(shù)和燃燒過程對燃燒后期的CO氧化反應(yīng)都有很大的影響。CO的濃度在柴油機(jī)中一般都很低，只有在接近冒煙極限時，才會急劇增加。而在小負(fù)荷時，缸內(nèi)燃燒溫度低而且氧化反應(yīng)不徹底，會造成CO排放有所

20、增加。對于柴油機(jī)，雖然理論上總體過量空氣系數(shù)始終大于1，可以完全燃燒。但由于柴油和空氣不可能完全混合均勻，缸內(nèi)總有局部缺氧和低溫的地方，以及反應(yīng)物在燃燒區(qū)停留時間較短，不足以完全燃燒。柴油機(jī)暖機(jī)時及怠速時CO也較高，也是由于上述原因造成。</p><p>　　3、柴油機(jī)NOx生成機(jī)理</p><p>　　柴油機(jī)尾氣排放物的生成機(jī)理。迄今為止人們已經(jīng)對NOx的生成機(jī)理進(jìn)行了大量的研究，但尚未

21、達(dá)成共識。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并非來自燃油的燃燒，而是來自氮?dú)馀c氧氣的反應(yīng)，它是在氧氣過剩的情況下由于燃燒室的持續(xù)高溫而形成的，在膨脹和排氣時有少量的分解，排到大氣后遇氧形成NOx和其它氮氧化物。</p><p>　　柴油機(jī)燃燒過程中噴射各區(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間(即高溫下所占燃燒循環(huán)的時間量)等因素有

22、關(guān)。從理論上講，柴油機(jī)NOx排放的形成是無法避免的，但通過控制燃燒過程的最高溫度和富氧空氣在高溫中的滯留時間等可以加以限制。</p><p>　　二 柴油機(jī)控制尾氣排放的主要凈化措施</p><p>　?。ㄒ唬┎裼蜋C(jī)機(jī)內(nèi)主要凈化措施</p><p>　　柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化就是對其燃燒過程進(jìn)行優(yōu)化，使發(fā)動機(jī)達(dá)到混合均勻，燃燒充分，工作柔和，啟動可靠，排放較少的要求。采取

23、機(jī)內(nèi)凈化是目前最好且最有效的方法。其原理就是通過改進(jìn)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)或者增加附加裝置來改善燃燒性能，進(jìn)而達(dá)到減少NOx排放的目的。</p><p>　　進(jìn)氣系統(tǒng)的優(yōu)化。對進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，主要目的是在提高充氣效率的同時，合理組織進(jìn)氣渦流。以利于氣體能夠充分的混合，提高燃燒速率，并盡量減少NOx和PM的生成。</p><p>　　進(jìn)氣渦流的優(yōu)化。提高渦流比能使燃燒加速并且完全，但其結(jié)果能導(dǎo)

24、致缸內(nèi)最高燃燒壓力與溫度的升高，從而使NOx的排放明顯增加；若減少進(jìn)氣渦流的強(qiáng)度雖能減少NOx的排放，但又勢必又會犧牲柴油機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性。因此，想到可采用可變渦流進(jìn)氣道技術(shù)來使渦流比在0.2-2.5范圍內(nèi)變化，可以很好的兼顧柴油機(jī)在整個工況范圍內(nèi)各個方面的性能。但采用可變渦流進(jìn)氣道技術(shù)存在很多技術(shù)難題，比如結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜以至于造成成本較高的問題。</p><p>　　提高噴油壓力和減小噴孔直徑。提高噴油壓力和減

25、小噴孔直徑可明顯地降低PM的排放。為了避免高壓噴射導(dǎo)致的NOx的增加，就需要適當(dāng)降低空氣渦流運(yùn)動，提高壓縮比和可變定時燃油噴射來與其相適應(yīng)。高壓噴油系統(tǒng)需要和燃燒室能夠很好的配合，以避免造成過多燃油噴射到氣缸的冷表面上，減少PM中有機(jī)可溶物的排放。同時還可以減少噴嘴壓力室容積或采用無壓力室噴油嘴，也可以使PM排放大大減少。通過對燃油噴射率的優(yōu)化，可降低PM和NOx的排放。</p><p>　　采用多氣門技術(shù)。在柴

26、油機(jī)上采用多氣門技術(shù)是控制排放的有效途徑。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，從而達(dá)到優(yōu)化進(jìn)氣渦流和油霧分布以及活塞與噴油器的冷卻條件，并且可以實現(xiàn)渦流比在不同轉(zhuǎn)速下的變化，這使混和氣的形成得到進(jìn)一步的優(yōu)化，因而在提高動力性和經(jīng)濟(jì)性的同時也減少了NOx排放，但增加了成本和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。例如采用四氣門技術(shù)的缸蓋，就能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化噴嘴位置，使其垂直置于燃燒室中央?；钊?shù)娜紵野伎右餐瑯犹幱谥行奈恢没蛐D(zhuǎn)對稱位置，這樣就可以

27、在活塞頂燃燒室凹坑內(nèi)形成均勻的氣流。多孔噴嘴噴出的油束處于沿任何方向流量均等的理想狀態(tài)，從而改善了進(jìn)氣渦流和油霧分布的均勻性，達(dá)到了最佳的空氣利用率和降低PM排放的效果。    四氣門結(jié)構(gòu)不僅可以提高發(fā)動機(jī)功率，而且還能夠改善活塞和噴油器的冷卻條件，可在不同轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)渦流比的可變性，改進(jìn)了燃燒方式，降低了低轉(zhuǎn)速區(qū)的排放。四氣門結(jié)構(gòu)還可減少換熱損失，從而改善了低速扭矩輸出。采用四氣門結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是增加了柴油機(jī)成

28、本和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。在柴油機(jī)上應(yīng)用多氣門技術(shù)是國際學(xué)術(shù)界研究熱點(diǎn)之一，國外內(nèi)燃機(jī)的氣門最多時已達(dá)到5個，目前已在大型柴油機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)</p><p>　　改進(jìn)燃燒系統(tǒng)。改進(jìn)燃燒系統(tǒng)主要就是改進(jìn)燃燒室的形狀、供油系統(tǒng)、進(jìn)氣流動的匹配程度。應(yīng)在保證發(fā)動機(jī)整個工況范圍內(nèi)，燃油在燃燒室中能夠均勻分布，有充分的氣體流動，有良好的噴油規(guī)律。</p><p>　　采用電控制噴油泵、電控泵噴嘴、電子調(diào)速器、

29、可變渦流系統(tǒng)、多氣門化和中央配置噴油器等措施，即可以改善柴油機(jī)性能，又能夠降低柴油機(jī)尾氣排放物，尤其是顆粒PM物質(zhì)的排放最為明顯。</p><p>　　增壓中冷。柴油機(jī)在采用進(jìn)氣增壓技術(shù)后，由于壓縮溫度升高，NOx的排量也必然增加。由于增壓柴油機(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，在一定程度上可以降低NOx的排放。廢氣渦輪增壓可以提高氣缸內(nèi)平均有效壓力、過量空氣系數(shù)和平衡整個循環(huán)的平均溫度，能夠使柴

30、油機(jī)顆粒物的排放量降低50%以上，并可以減少CO和HC的排放量。采用中冷技術(shù)，NO的排放量能夠降低60%-70%左右。目前，柴油機(jī)增壓中冷技術(shù)在中型柴油機(jī)和大型柴油機(jī)上應(yīng)用越來越廣泛。廢氣渦輪增壓中冷技術(shù)的應(yīng)用大大提高了柴油機(jī)的動力性，改善了燃油經(jīng)濟(jì)性，并且在降低內(nèi)燃機(jī)排放有害物，減少溫室效應(yīng)氣體CO2，保護(hù)環(huán)境等方面起到了非常重要的作用。為使柴油機(jī)排放污染進(jìn)一步降低，渦輪增壓中冷技術(shù)就是一個很好的解決方案。為滿足更高的排放法規(guī)歐洲Ⅲ、

31、Ⅳ的要求，則還必須采用電控可變噴嘴渦輪增壓器。</p><p>　　采用柴油電控高壓噴射技術(shù)。柴油電控技術(shù)已從第一代的位置控制、第二代的時間控制發(fā)展到現(xiàn)在的共軌式電控高壓噴射。正在研制或裝機(jī)的共軌式噴油系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的整個特牲曲線范圍內(nèi)改變噴油過程。如德國Bosch公司開發(fā)的共軌噴射系統(tǒng)，能夠自由選擇噴油壓力、高精度控制噴油量、靈活控制噴油定時，并且可以靈活地進(jìn)行預(yù)噴射和多級噴射，對顆粒和煙度的降低很

32、有很大作用。在采用共軌多級噴射系統(tǒng)和電控噴油器的柴油機(jī)試驗中觀察到，由于分段噴射加強(qiáng)了空氣的卷吸和紊流，加強(qiáng)了燃油和空氣的混合，可以明顯降低煙度。電子控制柴油機(jī)高壓噴射技術(shù)的應(yīng)用能夠使柴油機(jī)通過最佳噴油定時、最佳噴油率和預(yù)噴射，與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷之間的關(guān)系進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，使顆粒排放降低40%以上，并且發(fā)動機(jī)過渡工況的排放性能也可得到顯著提升。電控高壓噴射控制對噴油規(guī)律進(jìn)行控制，能夠根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況實現(xiàn)最佳噴油，同時通過控制預(yù)混合燃燒與擴(kuò)

33、散燃燒的比例，能夠同時降低有害排放和控制發(fā)動機(jī)的空燃比，有利于實現(xiàn)更有效的機(jī)外凈化措施。 </p><p>　　采用可變技術(shù)。一般發(fā)動機(jī)的壓縮比是不可變動的。因為燃燒室容積及氣缸工作容積都是固定的參數(shù)，是在設(shè)計生產(chǎn)時已經(jīng)定好了的。不過，為了使得現(xiàn)代發(fā)動機(jī)能在各種變化的工況中能夠發(fā)揮更好的效率，可以采用以變對變來改善發(fā)動機(jī)的運(yùn)行性能。氣門可變驅(qū)動技術(shù)早已實現(xiàn)，做為重要參數(shù)的壓縮比，也有嘗試由固定不變改為“隨機(jī)應(yīng)變”

34、。近年紳寶公司開發(fā)的SVC發(fā)動機(jī)就是以改變壓縮比來控制發(fā)動機(jī)的燃油消耗量。它的核心技術(shù)就是在缸體與缸蓋之間安裝楔型滑塊，缸體可以沿滑塊的斜面運(yùn)動，使得燃燒室與活塞頂面的相對位置發(fā)生變化，改變?nèi)紵业目头e，從而達(dá)到改變壓縮比的目的。其壓縮比范圍可從8：1至14：1之間變化。在發(fā)動機(jī)小負(fù)荷時采用高壓縮比以節(jié)約燃油；在發(fā)動機(jī)大負(fù)荷時采用低壓縮比，并輔以機(jī)械增壓器以實現(xiàn)大功率和高扭矩輸出。</p><p>　　柴油機(jī)采用

35、可變技術(shù)能夠使發(fā)動機(jī)在不同工況下的性能都較為理想，使不同工況下排放性能和經(jīng)濟(jì)性都得到提高，這包括噴油定時的可變控制，可變渦流控制和增壓系統(tǒng)的可變控制。這些措施的合理使用可使HC和顆粒物排放減少35%以上。</p><p>　　防止機(jī)油串入燃燒室。由于柴油機(jī)排放顆粒狀物質(zhì)的相當(dāng)一部分，是由于串入燃燒室的機(jī)油不能夠完全燃燒造成的，所以應(yīng)該盡可能地減少串機(jī)油量。防止或減少機(jī)油串入燃燒室的情況，可以通過加強(qiáng)機(jī)體剛度和密封

36、度。改進(jìn)氣缸蓋與機(jī)體的連接，減少氣缸工作面的變形，改進(jìn)活塞、活塞環(huán)和氣缸表面的設(shè)計，加強(qiáng)機(jī)油控制，采用密封性較高的機(jī)油，減少從氣門推桿泄漏機(jī)油等措施。</p><p>　　改進(jìn)潤滑系統(tǒng)設(shè)計，減少潤滑油轉(zhuǎn)化為50%左右，可以有效降低柴油機(jī)的PM排放。增加活塞環(huán)壓力，減少裙部間隙，優(yōu)化活塞環(huán)形狀設(shè)計，提高氣缸套圓度及改進(jìn)進(jìn)氣門挺桿的密封等措施，可以有效地降低潤滑油消耗量，使串漏的潤滑油明顯減少，也可以有效地降低排放。

37、</p><p><b>　　1、噴油系統(tǒng)的優(yōu)化</b></p><p>　　噴油系統(tǒng)的優(yōu)化就是使燃油噴射參數(shù)最佳化，包括噴油定時、噴油壓力、噴油速度和噴孔結(jié)構(gòu)等。通過參數(shù)的優(yōu)化來控制預(yù)混合燃燒，即減少在滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣量。這是降低NOx排放的有效途徑。</p><p>　　優(yōu)化噴油定時。NOx排放對噴油定時極為敏感。延遲噴油可以降低N

38、Ox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。為了減少延遲噴油對經(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。若采用電控技術(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。</p><p>　　優(yōu)化噴油速度。當(dāng)噴油提前角一定時，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)合也可減少NOx的排放。此外，噴油速度還與HC、碳

39、的排放及燃油消耗、噪聲有關(guān)，需綜合權(quán)衡來謀求各參數(shù)的最佳值。</p><p>　　優(yōu)化噴油壓力。提高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。因為提高噴油壓力能改善燃燒過程，因此可以補(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排放的目的不能夠?qū)崿F(xiàn)。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使微粒排放增加。</p&g

40、t;<p>　　優(yōu)化噴孔結(jié)構(gòu)。噴油器噴孔直徑和數(shù)目對柴油機(jī)排放會有明顯的影響。當(dāng)循環(huán)供油量與啟噴壓力一定時，減少孔徑會減少初期噴油量，抑制預(yù)混合燃燒和最高燃燒溫度，可以減少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)，可以降低流阻，改善燃油的霧化和燃油的分布，因而能降低NOx的排放。</p><p>　　2、燃燒室的結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化</p><

41、p>　　優(yōu)化壓縮比。柴油機(jī)的壓縮比控制著著火延遲期時間的長短。降低壓縮比，有利于著火延遲，能夠減少峰值壓力，可以使燃燒最高溫度降低，NOx排放減少，碳煙增加。但如果壓縮比過低，柴油機(jī)就難于著火。壓縮比對NOx的影響較為復(fù)雜，選取壓縮比時應(yīng)綜合考慮各種因素。</p><p>　　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)，這是因為非直噴式柴油機(jī)前期的燃

42、燒發(fā)生在混合氣過濃的預(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始較晚，而且是在較低溫度下進(jìn)行的。對于同一類型但結(jié)構(gòu)不完全相同的燃燒室，其NOx的排放量也有差異。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。</p><p>　　燃燒室噴水冷卻技術(shù)。水具有較高的比熱，在燃燒過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

43、低。此技術(shù)在降低NOx排放的同時，同時也利于改善燃油經(jīng)濟(jì)性和排氣碳煙濃度，并且還有降噪的作用。噴水冷卻有以下幾種形式：進(jìn)氣管噴水，用超聲波將燃油與水乳化后噴入燃燒室，通過附加噴嘴把水直接噴入燃燒室，在噴嘴的兩個燃燒層之間填充水，并分層噴入燃燒室。</p><p><b>　　3、 燃油的改質(zhì)</b></p><p>　　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

44、NOx排放影響最大。十六烷值較高時，由于其穩(wěn)定性就會變差，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，氣缸內(nèi)溫度與壓力降低，NOx排放也隨之降低。當(dāng)十六烷值從40提高到50時，NOx排放可降低10%左右。</p><p>　　使用柴油添加劑。在柴油中摻合一定比例的消煙添加劑。將金屬鋇、鎂、鋅等可溶性堿化鹽或中性鹽作為消煙添加劑，通過促進(jìn)碳煙粒子在膨脹過程中再燃燒，來促進(jìn)和消除噴油器頭

45、部的積炭，可以減少30%-50%的碳煙顆粒排放。但使用添加劑則會導(dǎo)致二次污染，所以此方法不是很適用。</p><p>　　降低燃油中的含硫量。在燃燒過程中，柴油中的硫約有98%轉(zhuǎn)化為SO2，其余的2%轉(zhuǎn)化成為硫酸鹽顆粒。部分SO2被進(jìn)一步氧化與燃燒過程中生成的H2O結(jié)合，形成硫酸和硫酸鹽，增加了微粒的排放量。當(dāng)燃料中的硫從0.12%下降到0.05%時，微粒排放量將減少8%-10%。減少燃油中的芳香烴成分，可以減少

46、NOx的排放。根據(jù)燃油餾程，如果合理提高燃油的十六烷值，則能有效地降低發(fā)動機(jī)尾氣PM、CO和NOx排放。</p><p>　　進(jìn)行柴油的乳化處理。在柴油中加入適量的乳化劑，通過燃燒時水的汽化，降低氣缸套的溫度和燃燒溫度，可以實現(xiàn)減少NOx的排放。此外，乳化燃料中的水分子迅速汽化膨脹，成為微細(xì)的燃料油滴，促進(jìn)了與空氣的迅速混合，加速了燃燒，減少了氣缸內(nèi)的激冷層，有利于HC的生成。</p><p&

47、gt;　　使用替代燃料，即新能源。采用代用燃料將是控制柴油機(jī)和汽油機(jī)排放的重要方法之一。目前代用燃料主要有天然氣、液化石油氣、甲醇、乙醇、氫燃料及與柴油摻燒的復(fù)合燃料等，其中甲醇、天然氣、液化石油氣被認(rèn)為是最有前途的清潔能源替代燃料。柴油機(jī)使用醇類燃料時，基本可以實現(xiàn)無煙排放。在中、低負(fù)荷時NOx的排量也很低。近年來可以作為內(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)替代燃料。但如果不采用適當(dāng)措施，柴油機(jī)排放的HC、甲醛將成

48、為重要的排氣污染物。以氫作為柴油機(jī)代用燃料時，NOx和其它污染物的排放都很低。未來太陽能利用及氫的存儲技術(shù)解決之后，氫將成為柴油機(jī)的主要燃料。但其缺點(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)高于柴油的效率。燃料電池的工作溫度低于1000℃，此時基本上不產(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)上已不存在重大問題，唯一的障礙在于制造成本太高，得不到普及。使用壓縮天然氣或液化天然氣，NOx和微粒排放

49、可同時減少75%-80%。二甲基乙醚作為最新出現(xiàn)的液體燃料，其燃燒后無微粒產(chǎn)生而且NOx的排放也很低。</p><p>　　替代燃料的熱值較低，增加發(fā)動機(jī)的體積，各種替代燃料的優(yōu)缺點(diǎn)如下：一、天然氣成本低，儲量豐富，主要以壓縮天然氣為代表。壓縮天然氣燃料本身呈氣態(tài)，不需進(jìn)行霧化，燃燒充分。尾氣中一氧化碳含量較低，無排煙，但動力性能降低10%，體積較大，占空間，攜帶不便。二、甲醇具有高辛烷值，低發(fā)熱量，低公害和無排

50、煙等特點(diǎn)。但甲醇的十六烷值低，著火性能差，需要加裝點(diǎn)火裝置，冷啟動性差，且具有腐蝕性，潤滑油消耗量大。三、液化石油氣NOx、PM排放較低，HC易氧化，可實現(xiàn)稀薄燃燒，以預(yù)燃電熱輔助點(diǎn)火和電控噴射液化石油氣排放為佳，通常采用雙燃料汽車。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，通過計算機(jī)輔助設(shè)計對柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)，進(jìn)排氣系統(tǒng)，燃油供給系統(tǒng)和燃燒室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，并采用新材料和新工藝，廣泛采用增壓中冷和電控高壓噴射控制技術(shù)

51、并采用尾氣處理技術(shù)綜合控制，將是柴油機(jī)發(fā)展和進(jìn)行尾氣控制的主要發(fā)展方向。</p><p>　?。ǘ┎裼蜋C(jī)機(jī)外凈化措施</p><p>　　由于機(jī)內(nèi)控制排放并不能起到完全凈化的效果，因此對已排出燃燒室但尚未排到大氣中的廢氣進(jìn)行處理顯得很有必要。NOx的機(jī)外凈化主要是通過采用催化轉(zhuǎn)化技術(shù)來實現(xiàn)。由于柴油機(jī)的富氧燃燒使得廢氣中含氧量較高，這使得利用還原反應(yīng)進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化比汽油機(jī)困難得多?？諝膺^量

52、時，作為NOx還原劑的CO、H2和HC便首先與氧反應(yīng)；空氣不足時，CO、HC不能被氧化。柴油機(jī)排氣后處理可以用氧化催化轉(zhuǎn)化器，以降低HC和CO的排放量和PM中的有機(jī)成分。采用選擇性還原催化轉(zhuǎn)換器在寓氧條件下還原NOx。采用微粒過濾裝置收集柴油機(jī)排氣中的顆粒狀物質(zhì)等。</p><p>　　加裝氧化型催化轉(zhuǎn)化器（如下圖4）。柴油機(jī)加裝氧化型催化轉(zhuǎn)化器是一種有效的機(jī)外凈化常用措施。加裝氧化型催化轉(zhuǎn)化器(能使HC、CO減

53、少50%，PM減少50-70%，其中的多環(huán)芳烴和硝基多環(huán)芳烴也有明顯減少。對于HC轉(zhuǎn)化效率較高的氧化催化器還可以有效地減少排氣的臭味。但是，氧化催化器的缺點(diǎn)是會將排氣中的SOF氧化為SO2，生成硫酸霧或固態(tài)硫酸鹽顆粒，導(dǎo)致額外增加顆粒物質(zhì)排放量。所以，柴油機(jī)氧化催化器一般只適于含硫量較低的柴油燃料，并且要保證催化劑及載體、發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況、發(fā)動機(jī)特性、廢氣的流速和催化轉(zhuǎn)換器的大小以及廢氣流入轉(zhuǎn)換器的進(jìn)口溫度等正常，才能使凈化效果達(dá)到最佳。

54、</p><p>　　圖4 氧化型催化轉(zhuǎn)化器</p><p>　　采用廢氣再循環(huán)技術(shù)（如下圖5）。廢氣再循環(huán)是將一部分廢氣導(dǎo)入進(jìn)氣系統(tǒng)中，通過降低燃燒室燃燒的最高溫度來降低NOx的排放。利用廢氣再循環(huán)來降低NOx的排放，需要與電子控制相結(jié)合。根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度傳感器及啟動開關(guān)信號對廢氣進(jìn)行隨機(jī)控制，保證在對柴油機(jī)性能影響不大的條件下，降低尾氣中NOx的排放。采用廢氣再循環(huán)是降

55、低NOx排放的一項非常有效的措施，廢氣再循環(huán)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等惰性氣體的對氧氣的稀釋作用，從而可以降低燃燒最高溫度，減少NOx的生成。大約60%-70%的NOx是在高負(fù)荷時產(chǎn)生的，此時采用合適的廢氣再循環(huán)率對于減少NOx是很有成效的。廢氣再循環(huán)率為15%時，NOx排放可以減少50%以上，而廢氣再循

56、環(huán)率為25%時，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“熱廢氣再循環(huán)”還可以同時減少HC和PM的排放，并且不會增加油耗，在中、低負(fù)荷時凈化效果更佳。由</p><p>　　圖5廢氣再循環(huán)技術(shù)示意圖</p><p>　　采用顆粒過濾及再生技術(shù)。顆粒過濾由顆粒過濾器和再生裝置組成。顆粒過濾器通過其中有極小孔隙的

57、過濾介質(zhì)(濾芯)來捕集柴油機(jī)排氣中的固定碳粒和吸附可溶性有機(jī)成分的碳煙。顆粒過濾器對碳的過濾效率較高，可達(dá)到60%-90%。在過濾過程中，顆粒過濾在過濾器內(nèi)會導(dǎo)致柴油機(jī)排氣背壓升高，當(dāng)排氣背壓達(dá)到16-20kPa時，柴油機(jī)性能開始惡化，因此需要定期除去顆粒，使過濾器恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)。</p><p>　　NOx催化轉(zhuǎn)化器。NOx催化轉(zhuǎn)化器對柴油機(jī)尾氣中的NOx在溫度為350-550℃的范圍內(nèi)能進(jìn)行良好的催化轉(zhuǎn)

58、化，可使NOx排放降低20%-30%。NOx催化轉(zhuǎn)化技術(shù)可分為催化熱分解和選擇性催化還原反應(yīng)兩種。催化熱分解是利用由金屬離子沸石、釩和鉬構(gòu)成催化劑來降低NOx熱分解反應(yīng)的活化，能使NOx分解成無毒的N2，該方法簡單且反應(yīng)生成物無毒。選擇性的還原反應(yīng)是在排氣中噴入飽和的HC和NOx，反應(yīng)生成物為N、CO和H。</p><p>　　氧化催化。利用鉑和鈀等貴重金屬作為催化劑的組成成分，以氧化鋁和二氧化硅制成蜂窩狀陶瓷作

59、為載體，用于SOF的催化轉(zhuǎn)化。在正常的排氣溫度環(huán)境下，SOF在催化劑的作用下被氧化，并被催化劑吸附，SOF在高溫時脫離催化劑載體，隨廢氣排出而達(dá)到凈化。通過氧化催化，SOF降低率達(dá)到60%-80%，從而降低PM排放20%-30%。因此要求氧化催化載體具有低溫吸附SOF性好，高溫與SOF脫離性好的特點(diǎn)。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　此次

60、對柴油機(jī)排放的控制及處理的研究，是一個具有一定挑戰(zhàn)性的課題，同時也是一次難得的鍛煉機(jī)會。通過這次的調(diào)查研究，我掌握了一些在課本之外的知識，學(xué)會了查閱資料和整理資料的方法，使我對柴油機(jī)有了更深入的了解。讓我充分體會到理論聯(lián)系實踐的重要性。對于今后的工作和學(xué)習(xí)有很大的指導(dǎo)作用。</p><p>　　在對本課題的研究當(dāng)中，出現(xiàn)了很多的困難。由于關(guān)于柴油機(jī)排放的控制及處理涉及到很多世界前沿的技術(shù)，一些技術(shù)都還未能進(jìn)入實際

61、應(yīng)用之中，未成熟。其中一些理論涉及到核心技術(shù)，資料比較難以查找，有些只能通過現(xiàn)場的觀察來獲取信息了。</p><p>　　做課題研究的目的就是要鍛煉自己的能力，包括語言組織能力，調(diào)查研究的能力，還有獲取信息的能力等等。通過這次的研究懂得了很多，也學(xué)到了很多。同時也發(fā)現(xiàn)自己存在著很多的問題。獲取信息的路徑不夠簡潔，語言組織能力和發(fā)現(xiàn)問題的能力還有待加強(qiáng)。</p><p><b>　

62、　致謝</b></p><p>　　首先要感謝所有教育過的老師，沒有你們，就沒有我今天的成果。還有要感謝我的指導(dǎo)老師和班主任，感謝你們給了我很多的寫作指導(dǎo)，如果沒有您的指導(dǎo)，我可能就無法完成這個課題的任務(wù)。</p><p>　　感謝學(xué)校給我提供的資料，圖書館給我提供了很多有關(guān)這方面的書籍。</p><p>　　此外還要謝謝互聯(lián)網(wǎng)，是它給我提供了很多的方便

63、。感謝現(xiàn)代科技帶來的便利。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 嚴(yán)兆大.內(nèi)燃機(jī)測試技術(shù)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1999. </p><p>　　[2] 錢耀義.汽車發(fā)動機(jī)排氣污染及控制[M].北京：人民交通出版社，1987.</p><p>　　[3]龔金科. 汽車排放污染及控

64、制[M]. 北京：人民交通出版社，2005.</p><p>　　[4]李岳林.汽車排放與噪聲控制[M]. 北京：人民交通出版社，2007.</p><p>　　[5]姚春德.內(nèi)燃機(jī)先進(jìn)技術(shù)與原理[M].天津：天津大學(xué)出版社，2010.</p><p>　　[6]王建昕，傅立新，黎維斌.汽車排氣污染治理及催化轉(zhuǎn)化器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.</p

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