柴油机排放污染物与净化措施毕业论文

1、 . 23 / 23柴油机排放污染物与净化措施目 录摘要·············································&#

2、183;·················································&#

3、183;·················································&#

4、183;····21引言············································

5、3;·················································

6、3;················································22排放法规

7、3;·················································

8、3;·················································

9、3;·································23NOx 和PM的生成机理··············&#

10、183;·················································&#

11、183;·················································&#

12、183;··43.1 NOx的生成机理与影响因素 ·························· ··················

13、············································ 43.2 PM的生成机理与影响因素 ···

14、;···································· ·············

15、3;····································· 54净化措施···········

16、83;·················································

17、83;·················································

18、83;······················54.1 燃料··························&#

19、183;·················································&#

20、183;·················································&#

21、183;·············54.1.1采用代用燃料··································&#

22、183;·················································&#

23、183;····································54.1.2采用低硫分燃料···········&

24、#183;·················································&

25、#183;·················································&

26、#183;····64.1.3柴油中加入富氧添加剂··········································

27、83;·················································

28、83;·········64.1.4采用乳化燃料······································

29、83;·················································

30、83;······························64.2 新的燃烧方式·················

31、3;·················································

32、3;·················································

33、3;····64.3 燃油喷射系统············································

34、;··················································

35、;·····························74.3.1推迟喷油、提高喷油压力··················

36、··················································

37、······························74.3.2先导喷射与多次喷射·················

38、83;·················································

39、83;····································74.3.3电控高压共轨喷射系统···········

40、;··················································

41、;········································74.4 废气再循环········&

42、#183;·················································&

43、#183;·················································&

44、#183;················84.5 废气涡轮增压与中冷·······························

45、;··················································

46、;·························84.6 后处理措施·······················&

47、#183;·················································&

48、#183;·················································&

49、#183;84.6.1NOx吸附还原催化转化器··············································&

50、#183;·················································&

51、#183;·84.6.2 连续再生式颗粒物过滤器·············································&

52、#183;·················································9

53、5展望与结论·················································

54、··················································

55、····························10参考文献·····················

56、··················································

57、··················································

58、·················12摘要：学院毕业设计（论文）柴油机排放污染物与净化措施净化措柴油机净化的关键是如何有效地消除 NOx 和微粒碳烟的生成量。文章从燃料、燃料方式、喷油喷射系统、废气再循环等多种净化方式出发进行分析；柴油机的有害排放取决于柴油机混合气形成与缸燃烧过程。恰恰这两项排放物的生成规律常常是互相矛盾的。因此，任何一个单项措施总有它的负面影响。人们总是在采取某项措施的同时，应用另一项措施来加以补救和平衡。

59、柴油机的电子控制和综合管理是有效解决这一问题的最佳途径，也是使各种机净化措施得以充分发挥效用的保证。在所有净化措施中，喷油系统的改进无疑是最为重要的环节。车用柴油机中常用的机械燃油喷射系统有两大类，直列泵系统和转子分配泵系统。直列泵系统包括直列多缸泵、单体泵和泵喷嘴系统，多用于大、中型车用柴油机上。转子分配泵系统有端面凸轮驱动的 VE泵系统，和凸轮驱动的径向对置柱塞系统，多用于轻型客车和柴油轿车的小型高速柴油机上。关键词：汽车；柴油机；排气污染物；柴油机净化；控制措施1 引言为了控制环境污染，世界各国对汽车的排放法规日趋严格 。在中国，汽车保有量逐年快速增加，加之生产和使用的汽车的技术水平相对

60、落后 ，污染物排放量较高；另外，随着公路运输业的快速发展 ，运输结构的改变，载重车，特别是以燃油经济性好的柴油机为动力的载重车和集装箱运输车的保有量增加很快，致使汽车的排放污染已成为一个不可忽视的严重的环境问题。在大城市 ，由于工业生产和民用生活能源结构的改变，用较清洁的天然气和液化石油气代替污染较严重的煤 ，生产和生活污染排放得到一定控制 ，使汽车CO、HC、NOx三项排放污染物已超过了总排放量的50%。汽车已成为影响人口稠密 、交通发达的大城市的重要污染源 。2排放法规学院毕业设计（论文）尽管汽油车的排放高于柴油车，但是汽油车采用电控汽油喷射和三元催化转化器后，可以有效地控制 CO、HC、

61、NOx三种排放污染物。而柴油机无法使用像汽油机那样的三元催化转化器，主要是无法通过催化反应还原 NOx；另外，柴油机还有比汽油机高很多的颗粒物（PM）排放，未采取控制措施的柴油机排出的颗粒物是带有催化转化器的汽油机的 5070倍。由于柴油机的空燃比较大， CO和HC排放相对较少，又经过长期治理 ，CO和HC的排放已控制在较低水平上。由此可见，降低柴油机的NOx和PM排放是今后控制汽车排放污染物的一个重要方向。图1和图2分别给出了欧洲、 美国和中国的中重型卡车柴油机PM和NOx排放指标值的降低趋势。图1 美国、欧洲和中国柴油机汽车颗粒物排放法规趋势图2 美国、欧洲和中国柴油机汽车氮氧化物排放法规

62、趋势从图中可看出， 目前中国也对柴油机制订了较严格的排放标准， 第一阶段从2000年9月1日起实施，相当于欧洲 I号排放法规.第二阶段将从2003年9月1日起实施，相当于欧洲II号法规；2010年左右达到与世界水平基本接轨的目标，具体指标见表 1。学院毕业设计（论文）为了满足新的、更严格的排放法规要求，必须采取可能的各种措施来降低柴油机的NOx和PM排放。表 1 中国车用压燃式发动排气污染物排放限值PM/g(kW*h)-1实施日期实验类型1997-10-01形式认证生产一致1998-10-01CO/g(kW*h)-111.212.3HC/g(kW*h)-12.402.60NOX/g(kW*h)

63、-114.415.8功率85kW1.5617.3功率85kW0.921.02性2000-09-01形式认证生产一致2001-09-014.54.91.101.238.09.00.610.680.360.40性2003-09-01形式认证生产一致2004-09-014.04.01.101.107.07.00.150.150.150.15性3 NOx和PM的生成机理3.1 NOx的生成机理与影响因素NOx是燃烧过程中形成的多种氮氧化物 ,如NO、NO2、N2O3、N2O5等，在燃机中主要是NO，其次是NO2。当温度超过2000 时，氧分子会分解成氧原 子，它和氮分子化合生成 NO ，其 捷尔杜维奇

64、（Zeldovich）链反应机理如下：O2 2O·······························链的形成与中断O + N2NO + N············

65、;··链的发展N + O2NO + O·············链的发展NO的生成主要取决于燃烧温度 、氧的浓度以与燃气在高温和富氧的条件下逗 留的时间。高温是最重要的条件 ，即使氧很充分，但燃烧温度不高时，氧的分解进行也很慢，NO生成浓度低；NO生成与反应时间有关 ，如果燃气在高温和富氧的条件下逗留时间长，NO的生成量必然增加。降低NOx与提高发动机的燃油经济性是一对矛盾 。因为从提高燃油经济性的角学院毕业设计（论文）度看，要求燃烧效率高，燃烧

66、进行得完全，也就是要求燃烧速度快 ，并使燃烧放热集中在上止点附近，而这样燃烧温度必然很高 ，因而NO生成量也就愈多。3.2 PM的生成机理与影响因素PM是除去未化合的水以外所有固态的碳基颗粒物 、液态的燃油与润滑油以与 无机物（附聚在碳基颗粒物表面上的SO2、NO2、H2SO3、Pb)等物质的总称。PM可分成可溶性有机物与不可溶性有机物两 部分。在可溶性有机物中，由润滑油产生的颗粒物占可溶性有机物中的绝大部分 ，不可溶性有机物主要组成是碳烟颗粒物 。碳烟是燃料经过高温热裂解 、大量脱氢的过程而形成基本晶粒 。初生的碳烟颗粒物是表面积很大的疏松团状结构 ，不断聚集，颗粒物变大，一直聚集到110m

67、，而且有很强的亲和力，它能吸附高分子量的有机物 。研究发现，燃烧中碳烟的浓度先是上升到最大值，然后浓度下降，这表明在燃烧的初期和中期会形成大量的碳烟 ，其中很大一部分在燃烧的后续过程中会被烧掉 。碳烟的生成主要是在燃烧的初期和中期 ，而碳烟的氧化主要是在燃烧的中期和后期 。4 净化措施4.1 燃料4.1.1 采用代用燃料除了传统汽车燃料之外的燃料均为代用燃料 ，如压缩天然气（CNG）、液化天然气（LNG）、液化石油气（LPG）、二甲醚（DEM）、乙醇、甲醇、氢气等，其中以CNG和LPG来源较广和应用较多 。DEM是近年来倍受关注的柴油机代用燃料 ，它可从煤、天然气和生物物质废 料中制得。DEM

68、的自燃性很好，可作为单燃料直接代替柴油 ；能够实现发动机高效 、柔和压缩燃烧，具有与柴油机一样或略高的动力性和经济性能 ；最突出的优点是DEM能够彻底消除排烟和实现超低排放 ，NOx 排放比柴油机低30%以上,若同时采用废气再循环时,可将NOx排放进一步降低到一般柴油机的 50%,达到NOx和PM的同时降低。CNG和LPG应用在压燃式发动机上 ，一般只能采用双燃料的形式 ，即必须用少学院毕业设计（论文）量的柴油引燃，主要燃料是CNG或LPG，这样就必须有两套燃料供应系统 ，结构稍复杂。采用柴油CNG或柴油LPG双燃料的压燃式发动机 ，调整良好时的排放比汽 油机和火花点燃式双燃料发动机明显下降

69、；与柴油机相比，NOx和PM降低,CO和HC大幅升高,但CO和HC还是低于汽油机;柴油LPG双燃料的排放略高于柴油 CNG。因此采用CNG和LPG可以降低NOx和PM,但会引起 CO和HC升高。另外，DEM、CNG和LPG的运输、保存，汽车的燃料补充、续驶里程等均不如传统的汽油或柴油。4.1.2 采用低硫分燃料柴油中的硫分燃烧后会生成硫酸盐 ，硫酸盐会以颗粒物状向外排放 ，加大了PM的排放量。因此采用低硫分燃料 ，可以减少PM排放，同时还可减小燃烧产物中的硫酸与硫酸盐对燃烧室零部件的腐蚀 。4.1.3 柴油中加入富氧添加剂碳酸二甲酯（DEC）是一种含有高比例氧的物质 ，常温下为液态，可与柴油以

70、任意比例混合。DEG作为富氧添加剂加入柴油中 ，由于DEG中没有C-C键，可以降低燃烧时产生的PM；由于富氧，可加大废气再循环量来降低 NOx。4.1.4 采用乳化燃料柴油中加入少量的水 ，形成“油包水”形式的乳化燃料，燃烧时液态水受热变为汽态时，吸收汽化潜热，降低燃烧温度可减少 NOx的生成；同时，由于液态水受热变为汽态会形成“爆炸” ，具有进一步雾化的作用 ，使燃料和空气进一步混合 ，减少PM的排放。 但乳化燃料存在效果好的乳化剂成本高，乳化燃料的稳定性差以 与对柴油机有一定的锈蚀作用等问题。4.2 新的燃烧方式传统的柴油机燃烧分为预混合燃烧和扩散燃烧两个部分。主要燃烧是在1处的扩散燃烧，

71、火焰温度高，极易产生NOx ，采用稀薄的均匀混合气可解决这一问题 。美国西南研究院提出的均匀充量压缩燃烧系统 ( HCCI )和日本ACE研究所的预混稀薄燃燃烧过程(PREDIC)等均是采用这种思路。 采用预混稀薄燃燃烧方式减少或消除学院毕业设计（论文）了扩散燃烧，稀混合气可降低燃烧温度 ，可大幅度降低NOx，比一般柴油机降低 98%；由于气缸混合气均匀 ，无局部过浓混合气，可使PM排放比一般柴油机降低 27%。预混稀薄燃燃烧方式目前还处于研究阶段 ，离实用还有一定距离 ，但是前景非常可观。4.3 燃油喷射系统4.3.1 推迟喷油、提高喷油压力一般柴油机的最佳喷油提前角是从动力性 、经济性角度

72、考虑。推迟喷油时 ，因初期喷油更接近上止点 ，故缸压力、温度较高，滞燃期缩短，其结果是速燃期的预混燃烧量减少，燃烧中最高压力和温度降低 ，从而大大减少NOx的排放量。同时，由于压力升高率的下降 ，燃烧噪声也随之降低。推迟喷油带来的副作用是燃油消耗率和烟度都会恶化 ，对CO与HC也有不利影响。为了弥补推迟喷油带来的副作用 ，可采用高压喷射措施。提高喷油压力就是加大喷油速率，它直接产生两方面的效果 ：一是降低PM的排放量；二是降低燃油消耗率。高压喷射降低PM和油耗的优点，可弥补推迟喷油所带来的缺点 ；反过来，高压喷射不可避免地使燃烧加速 ，温度上升，从而NOx排放必然有所增加，这一弱点又会被推迟喷

73、油 、降低NOx的功效所弥补。若两种措施同时应用 、进行合理调配后 ，NOx和PM排放都会同时降低。4.3.2 先导喷射与多次喷射在主喷射之前喷入少量的燃油 ，以降低NOx和噪声，主喷射要求喷油速率快 、喷油压力高，促进混合气形成，以缩短缓燃期，保证良好的经济性和动力性 ，形成先导喷射(预喷射)主喷射的模式。为了同时降低NOx和PM的排放也可采用多次喷 射的方法，即先导喷射和主喷射结束后再喷入少量的燃油形成过后喷射 ，过后喷射可促进碳烟的氧化，降低PM的排放。采用过后喷射会加大 HC排放和耗油增加。在不同工况下要获得良好的效果 ，先导喷射油量、过后喷射油量以与各次喷射的间隔角度和时刻的控制精度

74、都有严格的要求 ，这对于机械式喷油系统是很难想象的 ，只有电控高压共轨喷油系统才能胜任。4.3.3 电控高压共轨喷射系统学院毕业设计（论文）推迟喷油会引起PM排放上升、经济性和动力性下降 ，为弥补上述副作用$除提高喷射压力和速率、缩短喷射持续时间外 ，还可通过电子控制方式寻求最优化的喷油正时；采用先导喷射与多次喷射技术，先导喷射油量 、过后喷射油量以与各次喷射的间隔角度和时刻的控制精度都有严格的要求 ，这些显然只有在电控高压共轨系统中才能良好地实现 。柴油机采用电控技术后 ，由于其控制精度高，控制自由度大!控制功能齐全 !因此能实现整个运行围参数优化!不仅能降低排放 !改善经济性 !还可有效地

75、改善低速性能和冷起动性能 。4.4 废气再循环废气再循环(EGR)是将一部分排气引入进气系统 ,和新鲜空气一起再进入气缸 ,EGR是控制NOx排放的有效措施之一 。EGR降低了燃烧放热速度，燃烧温度随之下降，从而有效地减少NOx的生成。在柴油机中，EGR率过小，效果不明显；EGR率过大，又会使PM、CO排放不正常地加大，动力性和经济性变坏 。因此，EGR率必须根据发动机工况要求进行控制 。另外，EGR气体经冷却后再进入气缸 ，可进一步改善排放和油耗的关系 。4.5 废气涡轮增压与中冷柴油机采用增压中冷技术可以加大循环进气量 ，提高输出功率；同时，混合气可以适当变稀，使颗粒物碳烟、NOx排放下降

76、；增压后，进气压力提高，滞燃期缩短，这些都使噪声、CO与HC排放有所降低，再加上功率提高而机械损失变化不大 ，泵气功变为正功等原因 ，耗油量也有所下降。增压中冷柴油机参数选配得当 ，柴油机大部分性能都会得到改善 。4.6后处理措施4.6.1 NOx吸附还原催化转化器在汽油机上广泛使用 、效果良好的三元催化转化器无法在柴油机上使用 ，原因是柴油机的排气中氧含量高 ，NOx的还原反应困难；柴油机的排气温度低 ，柴油机排气中含有颗粒物和硫化物 ，易导致催化剂“中毒”失效。因此，为了在柴油机上学院毕业设计（论文）实现NOx的还原反应，采用的技术有两类：一类是需从外部添加 HC等还原剂，以保证较高的还原效率，此法比较适合固定式柴油机 ；另一是采用吸附还原催化方法 。吸附还原型三元催化剂的活性成分是贵金属和碱土金属 （或稀土金属），其工作过程分为两个阶段，即吸附和还原。柴油机正常工作时，过量空气系数大于1，排气中含较多氧，在贵金属（Pt）的催化作用下，NO与O2反应生成NO2并以硝酸盐(NO3-)的形式被