《柴油车排放污染物的控制及治理探析》2900字

柴油车排放污染物的控制及治理分析综述1.1柴油机废气排放物与汽油机的区别表1.1排放物差异有害成分汽油机柴油机微粒（/）0.0050.15~0.35CO（%）0.1~60.05~0.5HC（）2000200~1000NOX（）2000~4000700~2000由上表可知，柴油机和汽油机产生的尾气排放物的种类十分相似，但由于柴油机和汽油机使用的燃料、燃烧过程以及燃烧方式都有很大差别，因此其污染物的排放量就有很大的不同了，而且因为柴油机尾气形成的微粒物和NOX的含量较多、危害性极大但其他污染物排放少的排放特点，加大了治理柴油机污染物排放的难度。1.2柴油机排放控制技术发展历程随着柴油机在汽车上应用的越来越广泛和排放性能的要求也逐渐的提高，柴油机的排放控制技术发展也与日俱进，如表1.2所示[25]，起初仅通过对燃烧室的优化到逐渐改变燃烧方式、增加电控单元再到出现了一些后处理技术，并进化到如今在对柴油机油排放有较为系统的控制方法外，还积极寻求更为环保的清洁燃料争取对其排放性能的最优改善，通过这些技术手段的不断更新，在满足排放法规的同时，给了人们更加多样化的购车选择和体验。年份技术措施1960-1978优化燃烧室设计，改进喷油规律，改进燃油分配、控制，采用增压中冷技术1979-1984改进发动机，采用部分电子控制，改进燃料组分和性质提高燃料品质，优化进排气系统，采用可变进气涡流、多气门技术1985-1993改进燃烧方式和过程，改进发动机电控系统，采用废气涡轮增压系统和直喷式燃烧系统，改变燃烧成分，部分采用后处理1994-2007改进发动机及燃油分配与控制系统，采用高压共轨喷射技术、电控燃油喷射技术，进一步改进燃烧方式，采用均质压燃技术（HCCI），完善微粒捕集器、选择性催化还原（SCR）和氧化催化（DOC）等后处理技术，开发生物柴油2008至今进一步改进发动机、电控装置、燃油分配系统，采用微粒氧化催化技术（POC），后处理复合净化系统，采用混合动力，开发清洁燃料表1.2发展历程1.3柴油机机内净化技术研究进程由前文可知，氮氧化物和微粒物是柴油机的主要排放污染物，而且在降低柴油机NOX排放和微粒排放之间总是具有看似难以解决的矛盾，一般能有效降低氮氧化物排放的技术都会让微粒物含量增加，而降低微粒物排放的技术也有很大几率会让氮氧化物的排放量增加[20]，即便这样，近些年来，柴油机的排放控制技术还是取得突破性进展，开发出了很多能降低污染物排放的复合措施，并且取得了很好的成效。因为柴油机可燃混合气形成及缸内燃烧过程与汽油机有较大差异，其机内净化技术方面都是围绕改进燃烧过程来进行的，所以通过对柴油机燃烧室的改造、喷射方式和燃烧系统的改进有着至关重要的作用，而对柴油机的电子控制、增压中冷和废气再循环等技术也起着关键的作用。燃烧室设计需要优化设计参数和开发新型燃烧方式，目前来说，燃烧室设计不同可分为直接喷射和间接喷射两种方式，而为了适应越加苛刻的排放法规，已在直喷式柴油机上推广使用了许多新型燃烧系统：(1)挤流扣式燃烧系统的燃烧室：因其底宽、口窄的形状会有强烈的缩口作用，可延长加速燃油和空气混合时间，在不影响发动机经济性的前提下，能适当的推迟喷油时间，有效降低NOX和微粒物的排放量。(2)非回转体型燃烧室系统的燃烧室：通过对其非圆形或方、圆形状及凹坑的形状设计，加速了油气混合速度，从而降低NOX和微粒物的排放。由表1.2可知，随着欧V等排放法规的愈加严格，传统柴油机的燃烧方式所造成的排放有害物浓度已不能满足这些严格的标准，众所周知，传统柴油主要采用扩散燃烧，因其所造成的混合气浓度和温度分布极其不均匀，导致扩散外焰的高温富氧区产生大量NOX，而内部缺氧区产生大量PM[26]，而均质压燃技术（HCCI）在结合传统柴油机和汽油机的优点，通过提高压缩比、使用废气再循环、增压中冷等措施提高缸内可燃混合气的温度和压力[26]，使得其达到自燃条件，这种新型燃烧系统本身所具有的均质、低温的燃烧过程可以同时解决NOX和微粒排放克制的问题[27]，但是在中小负荷时因为实现均质压燃技术的条件使得靠近缸壁侧的燃油燃烧不充分，使得HC和CO排放量大大增加，只能用其他的复合技术解决这些问题。而在柴油机的电子控制方面，目前应用较为广泛的是电控共轨燃油喷射系统，该系统由各种传感器实时监测出发动机的实际工况，并由ECU根据预先编程计算出最适合于各个运行工况下的喷油量、喷油规律等，从而使得发动机始终处于最佳的工作状态，有效减轻柴油机粗暴和降低排放。目前，增压技术是柴油机提高功率和改善排放的主要手段，绝大部分车用柴油机均使用废气涡轮增压，因其重量体积较轻，和由于所消耗的有效功为排气中回收的能量，故具有较高燃油经济性，还可以有效降低NOX排放和噪声污染。类似于汽油机，柴油机中也使用废气再循环系统，而且其基本原理都和汽油机的大致相同，通过对混合气成分的改变来影响发动机的动力性和排放性，但是柴油机在大负荷工况时会使HC和微粒增加，燃油消耗增大，故而往往可同时辅以增压技术、电控高压共轨燃油喷射技术等来减少其负面影响。1.4柴油机后处理净化技术研究进程即使经过各种严密的机内净化措施，但随着车用柴油机的更广泛的应用和排放标准的愈加严苛，尾气后处理技术将是排放控制的趋势，目前被认为最具有实用价值的后处理技术有：微粒捕集技术、氧化催化转化技术和NOX还原催化技术[28]。具体来说，因柴油机微粒和NOX排放间有着矛盾，在对比多种捕集微粒途径后，普遍认为对排气进行过滤捕集才是最为全面环保的技术，也就是微粒捕集法，因其能够在不大幅度影响NOX的排放下有效降低微粒排放而备受青睐，目前世界上发达国家安装微粒捕集器的柴油车已成为主要趋势，例如奥迪、奔驰和雷克萨斯等乘用车，但我国由于起步较晚，目前没有研制出自我品牌的微粒捕集器。为了应对将来更为严格的国V、国VI标准，我国还积极的研究等离子净化技术、静电分离技术、溶液清洗技术和离心分离技术等，但由于技术不成熟，还不能够适用于汽车上。柴油机所使用的氧化催化器中催化剂的成分跟汽油机的基本相同，可有效此时HC和CO发生催化反应，生成水和氧气等[25]，但因为柴油机排气温度比汽油机的低，微粒中的炭烟很难被氧化，所以柴油机中的氧化催化剂主要是通过转化微粒物（PM）中的可溶性有机组分（SOF），从而达到降低微粒排放量，但这种催化器也有很大的缺点，不能彻底去除微粒，且会大量产生对人体有害的硫化物，所以其只能够用于无硫或低硫柴油车，或者通过辅以其他技术来降低其副作用。减少NOX的排放是柴油机有害排放物治理的关键，因其燃烧室内浓氧燃烧使得废气中氧含量极高，较之汽油机来说，增大了净化NOX的难度，而目前最为通用的对NOX后处理净化技术为尿素选择催化还原技术，其原理是通过催化剂的作用，在一定温蒂下没使NH3优先与NOX反应，而不与O2反应，生成无害的N2和H2O，从而达到降低NOX排放的目的；另一种后处理净化技术为非选择性催化还原技术（NSCR），一般以碳氢类可燃气体为还原剂，优先与尾气中的NOX和O2发生反应，生成CO2和H2O等气体，达到减少NOX排放的目的。1.5柴油的改善目前我国没有专用的车用柴油，而且由表1.5可知，我国制定的柴油标准与发达国家相比并不严苛，十六烷值只有50，而发达国家是53，我国车用柴油必须符合未来节能环保的趋势，需对柴油的品质有较高要求，通过降低硫