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1、关于柴油机污染物的控制途径研究摘要： 车用柴油机有害排放物对环境的污染已经成为严重的社会公害之一，通过对车用柴油机排放污染物的生成机理及成分的分析，提出了控制车用发动机有害污染物排放的实用技术，改进发动机的排放性能，以满足日益严格的排放法规，保护环境。关键词： 柴油机，排放，污染，控制途径 目录摘要. .2目录. 3前 言. .4 1.柴油机有害排放物的生成机理及危害. .511 碳氢化合物（HC）的生成机理及危害.51.2 一氧化碳（CO）的生成机理及危害 . .51.3 氮的氧化物（NOx）的生成机理及危害. 51.4 硫的氧化物（SOx）的生成机理及危害. 51.5 微粒（PM）的生成机
2、理及危害. 52 控制柴油机排放污染物的途径.6 2.1 燃烧方式的选择. .6 2.2 燃油品质的改善. .7 2.3 电控技术的应用. .8 2.4 废气再循环（EGR）电控系统.8 2.5 进气涡轮电控系统. .9 2.6 燃油蒸发电控系统. .9 2.7 曲轴箱强制通风电控系统. .9 2.8 二次空气喷射系统. .9 2.9 排气后处理. .10 2.9.1 新型催化剂的开发. .10 2.9.2 微粒（PM）捕集.112.10 使用管理方面的措施. 112.10.1 提高驾驶技术. 112.10.2 改变传统汽车维修观念，努力提高现代汽车维修技术.112.10.3 建立防治机动车排
3、放污染物机制，强化检测监督体制.11结论. . . . .13致谢. . . . .14参考文献. . .15前言随着汽车工业的发展，汽车排放物中的有害气体日益严重地污染着人类赖以生存的大气环境，汽车发动机排气排放物对环境的污染已经成为严重的社会公害之一，尤其在拥有大量汽车的大城市，由于车辆密度日益增大，城市道路行车梗阻日益严重，老车超龄服役，汽车发动机排放污染物对大气的污染越来越成为人们关注的焦点。目前我国汽车发动机排放污染物的水平相当国外发达国家80年代中期的水平，由于我国汽车保养维护和日常检查系统不完善，单车排放污染物比国际水平高出许多倍，在某些大城市，汽车发动机排放污染物已经成为首要的
4、大气污染源，已对城市居民的健康造成严重威胁。我国“十一五”期间，已经把汽车工业作为重点发展产业，降低汽车发动机排放污染物技术已列机械工业部“十一五”重要攻克的关键技术之一，因此对汽车有害排放控制进行系统的研究，提出相应的对策，已成为摆在我们面前的一个重要课题，同时应该引起汽车制造业、交通管理部门、环境保护部门的重视，是我国的汽车工业能沿着可持续发展的道理路健康前进。柴油机的有害排放物主要有：碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮的氧化物（NOx）、硫的氧化物（SOx）和微粒（PM），为了保护环境、满足日益严格的排放法规，必须采取一系列措施来改进柴油机的排放性能。1 柴油机有害排放物的生成机理
5、及危害本段讲述了车用柴油机排放物的生成机理及其对人体和环境的危害。1.1 碳氢化合物（HC） HC的生成取决于发动机的设计和运行情况，发动机运行中，混合气过浓或过稀、燃烧混合气混合不均匀、串机油或温度过低等都会产生HC，柴油机排出的未燃烧的HC主要是未燃烧的燃料、分解的燃料成分和少量氧化反应的中间产物HC的某些烃类光化学反应活性很强，可与空气中的二氧化碳结合，在阳光下形成以臭氧为主的光化学烟雾，刺激人的眼睛和呼吸器官，造成呼吸困难。1.2 一氧化氮（CO）CO主要是由于燃料燃烧时氧气相对不足，燃料中的碳不能完全燃烧产生的，或由于混合气不均匀燃烧，混合气温度过低，CO不能完全氧化而留在燃气中排出
6、CO被吸入人体，很容易与血红蛋白结合，导致缺氧，从而使人窒息，严重者危及生命。1.3 氮的氧化物（NOx）NOx是由空气中的氮气（N2）和氧气（O2）在燃烧室高温、高压作用下发成化学反应生成的，NOx主要以NO的形式出现，还有少量的二氧化氮（NO2）氮的氧化物可以与某些烃类发生化学反应，生成光化学烟雾，对人体有害。1.4硫的氧化物（SOx）燃料中的硫（S）在燃烧后形成硫的氧化物（SOx）。硫的氧化物（SOx）被排出机体外，易形成酸雾，污染环境。1.5 微粒（PM） 微粒是由于柴油机运行时燃料与空气混合不均匀，造成局部高浓，在高温缺氧的情况下产生并随废气一起排出。微粒中含有可致癌的物质，容易被人
7、体吸入并沉积在肺部。2 控制柴油机排放污染物的途径2.1 燃烧方式的选择为了改善PM和NOx排放之间的折哀，多数柴油机采用推迟喷油定时的高压喷油措施，喷油定时退后引起燃油经济性的破坏，应归于燃油循环本身效率的下降。目前正在研究的有先导喷油、多次喷油以及预混合压缩着火等技术，有人结合废气再循环（EGR）措施研究了多次喷油（直到一个燃烧循环喷油4次）实现同时降低NOx和PM排放，在该技术中，通过EGR降低NOx排放，同时采用多次喷油降低PM排放，但多次喷油对降低NOx排放的效果不大。有人建议采用稀薄预混合的压燃方法，该方法能使NOx排放降低到标准柴油机NOx排放的1/50.但采用该方法在高负荷条件
8、下易敲缸，低负荷条件下易发生不着火，限制了能够实现燃烧的预混合的可行工作范围。有人还建议采用多次喷射和稀薄预混合压燃相结合的一种新燃烧概念（HiMICS：质合理的多次喷射燃烧系统）。HiMICS方法要求在从进气行程早期到压缩行程中期这一时期内完成预先喷油，形成预混合气，采用改进的KIVA-程序分析了每一种喷油模式对发动机性能和排放量的影响，模拟结果表明，HiMICS燃烧系统的耗油量与NOx排放量之间的折哀关系可以获得显著的改进。图1所示为影响氮的氧化物和微粒排放的主要参数。2.2 燃油品质的改善柴油机燃油的成分对于排放有很大的影响，图中所示为一台10L增压中冷柴油机按ECER49规范试验所获得
9、各排放量的降低情况，实验时采用了低芳烃（体积分数小于5%）和低硫（质量分数小于0.003%）燃油代替CEC-RF-03-A84基准油，从图2中可以看出，各有害气体的排放量约降低10%，颗粒排放量约降低40%，图3为典型的碳黑降低率与燃油含氧量的变化关系。燃油含氧量的增加能使碳黑显著下降。燃油的发展趋势是改进燃油沸点范围，使之有较高的十六烷值的十六烷指数值，有较低的总芳烃量，极低的含硫量。添加氧化剂，改进后可实现低排放，延长排气后处理装置使用期，发动机采用更加合理的喷油定时，从而降低燃油消耗率。2.3 电控技术的运用 采用电子控制技术不仅可以提高喷油定时和喷油量的控制精度，而且像ECR、放气阀或
10、可变几何涡轮增压等空气控制部件也可以用电子控制技术进行柔性或精确控制。控制系统最理想的方案应能使燃油经济性废气排放性都可得到优化。2.4 废气再循环（EGR）电控系统用专门的管道将部分废气引至进气管，由ECU控制EGR阀改变流通截面来调节废气量，实现EGR率的变化，EGR控制的一般过程是ECU根据发动机的转数、节气门开度和冷却水温等信号，计算最佳EGR率，再通过控制EGR阀开度来实现EGR控制，ECU对EGR阀的控制是通过对真空调节阀的控制来实现的。真空调节阀一般是电磁式的，将ECU输出的电信号转换为气压变化，从而实现对气动式EGR阀的控制。 2.5 进器涡轮电控系统进气涡流可以促进燃油蒸发以
11、及与空气的均匀混合，提高燃烧效率。在进气口附近增设一涡流控制阀，通过ECU采集转速、节气门开度以及冷却水温等信号，并加以处理后控制其旋转角度，引导气流偏转产生涡流，调节涡流比，实现涡流控制。 2.6 燃油蒸发电控系统燃油蒸发电控系统用来降低燃油箱中燃油蒸气排向大气所造成的污染，目前活性炭灌蒸发电控装置得到了广泛应用。停车期间，利用活性炭灌吸收燃油蒸气，防止向大气扩散；发动机运行时，ECU控制活性炭灌与进气管之间的导通，并利用进气真空度将活性炭灌中吸附的燃油蒸气吸入进气管，可有效防止燃油蒸汽的外溢，降低HC的排放污染。 2.7 曲轴箱强制通风电控系统 该控制系统的目的是将汽缸中经活塞环间隙渗入曲
12、轴箱内的气体再循环进入进气管中，以减少该部分气体直接流向大气造成污染，现代电控系统中，由ECU根据节气门位置和转速信号等控制通气阀，从而实现曲轴箱内气体与进气管之间的导通使曲轴箱气体再次利用。2.8 二次空气喷射系统 二次空气喷射作为早期控制污染物排放的措施之一，目前与催化转换器配合使用，它由ECU控制二次空气喷射气道的导通，将空气引入催化转换器中，实现对NOx、CO和HC的催化转换，再将空气引入排气管的方式中，除了空气泵控制外还可以利用排气脉冲波来实现，未来的电控技术将对柴油机全面控制，以达到柴油机工作过程的最佳匹配。2.9 排气后处理2.9.1 新型催化剂的开发 降低柴油机二氧化碳（CO2
13、）的排放，有利于防止地球暖化，降低PM和NOx的排放一般改善燃烧和废气循环等措施，若以增加EGR量来减少NOx，却会使PM、HC和CO2的排放增加，故仅仅采用上述措施来改进排气受到限制，为进一步谋求柴油机排气净化，配用排气净化装置是必不可少的。图4所示为采用SiO2AL2O3涂层材料含钯的催化剂和涂层仅有SiO2AL2O3的HC、PM的净化特征，由图4可见，在300C的低温区，两者的PM净化率相同，含有钯的催化剂在300C以上对PM的净化率极高，但在500C以上时，则因硫酸盐的增加而使PM的净化率降低，单纯涂层材料的HC净化率在500C以下时不到10%，但含有钯的催化剂在250C以上时HC的净
14、化率就高于20%。在SOF（可溶性有机物）成分处于气化高温下，可利用Pd进行氧化，SOF的氧化必须有贵金属，在低温下降低SOF，涂层材料起了重要作用。2.9.2 微粒（PM）捕集柴油机排气中的PM绝大部分是固态碳和吸附了可溶性的有机成分的碳烟，使用PM捕集器对柴油机排放中的碳的过滤效率可达6090。2.10 使用管理方面的措施2.10.1 提高驾驶技术驾驶技术对排气排放物有很大的影响，驾驶员应提高防止汽车发动机排气排放物对环境污染的自觉性，做到尽量减少起动发动机的次数，发动机起动后应适当加大阻风门暖机，特别是低温条件下，发动机易产生过冷现象，应采取必要的预热措施，以缩短暖机时间，减少污染物，起
15、步时不连续轰空油，行驶中应尽量保持适当的油门开度，使发动机处于中等负荷稳定工作，避免猛加速、猛减速，猛减速会使真空度过大，造成混合气过浓，排放污染物增加，保持正常的冷却水温度。2.10.2 改变传统汽车维修观念，努力提高现代汽车维修技术汽车排放净化性能已经成为汽车的使用性能之一，汽车排放净化系统是现代汽车的基本组成，近年来，国家或行业部门发布的汽车修理质量检查标准、汽车技术等级评定标准、汽车维修工艺规范等文件，均将汽车排气排放物指标纳入维修质量考核内容，但是，由于对汽车排气净化观念的淡薄，在维修中随意拆掉或废除已装用的净化装置，对汽车检查只注意常规调整，竣工检验对汽车排气排放物指标没有技术要求
16、，检测手段也存在问题，如此发展下去，必然加剧汽车的污染，对汽车排气排放物的防治，产品设计是起点，使用维修是终端，社会效率最终反应在使用上，因此，建议汽车维修人员学习汽车新构造，掌握检查调整要领，从事汽车大修、发动机总成维修的企业应使用废气检测仪进行废气分析、诊断故障并进行修复后的质量检验。2.10.3 建立防治机动车排放污染物机制，强化检测监督体制从管理角度讲，降低汽车排放物的主要途径在于建立防治机动车排放污染物的机制，目前管理执法力度不够，应该管的环保部门无权拦车检查，有权管的公安管理部门又因检测人才和设备有限，无法加大监测与执法力度，只以每年年检一次加以控制，因此，要制定健全的法规和切合实
17、际的技术考核标准，严格排放法规，加强新车的排放控制，要求企业改进产品质量以达到规定的排放标准，我国目前已有多个有关汽车排放污染物的国家排放标准或检测标准，行业和地方也出台了一些管理方法，单位形成完善的体系，即立法，执法操作规程，处罚，仲裁整个过程中的具体配套法规未形成，特别是在操作规程处罚等方面的法规没有或十分薄弱。其次，要加强监测监督体系，对行车和新生产车实行监督管理，依据排放法规，严格产品认证制度，加强在用机动车的管理和完善（检查保养）制度，可以在投入小资金情况下，保证一定的机动车排放污染物的削减量，汽车安全监测站的汽车排放污染物检测工作必须按照现行的排放极限值及测量方法组织检验工艺，修改
18、旧的限值和测量规程。结论1、 降低柴油机排气污染可以从机内和机外两方面采取必要的措施，但最根本的还是在发动机内部通过合理组织燃烧过程，减少有害物的生成。2、 柴油机电控技术的应用为控制污染物的生成提供了有效地途径。3、 排气后处理装置在一定程度上能减少排气污染物的排放量。窗致 谢毕业设计是培养我们工作能力的最后一个实践性的学习环节。它不尽是对我们三年大学学习中所学知识的一次综合复习与考查，也是理论联系实际的一个重要过程，同时也是为以后从事专业技术工作的一次准备。通过此次毕业设计，培养了我综合运用所学的基础理论课、技术基础课、专业知识和实践技能去分析和解决实际工作中的工程技术问题的能力，使我建立
19、了正确的设计思维，学会了如何把三年所学的理论知识运用到实践当中去，并进一步巩固、扩大和深化了所学的基础理论、基础知识和基础技能，同时提高了查阅资料的能力。在毕业设计过程中遇到了一些麻烦和不懂的东西，但是在老师的指导和帮助下这些问题得到迎润而解，这也让我在各位老师的优良工作作风中受到的影响，培养了我严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风，并树立了正确的生活观。在设计中，由于个人能力有限，设计中漏洞和错误在所难免，敬请各位老师及同学指正修改，以便发现错误并及时修正。通过此次毕业设计，希望能把所学的知识有机的串连起来，养成自己发现问题、分析问题和结决问题的能力，为未来工作岗位打下坚实基础。在此，向在
20、本次毕业设计中给予关心和帮助老师及同学表示衷心的谢意。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！参 考 文 献1 蒋德明 内燃机原理第二版 机械工业出版社2 曹明让 柴油机有害排放物及其影响 车用发动机3 唐少波 现代轿车发动机电控技术及应用 车用发动机4 李永武、康文达 机动车的排放控制应控制机动车的排放污染物的总量 天津汽车5 李东江、宋良玉 现代汽车电子控制技术 科学技术文献出版社6 贺光斌 我国汽车排放污染现状与发展 环境科学7 汤朝模 汽车性能与技术使用 大连海事大学出版社8 刘长村 汽车尾气净化催化剂的研究发展 小型内燃机9 张永三 现代小型汽车结构与维修 山东科学出版社 -14-