柴油机排放的控制及处理-职业学院毕业论文

南京铁道职业技术学院 毕业论文 题目：柴油机排放的控制及处理 作者：马济祥学号：411108134 系：城市轨道交通系 专业：铁道机车车辆 班级：08 铁机辆 301 班 指导者：谢旭方讲师 评阅者： 2011 年 06 月 毕业设计（论文）中文摘要 柴油机排放的控制及处理 摘要随着经济的发展，人们开始对环境的关注程度也在大大的提高。环境污染 问题已经成为制约人类发展的重要问题。 空气污染源主要是来自石油煤炭等的不 完全燃烧所造成的。 本文主要分析了燃油不完全燃烧的原因和其产物， 介绍了燃油品质的改善方 法，采用颗粒过滤及再生技术，加装氧化型催化转化器，可溶性 SOF 氧化催化， 非过滤技术和 NOX 催化转化器等排气净化后处理技术和采用增压中冷技术， 燃烧 系统的改进，采用电控高压喷射技术，废气再循环技术，可变技术等柴油机机内 净化技术等来控制柴油机的排放污染。 通过对本课题的研究， 使我了解了一些有关柴油机排放方面的最前沿的技术 和目前所面临的技术难题。并根据研究，提出了自己的看法和解决方案。 关键词排放 控制 固体颗粒物 增压 废气再循环 第 1 页共 1 页 目次 引言1 一 柴油机尾气排放的危害和生成机理2 （一）柴油机尾气排放的危害2 （二）柴油机有害物质的生成机理2 二 柴油机控制尾气排放的主要净化措施4 （一）柴油机机内主要净化措施 4 1、 喷油系统的优化7 2、燃烧室的结构和参数优化8 3、燃油的改质 8 （二）柴油机机外净化措施 10 结论 13 致谢 14 参考文献 15 第 1 页共 15 页 引言引言 柴油燃烧后的主要排放物为 PM(颗粒状物质)、NOx、CO 和 HC，但后两者排 放较低。要控制柴油机尾气排放，主要就是控制颗粒物质 PM 和 NO 的生成，降低 PM 和 NOx 的直接排放。柴油机与同等功率的汽油机相比，微粒和 NOx 是废气排 放中两种最主要的污染物。目前，世界各国都在致力于减少柴油机颗粒排放的技 术研究，并且都已经取得了实质性的进展。由于柴油机排气微粒与 NOx 的生成机 理不同，在减少微粒的同时又增加了 NOx 的排放，同时微粒的减少又使得催化剂 中毒得以有效的扼制，因而使采用机外催化技术净化 NOx 成为可能。 现代内燃机的发展有三大目标，即高动力性、经济性以及低有害排放物。实 现上述目标主要有以下几种措施。 1.采用高效率的内燃机工作循环，如米勒循环，高增压、中冷循环。 采用可变技术。 如可变进气系统， 减小进气阻力， 获得强涡流和增大进气量； 可变机构（可变相位、可变升程）；可变压缩比；可变增压器喷嘴截面等。 2. 采用多气门设计。气门正时也可以随工况自由调节。 3. 改进燃油供给系统，采用高喷射压力。 4. 改进燃烧室与燃烧过程。 5. 降低运动件的摩擦损失。 6. 降低内燃机的质量。 7. 降低油耗，减少 CO2排放。 8. 废气后处理，包括三效催化转化器。 9. NOx 生成机理的研究及排放控制。 10. 柴油机微粒过滤器及其再生。 第 2 页共 15 页 一一柴油机尾气排放的危害和生成机理柴油机尾气排放的危害和生成机理 （一）（一） 柴油机排放的危害柴油机排放的危害 柴油机的排气主要是固体颗粒（PM）和 NOx，含有较少的 CO 和 HC。据统计， 城市大气中的 NOx 约有 50%来自机动车辆，其中柴油机排放的 NOx 约占 50%，大 约 30%的悬浮颗粒来自汽车，还有一部分是来自铁路内燃机车。 柴油机排出的 NOx 中，NO 约占 90%，NO2 在其中占很少的一部分。NO 无色无 味，毒性也不大，但浓度过高时能导致神经中枢的瘫痪和痉挛，而且 NO 排入大 气后会逐渐被氧化为 NO2。NO2是一种有刺激性气味的气体，且毒性很强，呈现红 棕色，可对人的呼吸道及肺造成损害，严重时甚至能引起肺气肿。当浓度高达 10010-6 体积浓度以上时，会随时导致生命危险。NOx 和 HC 在太阳光作用下 会生成光化学烟雾。 NOx 还会增加周围臭氧的浓度， 而臭氧则会破坏植物的生长。 另外，NOx 还对各种纤维、橡胶、塑料、电子材料等具有不良影响。对环境危害 较大。 由于以上原因，柴油机排放物中的 NOx 对环境的严重污染引起了世界范围 的普遍关注，迫使人们不得不采取应对措施，来降低 NOx 的排放。各国也采取法 律手段来限制其排放。 （二）柴油机废气有害物的生成机理（二）柴油机废气有害物的生成机理 内燃机排气管排出的废气是污染物的主要排放源。此外，曲轴箱的通风和燃 油箱的蒸发也会有一些烃类和少量 CO 及 NOx逸出（表 1） 。 排放源 污染物相对排放量 （占该污染物总排放量的百分数） CONOx烃类 排气管的排气989998995565 曲轴箱的通风121225 燃油箱化油器的蒸发001020 表 1 各种污染物的组成 内燃机排气中各污染物的浓度表 2 为柴油机与汽油机排气污染浓度的比 较。汽油机的 CO 和烃类排放较柴油机严重，柴油机的颗粒物（黑烟）排放则比 汽油机严重。因此，汽油机和柴油机净化的侧重点不同。 第 3 页共 15 页 污染物柴油机汽油机 CO小于 0.1%小于 10% 烃类小于 300 ppm小于 1000 ppm NOx10004000 ppm2000 4000 ppm 颗粒物0.5 g/m0.01 g/m 表 2 内燃机排气中各污染物的浓度 内燃机各运转工况时的排气流量不同，排气中各污染物的浓度也不同，其变 化趋势如表 3。 运转工况 排放浓度 （%或 ppm） 排气流量 （1/h） 怠速CO、烃类高，NO 低低 加速 （不同加速 度） CO、烃类、NO 均高高 等速 （不同转速） CO、烃类低，NO 在较高转速 时较高 在较高转速时 较高 减速 （不同减速 度） CO、烃类（特别是烃类）高， NOx 低 低 表 3内燃机排气与运转工况的关系 1、柴油机 PM 生成机理 由于柴油机的工作原理是喷油压燃， 燃油停留在燃烧室中的时间比汽油短很 多，因而受壁面冷激效应和狭隙效应，油膜、沉积物吸附作用很小，在大部分工 况下，都是稀薄燃烧，且换气过程中不存在燃油的损失。这是柴油机 PM 排放较 低的原因。 当柴油机怠速或小负荷运转时， 来自柴油喷注的外缘混合过渡造成的过稀混 合气以及在压缩过程中的活塞顶部头道环上方的间隙中的混合气， 都是造成柴油 机未燃 PM 排放物的主要来源。 2、柴油机 CO 生成机理 CO 的产生主要是由于燃油在气缸中燃烧不充分所致，因局部缺氧而产生的燃 烧反应中间产物。过量的空气系数和燃烧过程对燃烧后期的 CO 氧化反应都有很 大的影响。CO 的浓度在柴油机中一般都很低，只有在接近冒烟极限时，才会急 剧增加。而在小负荷时，缸内燃烧温度低而且氧化反应不彻底，会造成 CO 排放 第 4 页共 15 页 有所增加。对于柴油机，虽然理论上总体过量空气系数始终大于 1，可以完全燃 烧。但由于柴油和空气不可能完全混合均匀，缸内总有局部缺氧和低温的地方， 以及反应物在燃烧区停留时间较短，不足以完全燃烧。柴油机暖机时及怠速时 CO 也较高，也是由于上述原因造成。 3、柴油机 NOx 生成机理 柴油机尾气排放物的生成机理。 迄今为止人们已经对 NOx 的生成机理进行了 大量的研究， 但尚未达成共识。 比较容易接受的是策尔多维奇机理。 该机理认为： 柴油机排放中的 NO 并非来自燃油的燃烧，而是来自氮气与氧气的反应，它是在 氧气过剩的情况下由于燃烧室的持续高温而形成的， 在膨胀和排气时有少量的分 解，排到大气后遇氧形成 NOx 和其它氮氧化物。 柴油机燃烧过程中喷射各区均可以生成 NO，其生成浓度与局部温度、 局部氮原子和氧原子的浓度、燃烧产物的冷却速度和滞留时间(即高温下所占燃 烧循环的时间量)等因素有关。从理论上讲，柴油机 NOx 排放的形成是无法避免 的， 但通过控制燃烧过程的最高温度和富氧空气在高温中的滞留时间等可以加以 限制。 二二柴油机控制尾气排放的主要净化措施柴油机控制尾气排放的主要净化措施 （一）（一）柴油机机内主要净化措施柴油机机内主要净化措施 柴油机机内净化就是对其燃烧过程进行优化，使发动机达到混合均匀，燃烧 充分，工作柔和，启动可靠，排放较少的要求。采取机内净化是目前最好且最有 效的方法。 其原理就是通过改进柴油机结构参数或者增加附加装置来改善燃烧性 能，进而达到减少 NOx 排放的目的。 进气系统的优化。对进气系统进行优化设计，主要目的是在提高充气效率的 同时，合理组织进气涡流。以利于气体能够充分的混合，提高燃烧速率，并尽量 减少 NOx 和 PM 的生成。 进气涡流的优化。提高涡流比能使燃烧加速并且完全，但其结果能导致缸内 最高燃烧压力与温度的升高，从而使 NOx 的排放明显增加；若减少进气涡流的 强度虽能减少 NOx 的排放，但又势必又会牺牲柴油机的动力性和经济性。因此， 想到可采用可变涡流进气道技术来使涡流比在 0.2-2.5 范围内变化，可以很好的 兼顾柴油机在整个工况范围内各个方面的性能。 但采用可变涡流进气道技术存在 很多技术难题，比如结构过于复杂以至于造成成本较高的问题。 第 5 页共 15 页 提高喷油压力和减小喷孔直径。 提高喷油压力和减小喷孔直径可明显地降低 PM 的排放。为了避免高压喷射导致的 NOx 的增加，就需要适当降低空气涡流 运动， 提高压缩比和可变定时燃油喷射来与其相适应。高压喷油系统需要和燃烧 室能够很好的配合，以避免造成过多燃油喷射到气缸的冷表面上，减少 PM 中有 机可溶物的排放。同时还可以减少喷嘴压力室容积或采用无压力室喷油嘴，也可 以使 PM 排放大大减少。通过对燃油喷射率的优化，可降低 PM 和 NOx 的排放。 采用多气门技术。在柴油机上采用多气门技术是控制排放的有效途径。由于 缸盖上的喷油嘴和活塞上的燃烧室凹坑布置在气缸中央， 从而达到优化进气涡流 和油雾分布以及活塞与喷油器的冷却条件， 并且可以实现涡流比在不同转速下的 变化， 这使混和气的形成得到进一步的优化，因而在提高动力性和经济性的同时 也减少了 NOx 排放，但增加了成本和结构的复杂性。例如采用四气门技术的缸 盖，就能够实现优化喷嘴位置，使其垂直置于燃烧室中央。活塞顶的燃烧室凹坑 也同样处于中心位置或旋转对称位置， 这样就可以在活塞顶燃烧室凹坑内形成均 匀的气流。多孔喷嘴喷出的油束处于沿任何方向流量均等的理想状态，从而改善 了进气涡流和油雾分布的均匀性， 达到了最佳的空气利用率和降低 PM 排放的效 果。四气门结构不仅可以提高发动机功率，而且还能够改善活塞和喷油器的 冷却条件，可在不同转速下实现涡流比的可变性，改进了燃烧方式，降低了低转 速区的排放。四气门结构还可减少换热损失，从而改善了低速扭矩输出。采用四 气门结构的缺点是增加了柴油机成本和结构的复杂性。 在柴油机上应用多气门技 术是国际学术界研究热点之一，国外内燃机的气门最多时已达到 5 个，目前已在 大型柴油机应用的基础上，逐渐开始在小型柴油机上应用，国内在这方面的研究 尚未成熟。 改进燃烧系统。改进燃烧系统主要就是改进燃烧室的形状、供油系统、进气 流动的匹配程度。应在保证发动机整个工况范围内，燃油在燃烧室中能够均匀分 布，有充分的气体流动，有良好的喷油规律。 采用电控制喷油泵、电控泵喷嘴、电子调速器、可变涡流系统、多气门化和 中央配置喷油器等措施， 即可以改善柴油机性能， 又能够降低柴油机尾气排放物， 尤其是颗粒 PM 物质的排放最为明显。 增压中冷。柴油机在采用进气增压技术后，由于压缩温度升高，NOx 的排 量也必然增加。由于增压柴油机在采用中冷技术以后，增压空气在进入气缸以前 被冷却，在一定程度上可以降低 NOx 的排放。废气涡轮增压可以提高气缸内平 均有效压力、过量空气系数和平衡整个循环的平均温度，能够使柴油机颗粒物的 排放量降低 50%以上，并可以减少 CO 和 HC 的排放量。采用中冷技术，NO 的 排放量能够降低 60%-70%左右。目前，柴油机增压中冷技术在中型柴油机和大 第 6 页共 15 页 型柴油机上应用越来越广泛。 废气涡轮增压中冷技术的应用大大提高了柴油机的 动力性，改善了燃油经济性，并且在降低内燃机排放有害物，减少温室效应气体 CO2， 保护环境等方面起到了非常重要的作用。 为使柴油机排放污染进一步降低， 涡轮增压中冷技术就是一个很好的解决方案。为满足更高的排放法规欧洲、 的要求，则还必须采用电控可变喷嘴涡轮增压器。 采用柴油电控高压喷射技术。柴油电控技术已从第一代的位置控制、第二代 的时间控制发展到现在的共轨式电控高压喷射。 正在研制或装机的共轨式喷油系 统，可以实现在柴油机运转的整个特牲曲线范围内改变喷油过程。如德国 Bosch 公司开发的共轨喷射系统，能够自由选择喷油压力、高精度控制喷油量、灵活控 制喷油定时，并且可以灵活地进行预喷射和多级喷射，对颗粒和烟度的降低很有 很大作用。在采用共轨多级喷射系统和电控喷油器的柴油机试验中观察到，由于 分段喷射加强了空气的卷吸和紊流，加强了燃油和空气的混合，可以明显降低烟 度。 电子控制柴油机高压喷射技术的应用能够使柴油机通过最佳喷油定时、最佳 喷油率和预喷射，与发动机转速、负荷之间的关系进行连续调节，使颗粒排放降 低 40%以上， 并且发动机过渡工况的排放性能也可得到显著提升。 电控高压喷射 控制对喷油规律进行控制，能够根据发动机运行工况实现最佳喷油，同时通过控 制预混合燃烧与扩散燃烧的比例，能够同时降低有害排放和控制发动机的空燃 比，有利于实现更有效的机外净化措施。 采用可变技术。一般发动机的压缩比是不可变动的。因为燃烧室容积及气缸 工作容积都是固定的参数，是在设计生产时已经定好了的。不过，为了使得现代 发动机能在各种变化的工况中能够发挥更好的效率， 可以采用以变对变来改善发 动机的运行性能。气门可变驱动技术早已实现，做为重要参数的压缩比，也有尝 试由固定不变改为“随机应变”。近年绅宝公司开发的 SVC 发动机就是以改变压 缩比来控制发动机的燃油消耗量。 它的核心技术就是在缸体与缸盖之间安装楔型 滑块， 缸体可以沿滑块的斜面运动， 使得燃烧室与活塞顶面的相对位置发生变化， 改变燃烧室的客积， 从而达到改变压缩比的目的。 其压缩比范围可从 8： 1 至 14： 1 之间变化。在发动机小负荷时采用高压缩比以节约燃油；在发动机大负荷时采 用低压缩比，并辅以机械增压器以实现大功率和高扭矩输出。 柴油机采用可变技术能够使发动机在不同工况下的性能都较为理想， 使不同 工况下排放性能和经济性都得到提高，这包括喷油定时的可变控制，可变涡流控 制和增压系统的可变控制。 这些措施的合理使用可使 HC 和颗粒物排放减少 35% 以上。 防止机油串入燃烧室。由于柴油机排放颗粒状物质的相当一部分，是由于串 入燃烧室的机油不能够完全燃烧造成的，所以应该尽可能地减少串机油量。防止 第 7 页共 15 页 或减少机油串入燃烧室的情况，可以通过加强机体刚度和密封度。改进气缸盖与 机体的连接，减少气缸工作面的变形，改进活塞、活塞环和气缸表面的设计，加 强机油控制，采用密封性较高的机油，减少从气门推杆泄漏机油等措施。 改进润滑系统设计，减少润滑油转化为 50%左右，可以有效降低柴油机的 PM 排放。增加活塞环压力，减少裙部间隙，优化活塞环形状设计，提高气缸套 圆度及改进进气门挺杆的密封等措施，可以有效地降低润滑油消耗量，使串漏的 润滑油明显减少，也可以有效地降低排放。 1、喷油系统的优化 喷油系统的优化就是使燃油喷射参数最佳化，包括喷油定时、喷油压力、喷 油速度和喷孔结构等。通过参数的优化来控制预混合燃烧，即减少在滞燃期内形 成的可燃混合气量。这是降低 NOx 排放的有效途径。 优化喷油定时。NOx 排放对喷油定时极为敏感。延迟喷油可以降低 NOx 排 放， 但必须合理调整燃烧系统及喷油系统的其他参数以减少油耗、烟度和微粒排 放方面的损失。为了减少延迟喷油对经济性的不利影响，可采用较高的压缩比和 较高的喷油压力。若采用电控技术和根据运行工况调节喷油始点，可降低 NOx 的排放。 优化喷油速度。当喷油提前角一定时，提高喷油速率，缩短喷油持续期，可 以使柴油机产生的 NOx 较少。 提高喷油速度与延迟喷油相结合也可减少 NOx 的 排放。此外，喷油速度还与 HC、碳的排放及燃油消耗、噪声有关，需综合权衡 来谋求各参数的最佳值。 优化喷油压力。提高喷油压力可有效地改善燃料的雾化性能，使混合气的混 合质量得以改善。燃烧更加充分，燃烧温度上升，NOx 排放增加。因为提高喷 油压力能改善燃烧过程，因此可以补偿由于延迟喷油造成的油耗上升。但这又使 延迟喷油以降低 NOx 排放的目的不能够实现。 为减少 NOx 排放应该降低喷油压 力，而喷油压力降低后又会使微粒排放增加。 优化喷孔结构。喷油器喷孔直径和数目对柴油机排放会有明显的影响。当循 环供油量与启喷压力一定时，减少孔径会减少初期喷油量，抑制预混合燃烧和最 高燃烧温度，可以减少 NOx 的生成。当喷油压力、喷油速度及喷孔总面积不变 的情况下，增加喷孔直径或增加孔数，可以降低流阻，改善燃油的雾化和燃油的 分布，因而能降低 NOx 的排放。 2、燃烧室的结构和参数优化 优化压缩比。柴油机的压缩比控制着着火延迟期时间的长短。降低压缩比， 有利于着火延迟，能够减少峰值压力，可以使燃烧最高温度降低，NOx 排放减 第 8 页共 15 页 少，碳烟增加。但如果压缩比过低，柴油机就难于着火。压缩比对 NOx 的影响 较为复杂，选取压缩比时应综合考虑各种因素。 燃烧室型式的优化。燃烧室型式与 NOx 的排放有着密切关系。直喷式柴油 机 NOx 排放明显高于非直喷式柴油机，这是因为非直喷式柴油机前期的燃烧发 生在混合气过浓的预燃室或涡流室里，由于缺氧 NOx 的生成受到了抑制，又因 在主燃烧室中的燃烧开始较晚，而且是在较低温度下进行的。对于同一类型但结 构不完全相同的燃烧室，其 NOx 的排放量也有差异。例如在直喷式柴油机中， 涡流最强的球型燃烧室最高，浅盆型燃烧室最低。 燃烧室喷水冷却技术。水具有较高的比热，在燃烧过程中吸热可降低燃烧最 高温度。水与油混合喷入燃烧室还可以降低燃油密度，从而使燃烧温度进一步降 低。此技术在降低 NOx 排放的同时，同时也利于改善燃油经济性和排气碳烟浓 度，并且还有降噪的作用。喷水冷却有以下几种形式：进气管喷水，用超声波将 燃油与水乳化后喷入燃烧室，通过附加喷嘴把水直接喷入燃烧室，在喷嘴的两个 燃烧层之间填充水，并分层喷入燃烧室。 3、 燃油的改质 提高柴油机十六烷值。 十六烷值在柴油机燃料参数中对 NOx 排放影响最大。 十六烷值较高时，由于其稳定性就会变差，极易裂解为碳烟。柴油机排气烟度较 高，但其发火性能好，柴油机点火延迟期缩短，气缸内温度与压力降低，NOx 排放也随之降低。当十六烷值从 40 提高到 50 时，NOx 排放可降低 10%左右。 使用柴油添加剂。在柴油中掺合一定比例的消烟添加剂。将金属钡、镁、锌 等可溶性碱化盐或中性盐作为消烟添加剂， 通过促进碳烟粒子在膨胀过程中再燃 烧，来促进和消除喷油器头部的积炭，可以减少 30%-50%的碳烟颗粒排放。但 使用添加剂则会导致二次污染，所以此方法不是很适用。 降低燃油中的含硫量。在燃烧过程中，柴油中的硫约有 98%转化为 SO2，其 余的 2%转化成为硫酸盐颗粒。部分 SO2被进一步氧化与燃烧过程中生成的 H2O 结合，形成硫酸和硫酸盐，增加了微粒的排放量。当燃料中的硫从 0.12%下降到 0.05%时， 微粒排放量将减少 8%-10%。 减少燃油中的芳香烃成分， 可以减少 NOx 的排放。根据燃油馏程，如果合理提高燃油的十六烷值，则能有效地降低发动机 尾气 PM、CO 和 NOx 排放。 进行柴油的乳化处理。在柴油中加入适量的乳化剂，通过燃烧时水的汽化， 降低气缸套的温度和燃烧温度，可以实现减少 NOx 的排放。此外，乳化燃料中 的水分子迅速汽化膨胀，成为微细的燃料油滴，促进了与空气的迅速混合，加速 了燃烧，减少了气缸内的激冷层，有利于 HC 的生成。 第 9 页共 15 页 使用替代燃料，即新能源。采用代用燃料将是控制柴油机和汽油机排放的重 要方法之一。目前代用燃料主要有天然气、液化石油气、甲醇、乙醇、氢燃料及 与柴油掺烧的复合燃料等，其中甲醇、天然气、液化石油气被认为是最有前途的 清洁能源替代燃料。柴油机使用醇类燃料时，基本可以实现无烟排放。在中、低 负荷时 NOx 的排量也很低。近年来可以作为内燃机代用的醇类燃料很多，其中 甲醇是目前应用最广的内燃机替代燃料。但如果不采用适当措施，柴油机排放的 HC、甲醛将成为重要的排气污染物。以氢作为柴油机代用燃料时，NOx 和其它 污染物的排放都很低。未来太阳能利用及氢的存储技术解决之后，氢将成为柴油 机的主要燃料。但其缺点是易于回火。如采用燃料电池，其电能转化效率在 40%-65%之间，远远高于柴油的效率。燃料电池的工作温度低于 1000，此时 基本上不产生 NOx，且其它污染物排放也很低。燃料电池的应用在技术上已不 存在重大问题，唯一的障碍在于制造成本太高，得不到普及。使用压缩天然气或 液化天然气，NOx 和微粒排放可同时减少 75%-80%。二甲基乙醚作为最新出现 的液体燃料，其燃烧后无微粒产生而且 NOx 的排放也很低。 替代燃料的热值较低，增加发动机的体积，各种替代燃料的优缺点如下：一、 天然气成本低，储量丰富，主要以压缩天然气为代表。压缩天然气燃料本身呈气 态，不需进行雾化，燃烧充分。尾气中一氧化碳含量较低，无排烟，但动力性能 降低 10%，体积较大，占空间，携带不便。二、甲醇具有高辛烷值，低发热量， 低公害和无排烟等特点。 但甲醇的十六烷值低， 着火性能差， 需要加装点火装置， 冷启动性差，且具有腐蚀性，润滑油消耗量大。三、液化石油气 NOx、PM 排放 较低，HC 易氧化，可实现稀薄燃烧，以预燃电热辅助点火和电控喷射液化石油 气排放为佳，通常采用双燃料汽车。 随着科技的发展，通过计算机辅助设计对柴油机燃烧系统，进排气系统， 燃油供给系统和燃烧室结构的优化设计，并采用新材料和新工艺，广泛采用增压 中冷和电控高压喷射控制技术并采用尾气处理技术综合控制， 将是柴油机发展和 进行尾气控制的主要发展方向。 （二）柴油机（二）柴油机机外净化措施机外净化措施 由于机内控制排放并不能起到完全净化的效果， 因此对已排出燃烧室但尚未 排到大气中的废气进行处理显得很有必要。NOx 的机外净化主要是通过采用催 化转化技术来实现。由于柴油机的富氧燃烧使得废气中含氧量较高，这使得利用 还原反应进行催化转化比汽油机困难得多。 空气过量时， 作为 NOx 还原剂的 CO、 H2和 HC 便首先与氧反应；空气不足时，CO、HC 不能被氧化。柴油机排气后 处理可以用氧化催化转化器，以降低 HC 和 CO 的排放量和 PM 中的有机成分。 第 10 页共 15 页 采用选择性还原催化转换器在寓氧条件下还原 NOx。采用微粒过滤装置收集柴 油机排气中的颗粒状物质等。 加装氧化型催化转化器（如下图 4）。柴油机加装氧化型催化转化器是一种 有效的机外净化常用措施。加装氧化型催化转化器(能使 HC、CO 减少 50%，PM 减少 50-70%，其中的多环芳烃和硝基多环芳烃也有明显减少。对于 HC 转化效 率较高的氧化催化器还可以有效地减少排气的臭味。但是，氧化催化器的缺点是 会将排气中的 SOF 氧化为 SO2，生成硫酸雾或固态硫酸盐颗粒，导致额外增加 颗粒物质排放量。所以，柴油机氧化催化器一般只适于含硫量较低的柴油燃料， 并且要保证催化剂及载体、发动机运行工况、发动机特性、废气的流速和催化转 换器的大小以及废气流入转换器的进口温度等正常，才能使净化效果达到最佳。 图 4 氧化型催化转化器 采用废气再循环技术（如下图 5）。废气再循环是将一部分废气导入进气系 统中，通过降低燃烧室燃烧的最高温度来降低 NOx 的排放。利用废气再循环来 降低 NOx 的排放，需要与电子控制相结合。根据柴油机负荷、转速、冷却水温 度传感器及启动开关信号对废气进行随机控制， 保证在对柴油机性能影响不大的 条件下，降低尾气中 NOx 的排放。采用废气再循环是降低 NOx 排放的一项非常 有效的措施，废气再循环在所有负荷条件下都可以有效减少 NOx 排放。将定量 废气引入柴油机进气系统中，再循环到燃烧室内，有利于点火延迟，增加了参与 反应物质的热容量以及 CO2、H2O、N2等惰性气体的对氧气的稀释作用，从而可 以降低燃烧最高温度，减少 NOx 的生成。大约 60%-70%的 NOx 是在高负荷时 产生的，此时采用合适的废气再循环率对于减少 NOx 是很有成效的。废气再循 环率为 15%时，NOx 排放可以减少 50%以上，而废气再循环率为 25%时，NOx 排放可减少 80%以上。但随着废气再循环率的增加，发动机燃烧速度变慢，燃烧 第 11 页共 15 页 稳定性变差，HC 和油耗增加，功率下降。若采用“热废气再循环”还可以同时减 少 HC 和 PM 的排放，并且不会增加油耗，在中、低负荷时净化效果更佳。由于 废气再循环气门的升程信号会因气门座积碳而不能正确反映废气再循环量， 其响 应速度较慢， 所以废气再循环量应通过进气流量和废气再循环气门的升程信号相 结合来反映。 图 5 废气再循环技术示意图 采用颗粒过滤及再生技术。颗粒过滤由颗粒过滤器和再生装置组成。颗粒过 滤器通过其中有极小孔隙的过滤介质(滤芯)来捕集柴油机排气中的固定碳粒和 吸附可溶性有机成分的碳烟。颗粒过滤器对碳的过滤效率较高，可达到 60%-90%。在过滤过程中，颗粒过滤在过滤器内会导致柴油机排气背压升高，当 排气背压达到 16-20kPa 时，柴油机性能开始恶化，因此需要定期除去颗粒，使 过滤器恢复到原来的工作状态。 NOx 催化转化器。NOx 催化转化器对柴油机尾气中的 NOx 在温度为 350-550的范围内能进行良好的催化转化，可使 NOx 排放降低 20%-30%。NOx 催化转化技术可分为催化热分解和选择性催化还原反应两种。 催化热分解是利用 由金属离子沸石、钒和钼构成催化剂来降低 NOx 热分解反应的活化，能使 NOx 分