【正文】 四、任務(wù)書的內(nèi)容：目的：了解柴油機(jī)微粒排放的成因和污染危害，掌握柴油機(jī)微粒排放的凈化技術(shù)的運(yùn)用。任務(wù)：在圖書館或其他地方收集有關(guān)資料，整理提取有價(jià)值的資料撰寫論文論述目的。結(jié)合本專業(yè)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析，并提出解決方案。(3) 不能抄襲他人文章或論文，一經(jīng)查出，視為抄襲處理。(4)按論文格式要求書寫。2007[2] 曾小珍，柴油機(jī)維修技術(shù) 北京；電子工業(yè)出版社。北京；化學(xué)工業(yè)出版社。目前，歐洲的轎車消費(fèi)市場(chǎng)上，柴油轎車占了40%。到2002全國(guó)汽車產(chǎn)量為325萬(wàn)輛，約占汽車總量的30%。隨著柴油汽車的社會(huì)擁有量的迅速增大，伴隨著工業(yè)文明的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的環(huán)境問題不斷增多。柴油機(jī)工作時(shí)排放的產(chǎn)物可分為兩類：一類是可見產(chǎn)物，即顆粒物，如碳粒、重碳?xì)浠衔?、硫酸鹽、油氣、水汽及灰分等，另一類是一般情況下肉眼看不見的物質(zhì)，如一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NOx)和二氧化硫（SO2）、碳?xì)浠衔铮℉C）等。顯然，柴油機(jī)工作排出的燃燒產(chǎn)物不僅會(huì)對(duì)人類生存環(huán)境造成污染與破壞，而且由于柴油燃燒不完全，造成了能源的浪費(fèi)?？刂浦攸c(diǎn)是氫氧化物和顆粒污染物。關(guān)鍵詞:柴油機(jī)尾氣；排放污染；尾氣凈化引 言隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車保有量急劇膨脹，汽車排放問題受到極大關(guān)注，因?yàn)槠嚺欧艊?yán)重影響著生態(tài)環(huán)境、人身健康、制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著汽車柴油化進(jìn)程的不斷加快，對(duì)車用柴油機(jī)的低污染要求越來越突出。雖然目前往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但其總體構(gòu)造均勻共同特點(diǎn)。機(jī)體既發(fā)動(dòng)機(jī)的固定部件——汽缸體總成、汽缸蓋總成等。（2） 曲軸連桿機(jī)構(gòu)。通過該機(jī)構(gòu)將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而輸出動(dòng)力，是柴油機(jī)的主要組成部分。配氣及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括凸輪軸總成、氣門挺住總成、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。（4） 進(jìn)氣、排氣系統(tǒng)。柴油機(jī)增壓器、中冷器或廢氣凈化裝置也應(yīng)包括在此系統(tǒng)內(nèi)。 （5） 潤(rùn)滑系統(tǒng)。其功用是將潤(rùn)滑油供給給摩擦件，減少磨損、冷卻機(jī)件、清洗摩擦表面等。主要包括水泵、風(fēng)扇、水箱散熱器、節(jié)溫器、機(jī)油散熱器、中冷器等。（7） 電氣系統(tǒng)。如空氣壓縮機(jī)等。汽油機(jī)具有轉(zhuǎn)速高（目前轎車用汽油機(jī)最高轉(zhuǎn)速達(dá)到5000—6000r/min，貨車用汽油機(jī)達(dá)4000r/min左右）質(zhì)量小、工作時(shí)噪音小、啟動(dòng)容易、制造和維修費(fèi)用低等特點(diǎn)。其不足之處是燃油消耗率較高，因而燃料經(jīng)濟(jì)性較差。一般裝載質(zhì)量7t以上的貨車大都用柴油機(jī)。但目前柴油機(jī)的這些弱點(diǎn)正在逐漸得到克服、它的應(yīng)用范圍正在向中、輕型貨車擴(kuò)展。一氧化碳生成量的多少取決于空燃比，由于柴油機(jī)空燃比較大，因此一氧化碳排放量不大。（NOｘ） 氮氧化物是柴油機(jī)燃燒高溫條件下產(chǎn)生的，其生成取決于燃燒過程中的溫度和反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短。在間接噴射柴油機(jī)中，燃燒首先在極缺氧的渦流室（或副燃燒室）中進(jìn)行，燃燒溫度相對(duì)較低，當(dāng)火焰噴入主燃燒室時(shí)，使燃燒在有充足空氣中且燃燒溫度較低的情況下進(jìn)行，可避免氮氧化物的生成時(shí)機(jī)，所以氮氧化物排放量相對(duì)較低。人吸入氮氧化物后出現(xiàn)眩暈、無力等，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)窒息。（HC） 在柴油機(jī)排放中碳?xì)浠衔锏纳傻闹饕緩綖槿剂喜煌耆紵?、縫隙效應(yīng)、曲軸箱漏氣等。另外噴射定時(shí)滯后與延遲、負(fù)荷與轉(zhuǎn)速的變化、低溫啟動(dòng)、怠速運(yùn)轉(zhuǎn)等情況下都會(huì)使未燃碳?xì)浠衔锏臐舛仍黾?。另外碳?xì)浠衔锸且鸸饣瘜W(xué)反應(yīng)的起因物質(zhì)，生成的過氧化物對(duì)環(huán)境的危害很大。影響碳粒形成的主要因素是高溫和貧氧，在過量空氣系數(shù)很低、油氣混合不均勻而又處于高溫下的油滴將被裂解，從而產(chǎn)生大量的碳粒。碳粒易粘附重碳氧化物及硫酸鹽，形成的顆粒物懸浮于空氣中，在大氣中受陽(yáng)光和其他物質(zhì)作用將發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害。 柴油機(jī)NOX生成的原因是：燃燒過程的平均過量空氣系數(shù)雖然比較大，但因混合氣成分不均勻，局部燃燒溫度仍很高，所以生成大量NOX不過，隨著柴油機(jī)負(fù)荷的降低，NOX的排放迅速減小。廢氣再循環(huán)(EGR)為什么能降低NOX呢?因?yàn)镹OX的生成條件是高溫富氧，而廢氣的引入，一方面使混合氣熱容量增大，造成相同量的混合氣升高同樣溫度所需熱容量增大，從而降低最高燃燒溫度；另一方面，廢氣對(duì)新鮮充量的稀釋也相應(yīng)降低了氧的濃度，從而有效的抑制了NOX的生成。 內(nèi)部：EGR系統(tǒng)通過改變配氣正時(shí)實(shí)現(xiàn)。由于是在進(jìn)氣行程內(nèi)，直接開啟排氣閥使廢氣回流，因此難以精確控制EGR率；同時(shí)廢氣未經(jīng)冷卻直接回流，引起混合氣溫度升高，這一點(diǎn)又有利于NOX的生成。但是隨著控制技術(shù)的不斷提高，內(nèi)部EGR因其簡(jiǎn)單、便利，日益受到青睞。由于外部EGR不但可以通過電控系統(tǒng)精確控制EGR率、優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能，而且可以在外部系統(tǒng)中通過加裝EGR冷卻器，有效降低燃燒溫度，因此目前較為常用的是外部EGR系統(tǒng)。由于進(jìn)排氣之間有足夠的壓力差，EGR的控制比較容易。為此可采用下列措施：①如圖3la所示，在EGR閥5前，加一個(gè)排氣脈沖閥6，利用排氣脈沖加大EGR量。但顯然會(huì)增加柴油機(jī)的泵氣損失，有損燃油經(jīng)濟(jì)性。由于文丘里管喉口的壓降，在喉口下游可得到部分的恢復(fù)，壓力損失可以減，調(diào)節(jié)文丘里管的旁通閥9，可改變EGR 的有效壓差。但由于EGR泵的流量要求很大，機(jī)械驅(qū)動(dòng)泵顯然過于龐大昂貴。⑤用可變噴嘴增壓器VNT（Variable Nozzle Turbocharger）,是實(shí)現(xiàn)增壓柴油機(jī)有效EGR的一個(gè)新途徑。有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明；用普通的渦輪增壓器時(shí)，；用可變噴嘴渦輪增壓器時(shí)，柴油機(jī)大負(fù)荷時(shí)，可以通過減小渦輪噴嘴流通面積來提高排氣壓力，進(jìn)而增大大負(fù)荷領(lǐng)域的EGR率。冷EGR系統(tǒng)布置如圖31c、圖31d所示?，F(xiàn)已成功投產(chǎn)的EGR冷卻器，可在不同工況下，使EGR溫度下降50150℃，使NO下降10%左右。其控制方式可以是開環(huán)控制，也可以是閉環(huán)控制。開環(huán)控制一般基于脈譜(MAP)的控制，即通過實(shí)驗(yàn)確定典型工況下，達(dá)到排放要求的最佳EGR率。但其準(zhǔn)確性依賴于各種工況下MAP圖的精確制取，同時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。EGR閥5可以是一個(gè)真空閥。EGR閥也可以是一個(gè)電磁閥，可由電控單元通過PWM信號(hào)直接控制。閉環(huán)控制可以選擇基于排氣背壓的閉環(huán)控制，也可選擇基于排氣氧氣傳感器紫的閉環(huán)控制?；谶^量空氣系數(shù)的EGR控制，是通過過量空氣系數(shù)來間接測(cè)量NOx的排放量，其受EGR率的影響大，可作為EGR閉環(huán)控制的反饋信號(hào)。因此，它比開環(huán)控制的效果更好，但其結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、中小負(fù)荷時(shí)將一定量的廢氣引入燃燒室參與燃燒，全負(fù)荷不起作用。催化轉(zhuǎn)化劑(Oxidizingtalyst)的作用是促使排氣中的PM、HC和CO發(fā)生催化反應(yīng)，被氧化為水和二氧化碳排出。同時(shí)也可使HC和CO排放進(jìn)一步降低，還可凈化其他有害成分(如乙醛等)，以及減輕柴油機(jī)排氣臭味。試驗(yàn)表明當(dāng)使用Pt系催化劑時(shí)，由于大量硫酸鹽的產(chǎn)生使微粒排放總量比未使用催化劑時(shí)高了50％以上，但如果使用Pd系催化劑，在SOF排放明顯降低的同時(shí)硫酸鹽的生成量也不大,因而微粒排放總量降低約1/3。 圖34為帶有吸附功能的催化轉(zhuǎn)化器的原理圖。由于采用了和S02難以反應(yīng)的材料，催化器的壽命和效率得到了提高。這種催化器的缺點(diǎn)是不能除去PM中的炭粒部分。催化轉(zhuǎn)化效果越好，硫酸鹽生成越多，甚至達(dá)到平時(shí)的8—9倍。同時(shí)，硫也是催化劑中毒劣化的原因之一。其中最為有效的方法是各種過濾器。顆粒過濾器DPF(Diesel Particulate Filter)的原理是先用過濾裝置過濾廢氣中的顆粒物質(zhì)，當(dāng)過濾器收集到的顆粒物太多影響柴油機(jī)工作時(shí)，然后采用更換過濾器或?qū)κ占念w粒采用氧化或燃燒技術(shù)進(jìn)行清潔，使顆粒過濾器恢復(fù)原狀重新工作。第一是過濾器的安裝使排氣背壓增大，并且隨著收集顆粒物的增加而增大，這將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)下降；第二是在一般柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下收集的顆粒物不能點(diǎn)燃及氧化；第三是顆粒物質(zhì)被點(diǎn)燃之后，容易造成溫度過高，損傷或燒壞過濾器。排氣顆粒經(jīng)濾芯被收集，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，過濾效率會(huì)降低，排氣背壓由于過濾器的阻塞而上升，因此在經(jīng)過一段時(shí)間后，要對(duì)過濾器進(jìn)行再生處理，使過濾器中的顆粒物燃燒掉。 非整體式顆粒過濾器的濾芯是由耐高溫的金屬絲網(wǎng)或陶瓷纖維等雜亂無章地構(gòu)成。當(dāng)采用矩形截面的金屬線時(shí)，一般在其外表包裹一層γ—Al2O3,由于γ一Al2O3表面呈松枝狀結(jié)晶，比表面積大。/g。兩端面孔道的進(jìn)、排氣孔間隔地用圖35中的陶瓷塞堵住。 通常在濾芯與不銹鋼管的外殼之間，安裝具有彈性的陶瓷襯墊。圖35整體式過濾器濾芯示意圖對(duì)顆粒過濾器的要求：(1)過濾效率高顆粒過濾器的過濾效率為車輛行駛每單位里程或單位時(shí)間在過濾器中收集到的顆粒質(zhì)量與車輛行駛每單位里程或單位時(shí)間進(jìn)入過濾器的顆粒質(zhì)量之比。 顆粒過濾器的過濾效率一般為50％～80％。為了使過濾器的效率較高、排氣流動(dòng)阻力小，而外形尺寸又不大，則必須研究它們之間的關(guān)系及對(duì)主要結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)選。一般對(duì)于顆粒排放量高的重型車用柴油機(jī)，過濾效率應(yīng)達(dá)到80％，而對(duì)于顆粒排放量低的輕型柴油機(jī)，則要求可以低些。隨著運(yùn)行時(shí)間增加，過濾器中顆粒存儲(chǔ)量增多，背壓也增加。因此要求設(shè)計(jì)的過濾器應(yīng)有低的初始流動(dòng)阻力和在寬的負(fù)荷范圍內(nèi)有自行再生的能力，即在排氣溫度和催化劑的作用下，顆粒能夠燒掉，而不在過濾器中積累，從而保持低的流動(dòng)阻力。 (3)濾芯材料性能好顆粒過濾器不僅經(jīng)常處于溫度變化的排氣中，而且在進(jìn)行再生處理時(shí)，由于顆粒的燃燒，要釋放出大量熱量，溫度可高達(dá)1000℃以上。濾芯損壞的主要形式是材料軟化、局部因高溫融粘及產(chǎn)生裂紋等。為了不妨礙在排氣管路中安裝，在保證過濾效率和低流通阻力的前提下，應(yīng)盡可能減小外形尺寸，并且應(yīng)具有一定的通用性。過濾器的成本較高，應(yīng)有足夠的壽命及較好的再生技術(shù)措施，在長(zhǎng)期使用后，仍能保持較高的過濾效率。所以，對(duì)顆粒過濾器進(jìn)行及時(shí)的再生是非常必要的。能否使顆粒發(fā)生氧化反應(yīng)變成CO2氣體，主要取決于以下幾個(gè)方面：①溫度是否大于開始著火燃燒的最低溫度；②氧濃度是否大于2％；③是否有足夠的反應(yīng)時(shí)間等。 柴油機(jī)在高速、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣溫度可以達(dá)到600℃以上，過濾器的顆粒能