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柴油车大气污染物的生成控制
乔允江
（杜尔伯特蒙古族自治县环保局，黑龙江社蒙166200）
科技论坛
摘要：由于柴油机使用的混合气空燃比大于理论空燃比，而且混合气的形成及燃烧方式与汽油机不同，由此造成了荣油机与汽油机排放待性的不同。荣油机的CO和HC排放量不到汽油机的II10.NOx总体排放量略低于汽油机，但荣油机排放的PM却是汽油机的儿十倍。因而案油机排放控制的重点是PM和NOx。
关键词：柴油车：大气污染；控制
1柴油车污染物的生成机理
1.1柴油机气态污柴物的生成机理。1.1.1柴油机的喷注模型。柴油机在压缩过程中，当活赛接近上止点前，燃料在高压下高速喷入高温高压空气中。喷人气缸征内的油束称为喷注，它是由数以万计不同尺寸的细微油滴组成的，油滴直径为5一150m。在静止的空气中，喷注的外形呈馅体状；喷注心部的油粒粗，速度高，越向外层，油粒越细，速度越低；在喷注的最外层和前端几乎为蒸气。在案油机的气缸内通常是较强的旋转气流，当燃料喷入气缸后，细小的油滴被空气带往咬住前缘，相对较大的油滴集中在喷注核心部分和后缘。喷注核心与前线之间，燃油率度很不均匀，其空燃比可从零到无穷大。燃油喷注如图1所示。在贫油火焰区，油滴己完全蒸发，混合气平均浓度比理论混合气要低，着火核心在混合气浓度最适合白燃的几个位置上形成：在贫油火焰外围区，混合气太稀，以致不能着火或维持燃烧；喷注核心是较大油粒集中的K 域，着火开始时处个液态；喷注尾部的燃料由于喷射压力减小而气缸内压力增大，通常形成较大的油粒；另外，还有某些燃油喷注撞到壁面上，形成了液态油膜，这在小型高速案油机内经常发生。1.12喷注燃晓和气态污染物的生成喷注燃烧时，其不同区域的燃烧及污染物的生成扛图2所示。
喷注尾部在高负荷情况下，很少行机会进人充足的氧，但是其周围的燃气温度很高，向这些油粒的传热速率也很快，国此，这些油粒能很快地蒸发和分解，分解的产物包括末燃碳氢化合物及碳粒，不完全氧化产物则有CO和乙醛。避面上液态油膜的燃烧取决于蒸发速率以及燃油与氧的混合。油膜的蒸发速率取决于燃气和避面温度、燃气速度、压力利燃料持性等许多因素。如果周围燃然气氧含量低或混合不好，则蒸发将造成不完全燃烧。此时，燃油蒸气将分解，形成未燃的HC，不完全氧化产物及碳粒。在不完全蒸发时，壁面上将会形成积炭
1.2柴油机题粒物的生成机理。案油机排出的颗粒物
一股是汽油机
的30—80借，其直径大约在0.1一10μm。其中，危害性最大的是 2.5μm左右的微粒，它悬浮于1一2m高的空气中，极易被人体吸收，而且造成能见度降低。案油机排出的颗粒物与汽油机不同，汽油机排效的颗效物主要是含铅微粒和低相对分子质量的物质。柴油机排气颗粒物的组成要复杂得多，它是一种类似石墨形式的含碳物质，其中避聚和吸附了相当数量的高相对分子质量的聚合物。一般认为案油机颗粒物是由碳烟(DS)，可溶性有机物(SOF)和硫酸盐二部分组成，其比例体积分数分别为：DS40%—50%、S0F35%—45%、硫酸盐5%—10%，其中S0F 又分为碱类、酸类、烷烃类、芳香烃类、不稳定类、氧化类等。柴油机的排烟通常可分为白烟、蓝烟和黑烟三种。其中白烟是直径大于1m的微粒，一般出现在寒冷天气冷赵动和急速工况时。因为气缸中温度较低，着火不良，燃油不能完全燃烧而以液滴颗粒状态排出而形成白烟。正常工作后，白烟即消失。改善案油机起动性能后，由烟也可减少。
图3为案油机中碳烟和NOx形成的温度和过剩空气系数条件，以及上止点附近时，柴油机中各种过剩空气系数的混合气在燃烧前及燃烧后的温度。很明显，对过剩空气系数a<06的混合气，在1500K以上温度燃烧后必定产生碳烟，在1600-1700K范围内碳烟的生成量达到最大值。图3上还标出了各种温度和过剩空气系数条件下，燃烧05m 以后的NOx的体积分数，NOx的生成量在a=1.0左右达到峰值。若要使燃烧后的碳烟和NOx都很少，混合气的过剩空气系数应该在0.6-0.9 之间。在实际中如何将柴油机的过剩空气系数(包括局部的过剩空气系数控制在这样一个狭窄的范围内，而又保证完全然烧，是一个很困难的技术课题。
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图1涡流空气中的喷注分层模型
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图2涡流空气中喷注燃烧和排放物的生成
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图3柴油机燃烧中的碳烟与NOx形成的温度和过量空气系数条件
在整个燃烧过程中，碳烟要经历生成和氧化两个阶段。高速摄影证实，在燃烧初期上止点附近都会出现大量碳烟，但其中大部分会在随后的燃烧过程中氧化掉。由于燃气膨胀面使缸内局部温度F降到碳反应温度(约00K)以下，最终息有部分碳烟排激。但加速碳烟氧化的措施，往往会引起NOx的增加，因此，为了同时降低NOx的排效，控制碳烟排放应着重控制碳烟的生成阶段。
2柴油机大气污染物的生成控制
案油车排气污染物控制的主要目标是NOx和PM，同汽油车排气污染控制一样，其措施主要包括法规的制定和实施、交通管理、燃料改进、发动机改进、民气净化等几个方面
2.1燃料的改进和替代。对在用案油午的排污控制，改造为采用电控喷射系统或增加催化转换器技术的难度大，成本高，可增虑采取：① 使用低硫或大硫油；②采用单燃料液化石油气：③采用单燃料压缩天然气：④采用胖油/压缩天然气双燃料：③采用清洁的波体燃料、氢燃料
2.2案油机改进。2.2.1改进进气系统。采用增撤的方法，通过增加空气量，可以减少缺氧状态，促进燃料完全燃烧，减少碳烟的排放。2.22改进喷油时间。用加大喷油提前角，即提早喷油的时间，可使更多的燃油在着火前喷人爆烧室，可加快燃烧速率，减少碳烟的排敏。但是过早喷油会引起更大的燃烧噪声，并增加NOx的排放，所以喷油时间要严格控制。2.23改进供油系统。改进喷嘴结构，提高喷油速度，缩短喷油的持续时间，都可以改善可燃物的混合质量，为实现均质燃烧创造条件，减少碳烟的排放。224废气再循环。采用废气再循环技术后，紫油机的 N0x排放量可减少90%以上。
参考文献
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