柴油车排放的污染物有哪些.docx
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柴油车排放的污染物有哪些
1、 柴油车燃料混合气的形成是在发动机燃烧室内进行的，柴油高压喷入燃烧室，压缩着火后进行边喷边燃烧的扩散燃烧方式。
这种工作方式，决定了柴油与空气的混合是不均匀的，不可避免地存在局部缺氧或局部富氧情况。
油料在高温缺氧时，易炭化形成碳烟。
柴油车负荷的调节是通过改变喷油量来控制的。
柴油车混合气始终处于比较稀的状态下，也就是说柴油机的燃烧室内始终存在富余的空气。
这些富余的空气在高温作用下容易产生氮氧化物（NOx），而一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）则不容易形成。
因此，柴油车排放特点是颗粒物和氮氧化物（NOx）排放量多而一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）排放量少 此外，柴油燃烧后会生成一些有臭味的有机气体，因此，柴油机排放中还有臭味。
工程机械柴油机尾气控制技术现状与展望 柴油机具有高热效率、大功率等特点，有着良好的经济性和可靠性，在工程机械领域得到了广泛的应用，如压路机、装载机、挖掘机、推土机等都是以柴油机作为动力。
虽然柴油机具有许多优点，但是其所排放的尾气中有害成分较多，主要有HC、CO、SO、NO和PM（微粒）。
尤其是在施工现场，由于工程机械和运输车辆来往比较频繁，加之通风条件的限制，这些工程机械排放的有害气体严重超标且会弥漫于整个上作面，极大地危害了施工人员的身体健康和施工的正常进行，因此，对柴油机排放的尾气进行控制和净化具有十分重要的意义。
1燃料方面的控制措施 代用燃料 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，并且由于化石燃料有限，寻找代用燃料更成为当前内燃机研究的热门话题。
目前，代用燃料主要有天然气、压缩天然气（CNG）、液化天然气（LNG）、液化石油气（LPG）、氢气、甲醇、乙醇、二甲醚（DEM），碳酸二甲酯（DMC）及生物柴油等，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的代用燃料。
其中CNG，LPG，甲醇一汽油汽车在我国得到了政府的大力支持并得到迅速发展。
甲醇可从天然气、煤及生物质等原料中提取；乙醇主要是含糖和淀粉的农作物发酵后制得。
利用醇类燃料发动机的动力性和经济性可接近或超过柴油机和汽油机，排气的有害成分少，是一种很有发展前景的燃料。
但是，甲醇和乙醇燃烧时会放出甲醛和乙醛等有害成分，因而在使用上受到限制。
二甲醚（DEM）是近年来倍受关注的柴油机代用燃料，它可从煤、天然气和生物物质废料中制得。
DEM的自燃性很好，可作为单燃料直接代替柴油；能够实现发动机高效、柔和压缩燃烧，具有与柴油机相同或略高的动力性和经济性能；最突出的优点是DEM能够彻底消除排烟和实现超低排放，NOx排放比柴油机低30%以上，若同时采用废气再循环时，可将NO排放进一步降低到一般柴油机的50%达到PM和NO的同时降低。
.q+t'r1|$j3k# 碳酸二甲酯（DMC）中含有%的氧，燃烧所产生的碳烟和颗粒比纯柴油低；据报道，保加利亚生物燃料和再生能源协会通过加工使用过的食用油，来生产生物柴油，年产量可达300吨。
它实际上是甲基酯菜籽油或甲基酯植物油，生产原料为向日葵、大豆等等。
市场售价每升为美元的这种生物柴油，可以替代柴油，也可与柴油混合使用。
而且，它完全由可再生原料提炼而成，在燃烧过程中产生的二氧化碳量大大低于普通柴油，对环境的污染比普通柴油小得多。
目前，已有美国、德国、巴西、阿根廷等投入生产。
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Z6\#n（W6i1G三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa 另外也有一种生物柴油，是以废餐饮油等为原料制成的液体燃料。
其基本制作过程为：
垃圾油加入反应罐后，通过一种微酸性催化剂技术，使得其醇解和酯化可同时进行，反应速度也明显加快。
另外，通过一种金属盐处理剂，解决了利用废旧动植物油脂生产柴油残留酸值高的关键问题。
这两项关键技术都降低了生物柴油的生产成本，使得生物柴油从实验室走进了生产车间。
燃油的改性1t（p!
F9u8U9@,D4O8O 提高十六烷值。
柴油的十六烷值越高，着火延迟期越短，点火质量越好；各种污染物的排放一般随柴油十六烷的增加而下降，十六烷值不足，着火延迟期缩短，点火质量差，预混合燃烧量过多，运转粗暴，噪声加大，黑烟和NO排放增加。
增加柴油的十六烷值，能有效地降低发动机尾气颗粒PM、CO和NO的排放。
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U三维网技术论坛7G$J（Q%o4c）O-Y&N8J8\三维网技术论坛 降低芳香烃在燃油中的含量。
芳香烃的密度比较大，着火性比较差，燃烧过程中会产生更多的碳黑，使尾气中的CO，HC，NO以及PM都有所增加。
因此，降低芳香烃的含量可以有效地控制有害污染物的排放。
降低燃油中的含S量。
在燃烧过程中柴油中的S有1%~3%转化为硫酸盐排出；其余的主要转化为SO，VanBeckhoven研究发现：
在直喷柴油机中，燃油中S份从降低%，微粒排放量将降低10%~30%。
Bartlett报道说在所有轻型柴油机中，燃油中硫份从降低%，微粒排放量将降低大约7%。
降低密度。
柴油密度、粘度是柴油重要的理化指标，它们将影响柴油的喷雾质量，进而影响柴油机的排放情况。
降低柴油的密度，可使HC和排放中的颗粒物减少。
燃料密度从840kg/m3减少到800kg/m3，微粒排放物将减少13%。
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I3{'M三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa4Q:
j1j3g6p6\0[4i三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa 利用燃油添加剂。
经常使用的有十六烷值改进添加剂、消除积炭添加剂和消烟剂等，但是这些添加剂使用后的作用并不理想，有的还有负面影响。
比如应用较多的消烟添加剂，将金属钡、镁、锌等可溶性碱化盐或中性盐作为消烟添加剂，加入少量后可显著降低柴油机的排气烟度，但微粒的排放量反而增加，且这些金属对人体有害，现在已不推荐使用。
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t3b#D+{（Y三维网技术论坛（n1r7c3`&x三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江 通过以上分析可以看出，柴油机燃料方面的控制措施主要有以下几种：
采用代用燃料；提高燃料的十六烷值；选择适当的柴油粘度，降低柴油的表面张力；降低密度；减少柴油中的含硫量和芳香烃含量。
这些技术措施都有助丁降低柴油机尾气有害排放物。
5{"X3v7s-\7m3l"p+T0D三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa 2柴油机机内净化技术5{&f7t7N*}（g/s6i3e%N1d"O&I'S/j&_"I'_三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江 柴油机机内净化技术主要是改善油气混合气，防止局部过量空气系数超过（这有利于NO的生产）和低于（这有利于碳烟的生产）。
降低微粒和碳烟的排放与改善燃烧过程是一致的，使柴油机达到混合均匀、燃烧充分、工作柔和、启动可靠、排放较少的要求。
但是这些减少措施往往会增加NO的排放，这为柴油机的排放控制造成了特殊的困难。
因此在确定尾气净化措施时，需要从目前先进的净化技术出发，根据机器性能，采取多种措施综合使用，才能达到净化的目的。
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~+s9R9k三维网技术论坛/e9p2A'~0m三维网技术论坛 采用新的燃烧方式!
J/C（t,e0h 传统的柴油机燃烧分为预混合燃烧和扩散燃烧两个部分。
主要燃烧是λ≈l处的扩散燃烧，火焰温度高，极易产生NOx，采用稀薄的均匀混合气可解决这一问题。
美国西南研究院提出的均匀充量压缩燃烧系统（HCCI）和日本ACE研究所的预混稀薄燃燃烧过程（PREDIC）等均是采用这种思路。
采用预混稀薄燃燃烧方式减少或消除了扩散燃烧，稀混合气可降低燃烧温度，可大幅度降低NOx，比一般柴油机降低98%；由于气缸内混合气均匀，无局部过浓混合气，可使PM排放比一般柴油机降低27%，预混稀薄燃烧方式目前还处于研究阶段，离实用还有一定距离，但是前景非常可观。
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z;q-G4B7a4W 喷油系统的改进-O c2a2l*V"c*F三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa$\.k3{"\*E%} 喷油规律改进 合理的喷油规律应该是：
初期喷油速率不宜过高，以抑制NOx生成；中期应急速喷油，提高喷油速率和喷油压力，以加速扩散燃烧速度，防止PM升高和热效率的恶化；后期要迅速结束喷射，避免燃烧不完全及PM增加。
在没有电控燃油喷射条件下，通过改变油泵凸轮形状，对喷油规律加以改进，传统凸轮为切线凸轮，改进凸轮为凹弧型凸轮，其供油规律具有初期低、中期急速及补燃期不拖长的特征。
通过在某6105柴油机上验证试验，发现改进后，NOx降低6%~13%，PM降低80/15%，但燃油经济性略有恶化
为了实现先缓后急的喷油规律，也可使用双弹簧喷油器即为双开启压力喷油器，在油压上升时首先克服第一级较软的弹簧压力，使针阀略微顶起，由于流通面积很小，燃油喷射的速率较低；当油压升高到克服第二级弹簧压力时开始主喷射。
*l3Z1E9l.z;E三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa 提高喷油压力和减小喷孔直径 b（d/x7E2R"l）J&t&r1[&[（P&b7W3x!
R*]..d 提高喷油压力和减少喷孔直径可以使燃油的喷雾颗粒进一步细化，以增大燃油和空气接触的表面积，加速燃油和空气的混合，明显地降低颗粒PM中碳的排放。
高压喷射会导致NOx的增加，如采用推迟喷油时间和EGR等方法，以达到控制颗粒PM和NOx排放的目的。
高压喷射系统需要和燃烧室良好匹配，以避免过多的燃油喷射到气缸的冷表面上，减少HC和颗粒PM中有机可溶物SOF排放；高压喷射技术对喷油系统提出了十分苛刻的要求。
要求整个系统有极高的强度、刚度和密封性。
此种措施也必须和其他改进方法相结合才能达到更好的效果。
提高喷油压力可以有效地降低柴油机的微粒排放；减少燃油平均滴径，促进混合气形成；降低发动机最大压力升高率、降低燃烧噪声。
%B#}8J&x8g4$&H2G#0_4N&O"} 喷油正时与喷油速率的配合 控制柴油机的喷油正时是控制柴油机排放的重要手段，推迟喷油正时是降低柴油机排放中NOx浓度的简单而有效的措施之一。
NOx对喷油正时的影响非常敏感，当喷油正时与设定值相差1℃A时，NOx将提高15%左右。
为了减少NOx的排放，喷油正时正在逐步推迟，向上止点方向靠近。
目前采用电控喷射的喷油正时已减少到上止点前5℃A左右。
喷油速率对有害气体的排放有较大的影响，在实用中，常把推迟喷油正时与提高喷油速率同时使用，使单独使用推迟喷油正时引起的CO升高受到抑制，从而使CO和NOx排放均得到降低。
）f8j3S/]-F#B"b1W2q/a9b/U7Q,J2W"h7k三维网技术论坛 先导喷射及多次喷射%I7e0w4p:
F9 在主喷射之前喷入少量的燃油，以降低NOx和噪声，主喷射要求喷油速率快、喷油压力高，促进混合气形成，以缩短缓燃期，保证良好的经济性和动力性，形成先导喷射（预喷射）＋主喷射的模式。
为了同时降低NOx和PM的排放也可采用多次喷射的方法，即先导喷射和主喷射结束后再喷入少量的燃油形成过后喷射，过后喷射可促进碳烟的氧化，降低PM的排放。
采用过后喷射会加大HC排放和耗油增加。
在不同工况下要获得良好的效果，先导喷射油量、过后喷射油量以及各次喷射的间隔角度和时刻的控制精度都有严格的要求，这对于机械式喷油系统是很难想象的，只有电控高压共轨喷油系统才能胜任。
'k#X8X'z2@+K+g0E3M 进气系统的改进!
`"\"]"R$I5l4K6Z6`5G H%Y（{5Q:
]#m三维网技术论坛 目前，柴油机的发展趋势是，提高喷油压力、降低涡流强度，以减少进气的压力损失，配合多气门小孔径喷油器来获得良好的混合气。
4^9I5M&B8a）A三维网技术论坛 采用增压中冷技术 废气涡轮增压可提高进气压力、增大空气的供给量，提高了气缸内平均有效压力、过量空气系数和整个循环的平均温度，使燃油燃烧完全，可使柴油机颗粒状物质的排放量降低50%左右，并减少了CO和HC的排放。
增压后，燃油消耗率下降，CO和HC也会进一步降低。
同时使进气温度提高而使燃烧温度增加，致使增压后NOx比非增压要高。
对此可采用增压中冷的方法使进气温度降低，以控制NOx的恶化。
据资料介绍，进气温度降低0~5℃，最高燃烧温度和排气温度可降低1~3℃利用中冷技术，NOx的排放量可降低60%/-70%。
所以采用增压中冷是降低车用柴油机排气排放物的有效措施之一。
多气门设计0{+i&K8`:
X）V'\*A4i8A"T*e）a']&_,K;o8o8@+I/t三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江 采用多气门设计主要是为了扩大进排气门的总流通总面积，提高进气充量，使柴油的燃烧更彻底；实现进气涡流比可变。
在实现这些目标时，它对柴油机排放亦产生较大影响。
该影响来自两个方面，一是采用4气门技术时有利于喷油器布置在气缸轴线附近，使油气混合均匀，燃烧及早结束，有利于降低NOx、另外，4气门使燃烧室凹坑内产生较大涡流，减少涡流死区，有利于降低PM。
二是可关闭部分通道，形成与柴油机转速相适应的进气涡流强度。
变涡流比影响，研究人员对某6108柴油机进行了涡流比变化对NOx，PM的影响试验，该机为4气门结构，与双进气门配合的双进气道为长螺旋气道和短切向气道，切向气道涡流近于零，并可节流，以此实现涡流比可变。
在低转速时，关闭切向气道，即可获高涡流比，从而提高低速时的混合气质量，改善柴油机的经济性、动力性和排放。
+\2i7N:
`"R/x q1^-_三维网技术论坛 优化燃烧系统 优化燃烧系统指的是供油系统、进气流动和燃烧室的形状的最佳匹配。
单独看来，采用何种强度的涡流、何种程度的高压喷油、何种形式的燃烧室，没有最佳方案。
但三者的最佳配合就是最优组合。
例如，当喷油压力较低需要借助高强度气流运动来加速油气混合，在重型车用柴油机上，采用较高的喷油压力和较多的喷孔数，可以使进气涡流降低。
中央带凸起的燃烧室气流运动较强，且可维持较长的时间，这对加速扩散燃烧有利。
中央带凸起的燃烧室燃烧过程急速，主燃期较短，适当延迟供油定时可在油耗率和烟度变化不大的前提下大幅度降低NOx排放。
*k7[5g（F$c%_']/Q三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa 目前，直喷式柴油机的发展趋势是，提高喷油压力；增加喷油器的喷孔数，减少孔径；根据柴油机工况优化喷油定时，使喷油正时不仅随转速而且能随负荷的变化自动调节。
采用分隔式燃烧室，由于火焰高峰温度较低，不利于NOx的生成；碳烟大部分在副燃烧室中产生，进入主燃烧室后，大部分被氧化，有效地减少颗粒和HC排放，分隔式燃烧室比同规格的直喷式燃烧室NOx的排放量低1/3-1/2。
新开发的燃烧系统采用强烈持续的后期扰动，可有效降低碳烟和微粒的排放，几近似于无烟。
这又为进一步采用废气再循环或推迟喷油提前角来降低NOx排放创造了条件。
4X-z"j8i,R%a+[.U3K三维网技术论坛 应用柴油机电控技术 采用电子控制不仅可以提高喷油定时和喷油量的控制精度，而且在EGR、放气阀或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是能使燃油经济性和废气排放均获得优化。
电子控制柴油机高压喷射技术（如电控高压共轨喷射）的应用可使柴油机通过最佳喷油正时、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，采用先导喷射及多次喷射技术，先导喷射油量、过后喷射油量以及各次喷射的间隔角度和时刻的控制精度都有严格的要求，这些显然只有在电控高压共轨系统中才能良好地实现。
大大降低了颗粒排放，并且发动机过渡工况的排放性能也可得到显著改善。
电控高压喷射控制对喷油规律进行控制，能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，可同时降低有害排放和控制发动机的空燃比，有利于实现有效的机外净化措施。
共轨式电控喷射技术是目前最先进的柴油机电控喷射技术，共轨系统的开发、应用与研究工作在国外报道较多，然而在国内，这方面的研究还处于起步阶段。
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^7H）@3y1C三维网技术论坛）@%B V,l.H0 采用废气再循环（EGR）4z5A&z"A#Y#G三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江 废气再循环（EGR）是再保证内燃机动力性不降低的前提下，将一部分排气导入进气系统中，和新鲜混合气混合后再进入气缸参加燃烧，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（EGR）来降低NOx，的排放，需要与电子控制结合，根据柴油机负荷、转速、冷却水温度传感器及启动开关信号，由ECU对EGR率和EGR时机进行控制，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。
目前，EGR在汽油机上的应用比较成功，而在柴油机上却不尽人意。
主要原因在于，柴油机排放中大量的PM和其他有害排放物直接引入气缸会增加活塞环和缸套的磨损，还会稀释润滑油并加速其变质。
柴油机采用EGR相当于将一定数量的CO和水蒸气添加到进气空气中而成为一种稀释剂，EGR率增大还使进气工质的密度和O浓度下降，致使缸内可燃混合气的燃烧速度和燃烧温度均有所降低，最终导致发动机的动力性和经济性下降，HC，CO和PM排放增加。
发动机处于中小负荷工况时，采用EGR的效果十分显著。
当EGR率为30%左右时，发动机的排放及综合性能较好：
采用较大的EGR率降低NOx排放效果更加明显，且发动机经济性的下降并不突出。
发动机在大负荷工况时，若采用EGR，则会导致发动机的经济性和动力性明显下降，另外，还会增加活塞环和缸套的磨损及加速润滑油的变质。
因此大负荷工况时不宜采用EGR。
涡轮增压柴油机在30%~50%负荷以上的工况下.平均排气压力低于平均进气压力。
故排气再循环难以实现。
为此，各国学者提出了多种在增压柴油机上实现排气再循环的方案。
主要有：
通过调整正时实现内部EGR；在进气管或排气管内装节流阀，通过节流来降低进气压力或提高排气压力；通过辅助装置或活塞本身的压力将废气压入进气管；通过在进气管加装文曲利管（VenturiPipe），降低EGR接头处的进气压力；利用压力波动等。
其中采用文曲利管EGR系统能较方便地在高工况下实现排气再循环.并且附加泵气损失少、成本不高、有很大的优越性。
防止机油的泄漏8B）N,a$T!
M三维网技术论坛9N）L:
S）y%{4O）U三维网技术论坛 柴油机尾气排放中PM除了燃油燃烧生成外，机油产生的PM也占相当部分。
PM可分为可溶性有机物（SOF）和不可溶有机物（IOF）两部分，两者所占的比例大约为39%和61%。
在SOF中，由机油产生的PM占绝大部分，约占PM总量的29%；机油除产生SOF外也产生IOF，来自机油的PM总计占PM总量34%。
同时，窜入燃烧室中不完全燃烧的机油随尾气排出，是形成柴油机排放的蓝烟的重要组成部分。
因此，必须尽量防止和减少机油窜入燃烧室，这应通过改进润滑油系统设计，减少裙部间隙，优化活塞、活塞环和气缸表面的设计，提高气缸套圆度及改进进气门挺杆的密封等措施，减少从气门推杆泄漏的机油等措施来实现。
6o3J+5l-m"d（@1n/L三维网技术论坛1L.B,~'`'H%~三维网技术论坛 加水燃烧%b#R1L!
e/Q7[ 在柴油中加入少量的水，形成“油包水”形式的乳化燃料，燃烧时液态水受热变为汽态时，吸收汽化潜热，使燃烧温度和压力下降，以致在提高燃油蒸发速度的同时，减少了热裂反应，从而抑制NOx的生成，同时，由于液态水受热变为汽态会形成“爆炸”，具有进一步雾化的作用，使燃料和空气进一步混合，减少PM的排放。
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^三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江 实验证明：
当喷水量等于燃油量时，NOx＋HC的排放将降低50%左右，而功率仅仅降低4%，降低排放效果较好。
但是，进气管喷水会造成进气管、气缸腐蚀增加，油底壳易积水，并要求喷水量能随发动机负荷的改变而调节，这在设计和l结构上存在一定的困难。
-m8z6r$A5r7y-K.c0U3m5i2\4}/a"j三维网技术论坛 3柴油机尾气后处理技术$R-i4A-a%{9m:
w.f三维网技术论坛 柴油机尾气中氧含量较高，HC和CO的含量比汽油机低的多，其主要有害物是NOx和碳烟，因此柴油机尾气净化的重点是降低NOx和减少碳烟。
措施为用选择性还原催化转化器在富氧条件下还原NOx，用氧化催化转化器降低HC和CO的排放量和颗粒PM状物质中的有机成分；用微粒过滤装置收集柴油机排气中的颗粒状物质等。
'T5M2E/P7a7f;m#k*k三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa NOx的后处理措施3g7y9d4g;r%_$Y三维网技术论坛（^$w!
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o/O（E2O7L 去除NOx的最理想的方法是将NO催化分解为N和O，但是在O和SO作用下催化剂很快失活，因而这种方法的实用前景渺茫。
目前，柴油机尾气NOX净化研究主要从选择性催化还原和吸附一催化还原两条技术路线入手，碳素纤维还原技术。
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R4_%I%~&i三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa 选择性催化还原最重要的是确定还原剂和催化剂。
研究者对NH3选择性催化还原柴油机排气NOX也进行过尝试，结果表明其净化率可达65%以上.但是，这种方法只适合于固定式柴油机排气的净化处理，对于运行工况多变的柴油车，因存在NH3泄漏问题而不适用。
1990年，1wamoto和Held分别报道在Cu/ZSM一5催化剂上，HC能选择性催化还原NOx，到目前为止，研究过的催化剂可分为负载型贵金属、负载型金属氧化物和离子交换的沸石三
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