厲洋

(日照公路管理局工程處，山東日照 276826)

前言

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛排放黑煙的四大原因：一是進(jìn)氣系統(tǒng)問題，包括阻塞、空氣導(dǎo)管變形、排氣管阻塞、增壓機(jī)不正常。二是噴油系統(tǒng)問題，包括噴射油量過量、噴油正時(shí)不正確、汽門間隙不正確、噴油嘴不良、噴射霧狀不良。三是駕駛操作問題，如變速配合不當(dāng)、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度不良、超載急加、使用不良油品。最后一項(xiàng)是壓縮力的問題，如汽門泄氣、汽缸床沖損、噴油嘴墊不良、汽缸磨損或活塞環(huán)磨損等。

車主除了做好定期保養(yǎng)之外，平時(shí)也可自行檢查，排放黑煙情形也可改善。如添加機(jī)油時(shí)，嚴(yán)禁添加超過機(jī)油尺滿油位；柴油箱須保持清潔，蓋緊油箱蓋；嚴(yán)禁拆除噴射幫浦鉛封；第一次發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，需熱車五分鐘使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到正常工作溫度；起步時(shí)使用一檔輕踩油門；注意發(fā)動(dòng)機(jī)聲響，不可使用三、四檔慢速行車硬拖發(fā)動(dòng)機(jī)；發(fā)覺機(jī)油不正常消耗或發(fā)動(dòng)機(jī)有故障應(yīng)立即報(bào)修；在平路行駛時(shí)勿使用排氣剎車；上坡行駛應(yīng)使用低速檔，若用高速檔及猛加油最易排放黑煙。

柴油車保養(yǎng)的基本條件除了定時(shí)換機(jī)油、空氣濾清器以外，正時(shí)器是占很大的功用。正時(shí)器的功用是使噴油時(shí)間能配合發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)和負(fù)荷的變化，適當(dāng)?shù)靥崆盎驕p晚，使柴油在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻完全燃燒，發(fā)揮最大效能。而經(jīng)常檢驗(yàn)及調(diào)整噴油正時(shí)，使其達(dá)到最佳霧化完全燃燒，可以減少排冒黑煙。

一、以下是針對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放黑煙原因的分析：

1.噴嘴問題

A.全負(fù)荷定位螺絲任意變動(dòng)；B.噴油量過多；C.正時(shí)器或調(diào)器不良

2.噴油嘴問題

A.噴油嘴針活門進(jìn)退不順；B.針活門磨損；C.針活門積碳；D.噴油嘴阻塞；E.噴油嘴破裂；F.噴油壓力不足；G.噴油霧化不良；H.噴油方向不正確；I.噴油角度不正確；J.噴油終了滴油

3.進(jìn)氣排氣問題

A.空氣濾清器阻塞(干式)；B.進(jìn)氣管路阻塞；C.濾清器機(jī)油過多(濕式)；D.鼓風(fēng)機(jī)損壞；E.排氣煞車本體卡死；F.排氣管路阻塞

4.正時(shí)問題

A.噴油正時(shí)不正確；B.氣門正時(shí)不正確；C.氣門間隙不正確；D.噴射邦浦傳動(dòng)接頭磨損

5.汽缸壓縮壓力問題

A.活塞.活塞環(huán).汽缸套磨損；B.汽門密合不良；C.汽缸墊片漏氣或燒毀；D.噴油嘴墊片漏氣或燒毀

6.駕駛操作問題

A.使用不當(dāng)檔位；B.急加不當(dāng)；C.超載；D.使用不良的燃料；E.未正確的定期保養(yǎng)或調(diào)修

二、以下是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放黑煙的解對策：

1.車輛駕駛前﹑行車前﹑收班后，駕駛員應(yīng)切實(shí)施行車輛基本保養(yǎng)。

2.添加機(jī)油時(shí)，應(yīng)先檢查機(jī)油缺油情形，嚴(yán)禁添加超過機(jī)油尺缺油情形，嚴(yán)禁添加超過機(jī)油尺滿油位。

3.柴油箱應(yīng)保持清潔，蓋緊油蓋箱。

4.嚴(yán)禁拆除噴射幫浦鉛封。

5.每日晨間第一次發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)慢運(yùn)轉(zhuǎn)約五分鐘，使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)成正常溫度且目視檢查排煙狀況。

6.車禍行駛中為減低排放黑煙，駕駛員應(yīng)切實(shí)注意下列作業(yè)

A.排氣管在左方或是右方之車輛，應(yīng)由后視鏡注意排煙。B..起步時(shí)應(yīng)使用一檔，輕踩油門。C.行駛加時(shí)應(yīng)慢慢踩下油門，減時(shí)慢慢放松油門，不可猛踩猛放。D.行駛中應(yīng)注意發(fā)動(dòng)機(jī)是否有異聲。E.發(fā)覺機(jī)油不正常消耗或發(fā)動(dòng)機(jī)有故障應(yīng)立即報(bào)修。F.于平路駕駛時(shí)，勿使用排氣煞車。I.上坡行駛，應(yīng)使用低速檔，油門平穩(wěn)操作。J.上坡行駛，必要時(shí)可暫時(shí)關(guān)畢直接驅(qū)動(dòng)式冷氣機(jī)，以減輕負(fù)荷。

四、柴油廢氣污染成份分類介紹：

1.二氧化碳(CO2)：雖然不是法定污染，但其所造成的溫室效應(yīng)影響全球氣候，所以也算間接公害;事實(shí)上，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的CO2比起其它型式的發(fā)動(dòng)機(jī)，在同樣狀況下為少。

2.黑煙：發(fā)動(dòng)機(jī)排出的粒子可分為白煙、藍(lán)煙和黑煙三種。白煙來自凝結(jié)水汽及未燃燒之燃油。藍(lán)煙來自不完全燃燒的燃油和機(jī)油;這兩種煙都是因發(fā)動(dòng)機(jī)未達(dá)工作溫度及負(fù)荷太低所造成，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到工作溫度及負(fù)荷增加后，就會(huì)自然消失。黑煙則來自燃油或機(jī)油，受高熱分解成碳粒子，大小約0.1微米(m)，這些懸浮微粒，會(huì)聚成一長鏈或絨團(tuán)狀，成為煤灰(Soot)有小至0.2微米以下，大至10微米，這些小粒子很容易被吸入呼吸道內(nèi)，且不容易被自凈作用排出，會(huì)導(dǎo)致呼吸道感染癥.、慢性支氣管炎、肺氣腫、氣喘等，有些煤灰附有一層重碳?xì)浠稀⒘蚧堑瓤扇苄杂袡C(jī) (SOF-Soluable Organic Fraction)凝結(jié)在表面，被稱為PM10，在醫(yī)學(xué)上被認(rèn)為可能致癌。

3.一氧化碳(CO)：2C+O2→ 2CO 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的CO發(fā)生在空氣進(jìn)氣量不足、燃燒不完全時(shí)，但因柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之氣、油混合比大，故CO產(chǎn)量小。

4.碳?xì)浠?HC)：由于燃料燃燒不完全所產(chǎn)生，其發(fā)生途徑如下：

1.發(fā)生在汽缸壁附近之燃油，或在助力行程時(shí)受高熱燃燒之機(jī)油。2.減時(shí)，節(jié)汽門回到怠速位置，進(jìn)氣歧管真空迅增高，瞬間產(chǎn)生很濃的混合氣，因此有大量未燃燒氣體排出。3.進(jìn)、排汽行程重迭時(shí)期，進(jìn)、排汽門都打開，新鮮混合氣從排汽門逸出。

5.硫氧化(SOx)：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所排出之SOx，多以二氧化硫(SO2)排出，其余約2%~4%以硫磺(S)排出。云和雨滴吸收SO2和NOx，形成酸雨，會(huì)使水源酸化、魚類死亡、泥土養(yǎng)份流失、植物受損;SO2和NO2混合在日光照射下產(chǎn)生光化學(xué)作用，而產(chǎn)生能散射光線的硫酸霧氣，加金屬的腐蝕，唯一可控制技就是降低柴油中的硫含量

6.氮氧化(NOx)：

碳?xì)浠?HC)是在燃燒溫度低時(shí)產(chǎn)生，而NOx則是在燃燒溫度高時(shí)產(chǎn)生，NO2含刺激眼、鼻使肺部不舒服，也是酸雨的主要成份之一。

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染生成原因：

A化學(xué)反應(yīng)：CxHYS2+O2+N2→CO2+H2O+N2+O2+NOx+HC+CO+SOx+C柴油的化學(xué)成份中除了碳?xì)浠狻Ａ碛屑s5%約含硫量，故汽油的0.1%含硫量高50倍，故在討論柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染時(shí)，多了SOx這項(xiàng)。

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的特性是壓縮點(diǎn)火，其油、氣比(F/A)為 0.1~0.6，相當(dāng)于氣、油比(A/F)100：1~15：l。其混合比率比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的混合比為低。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)分為二行程、四行程;同時(shí)區(qū)分為自然進(jìn)氣及增壓進(jìn)氣兩種;因此，進(jìn)氣量的多寡、進(jìn)氣的溫度和成份都足以影響汽缸內(nèi)的燃燒反應(yīng)。

柴油污染防制技的難題在減少某項(xiàng)污染，而它項(xiàng)污染又增加。

B.噴霧模式(Spray Model);柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射方式，有直接噴射和間接噴射兩種，油、氣混合程度的好壞，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能及污染生成因素，因此研究噴霧的模式，就可以了解油、氣混合程度。我們利用海因(Henein)教授的噴霧模式，來探討污染生成情形，柴油從噴嘴噴出的油霧可區(qū)分為以下幾個(gè)區(qū)域：a.稀油火焰區(qū)(Lean Flame Region)；b.燃油過稀區(qū) (Lean Flame-out Region)；c.噴霧核心區(qū)(Spray Core)；d.噴霧末端區(qū)(Spray Tail)；e.二次噴射

C.噴射時(shí)間的影響：由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴射時(shí)間，是在壓縮行程到達(dá)上死點(diǎn)之前;汽缸內(nèi)空氣溫度，隨壓縮而上升;愈早噴射，此時(shí)的空氣溫度愈低，點(diǎn)火時(shí)間也相對地延遲，使得氣、油混合時(shí)間愈長，火焰區(qū)就增大了;加上愈多的燃油在上死點(diǎn)或上死點(diǎn)之前一些燃燒，使得汽缸內(nèi)的最高溫度和壓力增加，雖然可以降低粒狀污染與低負(fù)荷時(shí)HC的排放量，卻又增加了NOx的排放，與噴油末段時(shí)導(dǎo)致煤灰，但是如果能使噴出的油在上死點(diǎn)之后仍在燃燒，此時(shí)的溫度較低，NOx減少，也可以使煤灰在動(dòng)力行程中氧化。

D.柴油質(zhì)量的影響：a.芳香族的含量：柴油內(nèi)含多種化合，對煙度的影響程度各有不同，其順序依次為芳香族、環(huán)烷族、單稀烴族、同分異構(gòu)烷族、烷族。b.90%蒸餾點(diǎn)溫度：實(shí)驗(yàn)證明，90%蒸餾點(diǎn)溫度，超過640￠F時(shí)，煙度將隨溫度增高而愈多。c.含硫量：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放之SOx，是受柴油中含硫量之影響，唯有降低柴油之含硫量，別無他法改善。美國環(huán)保局(EPA)規(guī)定之2-D柴油，芳香族占27%，90%蒸餾點(diǎn)為290~320℃，含硫量0.5%。

五、有害柴油廢氣之防制對策及方法：

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之排氣中含有各種不同之有害成份，其中尤以NOx為害最大，NOx中大部份均為NO，而NO一旦與HC共存下即轉(zhuǎn)變成CO2、N2、H2O，亦即為光化學(xué)煙霧發(fā)生之導(dǎo)因。NO之發(fā)生原因及對策介紹如下：

1.發(fā)生原因：燃燒室內(nèi)空氣中所含氮?dú)?N2)與氧氣(O2)因高溫而化合成一氧化氮由排氣管中排出。

2.對策方法：降低燃燒室內(nèi)最高溫度對減少NO最為有效，較具體之方法如下：延遲噴油正時(shí)一僅對直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)有降低NO之效果，對預(yù)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)則無直接之效果。此項(xiàng)方法可減少NO，卻無法避免黑煙增加及馬力降低等后果。排氣還流一隨排氣還流百分比之增加，NO便顯著減少，唯同時(shí)會(huì)引起氧氣不足，故有黑煙及HC增加之慮水噴射一水噴射對降低NO有極大之功效，而對發(fā)動(dòng)機(jī)之馬力、黑煙、HC等影響不大，唯水蒸汽之進(jìn)入，勢必使汽缸套發(fā)生銹蝕、機(jī)油惡化，故對發(fā)動(dòng)機(jī)之壽命有不良影響氧化還原法一利用氧化還原方式于廢氣排放，予以氧化還原成無害的二氧化氮排出。碳?xì)浠?HC)、一氧化碳(CO)碳?xì)浠洗蟛糠菔且驗(yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)本身吹漏所造成，而一氧化碳是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不完全所造成，故現(xiàn)代車輛在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)上除了考慮壓縮比、汽門數(shù)、汽門正時(shí)、點(diǎn)火正時(shí)、空燃比、燃燒室等外，尚加上一些如觸媒轉(zhuǎn)化器、二次空氣噴射、含氧感知器等裝置，做為"后處理"或"回饋控制"，以期減少HC、CO等污染氣體之排放，除上述各機(jī)件改善方式外，同時(shí)做好車輛預(yù)防保養(yǎng)勤務(wù)工作，是減少車輛HC、CO等排放之重點(diǎn)。

結(jié)論。降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的污染已經(jīng)是全球的共識。我們除了希望新一代的發(fā)動(dòng)機(jī)，能有較少的污染外，也要注意目前使用中的發(fā)動(dòng)機(jī)，使其能發(fā)揮最大經(jīng)濟(jì)效用，.并能有效管制污染。雖然“保養(yǎng)重于修護(hù)，修護(hù)重于購置”但對于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)之選用，也要顧及經(jīng)濟(jì)修證原則，考慮維修成本及污染成本，比較購置新發(fā)動(dòng)機(jī)成本，再采取決策。而采購發(fā)動(dòng)機(jī)除了性能外，也要考慮污染排放標(biāo)準(zhǔn)，且應(yīng)以污染排放標(biāo)準(zhǔn)為最高優(yōu)先，因?yàn)槲廴镜某杀就菬o法估計(jì)的。

[1]古國棟.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)熱交換器仿真模擬與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).材料加工工程.