鐘光毅

（玉林市檢驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，廣西 玉林 537000）

在內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展背景下，柴油機(jī)車因?yàn)榈湍芎那医?jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)應(yīng)用更為廣泛。鑒于車用柴油機(jī)的大范圍使用，了解其廢氣排放污染物的生成機(jī)理，探討明確現(xiàn)有的排放控制的各種凈化方法，指導(dǎo)其日常合理應(yīng)用，以達(dá)到節(jié)能減排效果具有積極意義。

1 車用柴油機(jī)排放物成分組成

對(duì)于車用柴油機(jī)來說，其排放物種類多樣，成分較多的是CO、NOX、HC、SOX、PM、和醛類。其與傳統(tǒng)的汽油機(jī)的排放物特性不同在于其混合氣體的形成方式不同，這也使得其各種污染氣體的含量較之重型汽油機(jī)有了明顯下降。柴油機(jī)的排放物主要成分是CO，其含量在0.05-0.50，辛烷值、混合氣質(zhì)量、壓縮比、負(fù)荷等是影響柴油機(jī)燃燒性的主要因素[1]，影響其廢氣的排放。

2 現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)

1）國內(nèi)現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著國家對(duì)汽車排放物的關(guān)注加大，出臺(tái)了《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國第六階段）》（GB 18352.6-2016），重型燃?xì)夂筒裼蛙噲?zhí)行《重型柴油車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國第六階段）》(GB 17691-2018)[2]。“國六”標(biāo)準(zhǔn)排放限值為國六A：一氧化碳700mg/km、非甲烷烴68mg/km、氮氧化物60mg/km、PM細(xì)顆粒物4.5mg/km等；國六B：一氧化碳500mg/km、非甲烷烴35mg/km、氮氧化物35mg/km、PM細(xì)顆粒物3mg/km等。

2）國外現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)。在全球環(huán)境問題日益嚴(yán)重的情況下，歐洲1992年公布了重型柴油車的排放限制標(biāo)準(zhǔn)，且隨著時(shí)間的推移，多次降低柴油機(jī)排放物種主要排放物CO、NOX、HC、PM的限制，ICO限值從4.5降低到0.2，HC從1.1減為0.005，氮氧化合物更是降到2.0。

3 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放物生成機(jī)理

1）CO和HC的生成。CO是因?yàn)闊N的不完全燃燒所造成的?；旌蠚獾姆植疾⒉痪鶆?，總會(huì)出現(xiàn)局部缺氧的情況，產(chǎn)生CO。同時(shí)即使燃料和空氣混合很均勻，由于燃燒后的高溫，已經(jīng)生成的C02也會(huì)有小部分分解成CO。另外排氣中未燃烴HC也可能將排氣中的部分C還原成CO。排氣中的HC是由未燃燒的燃料烴、不完全氧化產(chǎn)物以及燃燒過程中部分被分解的產(chǎn)物所組成。它包括飽和烴、不飽和烴、含氧碳?xì)浠?物等。

2）NOx和PM的生成。NOx主要是在高溫，一般說就是高溫富氧產(chǎn)生的，特別是2000℃（大概）以上時(shí)，空氣中的氧氣和氮?dú)饣戏磻?yīng)產(chǎn)生的NO和NO2。PM則是因?yàn)椴裼蛧娙肫讜r(shí)是液態(tài)，柴油機(jī)是在油束的表面開始燃燒，慢慢燃燒完全，在油束中間位置就會(huì)缺氧而產(chǎn) 生PM。

4 柴油機(jī)排放物排放的影響因素

柴油機(jī)的燃燒過程較為復(fù)雜，燃料與空氣在燃燒過程中會(huì)受到外部諸多條件的影響，很難達(dá)到理想完全燃燒的狀態(tài)，常常是不完全燃燒狀態(tài)。而不完全燃燒導(dǎo)致排放物中的廢氣含有的有害排放物的含量明顯增加，一方面燃燒方式對(duì)車用柴油機(jī)排放物排放有影響，二次燃燒室的結(jié)構(gòu)形狀、容積比、通道面、油氣的位置、預(yù)熱塞等都會(huì)影響排放質(zhì)量，而主燃燒室形狀應(yīng)致力于二次燃燒中不完全燃燒燃料的進(jìn)一步混合燃燒，以達(dá)到理想的燃燒狀態(tài)。燃燒室結(jié)構(gòu)與形狀是實(shí)現(xiàn)均勻空氣混合和良好燃燒過程的關(guān)鍵，更是柴油機(jī)性能提高，排污量減少的技術(shù)手段。燃油噴射系統(tǒng)如果定量定性噴射特征良好，可以取得較為理想的排放效果。此外，燃油噴射油束的數(shù)量、穿透速度應(yīng)匹配燃燒室的形狀、進(jìn)氣流的運(yùn)動(dòng)、活塞動(dòng)態(tài)位置等以實(shí)現(xiàn)達(dá)到的燃燒狀態(tài)，減少廢氣排放量。另一方面，運(yùn)轉(zhuǎn)情況對(duì)排放量的影響。柴油機(jī)作為動(dòng)力輸出機(jī)械，受從動(dòng)機(jī)械工況影響，性能改變明顯。運(yùn)行狀態(tài)下，一氧化碳的排放量變化不大，轉(zhuǎn)速、負(fù)荷有所增加的情況下，碳?xì)浠衔锱欧帕繙p少，氮氧化合物排放量增加。而在不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，特別是冷啟動(dòng)狀態(tài)下碳?xì)浠衔锱欧帕孔畲?，氮氧化合物和顆粒物排放量在突然加速的情況下也有明顯增加的趨勢(shì)，減速期間噴射量減少，其對(duì)排放的影響可以忽略。

5 柴油機(jī)排放物控制方法

1）內(nèi)凈化技術(shù)（說得太簡(jiǎn)單）。內(nèi)凈化技術(shù)，又稱廢氣再循環(huán)技術(shù)，簡(jiǎn)稱EGR，其主要優(yōu)勢(shì)是降低燃燒溫度，縮短N(yùn)O在柴油機(jī)中的滯留時(shí)間。目前廢氣再循環(huán)技術(shù)還處于不斷完善中。后期研究的重點(diǎn)是柴油機(jī)廢氣再循環(huán)率及冷卻廢氣再循環(huán)技術(shù)系統(tǒng)的研究，廢氣再循環(huán)使溫度升高，加熱進(jìn)氣，燃燒進(jìn)一步惡化，增加了微粒的排放量，這是其應(yīng)用的明顯不足。

2）外凈化技術(shù)。當(dāng)前應(yīng)用較廣的外凈化技術(shù)主要有三種，過濾除去碳煙微粒的微粒捕集器、降低NOX排放的NOX吸附器、新興的SCR后處理技術(shù)。其中微粒捕集器，微粒捕集器主要是針對(duì)微粒、PM等雜質(zhì)進(jìn)行有效的過濾和去除，以陶瓷纖維、金屬纖維、金屬蜂窩載體等為主要材質(zhì)，也常配合使用紙濾芯的過濾器。而NOX吸附器主要處理對(duì)象是氮氧化合物，鑒于NO是造成光化學(xué)煙霧且污染大氣的主要元首，NOX吸附器有效處理，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，值得推廣。SCR后處理技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)，是NH3催化還原NOX的主要反應(yīng)，在300-400℃時(shí)會(huì)出現(xiàn)高反應(yīng)效率，但溫度較低如柴油機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)，NOX的轉(zhuǎn)化效率比較低，因此需要尋找一種能夠在溫度低時(shí)仍保持高轉(zhuǎn)化的方法。

3）EGR +SCR+DPF技術(shù)。當(dāng)前國六排放物控制主流技術(shù)是EGR +SCR+DPF。其中SCR路線在缸內(nèi)減少顆粒物產(chǎn)生，在排氣系統(tǒng)上加裝附屬部件，減少氮氧化物排放；而EGR路線是在缸內(nèi)部抑制氮氧化物產(chǎn)生，在排氣系統(tǒng)上安裝POC、DOC降低顆粒物排放。而DPF是安裝在排氣系統(tǒng)中，通過DPF將尾氣中的顆粒物過濾捕捉，減少尾氣中的顆粒物。過濾效果能達(dá)到70%-90%，效果明顯。

6 柴油機(jī)內(nèi)凈化外凈化方法對(duì)比

內(nèi)凈化可以對(duì)最高溫度與燃油濃度關(guān)系進(jìn)行調(diào)節(jié)，優(yōu)化燃燒，以減少氮氧化物的生成，可以采用廢棄渦輪增壓技術(shù)，以提升噴射壓力，減少機(jī)油的消耗，并調(diào)節(jié)燃油量。但此種方式具有較高的操作難度。外凈化就是加后處理裝置，包括微粒捕集器、SCR+DPF等，但現(xiàn)在的法規(guī)要求更嚴(yán)格，如果僅采用其中一種方法則無法達(dá)到理想效果，所以要用內(nèi)外結(jié)合。而新型的SCR技術(shù)，選擇尿素作為添加劑，讓NOx生成N2和N2O，其具有理想的催化效果，且沒有副產(chǎn)物，對(duì)應(yīng)的柴油機(jī)的成本也較低。綜合來說，選擇SCR后處理技術(shù)指導(dǎo)柴油機(jī)的排放物控制最為合理。

7 結(jié)束語

柴油機(jī)排放控制技術(shù)是柴油機(jī)發(fā)展的指導(dǎo)技術(shù)，當(dāng)前生態(tài)環(huán)境保護(hù)的壓力越來越大，柴油機(jī)的排放更應(yīng)符合排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比國外先進(jìn)國家在這方面的研究，我們起步較晚，成果較少，應(yīng)借鑒學(xué)習(xí)國外技術(shù)并加強(qiáng)自主研發(fā)，以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)技術(shù)的不斷優(yōu)化。當(dāng)前較為理想的處理技術(shù)是SCR處理技術(shù)，但在實(shí)際的應(yīng)用中，也可以結(jié)合機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)，以提升其應(yīng)用效能。