柴油发动机排放尾气的控制分析

(整期优先)网络出版时间:2023-07-24
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柴油发动机排放尾气的控制分析

 ,黎广泉

广西玉柴机器股份有限公司 广西玉林市 537005

摘要:柴油发动机具有良好的经济性、动力性和可靠性,以及较高的热效率和较低的CO、HC排放,因而逐渐被广泛应用。柴油发动机不仅在农用机械、工程机械上占有统治地位,轿车柴油机化也是未来汽车行业的发展趋势。近年来,欧洲轿车使用柴油机的数量上升了40%,而整个柴油轿车已经达到了在用轿车总量的50%。但是柴油发动机高的颗粒物(PM)和NOx排放也对大气环境造成了一定程度的污染,因此控制柴油机污染物的生成和排放已经迫在眉睫。本文首先阐述了柴油发动机尾气的主要成分和生成机理,简要介绍了柴油机机前预处理和机内净化措施,然后重点针对柴油发动机PM和NOx排放最具代表性的后处理技术进行了综述。

关键词:柴油发动机;排放尾气;控制

1车用柴油机现状及特点

1.1轻型车用柴油机

轻型柴油机使用主要是针对家用小车型,在我国国内汽车生产中使用超过60%,其中大部分为农用车型,在生产制造技术上已经足够先进,在相关产品开发中专项投入比较缺失,价格以及生产技术方面仍然需要协调。农用柴油机属于微利商品,在设计阶段投入不足,轻型发动机使用中尾气排放更小,但在动力方面与重型发动机有很大差距,动力需求大的汽车在生产中并不适合使用轻型发动机,加之轻型柴油机本身生产技术性不足,有很大的发展前景空间。

1.2重型车用柴油机

生产技术以及价格水平都相对较高,使用重型柴油机的汽车动力更高,柴油机自身动力较高,促进整体汽车燃油系统稳定性得到提升进步。相对于轻型柴油发动机,拥有完善的研究体系,主要针对货运汽车进行设计,使用过程中的柴油动力系统更加稳定,柴油燃烧完全最终的尾气排放控制才更加合理。我国自主研发的柴油发动机在燃烧能力以及控制效果上,也正在不断向国际先进水平层面发展。

1.3柴油机的排放污染物及其控制难点

内燃机燃烧柴油后会产生污染物质,柴油燃烧不完全排放尾气中的污染物质含量也会因此增多。柴油发动机主要控制的尾气污染物质有:CO、HC、NOx、PM。相对于汽油发动机而言,柴油发动机在CO与HC方面的排放量相对较少,尾气排放控制中要重点从NOx、PM两方面进行,其中PM的主要成分为炭烟以及一氧化二氮,对尾气控制中的污染检测重点从这两方面进行,并结合技术性方法来最大程度降低该种物质产生,改善柴油机的动力系统,汽车不同操作环境下柴油发动机稳定性均能得到保障,最终的尾气排放污染物质才能得到更合理控制,污染物质含量控制在合理范围内。

2柴油发动机尾气排放控制技术和方法分析

2.1环境空气检测路径分析

要想积极找出尾气排放的控制方法,那么我们首先需要通过先进的技术手段来对空气中的尾气排放和空气质量进行充分检测。目前我们了解空气中PM2.5和其他颗粒含量成分的一个有效途径就是运用环境空气检测的方法。所以该方法的重要性不言而喻。通过科学的环境空气检测,能够识别检测对象和空气被污染的程度,针对于可见和不可见的颗粒物、一氧化碳、二氧化硫等不纯净的成分,都可以被检测方法准确识别。为此,我们可以利用该技术去判断这些成分的来源,通过天气预报让民众在出行时做好相应的准备工作,减少对空气中可见和不可见颗粒物呼吸的危害性。该方法的运用需要进行现场检测。为此,要进行现场采样,然后拿到实验室进行分析。首要的方法是相关公民在第一现场进行工具安装,然后按照严格标准采集空气成分,在进行采集的过程当中,每采样一次就要对其进行及时标记,防止出现混乱情况,而且在采样过程当中也要排除其他因素的影响,例如:其是否是机器工作时所产生的废气以及是否是公民抽烟所排出来的气体,这些都是可能会影响空气质量的因素。一旦发现有其他因素影响,所采样的空气样本就应该停止采样,并将已经受到污染的样本抛弃,这样我们才能够了解到环境的整体效果。

2.2柴油发动机尾气排放处理方法

提到发动机尾气,我们能够想到最便捷和最常用的方式就是对尾气排放口进行过滤处理。目前绝大部分汽车都要用到柴油发动机,要想实现彻底能源替换在短时间之内是不容易实现的。因此,在绝大部分的车辆上,都在汽车排放口配置了相应的过滤装置。从车辆中所产生的废气污染物可能是由于汽车燃烧机油所产生的废气,也或者是由于锅炉燃烧煤炭所产生的废气,这些废气都需要经过一定的科学处理才能够进行排放,而像是燃烧机油所产生的废气可以通过内燃机油的废气进行过滤。而针对于锅炉烧煤所产生的废气,则需要脱硫的步骤来进行排放,这样才能够尽可能减少污染物对于环境的影响。

2.3柴油发动机尾气排放处理技术

2.3.1巧用废弃再循环系统

针对于柴油发动机的控制技术,我们可以建立一个废气再循环系统,这也就是我们常常提到的EGR系统。这种系统可以将柴油发动机所产生的废气转回到气缸中,参与燃烧,由于其中含有一定的二氧化碳,这种惰性气体在吸收大量热量的同时又不会改变温度,有助于更好地控制燃烧效果,以此来破坏氮氧化合物的形成,有效的降低氮氧化合物排放的数量和浓度。与此同时,我们也应该意识到,二氧化碳具有不可燃性,它在一定程度上会降低燃油发动机的工作效率,为此,在使用该系统时需要合理控制回气的时间,对其进行科学把握,这样才能够保证在功率不会受到损害的情况之下有效降低尾气的产生。与此同时,要注重对于柴油发动机技术进行及时更新,保证其能够符合我们国家生态环境的发展需求。尽可能在技术提升的同时,关注生态因素,减少废气对环境的污染。

2.3.2在排气管中喷入尿素

在处理氮氧化合物的过程当中,除利用废气再循环系统之外,也可以采用在排气管中喷入尿素的方式来对废气进行处理,使尿素与氮氧化合物反应,进而产生氮气和水,在催化剂的作用下,将工作温度从200提升至400摄氏度,这种反应非常适用于那种富氧燃料的柴油发动机。相比之下,该方法不太适合用于汽油发动机,因此要充分结合发动机的类型来选取合适的排放控制策略。

2.3.3利用催化氧化和过滤控制PM排放

汽车尾气之中含有大量的PM颗粒,我们所采用的策略通常是催化氧化和过滤两种方式,针对于催化氧化这种处理方式,即通过氧化催化转化器实现气体的净化效果。这种催化器是一种有效的机外净化方式,将排气中的可燃气体和可溶性气体有机组合。通过对催化剂的应用,显著降低废气中的碳氢化合物、氧化合物以及PM。但是这种方式也是存在着一定局限性的,常常会将排气中的二氧化硫氧化为三氧化硫,进而生成固态的硫酸盐颗粒,额外增加一些颗粒物排放量针对于后者的过滤装置,其采用的是颗粒捕集器,主要将其安排在排气管上,然后对排气起到过滤作用,由于微粒捕集器其具有较高的过滤效果,而且其能更好地保证柴油机有效功率的输出效果,该材料耐高温,使用时间长,捕集效果较好。.

2.3.4增强人们的环保意识

在谈及到柴油发动机尾气排放的控制技术时,不可否认的是,有效的革新人们的环保观念也是重要的解决问题的路径。众所周知,大多数的污染环境常都是公民自身缺乏环保意识,而对问题搁置不管。为此,在强化技术研究的过程当中,要格外的重视公民的环保意识的提升,使得公民在实际的生活之中意识到其自身对于环境所带来的直接和间接影响。针对于柴油机发动机尾气排放控制,要通过广告和诸多媒体平台进行宣传,让人们认识到大气污染的严重性,尽可能减少驾车出行的次数,多采用公交和自行车等方式进行绿色出行,从根本上降低废气的产生,为环境保护和尾气排放的控制提供更多的积极因素。

结语:综上所述,随着人们对于生态环境给予保护的意识逐渐增强,柴油发动机尾气排放所产生的污染得到了人们越来越多的关注,为此,应该从尾气环境监测的问题识别以及相应的合理控制策略和方法等多方面出发,降低柴油发动机尾气对于环境的污染,为人类长期可持续发展创造更多积极的因素。当然技术的研究和发展也是需要不断深入和全方面渗透的,在对于汽车的发动机进行改造的过程当中,技术和思想也有待完善,充分重视对柴油发动机尾气处理技术的污染治理方式的研究,沿着未来整体发展趋势做出持续努力。

参考文献:

[1]刘立富,吴强,王志平,邱梦春,陈东,孙军.柴油发动机排放NH_3快速在线监测系统的研究与应用[J].分析仪器,2021(03):14-19.

[2]栗方.NSGA-Ⅱ在发动机尾气排放多目标优化问题中的应用[J].汽车实用技术,2020,45(16):40-43.