柴油機微粒排放凈化技術的發(fā)展趨勢

1、畢業(yè)設計(論文)主題:柴油機微粒排放凈化技術的發(fā)展趨勢系:汽車與動力工程系專業(yè):汽車檢測與維修技術。學生: 第七名講師: 2020年5月柴油機微粒排放凈化技術的發(fā)展趨勢摘要近年來，隨著對環(huán)境保護的日益重視，世界各國對環(huán)境的要求都很高。柴油機的微粒排放對人類的危害更大，不同程度地破壞了生態(tài)環(huán)境，因此柴油機微粒的凈化技術也備受關注。本文對目前已采用的柴油機微粒凈化技術及其未來發(fā)展趨勢進行了探討，以使柴油機排放達到標準化，盡可能少污染或無污染。關鍵詞:柴油機微粒；碳顆粒；耐烴有機物目錄TOC o 2-2 h z t 標題 1,1,標題 3,3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc6

2、800 1緒 論1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc9470 2柴油機微粒的組成、成份分析2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc1822 2.1 柴油機燃燒過程分析2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc29235 2.2 通過廢氣實驗測得各種微粒所占比例3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc31627 3 柴油機微粒的生成機理4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc17132 4各種微粒的處理方法5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc14586 4.1 分析微粒的質量與成份5

3、 HYPERLINK l _RefHeading_Toc20210 4.1.1 熱解質量分析法5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc20116 4.1.2真空揮發(fā)法5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc19775 4.1.3 索式萃取法5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc20991 4.2 分析影響微粒生成的因素6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc5419 4.2.1負荷與轉速的影響6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc7249 4.2.2燃料的影響7 HYPERLINK l _RefHea

4、ding_Toc1551 4.2.3 噴油參數(shù)的影響7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc14259 4.2.4 空氣渦流的影響8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc20699 4.2.5 其他因素的影響9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc19224 5現(xiàn)如今主要采用的凈化技術10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc23407 5.1 柴油機的機凈化技術10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc31923 5.1.1 優(yōu)化燃燒過程10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296

5、28 5.1.2 降低機油消耗量10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc18704 5.1.3 燃料的改進措施11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc30971 5.2 柴油機的機后凈化技術11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc31736 5.3 微粒捕集器12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc4980 5.4 氧化催化轉換器12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc8595 6未來凈化技術的改進13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc6064 6.1 柴油機燃燒室的改進1

6、3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc14682 6.2 柴油機燃油和燃燒方式的改進15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc22540 6.2.1 燃油的取代15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc471 6.2.2 燃油的霧化16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc1 6.2.3燃油噴射控制17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc11090 6.3 進氣系統(tǒng)的改進17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc11939 6.3.1 采用增壓中冷技術17 HYPERLINK l _

7、RefHeading_Toc28878 6.3.2多氣門技術17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc29222 結 論18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc20996 參考文獻19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc5220 致 201兆理論隨著社會的發(fā)展，環(huán)境問題日益浮現(xiàn)在人們的眼前，所以人們也更加注重環(huán)保！面對國際上日益嚴格的柴油機排放法規(guī)，柴油機排氣技術的研究不斷更新，各種類型的排氣凈化裝置為機動車污染控制提供了新的方法和途徑。柴油車不僅具有動力性好、經(jīng)濟性好、性能可靠等優(yōu)點，還能減少10% 20%的碳氧化物排放，極大地吸引了

8、人們對柴油車的關注。但柴油車的顆粒物排放量是汽油車的30 80倍，嚴重污染環(huán)境，危害人體健康。阻礙其發(fā)展的是柴油機的氮氧化物和顆粒物排放，所以改善柴油機排放是保護環(huán)境的重要一項！2柴油機微粒的成分及成分分析2.1柴油機燃燒過程分析由于柴油機蒸發(fā)性差，柴油噴油器在高壓下將柴油噴入氣缸，并分散成數(shù)百萬個微小的油滴。這些油滴在氣缸的熱氣中被加熱、蒸發(fā)、擴散、混合并在燃燒前發(fā)生反應，最后著火。因為每次噴射都要持續(xù)一段時間，通常氣缸著火時噴射過程還沒有結束，所以混合氣形成和燃燒的過程會重疊，也就是噴油和燃燒。柴油在氣缸內的燃燒是一個復雜的物理化學變化過程。燃燒過程的完善程度直接影響柴油機的工作功率、熱效

9、率和使用壽命。燃燒過程分為四個階段:延遲燃燒、快速燃燒、緩慢燃燒和后燃燒。第一階段，點火延遲期，是指從柴油開始噴入氣缸到點火的這段時間。這一階段包括燃料的霧化、加熱、蒸發(fā)、擴散和空氣混合等物理變化，從而與重分子的裂解、燃料的低溫氧化等化學變化同時著火，到一個或多個混合物濃度和溫度適宜并充分氧化的地方。第二階段快燃期是指從火災開始到最高壓力出現(xiàn)的時期。在這個階段，點火延遲期噴射的燃油并沒有全部燃燒，主要取決于混合氣的形成條件，但至少有相當一部分噴入氣缸并混合的燃油會燃燒。第三階段慢燃期是指從最高壓力到最高溫度的時期。緩燃期開始時，雖然氣缸已形成燃燒產物，但仍有大量混合氣燃燒。在慢燃期的前期，噴射

10、過程可能還沒有結束，所以慢燃期的燃燒過程還在以相當高的速度進行，釋放出大量的熱量，使得燃氣溫度上升到最大值。但是是在增加氣缸容積的情況下進行的，所以氣缸氣壓下降很快。第四階段，即后燃期，是指從慢燃期結束到燃料基本燃燒的時期。在燃燒的第一階段，燃油從噴射中心向外擴散的過程被燃燒后的廢氣所包圍，使一部分燃油被拖到燃燒的后期，形成后燃期。柴油機的工作原理是將柴油噴入高壓壓縮空氣中，并迅速混合自燃。因此，混合物不是那么均勻，一些燃料不能完全燃燒和分解成碳基顆粒。因此，要分析柴油機微粒排放凈化技術的發(fā)展趨勢，首先要分析其燃燒過程。只有這樣，我們才能知道燃燒后顆粒的成分和形成方式。柴油機排放物中的有害成分

11、主要包括一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物、微粒等。顆粒物主要包括煤煙顆粒、可溶性碳氫化合物、硫和水。由于比表面積大，吸附能力強(吸附多環(huán)芳烴等。)，粒徑小(僅0.010.05cm)，重量輕，排放的顆粒物可長期懸浮在大氣中，易被人體吸入并沉積在肺細胞中，對人體健康危害極大。2.2通過廢氣實驗測量各種顆粒的比例。根據(jù)實驗結果，柴油機微粒的主要成分如下表所示。表1-1柴油機微粒主要成分的比例碳粒子百分之三十可溶性烴類有機物35%硫和水35%3柴油機微粒的形成機理柴油機排氣微粒由許多天然微球組成，整體結構呈絮狀或鏈狀。柴油機微粒的成分取決于柴油機的工作條件，尤其是排氣溫度。當排氣溫度超過500時，排氣微

12、粒基本上是許多含碳微球的集合體，稱為碳煙，也叫煤煙微粒；當排氣溫度低于500(柴油機大部分工況)時，煙幕微粒會吸附凝結多種有機物，這些有機物稱為有機可溶成分。這些有機物在一定溫度下可以揮發(fā)，大部分可以溶解在有機溶劑中。其顆粒含量變化很大，從10%到90%不等，其含量取決于燃料特性、發(fā)動機類型和運行條件。如果你沿著發(fā)動機的排氣管進行測試取樣，可以發(fā)現(xiàn)顆粒物的粒徑在不斷增大，廢氣中的有機化合物不斷地被吸附、凝結在顆粒物上，使廢氣中有機可溶性成分的含量增加。柴油機排放的煙度顆粒主要由燃料中的碳生成，受燃料種類、燃料分子中的碳原子數(shù)和氫原子比例的影響。柴油機碳煙也是不完全燃燒的產物，是燃料在高溫缺氧條

13、件下裂解脫氫的產物。從熱解的角度來看，碳煙顆粒形成于燃料富含擴散火焰的燃燒處。一般來說，柴油機碳煙的生長和增長可以分為兩個階段:(1)碳煙生長階段:這是一個誘導期，在此期間，燃料分子通過其氧化中間產物或熱解產物萌發(fā)凝聚相。(2)煙霧顆粒的生長階段:包括表面生長和聚集。表面增長是指來自氣相的物質附著在煙幕顆粒表面，增加其質量，同時引起脫氫反應，但不改變煙幕顆粒的數(shù)量。聚集過程是指煙霧顆粒通過碰撞增長，煙霧顆粒數(shù)量減少，形成鏈狀或絮狀聚集體。在柴油機中，碳煙聚集的過程往往與碳煙在空氣中氧化的過程同時發(fā)生，即燃燒前期生成的碳煙顆粒在溫度高于碳反應溫度、出現(xiàn)湍流火焰的富氧區(qū)與氧氣混合，在燃燒后期完全燃

14、燒。煙塵排放取決于生煙反應和氧化反應之間的平衡?？扇蓟旌衔锏奶佳踉颖仁翘紵熼_始形成的重要因素。(3)煙霧顆粒的氧化在煤煙形成的整個過程中，無論是朱兆武、晶核還是聚集體，都可能發(fā)生氧化。通過特殊的測試方法可以測得，柴油機缸內的碳煙峰值濃度遠大于排放濃度，這說明燃燒時產生的碳煙大部分在排氣過程開始之前就被氧化了。(SOF的吸附和冷凝柴油發(fā)動機排氣微粒產生的最后階段是將組成SOF的重有機化合物冷凝和吸附成煙灰聚集體。這一階段主要發(fā)生在燃氣從發(fā)動機排出并被空氣稀釋之前，通過吸附和冷凝作用，使碳煙表面被SOF覆蓋。四種顆粒的處理方法4.1分析顆粒的質量和成分。排放法規(guī)并未要求進行顆粒物成分分析，但對顆

15、粒物形成、氧化過程和顆粒物后處理技術的研究具有重要意義。下面描述微粒中有機可溶性成分SOF的分離方法:4.1.1熱解質量分析法熱解質量分析法是在惰性氣體氣氛中以規(guī)定的升溫速率將顆粒樣品加熱到923K，并保持該溫度5分鐘。在這段時間內，一部分可以揮發(fā)，用熱平衡測得的顆粒質量減少量代表揮發(fā)部分。該方法測得的高沸點HC和硫酸鹽與SOF基本一致。而當氣體氣氛改為空氣時，在相同溫度下，樣品進一步減少的質量對應的是被氧化的煤煙結合，殘留的灰分是微量。該方法的優(yōu)點是可以準確、快速地獲得樣品質量損失速率的連續(xù)曲線，并根據(jù)該曲線可以定量分析VF中的不同組分，并且可以測量該碳煙在各種條件下的氧化速率。缺點是熱解質

16、量分析儀價格昂貴，一次只能處理一個樣品。4.1.2真空揮發(fā)法真空揮發(fā)法是將顆粒樣品置于真空干燥箱中，在95Kpa以上的真空度和473k K以上的溫度下加熱3小時左右，質量變化就是顆粒中的VF含量。該方法設備簡單，操作方便。真空干燥箱容積大，可一次處理多個樣品。但是質量變化不能連續(xù)記錄，所以采集VF比較困難。4.1.3索氏提取法微粒中的SOF可以通過電纜抽取來收集。常用的電纜抽取方法如下圖4-1所示:1-冷凝管2-提取管3-虹吸管4-連接管5-提取瓶圖4-1索氏提取將有體積的燒瓶放入恒溫槽中，用水加熱使體積蒸發(fā)，然后提升到冷凝管中，冷凝液返回樣品室浸泡樣品進行提取。當萃取液達到一定體積時，通過虹

17、吸管流回燒瓶。這樣，體積在萃取液中循環(huán)，顆粒中的SOF被連續(xù)帶入燒瓶中，直到萃取完成。萃取溶劑通常為二氯甲烷，其沸點為315K，遠低于樣品中的SOF。一般8小時即可完成提取，樣品原始質量與殘渣質量之差為SOF質量。從原理上講，這種方法是測量柴油機排氣微粒中SOF最準確的方法，而且萃取可以多次使用。然而，這種方法的缺點是耗時且操作復雜。汽車尾氣顆粒中的SOF成分復雜，可以通過氣相色譜儀GC進一步分析，找出各種HC的來源。一般低于C19的HC來自柴油，高于C28的HC來自潤滑油。如果色譜儀和質譜儀一起使用，復雜的有機物質可以被更詳細地分析。因此，結果表明，隨著發(fā)動機負荷的增加，柴油機排氣微粒中的揮

18、發(fā)性成分從95%下降到65%左右。剩下的都是不揮發(fā)的可燃碳粒，不可燃的無機物很少。4.2分析影響顆粒產生的因素。4.2.1負載和速度的影響圖4-2顯示了柴油機微粒排放與負荷和轉速的關系。從圖中可以看出:高轉速低負荷時，單位油耗的微粒排放量較大，隨著負荷的增加，微粒排放量減少；但在低速高負荷時，微粒的排放隨著空燃比的增加而增加。圖4-2顯示了柴油機微粒排放與負荷和轉速的關系。微粒排放隨負荷的變化趨勢是由于低負荷時空燃比和溫度較低，氣缸的稀混合氣面積較大，在燃燒極限外無法燃燒，產生了凝結收集的有利條件，從而產生更多的微粒(主要由未燃燃油和部分氧化產物組成)；在重負荷下，空燃比和溫度都較高，產生了有

19、利于裂解和脫氫的條件，顆粒物(主要由碳煙組成)的排放又有所增加；接近滿負荷時，顆粒物排放急劇增加(接近煙度限值)。此時，雖然總體過量空氣系數(shù)仍大于1，但燃燒室內的可燃混合氣會局部過度集中，產生大量的煙度顆粒。顆粒排放和轉速之間的關系是這樣的，即在低負荷下溫度低，并且主要由未燃燒的燃料液滴組成的顆粒的氧化弱。當轉速增加時，這種氧化受到時間因素的限制，因此顆粒排放隨著轉速的增加而增加。在大負荷下，轉速的提高有利于氣流運動的加強，加快燃燒速度，促進碳煙顆粒在高溫下與空氣的混合氧化。因此，以碳煙為主的顆粒的排放隨著轉速的增加而減少。如果只考慮碳煙排放，轉速適應性好的柴油機峰值濃度往往出現(xiàn)在低速高負荷區(qū)

20、。燃料的影響柴油中的芳烴含量和柴油的餾程對柴油機的微粒排放有明顯影響。實驗表明，在相同條件下，燃料中芳烴含量和餾程越高，微粒排放量越大。烷烴含量越高，微粒排放越少。燃料的十六烷值對碳煙排放也有明顯的影響。實驗表明，柴油機的排放濃度隨著十六烷值的增加而增加。原因可能是十六烷值高的燃料穩(wěn)定性差，燃燒過程中碳粒的生成率高?？紤]到燃料的十六烷值對燃燒過程的影響，十六烷值的燃料著火性好，所以排煙濃度較高。但是，降低十六烷值來改善煙度排放會帶來柴油機工作不平穩(wěn)等嚴重后果。4.2.3噴油參數(shù)的影響在直噴式柴油機中，當所有其他參數(shù)不變時，早噴或晚噴可以減少排氣煙度，如圖4-3所示。圖4-3注射參數(shù)噴油提前導致

21、排氣煙度降低的原因是隨著噴油提前角的增大，點火延遲期延長，導致點火前噴油量增加，燃燒溫度升高，燃燒過程提前結束，導致排氣煙度降低。但是，噴油提前會增加柴油機的燃燒噪聲、機械負荷和熱負荷，也會引起NOX排放的增加。很晚噴油是排煙減少的原因是這個噴油正時發(fā)生在最小滯止氣體之后。因為大部分擴散火焰發(fā)生在膨脹過程中，火焰溫度在腳底，降低了煙塵的生成率。(1)噴油規(guī)律的影響在噴油正時、噴油持續(xù)角、循環(huán)供油量、渦流比和發(fā)動機轉速不變的情況下，直噴規(guī)律對NO和碳煙排放的影響如圖4-4所示。前半段時間大部分燃油噴入缸內，參與預混燃燒的油量增加，所以廢氣濃度低，NO濃度高；相反，當大部分燃油在后半段噴入氣缸時，

22、參與擴散燃燒的油量增加，因此廢氣濃度高，NO濃度低。在提高初始噴射率的前提下，如果能夠減小噴射持續(xù)角，可以更快地完成燃燒過程，從而改善碳煙排放。圖4-4直噴規(guī)律對NO和碳煙排放的影響(2)注射器異常注射的影響。當由于針閥密封面漏油或針閥落座緩慢導致噴油嘴泄漏，或針閥落座后再次上升，導致二次噴射時，燃油的霧化和混合會變差，對碳煙、未燃碳氫化合物和CO的排放及發(fā)動機運行產生不利影響。(3)注射壓力的影響提高噴射壓力，改善燃油霧化(減小油霧的平均直徑)可以促進燃油與空氣的混合，提高汽油混合的均勻性，從而減少煙度顆粒的產生。試驗表明，無論柴油機的轉速和負荷如何，碳煙排放隨最大噴射壓力的增加而降低。應當

23、注意的是，相同的燃料噴射裝置在更高的轉速和更高的負載(更大的循環(huán)燃料供給)下具有更高的燃料噴射壓力。采用較高的噴射壓力也可以使柴油機具有較高的EGR耐久性。提高EGR率可以減少NOX排放，但也往往導致碳煙和HC排放的增加。從圖中可以看出，當噴射壓力從42MPa增加到82MPa時，碳煙排放可以減少一半以上，HC排放可以減少1/3左右。4.2.4空氣渦流的影響適當增加空氣渦流可以加速油滴的蒸發(fā)?？諝鈯A帶量的增加有利于改善混合氣質量，降低碳煙排放。然而，渦流雖然對減少碳煙排放很有作用，但并不一定有利于減少其他顆粒和有害物質的排放。例如，當燃油噴射率較低時，增加空氣渦流將吹走更多的燃油，形成更寬的過稀

24、非點火區(qū)，這將增加未燃碳氫化合物的排放。其他因素的影響因為高溫和缺氧是碳煙生成量增加的重要原因，所以一切可以提高充氣效率的措施來增加進氣量，都可以減少碳煙的排放。適當提高空氣溫度和燃燒室壁溫可以改善燃油著火條件，降低微粒排放。5目前采用的主要凈化技術。5.1柴油機的發(fā)動機凈化技術凈化機旨在減少燃燒室內初始碳粒的形成，通過改進發(fā)動機結構或增加附加裝置來達到顆粒凈化的目的。優(yōu)化燃燒過程系統(tǒng)的優(yōu)化燃燒過程對顆粒的生成影響最大，也是研究熱點。主要有以下幾個研究方向。A.與噴油相關的噴油系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化主要包括噴油量、噴嘴端壓力、噴嘴結構和噴油提前角。燃油噴射系統(tǒng)的性能直接影響燃油的霧化和混合氣的質量，最終

25、影響微粒的排放特性。比如增加噴孔數(shù)量，采用電控技術，提高噴射壓力，可以使燃油在燃燒室內分布更加均勻，減少燃油碰壁，有助于降低微粒排放，但會導致NO的增加；B.燃燒方式的改進為了降低微粒排放，各國都在研究預混燃燒方式的柴油機，使燃油與空氣充分混合，盡可能避免燃油在高溫缺氧下裂解成碳粒的可能性；C.進氣渦流的優(yōu)化。在高壓噴射的情況下使用低渦流比有利于減少微粒排放。這是由于渦流比大，增加了進氣速度，降低了充氣效率。但發(fā)動機實際運轉時，低速時需要高的進氣渦流；然而，在高速時需要低進氣渦流?？勺儨u流進氣技術可以使運行中的渦流比在0.2 2.5之間變化，在全范圍內優(yōu)化發(fā)動機性能和微粒排放特性。D.四氣門技

26、術采用四氣門結構，使活塞上的燃燒坑和氣缸蓋上的噴嘴布置在燃燒室中央，改善了進氣渦流和油霧的分布，明顯優(yōu)化了燃燒工況，改善了活塞和噴嘴的冷卻條件，從而降低了微粒排放；E.陶瓷材料制成的燃燒室、活塞頂和缸套可以提高燃燒室的隔熱效果。用陶瓷材料制作氣門搖臂等運動部件，可以減少摩擦阻力，降低油耗，從而減少顆粒排放；F.進氣增壓和空氣冷卻技術可以增加進氣量，使燃油在最大扭矩下獲得充足的氧氣，避免達到臨界空燃比。采用變截面增壓器和先進的控制系統(tǒng)可以有效降低微粒排放。5.1.2降低油耗。在柴油機排放的顆粒物中，未燃燒的機油占了很大的比重，所以必須減少機油的消耗。因此，有必要對活塞、活塞環(huán)、缸套等零件進行優(yōu)化

27、設計，研究配合間隙，特別是熱變形條件下的配合間隙，以達到降低油耗的目的。燃料改進措施A.降低硫含量在燃燒過程中，柴油中約98%的硫轉化為S0，剩下的2%成為硫酸鹽顆粒。部分S0被進一步氧化并與燃燒過程中產生的HO結合形成HZSO和硫酸鹽，增加了顆粒物的排放。當顆粒物中的硫從0.12%降低到0.05%時，顆粒物的排放會降低8% 10%，但進一步降低硫對顆粒物的排放沒有影響。1993年10月，美國規(guī)定高速公路上汽車使用的柴油含硫量不得高于0.05%。1996年，供應所有低硫柴油。B.降低重質燃料比重直接影響非直噴式柴油機的微粒排放，即微粒排放隨著燃料比重的增加而增加；C.燃油的乳化采用油包水型乳化

28、燃油，由于油中的水分迅速汽化，使油滴變得更細小，有利于擴散和燃燒，并能有效降低微粒排放。5.2柴油機的機后凈化技術外部凈化是指廢氣后處理。柴油機廢氣被引入一個特殊的后處理裝置，在排放到大氣中之前，一部分顆粒被除去。主要的外部凈化措施如圖5-2所示。應用最廣泛的外部凈化措施是顆粒細化技術，即采用耐高溫的過濾材料制成特定結構的過濾器，將廢氣中的顆粒捕集在過濾器中，從而達到凈化的目的。過濾器的材料和結構應滿足以下要求:A.良好的通過特性和最小的排氣阻力；B.良好的抗熱震性和良好的機械性能；C.熱穩(wěn)定性好，能承受高熱負荷；E.過濾效率高；F.適應再生的要求。圖5-2顯示了機器外部的凈化措施。目前國外應

29、用最廣泛的過濾材料有壁流式蜂窩瓷、泡沫瓷、瓷纖維等。隨著濾清器顆粒的堆積，柴油機的排氣阻力和背壓增大。當背壓上升到一定程度時，柴油機的功率和過濾效率都會下降。因此，儲存在過濾器容積中的顆粒必須被及時去除。眾所周知，柴油機在最大負荷和轉速工況下，氣缸排氣口的溫度可達500 600。此時，柴油機的排氣微粒開始迅速氧化升溫，直至著火，使微粒減少，從而使過濾體的排氣阻力和過濾效率恢復到原來的水平，即過濾體的“再生”。目前過濾器的主要再生方式是“熱再生”，即滿負荷再生、噴油助燃再生、電加熱再生、節(jié)流再生等。此外，還發(fā)展了反向噴射再生、振動再生等非加熱再生方式，即利用外部熱源提高溫度，使堆積在過濾器中的微

30、粒自燃，以減少過濾器中的微粒。5.3微粒收集器一種柴油機微粒捕集器，屬于分離技術。本實用新型所要解決的技術問題是設計一種加工成本低、再生效果好、使用壽命長的柴油機微粒捕集器。本實用新型的技術方案是:一種柴油機微粒捕集器，包括微粒捕集器、濾芯和再生控制裝置，濾芯為陶瓷纖維纏繞濾芯，微粒捕集器的結構是在捕集器殼體的前部設有支撐蓋，支撐蓋將殼體分為前后兩個腔室， 濾芯和加熱電阻絲設置在后腔內，支撐罩的下部設有與進氣管相對的孔，上部設有與旁通管連通的孔。 擋板兩端的軸由上、下孔之間的支撐蓋上的軸座孔可轉動地支撐，伸出外殼的擋板軸上的齒輪與氣動閥閥桿上的齒條嚙合。本實用新型主要用于柴油車尾氣處理和顆粒捕

31、集器再生。5.4氧化催化轉化器柴油機的氧化催化器主要通過去除固體顆粒物中的溶解有機成分(SOF)，燒掉少量的干碳煙，進一步降低CO和HC的排放，從而降低顆粒物的排放。氧化催化器不僅可以單獨使用，還可以與其他后處理器技術和機器凈化技術配合使用，以滿足當前嚴格的排放法規(guī)。而且氧化催化劑無需再生，易于維護，是目前應用最廣泛的后處理技術。排放法規(guī)促進了柴油機排放控制技術的發(fā)展和進步。自1994年以來，超過150萬個柴油氧化催化劑已經(jīng)安裝在重型車輛上。目前，不同的國家和地區(qū)對降低柴油機排放有不同的要求。對于重型柴油發(fā)動機，日本的排放法規(guī)對NOX排放有相對嚴格的限制，后期會以降低PM為主。并且美國和歐洲的

32、排放法規(guī)對PM排放有相對嚴格的限制，未來的主要目的是降低NOX。我國對柴油車尾氣處理技術的研究剛剛起步，還沒有成熟的柴油車尾氣處理技術可供推廣使用?？偨Y柴油車尾氣排放特性，對我國開展該領域的科學研究和技術應用，盡快達到國際柴油機排放標準具有重要意義。6未來凈化技術的改進通過前面柴油機微粒產生的影響因素，我們知道柴油機微粒的產生還受到其他因素的影響，如負荷、轉速、燃油、燃油噴射、空氣渦流等。但轉速、負荷、噴油都與柴油機燃燒室、燃油的燃燒方式有關，與進氣系統(tǒng)有關。因此，柴油機凈化技術的改進需要在此基礎上進行改進，使柴油機微粒排放從最低水平得到改善。因此，我們需要改進幾個項目:6.1柴油機燃燒室的改

33、進在不久的將來，純空氣進入柴油機的燃燒室，柴油在壓縮過程結束時被噴入，經(jīng)過一定的準備后，會自行點燃燃燒。由于柴油機混合氣形成的時間較長，柴油的蒸發(fā)類型和流動性較差，燃燒前柴油很難被充分霧化蒸發(fā)并與空氣混合，因此柴油機可燃混合氣質量較差。為了充分混合柴油，應采用較大的過量空氣系數(shù)。過量空氣系數(shù)是混合氣形成的必然因素之一，因此不同的燃燒室對進氣有不同的影響。下面簡單介紹一下不同燃燒室對混合氣形成的影響，以便分析對顆粒的影響以及如何改善:(1)分離式燃燒室分體式燃燒室的結構特點是除了位于活塞頂部的主燃燒室外，還有一個位于氣缸蓋的輔助燃燒室，兩者之間有一個通道。燃油不是直接噴入主燃燒室，而是噴入輔助燃

34、燒室。在分體式燃燒室的柴油機中，強烈的空氣運動是保證良好混合氣重量的主要途徑，因此空氣利用率高，最小過量空氣系數(shù)可達1.2左右。由于空氣運動的強度隨著轉速的增加而增加，保證了它在高速時有更好的性能。(2)直接噴射燃燒室根據(jù)活塞頂部凹坑的深度，直噴式燃燒室可分為半開式燃燒室和起動式燃燒室。開式燃燒室混合氣的形成主要依靠燃油的噴霧霧化，因此對霧化質量即噴射系統(tǒng)的要求很高。開式燃燒室空氣利用率低，一般采用增壓來保證過量空氣系數(shù)，以達到完全燃燒。而半開式燃燒室混合氣的形成，進氣渦流起著重要的作用。半開式燃燒室的空氣利用率得到提高，當過量空氣系數(shù)在1.3 1.5左右時可以達到完全燃燒。不同的燃燒室有各自

35、的特點和適用場合。例如，表6-1給出了幾種燃燒室的特點和適用場合的一般比較。表6-1幾種燃燒室的特點及應用直接噴射燃燒室分離式燃燒室啟動燃燒類型半開式燃燒室渦流燃燒室預燃室燃燒室型簡單的普通復雜的復雜的燃燒室最小的小的大的最高的空氣憐或者沒有進氣渦流。進氣渦流(一次)和擠壓流(二次)壓縮渦流(初級和次級渦流(次級)燃燒渦流對注射系統(tǒng)的要求最高的高級證書。比較 I降低最低限度燃料噴射器公式(7 12)公式(4 6)軸針軸針注入壓力204018281510913壓縮比1215161816231823過量空氣系數(shù)1.62.21.31.51.21.41.21.4制動器比油耗19022020023024

36、0275245280冷啟動好的較好的矛盾貧窮最大爆炸壓力高的高級證書。比較 I降低低的火焰噪音高的高級證書。比較 I降低低的熱負荷和排氣溫度低的降低高級證書。比較 I高的對燃料的適應性貧窮矛盾較好的好的適用孔徑801407010065適用速度2000450050005000需要注意的是，對于同類型的燃燒室，增壓柴油機與非增壓柴油機相比，一般過量空氣系數(shù)更大，壓縮比更低，最大爆發(fā)壓力更高，燃燒噪聲更低，有效燃油消耗率也會有不同程度的降低。結論:圖6-2是開燃燒室柴油機、半開燃燒室柴油機和分置式燃燒室柴油機在中速時有害排放的對比。圖6-2中速開、半開、分離式燃燒室柴油機有害排放對比。從圖6-2可以

37、看出，對于碳煙排放，半開式燃燒室最低，其次是半開式燃燒室，分離式燃燒室最高；半開式燃燒室的HC排放最高，尤其是在低負荷工況下，半開式燃燒室中的液體成分使其微粒排放最高。直噴式燃燒室的NOX排放明顯高于分體式燃燒室，尤其是在高負荷工況下。在控制有害排放和噪聲方面，分離式燃燒室應主要控制碳煙的排放，特別是在低負荷工況下；而直噴式燃燒室主要要解決控制碳煙和NOX的矛盾，控制部分負荷工況下的燃燒噪聲和排放。6.2柴油機燃料和燃燒方式的改進燃油的更換燃料是環(huán)境污染的主要來源，因此選擇替代燃料可以減少有害氣體的排放。一些燃料甚至可以改變大氣中的碳循環(huán)。目前，比較有前途的替代燃料有天然氣、液化石油氣、醇類燃

38、料、植物油和氫氣等。各種替代燃料各有特點。天然氣的主要來源是油田，其存在形式可分為壓縮天然氣和液化天然氣。目前汽車使用的是壓縮天然氣。天然氣具有熱值高、抗爆性好、混合氣著火極限寬、著火溫度高等特點。液化石油氣的主要成分是丙烷和丁烷。其特性與天然氣相似。它具有熱值高、抗爆性能好、著火溫度高、易與空氣混合、排放低等優(yōu)點。因此，液化石油氣混合充分，燃燒完全，排放污染低。但排放性能也受改裝、調整等諸多因素影響，排放不穩(wěn)定。醇類燃料資源豐富，汽車常用甲醇燃料和乙醇燃料，使用這種燃料是公害汽車的新能源。其主要特點是辛烷值高，蒸發(fā)潛熱大，常溫下為液體，可燃邊界寬，熱值低，沸點低。植物油作為啟動發(fā)動機的應急燃

39、料，人們希望通過使用植物油來擺脫對石油的依賴。因為植物油和柴油有很多相似之處，所以植物油主要作為柴油的替代燃料。實驗證明，純植物油作柴油機燃料時，增大噴油提前角，增加機油泵的循環(huán)供油量，可以獲得較好的動力性能。但使用純植物油冷啟動比較困難，容易出現(xiàn)濾清器堵塞、燃燒室積碳等問題。所以使用純植物油還需要進一步研究。是石油時代末期最有前途的發(fā)動機能源。使用氫作為能源也是人民的夢想。它具有資源豐富、熱值高、排放污染少等優(yōu)點。可以用煤、天然氣等化石能源借助化學技術制造，也可以用太陽能、核能等自然能源分解水獲得。作為一種替代燃料，氫燃燒產物沒有HC、CO、煙塵等污染物，也沒有引起溫室效應的CO2。唯一的有

40、害物質是NOX，所以氫氣是理想的清潔燃料。氫作為替代發(fā)動機燃料的主要問題是氫的能量密度低、低溫技術的價格高和氫的制造成本高。柴油發(fā)動機使用氫氣時，由于其點火溫度高，自身很難燃燒。一般來說，火花塞或熱表面用于點火。但是隨著技術的進步，氫是最好的發(fā)動機燃料。燃料的霧化燃油霧化是指燃油噴入燃燒室后，被粉碎并分散成細小液滴的過程。燃油霧化可以大大增加其與周圍空氣接觸的蒸發(fā)表面積，加速從空氣中吸熱和霧滴汽化的過程，對混合氣的形成有重要作用。因此，良好的混合氣是完全燃燒不可缺少的條件之一，所以燃油的理化質量非常重要。燃油的霧化質量一般是指油束中油滴的細度和均勻性。細度用液滴的平均直徑來表示。液滴的平均直徑

41、越小，燃料的霧化越好。霧滴的平均直徑受多種因素的影響，如減小噴油嘴直徑、增大燃油噴射速度、增大空氣密度、減小燃油粘度和表面力，都會使霧滴的平均直徑減小。那么，為了具有良好的燃油霧化質量，應該對噴射系統(tǒng)提出嚴格的要求:A.避免異常噴射現(xiàn)象和氣蝕破壞，這是噴射系統(tǒng)的基本要求；B.根據(jù)不同轉速和負荷的工況，在最佳噴射時刻準確提供所需的燃油量；C.改善柴油機的動力性、經(jīng)濟性、有害排放和噪聲水平，盡量達到理想的噴油規(guī)律；D.良好的油束特性能滿足特定燃燒室的要求，油束的幾何形狀和霧化質量能使燃油噴射、氣流運動和燃燒室形狀的協(xié)調達到最佳；E.對于噴油系統(tǒng)的加強，應采取相應的措施，保證相關部件的強度和剛度，提高系統(tǒng)的工作可靠性和使用壽命，同時注意降低噴油系統(tǒng)的噪聲和振動。因此，廢氣的控制從燃料的混合開始。只有好的噴射系統(tǒng)，燃油霧化質量才能好，尾氣排放才會很低。燃油噴射控制電控系統(tǒng)是柴油機在限制有害排放的情況下，達到最佳經(jīng)濟性和動力性的條件。其突出優(yōu)點是控制準確，對東風反應迅速。電控系統(tǒng)主要由三部分組成，即傳感器、控制部分和執(zhí)行部分。噴射是控制噴射的過程，從噴油泵開始供油到噴油器停止噴油。整個過程約占滿負荷時15 40曲軸轉角。整個噴射過程可分為三個階段，即噴射延遲階段、主噴射階段和噴射結束階段。所以，控制好這三個過程是最關鍵的。6