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减少黑烟排放成为治理柴油机排放污染的主要任务之一

时间: 2020-04-06
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一般认为,柴油机排放的黑烟是不完全燃烧的产物,它主要是在高压燃烧条件下,因高温、局部缺氧、裂解并脱氢而形成的以碳为主要成分的多孔性微粒,同时包括一定数量的可溶性有机物和硫酸盐等。黑烟尤其会在汽车起步、加速、爬坡、超负荷时加大喷油量的情况下产生。由于柴油机采用的是扩散燃烧方式,这就决定了柴油机产生碳烟是不叮避免的,其排量一般比汽油机多几十倍。黑烟的排出,不仅限制了柴油机的最大功率,而且给环境造成极大危害,人吸入后会引起呼吸道、肺部疾病,甚至致癌。因此,减少黑烟排放成为治理柴油机排放污染的主要任务之一。
 
燃烧前的燃料处理
 
改变燃料性质采取措施改变燃料性质,以降低烟度:
 
燃料中的芳香烃,特别是高沸点的多环芳香烃以及重质馏分等易产生碳烟,应尽量减小其含量。
 
增大烷烃类燃料的比重有利于降低碳烟。
 
采用无烟或少烟替代燃料如醇类燃料、二甲醚等能起到显著降低碳烟的作用,醇类燃料分子结构中含有氧原子,燃烧时所需空气少,容易充分燃烧,基本不产生碳烟;二甲醚使用后,其碳烟排放极低,几乎无烟。
 
降低柴油的十六烷值能延长滞燃期,提高柴油的蒸发性,烟度明显下降,但十六烷值太低会导致柴油机工作粗暴。
 
在燃料中添加消烟剂使用消烟剂是一种简捷、有效的办法,它是从燃烧这一环节控制碳烟的形成。其作用机理一般认为是加速碳粒氧化的催化作用和阻止燃料在高温、缺氧的条件下裂解的反催化作用。常见的消烟剂有钡盐和钙盐等。例如,当钡的添加量为1g/L时,碳烟降低率可达50%~70%。
 
加水乳化燃烧乳化柴油是在柴油中加入一定比例的水和乳化剂进行乳化而成。乳化柴油燃烧时,被柴油包围的水珠因热传导而汽化,生成水蒸气冲破外围油膜并使油膜迅速扩散成雾状,即所谓“微爆”现象,它使柴油燃烧更迅速、充分、完全,因而碳烟排放下降明显。一般随水的含量增加,碳烟的排放减少。但它会带来低温起动性变差及腐蚀等问题。
 
改善发动机的燃烧性能
 
进气增压增压是提高发动机进气效率的有效措施,最常用的增压方法是废气涡轮增压,它是利用排出的高温废气带动涡轮高速旋转,由此驱动与涡轮同轴的压气机旋转,新鲜空气通过压气机压缩后送入气缸。它可以大幅度提高进气密度,使过量空气系数足够大,燃烧充分、完全,因而碳烟及微粒的产生很容易被抑制住,这是一项成熟的、被广泛应用的技术。


 
四气门技术在直喷式柴油机中采用四气门技术,并使喷油器置于燃烧室中心,可大大提高充气效率,实现燃油与空气的均匀混合,并可根据转速和负荷变化改变涡流强度,由此可获得良好的燃烧条件,从而降低黑烟排放。
 
高压喷射技术近年来,高压喷射技术在直喷式柴油机上得到了快速应用。其最高喷射压力由传统的30~50MPa提高到150~180MPa,这样高的喷射压力加上喷孔直径不断缩小,使燃油喷雾颗粒非常细化,油气混合界面显著增大,并且由于高速燃油射柬对周围空气的卷吸作用,使混合气的形成速度大大加快,浓度分布更均匀,这必然会显著降低碳烟的生成。

电控共轨喷射系统
 
电控共轨喷射系统先将柴油以高压状态蓄集在各缸共用的共轨容器中,电控系统根据工况及相关信息,通过控制油泵控制阀来调整高压供油泵的供油量,以改变共轨中的油压,因此油压与发动机转速无关。它实现了喷油压力柔性可调控制,对不同工况可采用最佳喷射压力,从根本上解决了传统喷油系统的喷油压力随转速降低而降低,导致低速烟度不好的缺陷。另外,传统柴油机在大负荷时,由于供油量增多,使缸内混合气浓度超过冒烟极限,在加速时,喷油量急速增加,局部混合不匀而过浓产生大量黑烟。采用电子控制后,可将这些工况的喷油量、喷油速率、喷油时间按预定模式控制在最佳范围,从而降低排气烟度。

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改变喷油时间在直喷式柴油机中,加大喷油提前角会造成滞燃期延长,使更多的燃料在着火前喷入混合,加快了燃烧速度并较早地结束燃烧过程,这些都可降低排气烟度。但是,过早的喷油会使NO增高并产生噪声,故应适当。
 
消除喷油器滴漏及二次喷射喷油器滴油和二次喷射时,缸内温度和氧的浓度已下降且燃油雾化很差,因而使碳烟增加。可改进喷油器和供给系的配合参数,实现先缓后急的喷油规律,尤其是在中期急速喷油后,后期要迅速结束喷油,并定期检查喷油器的工作情况。2.7发动机烧机油控制减少机油窜入气缸的数量可减少微粒中的可溶性有机组分,这对降低柴油机的烟雾排放有利。柴油机使用中应密切注意机油的消耗,若消耗量异常,应重点检查活塞缸套间隙是否过大,活塞环是否装反、损坏,气门导管油封是否损坏,增压器的涡轮轴密封件是否破裂以及通往增压器吸气端的曲轴箱通风装置是否损坏。
 
燃烧后的处理
 
氧化催化器柴油机使用氧化催化器的原理与汽油机基本相同。目的主要是降低微粒中可溶性有机组分中的大部分碳氢化合物,同时降低HC、CO。但氧化催化器会将燃烧后生成的sos氧化为sO生成酸雾或硫酸盐。因此它只适用于使用低硫燃油的柴油机。

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静电净化装置柴油机排气中的微粒绝大部分都带有一定数量的电荷,且带正电荷的微粒数和带负电荷的微粒数基本相等。因此让排出的微粒通过一个高电压静电场,使之凝聚、增大、变重,并收集在管壁上,再通过旋风除尘器或其他方式净化。

过饱和水蒸气过滤器从排气管出来的废气通过蒸发器中的水层,利用排气的热量使水蒸发,水蒸发饱和后进入冷却管,冷却后变成过饱和状态,在这里以碳尘为核心形成水滴,最后通过过滤器被滤出,使排气得到净化。
 
微粒捕集器微粒捕集器一般以陶瓷蜂窝载体、陶瓷纤维纺织物及不锈钢金属蜂窝载体等为过滤器材,当微粒通过时被拦截、粘附而起过滤作用,它对固体微粒的过滤效率高,可达90%以上,过滤后烟度降低幅度大。但微粒捕集器使用一段时间后,因孔隙堵塞而劣化,须作再生处理。


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