降低柴油機排放污染物的策略

曹 琪，淑 芳

（內蒙古自治區產品質量檢驗研究院，內蒙古呼和浩特 010070）

隨著我國經濟建設工作的進一步深化，我國社會大眾的生活水平得到較大程度的提高，社會大眾對于社會運行效率的要求也愈來愈高，快節奏逐漸在社會發展中得到體現。而柴油機自身具有較高的技術優勢，能夠極大提高相關機械設備的運行效率，對于機械運行質量的提高有著巨大的影響。因此，在當前時代下，柴油機逐漸融入于社會機械領域，為社會正常運轉帶來較大的幫助。但是，隨著地球資源的逐漸枯竭，以及污染情況的逐步加重，我國對于環保理念也愈來愈深入，不斷在各個社會工程建設和運轉中融入環保理念。基于此，柴油機作為社會大型機械工程的重要設備以及部分輕型汽車的核心元件，在汽車污染物得到強有力管控的今天，也需要進行環保優化，降低柴油機自身的排放污染物。我國政府也積極響應環保理念，出臺相關政策來控制柴油機等常見設備的污染物排放。因此，降低柴油機污染物排放已成為柴油機發展的主要趨勢，需要相關技術人員和專業人員引起重視。

1 柴油機排氣污染評價的指標

1.1 碳顆粒分數

測量柴油廢氣最常見的方法有測定元素碳（EC）和總碳（TC）顆粒分數。美國政府工業衛生學家會議（ACGIH）首先制訂了柴油廢氣中總柴油顆粒物（DPM）的限度，建議8h閾值（TLV）為0.15mg/m3，2001 年將該數值修改為0.05mg/m3[2]。

美國礦山安全與健康管理局（MSHA）于2001年發布了DPM 職業暴露標準，根據TC/EC 比為1.3（EC/TC=0.77）作為轉換因子，建議TC 的值為0.4mg/m3[2]。而這一標準在2008年修改為0.16mg/m3（TC）[2]。元素碳（EC）和總碳（TC）顆粒分數標準的變更主要依據碳轉化系數（即EC/TC 比），而該系數受到許多因素包括燃料類型和發動機負荷等的影響[3-4]。

1.2 硫含量

燃料的變化可以顯著影響柴油廢氣的組成。Alander 等[2]的研究表明，低硫/低芳烴燃料的引入減少了柴油廢氣的污染。輕型至重型試驗柴油車顯示雖然低硫低芳烴燃料不影響苯、甲苯、乙苯等化學物質的含量，但確實較大程度上減少了的排放的多環芳烴含量[2]。

對配備重型柴油機的公交車隊的研究表明，與使用硫含量為500×10-6的柴油燃料相比，使用低硫柴油燃料（50×10-6硫）可使多環芳烴排放量減少90%以上[2]。將燃料中硫含量從1 473×10-6降低到47×10-6可顯著減少碳氫化合物排放總量[2]。

然而，添加甲醇的柴油燃料并沒有表現出與低硫燃料相同的優點，同樣條件下，添加甲醇的低硫柴油燃料碳氫化合物排放總量增加[2]。對于添加乙醇的燃料，二甲苯在混合濃度下增加[2]。污染物增加程度受發動機負載條件影響較大。

1.3 生物燃料

生物柴油的使用與多環芳烴的下降有關。最常見生物柴油是幾種動物或植物油源轉化而來，如牛脂、向日葵種子或油菜籽[5]。隨著燃料混合物中生物柴油含量的增加，不同污染物排放不成比例減少[2]。使用生物柴油可以減小顆粒物的質量，但在某些條件下，小于40nm 的超細顆粒的數量則增加[2]。

大多數研究表明，碳氫化合物隨著生物柴油的使用而減少，但變化程度高度依賴于發動機的工作特性[2]。B10（生物柴油含量10%）輕型柴油機臺架試驗大豆油顯示苯和甲苯的排放量顯著減少[2]。當B20（生物柴油含量20%）在一臺重型發動機上進行了檢測，有幾種芳烴如苯、乙苯和三甲基苯，隨著B20 共混物的使用，排放增加[2]。

2 柴油機的排放污染物成因

柴油機工作的三大要素是油、氣以及壓力，其主要就是使得噴入缸內的燃油與進入氣缸中的空氣相互融合，隨后再通過活塞的壓縮工作，使得燃油和空氣混合物爆發燃燒、釋放較大的能量。基于這樣的工作原理，可以看出若想優化柴油機自身的工作技術，最為關鍵的就是針對這三大要素進行完善，而降低柴油機的排放污染物也是一樣，需要從這三個方面進行入手。關于柴油機的排放污染物，主要是HC、CO、SOX、NOX以及PM。其中HC 是柴油機重要的排放污染物，對于自然環境和人體健康有著極大的消極影響力。其排放的主要原因是由于燃燒的不完全所分解出來的產物，是柴油機排放污染物的重要成分，也是當前對柴油機排放污染物治理的重要方面。其次，就是CO 的排放，CO 也是由于柴油機自身混合氣的燃燒不完全，或者是柴油機在燃燒過程中，溫度控制不到位，導致實際的燃燒溫度較低，使得燃燒不均勻，從而造成CO 無法充分得到氧化，最終只能夠進行排放工作，CO 的排放推動溫室效應的發生，過度排放極易導致自然環境平衡破壞，不利于自然環境的良性循環發展。SOx同樣也是柴油機的主要排放物，其對于自然環境具有較強的破壞效果，是導致酸雨、溫室效應的罪魁禍首。而SOx的排放主要是由于柴油機對S 元素的燃燒，S 元素燃燒后就容易釋放大量的SOx，若不加以控制和凈化，就容易對自然環境造成危害。另外，NOx是N 元素和O 元素在柴油機燃燒后產生的。PM 則是碳基顆粒物，其主要也是由于燃燒不完全而產生的。以上就是柴油機排放的主要污染物，也是我國降低柴油機污染物效果的重要工作核心。

3 柴油機前技術優化處理措施

3.1 燃料代用

柴油機所排放的污染物中，有很大部分是由于對元素的燃燒而產生化學反應所排放的。要想從根本上減少這一污染物的排放，最為關鍵的就是找出合適的燃燒代替品，使得既能夠實現預期的燃燒工作，又能夠減少污染物的排放，達到減少污染的效果。而當前，最為常用的燃料代用品就是天然氣、液化石油氣等資源，通過這些資源，能夠代替傳統的S、N、O 單一元素燃燒，提升燃燒效果的同時減少污染物排放。

3.2 柴油凈化工作

柴油自身的質量也是造成污染物排放量大的重要因素，對此，相關技術人員應該引起重視，積極進行柴油凈化工作。借助技術優勢，提高柴油質量，減少柴油中含硫量和芳香烴的含量，從而可以極大減少PM 的排放量。

4 柴油機機內技術優化處理措施

柴油機機內部分是柴油機運行的重要部分，是柴油機技術的中樞區域。對柴油機進行降低排放污染物工作需要不斷對柴油機機內技術進行優化調整。其中，多氣門技術就是柴油機機內技術的主要優化措施。近幾年來，我國柴油機制造紛紛將柴油機氣門技術優化至4氣門的2進2排以及3進2排等氣門技術模式。通過對氣門技術的優化，提高柴油機的充氣量，提升柴油機的工作效率。其次，通過多氣門技術，還能夠保證噴油器能夠在柴油機內得到很好的位置安放，讓噴油器能夠更好地接近燃燒室中心，從而提升整體的燃燒效率，降低燃燒的不完全情況發生頻率，減少不必要的油耗。最后，借助多氣門技術，還能夠在最大程度上減少污染物的排放。利用多氣門技術，可以在不同的負荷階段調整柴油機的渦流強度，從而達到控制NOx和HC 排放量的效果。

5 柴油機機外技術優化處理措施

5.1 NOX催化轉化器

在柴油機運轉時配設NOx催化轉化器，能夠使得柴油機在特定溫度下，對NOx進行排放控制，相較于技術優化前，能夠減少五分之一的NOx排放量。也基于這樣的技術優勢，NOx催化轉化器近幾年得到較為廣泛的利用，能夠大大降低NOx的排放量，是降低柴油機排放污染物的重要技術優化措施。

5.2 微粒過濾器

微粒過濾器是降低柴油機排放污染物的重要技術，尤其是針對于柴油機的PM 污染物排放，更是有著巨大的影響。微粒過濾器中有濾芯，這些濾芯自身帶有極小的孔隙，能夠快速捕捉到柴油機排放的PM 顆粒，也正是由于這樣的技術特性，其對于PM 排放治理有著巨大的幫助。但是，在過濾過程中，使用微粒過濾器會導致排氣背壓升高，極不利于柴油機的正常工作，嚴重影響運用機能，對于柴油機的實際工作帶來不利效果。因此，針對于這一情況，還需要對微粒過濾器中的PM 顆粒進行及時的清理，從而使過濾器復原到最佳狀態。通過這一工作后，才能夠保證柴油機機能不受損的情況下，完成PM 過濾工作，這一清潔過程也叫做過濾器的再生過程。

6 結束語

綜上所述，隨著經濟的不斷發展，我國對于工業機械的運用要求和標準也愈來愈高。不僅需要工業機械設備能夠達到預期的生產效率和工作狀態，還要求其能夠綠色環保，減少對于自然界污染物的排放。而柴油機作為主要的工業機械設備，一直受污染物排放多的問題所限制，不能夠得到全面的應用和發展。因此，針對柴油機降低污染物的技術優化工作也愈來愈重要，需要相關技術人員和管理人員引起重視，積極認識柴油機工作過程和排放污染物，對柴油機進行機內、機外的雙重技術優化，從根本上減少柴油機排放的污染物數量。