柴油發動機尾氣排放解決方案與控制方法

作者簡介：黎巧安（1984—），男，本科，工程師，研究方向為柴油發動機研發及應用。

摘要：面對環保問題的日益嚴峻，柴油發動機作為大氣污染的排放大戶，其在社會上的大量使用，注定了其尾氣排放治理工作將會成為全球人類關注的重點所在。也正因如此，針對柴油發動機尾氣排放展開詳細的研究與探索，做好尾氣排放的控制工作則具有十分重要的現實意義。鑒于此，本文結合相關參考文獻及筆者個人的研究經驗，淺談柴油發動機尾氣排放問題并對相關控制技術展開探討，以期為廣大同行在今后的實踐研究工作提出有益的參考。

關鍵詞：柴油發動機? ?尾氣排放? ?解決方案? 控制方法

中圖分類號：X701

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2201-5640-1364

Abstract：Facing the increasingly serious environmental protection problems， diesel engine， as a large emitter of air pollution， is widely used in society， which is destined to become the focus of global human attention. Therefore， it is of great practical significance to carry out detailed research and Exploration on diesel engine exhaust emission and do a good job in exhaust emission control. In view of this， combined with relevant references and personal research experience， the author discusses the diesel engine exhaust emission and its related control technology， in order to make a useful reference for the majority of peers in the future practical research work.

Key Words：Diesel engine; Tail gas emission; Solution; Control method

因柴油發動機具備力量較大、更加省油、安全等諸多優勢，其在當今社會得到了非常廣泛的應用，這也就決定柴油發動機同樣也是大氣污染的排放大戶。因此，如何在保護人們賴以生活的生存環境的同時，不會降低科技的進步與發展速度，早已成為當今社會各界關注的重點所在，這就需要相關企業與科研人員對柴油發動機做出應有的優化與改進，針對柴油發動機尾氣排放問題制定出行之有效的控制措施，從而減少有害氣體的排放。基于此，筆者結合個人實踐工作經驗與相關參考文獻，針對柴油發動機尾氣排放問題展開研究與探索。

1 環境問題與柴油發動機的尾氣排放特點

廢氣污染物可謂是柴油發動機最為主要，也最為嚴重的污染物之一。一般來講，柴油發動機產生的廢氣污染物，主要分為工作時產生的廢氣與行駛時產生的汽車尾氣兩種類型。其中，工作時產生的廢氣是指柴油發動機在原料燃燒時產生的廢氣，這些廢氣通常難以避免。所以，在實際處理過程中，主要是采取簡單的過濾措施，隨后再將廢氣排出;而汽車行駛過程中所產生的尾氣，恰恰是造成我國環境污染的關鍵所在[1]。

尤其是通過對柴油發動機尾氣排放特點的分析，可以清楚地看到，柴油作為一種揮發性極低的燃料，其本身排放的HC極少。在實際工作過程中，柴油發動機主要是依托氣缸壓縮空氣進行升溫，攝入少量的柴油噴射到缸內燃燒。這種汽多油少的工作方式，也決定了尾氣排放出的CO和HC的排量相對較低，但因大量的N2和O2參與了氣缸內的反應，因此也就形成了大量的NOX。與此同時，柴油發動機采取的是非均值燃燒，形成可燃混合氣體的時間相對較短，且可燃混合氣體在形成過程中與燃燒過程相互交錯，也就造成了燃油與空氣無法混合均勻，進一步增加了顆粒的排放量[2]。

由此可見，在柴油發動機尾氣排放過程中，CO與HC的含量相對較低，NOX和PM的含量相對較高。因此，要想有效控制柴油發動機的尾氣排放問題，對柴油發動機進行優化設計，其工作重點應集中在NOX和PM的排放量控制上[3]。

2 柴油發動機尾氣排放的解決方案與控制方法

2.1 柴油發動機尾氣排放的解決方案

現如今針對柴油發動機尾氣排放問題，絕大多數情況下人們都會采取在排氣口處配備相應過濾裝置的方式，對尾氣排放展開過濾處理，以此降低柴油發動機尾氣排放對環境所造成的影響。可以說，加裝過濾裝置可謂是解決尾氣排放問題最為直接的解決方案。但因收效甚微，所以筆者建議還可以從對柴油發動機本體實施優化設計及采取油料清潔技術方面入手[4]。

在對柴油發動機本體實施優化設計的過程中，應該將優化設計的重點放在燃油動力系統之上，以此進一步提高柴油發動機的燃油燃燒效率，使柴油能夠在動力系統中得以充分燃燒，進而降低柴油發動機尾氣排放中的煙霧含量，實現合理控制柴油發動機廢氣污染物的目標。需要注意的是，在對發動機燃燒動力系統實施優化的過程中，要時刻結合柴油發動機的實際使用方向進行設計優化，從而確保柴油發動機能夠滿足不同環境下的不同使用需求，達到最佳的使用效果，得以更加穩定地進入到燃燒控制環節，順利完成對廢氣污染物排放量的控制。

柴油本身的純凈程度能夠切實達到柴油發動機的燃燒使用標準，那么在燃燒過程中會大大降低污染物質的產生。因此，提高柴油純凈度，也是解決柴油發動機尾氣排放污染的有效方案之一。為此，許多企業與相關工作人員將凈化過濾功能添加到柴油發動機及動力燃燒系統之中，進一步強化柴油發動機與動力燃燒系統的過濾效率，使柴油得以更加高效、更加充分地燃燒，以此降低柴油發動機排放的廢氣污染，從源頭上控制廢氣污染物的產生。而油料清潔技術恰恰是控制充分燃燒的有效方案，使用油料清潔技術可對油料成分配比進行調整，這是提升柴油純凈度的優化重點所在。同時，通過這種成分配比的調整，還可以進一步促進管控任務的完善，對汽車生產過程中可能產生的技術性問題展開更加合理的管控[5]。

2.2 柴油發動機尾氣排放的控制方法

通過上文的敘述，可以清楚地看到在柴油發動機尾氣排放中NOX與PM的含量極高，所以在尾氣處理的控制上，也將關注的重點放在NOX與PM的排放控制上[6]。

在NOX的排放控制上，可以引入EGR系統。EGR系統是借助于管道，將柴油發動機產生的一部分廢氣重新送回到氣缸之中，重新參與氣缸的燃燒。而因排放的尾氣中含有大量的CO2，其身為惰性氣體能夠吸收大量的熱量，但溫度值變化不大。所以，將CO2重新送回氣缸中參與燃燒，可有效降低燃燒室的溫度，從而破壞NOX的形成條件，降低NOX的排放量。但需注意的是因為CO2屬于不可燃燒氣體，將其過多輸入氣缸中參與燃燒，就會導致發動機功率輸出被迫降低，因此就需要對EGR的開啟時間、開啟程度做出嚴格的控制，從而在保證發動機輸出功率的同時，實現降低污染廢氣NOX排放量的根本目的[7]。

對于富氧燃燒的柴油發動機而言，因其排氣管內含有大量氧氣，可采取噴入NH3的方式，讓NH3與NOx發生反應，進而生成N2和H2O。

在PM的排放控制上，可采取PM后處理技術，如催化氧化與過濾這兩種控制方法。可在柴油發動機上加裝氧化催化器，氧化催化器本身可以凈化排氣中所蘊含的可燃氣體和可溶性SOF。而使用氧化催化器時，利用Pt或者是Pd貴金屬當做催化劑，恰恰可以大量減少廢氣中產生的PM。但需要注意的是使用氧化催化器會將排氣中所蘊含的SO2氧化成為SO3，進而產生一定量的硫酸霧或者是固態的硫酸鹽顆粒，也就進一步加劇了顆粒物質的實際排放。

在PM過濾處理上，可在排氣管上安裝排氣微粒捕集器，從而對柴油發動機的尾氣起到良好的過濾作用。安裝的微粒捕集器，其本身應該具備較高的過濾效率及較低的壓降，以便于更好地保證柴油機的輸出功率，且使用的材料應該具備耐高溫效應，從而延長微粒捕集器的實際使用壽命[8]。

目前，最為常見的微粒捕集器主要分為體積過濾型與表面過濾型。其中，體積過濾型顆粒捕集器的濾芯多采用的是泡沫陶瓷、陶瓷纖維筒等相對較為疏松的材料，形狀呈現形。一般由柴油機的實際排氣量決定體積過濾型顆粒捕集器的橫截面積或者是直徑，由材料孔隙度及過濾效率決定體積過濾型顆粒捕集器的長度。對于體積過濾型顆粒捕集器而言，其最大的缺點就是過濾效率與排氣阻力、外形尺寸之間存在著較大的矛盾點，即過濾效果相對良好的體積過濾型顆粒捕集器，同樣阻力也相對較小，但是體積往往過大。體積相對較小的體積過濾型顆粒捕集器，其過濾效果卻往往不夠理想;表面過濾型顆粒捕集器多采用蜂窩陶瓷作為濾芯，對尾氣中的顆粒進行過濾。為了保證蜂窩陶瓷濾芯的透氣性，最大限度地降低氣流阻力，應具備較大的多孔度。在實際過濾過程中，雖然柴油機碳粒直徑要小于陶瓷濾芯的孔徑，但因為微孔的分布十分曲折，捕集器在顆粒捕集過程中，除了利用機械進行攔截以外，還會利用撞擊與擴散原理，因此捕集的效率相對較高[9]。

現如今，壁流式蜂窩陶瓷式微粒捕集器可謂是最成功的柴油機微粒捕集器，其捕集效率可以達到90%。但是在某種意義上，顆粒捕集器采取的主要是物理方法，對排氣顆粒進行降低。因此從柴油機中排出的廢氣顆粒往往會聚集在顆粒捕集器上，時間長了就會對排氣造成不必要的阻力，進而降低柴油發動機的輸出功率，增加柴油發動機本身的油耗。所以，必須要及時清理聚集在顆粒捕集器上的微粒，從而使顆粒捕集器得以發揮最佳效用，這個過程可稱之為顆粒捕集器的再生。

歷經多年的研究與努力，柴油發動機的尾氣排放已經日益清潔，但還需給予高度的重視，不斷的進行探索與研究。尤其是為了更好地維護人們賴以生存的生態環境，除了要做好柴油發動機尾氣排放的控制以外，還要結合先進的科學技術對柴油發動機技術不斷更新，盡可能降低柴油發動機產生的廢氣污染物，以便于實現生態與經濟的平衡發展[10]。

3 結語

交通出行與人們的生活息息相關，其中駕車出行又是交通出行最為重要的組成部分。尤其是隨著近些年來我國科學技術的不斷發展，人們生活質量的日益提高，駕車早已成為人們最為常見的交通出行工具與工作方式，但其所產生的大量廢氣，也早已嚴重影響到國家的環境質量，可即便如此，要想保證國家的發展與科技的不斷進步，仍需要不斷發展我國的交通行業。這就使得環保問題日益嚴峻。尤其是柴油發動機作為大氣污染的排放大戶，在大量使用的同時，也給環境保護工作帶來了巨大的困擾。也正因如此，既要滿足我國的環境保護要求，又要推動國家的發展，就必須做好柴油發動機的優化與改進工作。因此，本文針對柴油發動機廢氣排放的解決方案與控制方法，提出幾點個人建議，其根本目的就是為了進一步減少有害氣體的排放，從而有效提升我國的環境質量，更好地滿足當今社會的可持續發展要求。所以，在今后的實踐工作中，相關企業與工作人員仍然要以控制排放污染物為主要工作內容，并且結合各種先進的技術，切實做好柴油機尾氣排放控制工作。

參考文獻

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