柴油汽车尾气的危害及控制措施

柴油汽车尾气的危害及控制措施 蜷 0?0|蛰 油笼鞴的危害及控施 柴油汽车的尾气排放及危害 柴油发动机的有害排放物包 含复杂的有机物和无机物,具气, 液,固等3态.有机物(主要是碳氢) 来源于未燃烧的燃油和机油,也有 一 些是未完全燃烧的产物;无机物 包括硫化物,碳粒和含氮的化合 物.气态排放物包括一氧化碳 (CO),二氧化碳(CO2),二氧化硫 (S0z),氮氧化物(NO)和气态碳 氢;固态排放物是微小的球状碳粒 (直径10~80微米),称为固态物, 一 般也称作碳烟;液态排放物是碳 氢(HC)和硫氧化物(S0),其中碳 氢的氢(H),碳(C)原子比例从2:1 到9:1,包括醛,烷烃,稀烃(直链或 支链)和芳香烃(单环和多环).在 碳粒面吸附有一些液态的S0, 另一些碳氢则为气态.吸附在碳粒 上的碳氢以及游离的液态碳氢可 溶于有机溶剂,所以又称为可溶性 有机物.碳烟,可溶性有机物,S0 等统称为柴油汽车的颗粒排放物. 相关研究表明,可溶性有机物 和固态物都可导致癌症.生物活体 试验表明,碳烟颗粒是导致肿块形 成的主要原因.可溶性有机物中的 一 些物质,特别是多环芳香烃和含 氮的多环芳香烃有更大的致癌作 用.另外,碳烟颗粒除了对人体健 康不利以外,又是一种肉眼可见的 黑色物质,悬浮在空中,既影响能 见度,又对环境有极大危害. 柴油汽车尾气排放控制措施 一 ,发动机机内控制 当前,柴油发动机机内控制废 气排放的措施主要有以下5项: 涡轮增压及增压中冷技术涡 QICI~YUNYONG 轮增压是提高柴油发动机强化程 度及控制燃烧与废气排放的有力 措施.传统的增压系统在柴油发动 机低转速工况下无法提供足够大 的空燃比来控制碳烟,而当柴油发 动机在高转速工况下工作时则会 在燃烧室产生过强的涡流,这就会 破坏油束的合理分布,降低燃油经 济性.采用可变喷嘴技术可以优化 增压器与柴油发动机之间的匹配, 改善柴油发动机的全工况性能和 有害物排放,特别是在低转速工况 下可以显着减少碳烟的排放. 为了提高柴油发动机的升功 率,减小其质量,柴油发动机多采 用增压并配合中冷技术来提高发 动机进气充量.增压后,发动机的 着火落后期变短,机械效率增大, 因此其燃油消耗率和碳烟微粒排 放改善,NO在采用中冷器后增加 不多.增压中冷已成为提高柴油发 动机性能的一种有效手段. 废气再循环技术废气再循 环技术可有效地控制NO的排放 量.该技术由于减少了进气中的含 氧量,废气的热容量增加而使最高 燃烧温度下降,所以只有部分负荷 或空燃比足够大的工况下采用,以 不使碳氢和碳烟颗粒物排放量明 显增加.废气再循环技术的关键是 使N0在最大程度降低情况下,又 不影响柴油发动机的经济性和碳 氢与碳烟颗料物排放.通常采用有 效的调整来优化柴油发动机整个 工作范围内的废气再循环量.电控 技术与增压中冷技术的结合使用, 可有效地解决这一矛盾,提高发动 机的整机性能. 多气门技术和可变涡流比控 制为了提高充气效率,并使燃烧 室中实现尽可能均衡的空燃混合, 得到均匀的混合分布,在直喷式柴 油发动机中倾向于采用多气门技 术.这样,燃烧室和喷油器可布置 在气缸的中心,从而为燃油和空气 的良好混合提供了有利的先决条 件.多气门机构的另一个优点是可 以根据发动机转速和负荷的变化 改变涡流的强度,由此可确保柴油 发动机在任何转速和各种负荷工 况下燃烧室内均能获得适合的充 气运动. 燃烧室优化采用缩口型燃 烧室,有利于在上止点附近保持较 长时间的紊流,并增加膨胀冲程开 始时的扰动. 燃油喷射系统燃油喷射系 统是柴油发动机供给系统的核心, 柴油发动机多采用高压喷射与喷 油规律定形技术.在对供给系统进 行优化过程中,燃油喷射系统占有 重要的地位,是控制柴油发动机废 气排放的重要措施.研究表明,提 高喷油压力和减小喷孔直径可明 显降低颗粒物排放中碳的成分.高 喷射压力有助力在整个喷油持续 期内提供较高的混合势能,从而改 善雾化和混合气的品质,尤其是改 善扩散燃烧阶段雾化和混合气的 品质,抑制此时碳烟的生成,促进 此时局部碳烟的氧化.但过高的喷 射压力对于碳烟的降低无明显的 作用,基于此原因,采用喷油规律 定形技术则可精确地设计柴油发 动机的燃烧进程,使之服从低排放 柴油发动机燃烧的规律与要求,从 而达到降低排放的目的. 二,提高燃油品质及使用代用 燃料 提高柴油的品质,降低柴油中 硫的含量,可以减少柴油发动机排 气中的硫酸盐,从而降低总颗粒排 2006年?第10期?总第168期 _ 目前,市面上95%以上的车用 大灯还是卤素灯,其发光原理是其 中的钨丝通电后产生光与热.因 受限于钨丝本身的熔点,一般 原厂的60瓦卤素灯最高产生 3000—3200开的色温度;若是改 装灯泡,藉由提高钨丝电阻及瓦 数,即使100瓦的灯泡,最高也只能 提升到3400—3800开的色温度. 现在越来越多的中,高级轿车 使用氙气大灯(即高强度气体放电 灯,简称HID灯),其发光原理是: 在HID灯的灯管内有一颗I1,I1,的 玻璃球,其中充满了氙气等惰性气 体,接通电源后,在高压电流的作 用下,使氙气等气体电离,同时会 发出高达6000开色温度的光芒. 这是传统卤素灯所难以企及的光 亮度,也是最接近正午Et光的色温 度,这一光亮度能让人的眼睛感觉 舒服.此外,由于氙气分子活动能 力会随着使用时间的延长而提高, 因此,HID灯会越用越亮. 因为HID灯与传统卤素灯发 光原理不同,其对电压的要求也不 同.卤素灯灯泡在车用蓄电池的 12伏电压下即可正常工作,而HID 灯利用配套的安定器先将车上蓄 电池的12伏电压升压到2-3万伏, 强烈刺激氙气瞬间使之电离并达 到高亮度,再将电压转成8000伏, 稳定持续供应HID灯发光. HID灯具有以下特色: 1.3倍亮度输出.计算亮度的 单位称之为"流明度".HID灯可输 出高达3200流明度的亮度,而一 般卤素灯最多也只能产生1000流 明度左右的亮度.HID灯的亮度高 出传统卤素灯3倍,对于提升夜间 及雾中驾驶视线清晰度有着明显 的效果. 2.较高的色温度.前面提过, HID灯可以产生6000开左右的色 温度,这一色温下灯光的光色正好 是最白略微开始转蓝,也最接近正 午日光的颜色,人眼对其接受度及 舒适度最高.因此,HID灯可以有 效减轻驾驶员的视觉疲劳,对于驾 车安全性有直接的帮助. 3.5倍使用寿命.因为卤素灯 的发光原理是用钨丝发热,发光, 而钨丝在长久的高热下,难保不烧 断损坏;而HID灯是利用电流刺激 气体分子电离发光,基本上不会产 生过高温度,所以只要其中的氙气 没有泄漏,它就可以一直正常发 光,不易损坏.试验表明,即使品质 良好的卤素灯泡,最多也只能连续 使用400/]',时;而氙气灯泡最少有 2500/J',时的使用寿命.换言之,在 正常用车条件下,一组HID灯能够 使用6年多时间. 4.节电50%.一般车辆原厂的 卤素灯的耗电功率大都在55瓦左 右,而HID灯在安定器的稳定作用 下,平均耗电功率只有35瓦. 对于原来装用卤素灯的车辆, 如果想改装HID灯,只需购置1套 HID灯组件(包括2个灯泡,2个安 定器以及完整的线组).实际安装 时,只要把HID灯组内的灯泡取代 原车卤素灯泡的位置,用内附线组 接上原车灯泡接头及安定器即可. 安装完后,应该使用专业测光仪进 行光线角度的调整,确保发光中心 点符合要求.口 放.降低柴油中多环芳香烃的含量 也有助于降低颗粒物排放. 二甲基醚分子(CH3一O—CH3) 中由于没有碳一碳(C—C)键,只有 碳一氢(C—H)键和碳一氧(C—O)键, 加上它含氧,因此燃烧生成的排放 物中CO,HC,碳烟和微粒的成分 低.此外,它蒸发潜热大,可采用较 大的废气再循环率.其十六烷值也 比柴油高,着火延迟期相对较短, 因此可以抑制生成N0和有较低 的压力长高率,非常适合压燃式柴 油发动机,是柴油发动机理想的替 代燃料. ?2006年?第10期?总第168期 三,发动机机外控制(尾气净 化) 柴油发动机多采用氧化催化 与颗粒捕集器相结合的方法来进 行尾气净化.由于柴油发动机的燃 烧一直在富氧下进行,因此CO, HC排放较少,采用氧化催化剂可 使CO,HC进一步减少.使用氧化 催化器主要目的是使CO,HC高效 氧化而使SO氧化受到抑制.目前 柴油发动机降低NO和碳烟微粒 的主要措施是推迟供油提前角,降 低最高燃烧温度,使机内NO降 低,然后采用陶瓷蜂窝过滤器等在 机外降低柴油发动机的碳烟和微 粒. 颗粒物捕集器主要捕集排气 中的碳烟颗粒物,其中绝大部分为 固态碳粒和可溶性有机成分的碳 烟.陶瓷蜂窝捕集器是主要产品之 一 .陶瓷蜂窝捕集器使用一定时间 后背压升高,当排气背压达到16- 20千帕时会使发动机性能变差,因 此,其再生成为这一技术能否实用 的关键.目前主要采用电加热再生 法,微波再生法,喷油再生法,节流 再生法,静电再生法等方法对颗粒 物捕集器进行再生.口 QICHEYUNYONG