柴油的废气范文

柴油的废气范文（精选8篇）

柴油的废气 第1篇

漳州家具制造业规模位列福建前列, 全市现有家具企业1000多家, 以尧富、国辉、申荣、丰笙等为主的上规模企业有100多家, 占全省同行业的21.4%。我市生产的家具主要有实木家具、金属家具两大类, 产品80%%以上销往国外市场。木质家具以市场高档西式仿古和整体橱柜为主, 在品质上占有绝对优势, 企业综合竞争力较强, 在福建省的木质家具出口中位列榜首。在木质家具的生产过程中, 喷漆作业是不可少的一道程序。随着我市木质家具行业的不断发展, 喷漆废气污染也越来越受到重视, “三苯”替代溶剂如丁酮、醋酸丁酯等随之产生的新的废气污染问题正日益严重。因此如何有效地治理好喷漆废气也日渐成为我市环保工作的一项重要内容。

对于喷漆工业废气的治理, 广泛研究采用并且应用较多的是吸附法、热破坏法、冷凝法、吸收法等, 近几年来形成的新控制技术有生物膜法、电晕法、臭氧分解法、催化燃烧法、等离子体分解法等。但是从工艺成熟的角度来考虑, 吸收法在治理废气上技术成熟, 设计科学操作简便, 适用性强。然而, 缺少良好的吸收剂限制着吸收法的大范围利用。

理想的吸收剂应具备以下特点: (1) 吸收质在吸收剂中分子态溶解大; (2) 吸收剂蒸气压小, 汽化温度应高于溶质的汽化温度, 有利于解吸过程的进行; (3) 吸收剂黏度小, 粘温性质好, 以求阻力消耗小; (4) 抗氧化性、稳定性、抗乳化性、抗泡沫性和浮游性能良好, 以便长期使用; (5) 对设备无腐蚀作用; (6) 加工成本低廉, 货源广[1]。

以往所用的吸收剂都存在一定的不足, 例如在苯系物的吸收剂中, 柴油的吸收效果最好, 高达90%[2,3], 但柴油本身易燃, 价格也在日益上涨, 而且柴油吸收易造成二次污染。另外, 随着无苯胶工艺的成功开发和应用, 三苯废气的污染问题已逐渐得到解决, 但由于使用替代溶剂如丁酮、醋酸丁酯等随之产生的新的废气污染问题正日益严重。生物柴油本身不含硫、芳烃, 无有毒污染排放, 具有清洁、环保的优点, 并且可再生。为此, 本文选用生物柴油吸收剂对丁酮进行吸收效果及各影响因素的实验研究。

2 实验部分

2.1 实验原料及仪器

实验原料和仪器如表1、2所示。

2.2 实验分析方法

吸收塔出口丁酮浓度用气相色谱仪在线分析, 采用色谱工作站进行信号采集及数据处理, 用标准曲线法 (以丁酮含量对峰面积制作标准曲线及回归方程) 进行定性定量分析。

色谱条件为:氮气压力0.27MPa, 空气流速400ml/min, 氢气流速60ml/min, 柱温148℃, 汽化温度180℃, 氢焰温度118℃。氢离子放大器条件:衰减比为1:1, 灵敏度为10。

所得的标准曲线如图1所示。

2.3 实验流程

实验流程图如图2所示。

从无油气体压缩机出来的空气经缓冲瓶1进入内装硅胶的干燥管2, 干燥后分成两路:一路作为丁酮蒸发用空气, 另一路为稀释用空气。蒸发用空气经二通活塞控制流量后, 经转子流量计4测定流量, 然后进入蒸发瓶6对其液面进行吹气蒸发。蒸发瓶置于恒温槽7内, 用触点式温度计控制温度, 采用低温浴槽5与恒温槽联合控制恒温槽的温度。从蒸发瓶6出来的丁酮蒸气与另一路经二通活塞控制流量后, 由转子流量计3测定流量的稀释空气一同在混合瓶8中均匀混合, 配置成一定浓度的丁酮和空气的混合物。从混合瓶8中出来的气体混合物, 经转子流量计9计量后进入缓冲罐10, 然后出来分成三路:一支路作测定进口浓度取样用, 二支路接U型压差计测系统的压力, 三支路进吸收塔与塔顶喷淋下来的生物柴油吸收剂逆流接触。吸收剂由柱塞计量泵16经恒温槽15打入塔顶的喷淋头内。净化后的气体由塔顶排出, 一路放空, 另一路接色谱仪作为尾气测定进样口。吸收液由塔底流出收集于贮槽内, 为了保证吸收实验温度的稳定, 吸收塔设有恒温装置, 吸收剂在进塔前加热或冷却到一定的温度, 然后进塔喷淋吸收。

1, 10-缓冲罐;2-硅胶干燥器;3, 4, 9-流量计;5, 14-低温浴槽;6-蒸发瓶;7, 1 5-恒温浴槽;8-混合瓶;1 1-水银压差计;1 2-水压差计;1 3-吸收塔;1 6-计量泵

3 结果与讨论

3.1 填料层高度确定

查阅有关资料[1]得知, 工业上丁酮的浓度大约为5000mg/m3, 达标排放浓度为150mg/m3, 即所要求的吸收率应该在97%以上, 实验中将以此为标准考察吸收效果。

在生物柴油喷淋量为1475ml/h、吸收温度为2 9℃条件下, 先采用内径d为25mm, 填料层高度为0.84m的填料塔中进行实验, 发现其吸收效果较差, 后将其高度增加至1.68m进行吸收实验, 两者的实验数据比较如表3所示。

从表3中数据我们可以很明显地看出, 采用1.68m的填料层高度进行吸收实验, 其吸收效果较0.84m填料层高度大大提高, 因此以下的实验中将采用1.68m的填料层高度, 系统考察生物柴油喷淋量、风量、吸收温度和液气比等因素对吸收效果的影响。

3.2 喷淋量对吸收率的影响

实验中风量为0.6m3/h, 吸收温度为29℃, 进口丁酮平均浓度为5598.06mg/m 3。所得的实验数据如图3所示。

由图3可见, 当进塔气量一定时, 吸收率随着BDO喷淋量的增大而增大, 但吸收率先增大很快, 后变化趋势平缓。这是由于液膜存在传质阻力, 当BDO喷淋量增大时, 填料的润湿率增大, 气、液相接触面积增大, 传质充分, 传质推动力增大, 从而使得吸收率增大。而喷淋量较小时, 填料表面未完全润湿, 此时增大喷淋量等于增大了润湿率, 传质由不充分到充分, 同时推动力增大, 故吸收率增加比较明显;但当喷淋量大到一定程度时, 再增加喷淋量, 填料润湿率变化很小, 此时吸收率便也无明显变化了。由实验可知丁酮在BDO吸收剂中的溶解度很大, 可以说实验中液膜控制不占据主导地位, 这也说明了BDO吸收剂治理含丁酮废气的过程以气膜控制为主。此外, 吸收率均在9 0%以上, 说明BDO吸收剂适合于治理含丁酮的有机废气。

3.3 风量对吸收率的影响

理论上, 处理风量的增大, 吸收率必然是下降的, 但其下降程度难以确定。为此有必要将处理风量作为一影响因素进行实验。实验中吸收温度为29℃, 生物柴油喷淋量为1475ml/h, 进口丁酮浓度平均为5251.43mg/m3。所得实验数据如图4所示。

从图4可以看出, 在一定的吸收液量下, 丁酮的吸收率随气体流量的增加而下降。由于气体流量较小时, 气体在塔内停留时间较长, 与液相接触时间就较长, 两相传质充分, 致使吸收率较高。随着气体流量的增大, 虽然增加了湍动程度, 但气体停留时间变短, 气、液两相接触不充分, 吸收率因此而降低。这说明了丁酮废气吸收过程存在气膜阻力, 吸收中气膜控制占据着重要地位。

3.4 吸收温度对吸收率的影响

实验中生物柴油喷淋量为1920ml/h, 风量为0.6 m3/h, 进口丁酮浓度平均为5944.72mg/m3。所得的实验数据如图5所示。

从图5中可见, 丁酮废气的吸收率随吸收温度的增加而减小。这是因为吸收过程是一个放热过程, 因此温度增加不利于吸收过程的进行, 从而使得吸收效果降低。当然, 工业上要改变吸收温度必然需要投入更多的生产成本, 因此吸收温度的选择应考虑厂地所在地区温度等因素进行综合考虑。

3.5 液气比对吸收率的影响

在吸收温度为29℃、进口丁酮浓度平均为5424.75mg/m3的实验条件下改变液气比测定的结果如图6所示。

从图6中可以看出, 吸收率随着液气比的增大而增大。其原因是, 液气比增大, 相当于液体喷淋量增大, 气体流量减小, 使得填料润湿率增大, 气相在塔内停留时间延长, 这样气、液相接触面积增大, 传质充分, 传质推动力增大了, 从而使吸收率增大。另外, 当液气比增大到一定值后吸收率不再随之增大, 而是随着液气比增大吸收率保持稳定值, 这说明液气比存在一个最佳效率值, 在此最佳液气比下吸收率最大, 吸收效果最好。

4 结论

本文通过考察处理风量、生物柴油喷淋量、吸收温度、液气比对吸收率的影响, 得出其影响规律。另外, 通过实验表明, 生物柴油新型吸收剂在处理丁酮废气时能取得良好的吸收效果, 其吸收效率可达到98%, 能够实现工业上达标排放的要求。

参考文献

[1]郝吉明, 马广大.大气污染控制工程[M].天津:高等教育出版社.1989.355-365

[2]田森林, 宁平.有机废气治理技术及其新进展[J].环境科学动态.2000, (1) :23-28

船舶柴油机废气排放控制比较研究 第2篇

船舶柴油机废气排放控制比较研究

文章介绍了目前船舶柴油机几种废气排放控制技术,并对相关技术特点进行了分析比较,指出了他们在使用过程中存在的利与弊.

作 者：蔡冬林 CAI Dong-ling 作者单位：南通航运职业技术学院,轮机工程系,江苏,南通,226010刊 名：南通航运职业技术学院学报英文刊名：JOURNAL OF NANTONG VOCATIONAL & TECHNICAL SHPPING COLLEGE年，卷(期)：8(3)分类号：U664.121关键词：度气排放 控制技术 比较研究

船舶柴油机废气的危害及排放限制 第3篇

1.1 氮氧化物 (NOx)

氮氧化物 (NOx) 是燃烧过程中氮的各种氧化物总称, 它包括N O、N O2、N2O4、N2O、N2O3和N2O5等, 柴油机排气中的氮氧化物绝大多数为NO, 而NO2次之, 其余的含量很少。

NO是无色并具有轻度刺激性气味的气体, 它在低浓度时对人体健康无明显影响, 高浓度时造成人与动物中枢神经系统障碍。尽管NO的直接危害性不大, 但NO在大气中可以被臭氧氧化成具有剧毒的NO2。NO2是一种赤褐色并带刺激性的气体, 吸入人体后与血液中的血红蛋白作用, 成为变性血红蛋白, 使血液的输氧能力下降。它对心、肝、肾等也有影响。据报道, 人只要在NO2含量为100ppm~150ppm的环境中停留0.5h~1h, 就会因肺气肿而死亡。

氮氧化物 (NOx) 也是形成光化学烟雾的起因物质之一, 而光化学烟雾曾导致1943年和1954年两次严重的美国洛杉矶烟雾, 使许多人发病。

1.2 硫氧化物 (SOx)

燃料中的硫燃烧时主要生成SO2, 另有1%~5%氧化成SO3。SO2是无色有强烈气味的气体, 在浓度低时, 主要是刺激上呼吸道粘膜。浓度高时, 对呼吸道深部也有刺激作用。当人体吸入较高浓度的SO2时, 会发生急性支气管炎、哮喘、发绀和意识障碍等症状, 有时还会引起喉头痉挛而窒息。低浓度SO2长期暴露会发生慢性中毒, 使嗅觉和味觉减退, 产生萎缩性鼻炎、慢性支气管炎、结膜炎和胃炎。此外, 如大气中含SO2过多时, SO2则会溶于水蒸汽而形成酸雨, 还会使大片农作物及森林叶子变黄, 造成对动、植物的危害, 还会加速许多物质的腐蚀, 从而影响自然界的生态平衡。

硫氧化物 (SOx) 在温度较低时容易和水蒸气结合成硫酸 (H2SO4) , 使设备发生腐蚀。由于一般硫酸在低温处存积, 因此也叫低温腐蚀。另外, 硫的燃烧产物 (特别是SO3) 使碳氢化合物加速聚合, 致使气缸中结炭又多又硬, 并且还促使润滑油氧化变质, 致使气缸壁和活塞环加速磨损。SOx造成柴油机动力装置的腐蚀和磨损加剧, 故燃用含硫量高的劣质燃油的机器, 需采用高碱性气缸油相匹配, 这样可以保护发动机免遭SO2和SO3冷凝后形成的硫酸的腐蚀。然而这仅仅将SOx中很少一部分转变为硫酸钙, 不能看成是减少SOx含量的办法, 排入大气的SOx最终将被雨水洗出。

1.3 一氧化碳 (CO)

一氧化碳 (CO) 是无色、无臭的有毒气体。它虽然对人的呼吸道无直接作用, 但被吸入人体后, 能以比氧强210倍的亲和力同血液中的血红蛋白结合, 形成碳氧血红蛋白, 阻碍血液向心、脑等器官输送氧气, 使人发生恶心、头晕, 疲劳等症状, 严重时会窒息死亡。一氧化碳也会使人慢性中毒, 主要表现为中枢神经受损, 记忆力衰退等。

1.4 碳氢化合物 (HC)

碳氢化合物 (HC) 包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化产物, 如多环芳烃、醛、酮、酸等在内的200多种成分, 有时简称为未燃烃。人体内吸入较多的未燃烃, 会破坏造血机能, 造成贫血、神经衰弱, 并会降低肺对传染病的抵抗力。

碳氢化合物的另一大危害是它与氮氧化物在阳光紫外线的作用下, 经过光化学反应产生一种毒性很大的浅蓝色刺激性烟雾光化学烟雾。光化学烟雾中含有臭氧、过氧酰基硝酸盐及各种醛、酮等物质。臭氧具有极强的氧化力, 能使植物变黑、橡胶发裂, 在0.1ppm浓度时就具有特殊的臭味, 动物在1ppm臭氧浓度下4h就会出现轻度肺气肿。过氧酰基硝酸盐的毒性介于NO和NO2之间。

1.5 微粒 (PM)

微粒 (亦称颗粒或颗粒物) 对人类健康的危害性与微粒大小及其组成有关。微粒愈小, 停滞于人体肺部、支气管的比例愈大, 对人体的危害就愈大。

碳烟 (也称黑烟) 是燃烧系统微粒排放中最大微粒物质, 主要由直径为1.1μm~10μm的多孔性碳粒构成, 并在其表面凝结或吸附含氢成分未燃烃以及SO2等。碳烟悬浮在空气中, 既影响能见度又污染空气。

1.6 二氧化碳 (CO2)

二氧化碳是一种无色、无臭的气体, 本身没有毒性, 但当大气中含量过高时, 则会影响肺部吸氧呼碳, 使进入血液中的CO逐出困难, 而形成贫氧现象。

此外, 由于地球上森林资源日益减少, 而燃料燃烧后排入大气层中的CO2不断增加, 温室效应愈来愈显著。如大气中CO2含量不断增多, CO2气体就好像一层日益加厚的透明薄膜一样, 太阳的辐射热量透进来容易, 却难以逸出, 年积月累, 全球气候将变暖, 这就在世界范围内造成反常的气候变化, 破坏了自然界的生态平衡。

2 关于船舶柴油机NOx和SOx排放的法律规范

船舶柴油机排放的废气主要有氮氧化物 (NOx) 、硫氧化物 (SOx) 、碳氧化物 (COx) 、碳氢化合物 (HC) 以及微粒 (PM) 等, 其中氮氧化物 (NOx) 和硫氧化物 (SOx) 对环境和人类的影响最为直接。MARPOL73/78公约附则Ⅵ“防止船舶造成大气污染规则”对船舶柴油机的排放限制主要涉及到的就是氮氧化物 (NOx) 和硫氧化物 (SOx) 的排放。

2.1 氮氧化物 (NOx) 排放的控制标准

除应急发电柴油机、救生艇发动机以及应急设备或装置使用的柴油机外, 每一台在2000年1月1日或以后建造的船舶上输出功率超过130kW的柴油机, 以及每一台在2000年1月1日或以后经过重大改装的输出功率超过130kW的柴油机, 其氮氧化物 (NOx) 的排放量必须满足如下指标:

低速机 (n<130r/min) 为17g/ (kWh) ;

中速机 (n=130~2000r/min) 为45n-0.2g/ (kWh) ;

高速机 (n>2000r/min) 为9.84g/ (kWh) 。

2.2 硫氧化物 (SOx) 排放的控制标准

附则Ⅵ对硫氧化物 (SOx) 的一般要求规定, 船舶使用的任何燃油的含硫量不得超过4.5%。在硫氧化物 (SOx) 排放控制区的船舶所使用的任何燃料中, 含硫量不得超过1.5%。船舶可使用经主管机关按IMO制订的导则认可的废气净化系统将船舶的硫氧化物总排放量减少至6.0g/ (kWh) 或以下, 也可使用其它技术将硫氧化物总排放量限制在同等水平, 但是应当经过主管机关依据IMO导则认可。波罗的海区域、北海区域 (包括英吉利海峡) 被指定为硫氧化物 (SOx) 排放控制区。

此外, MEPC第58次会议于2008年10月6日至10日在英国伦敦IMO总部召开, 会议一致通过了MARPOL73/78公约附则Ⅵ关于减少船舶排放废气的修正案, 对船舶大气污染物的排放提出了进一步的要求。该修正案将于2010年7月1日默认生效。

修正案要求从2012年1月1日开始, 全球重质燃油的含硫量从现在的4.5%降低至3.5%, 并在2018年之前作出可行性评估, 如果通过评估, 则到2020年1月1日, 将要求全球船用重质燃油的含硫量降低到0.5%。对于硫氧化物 (SOx) 排放控制区, 从2010年7月1日开始, 该区域船舶所使用的燃油含硫量不得超过1.0%;从2015年1月1日开始不得超过0.1%。

在NOx排放控制方面, 修正案根据船舶的建造年份制定了三层控制标准。

第一层标准要求2000年1月1日及以后, 2011年1月1日之前建造的船舶上安装的柴油机的氮氧化物 (NOx) 排放量在下列限值内:

低速机 (n<130r/min) 为17g/ (kWh) ;

中速机 (n=130~2000r/min) 为45n-0.2g/ (kWh) ;

高速机 (n>2000r/min) 为9.84g/ (kWh) 。

第二层标准要求2011年1月1日及以后建造的船舶上安装的柴油机的氮氧化物 (NOx) 排放量在下列限值内:

低速机 (n<130r/min) 为14.4 g/ (kWh) ;

中速机 (n=130~2000r/min) 为44n-0.2g/ (kWh) ;

高速机 (n>2000r/min) 为7.7g/ (kWh) 。

而第三层标准最为严格, 当船舶航行于指定的排放控制区时, 2016年1月1日及以后建造的船舶上安装的柴油机的氮氧化物 (NOx) 排放量必须在下列限值内 (控制区外仍适用第二层标准) :

低速机 (n<130r/min) 为3.4 g/ (kWh) ;

中速机 (n=130~2000r/min) 为9n-0.2g/ (kWh) ;

高速机 (n>2000r/min) 为2.0g/ (kWh) 。

3 结语

船舶大气污染已经到了不容忽视的地步, 特别是在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区, 船舶排放的废气甚至成为该地区的主要污染源。建立健全我国相关的法律规范, 限制船舶柴油机废气污染物的排放, 使防污染与造机、造船、航运的发展保持同步至关重要。如果我们偏废或忽视污染物的排放这一重要方面, 那么迟早会遭受由于排放超标而受重罚之苦。

摘要：国际社会对船舶造成大气污染议题的关注由来已久, 随着海上运输船舶数量的日益增加, 船舶大气污染已经到了不容忽视的地步。船舶柴油机排放的废气主要有氮氧化物 (NOx) 、硫氧化物 (SOx) 、碳氧化物 (COx) 、碳氢化合物 (HC) 以及微粒 (PM) 等, 其中氮氧化物 (NOx) 和硫氧化物 (SOx) 对环境和人类的影响最为直接。MARPOL73/78公约附则Ⅵ——“防止船舶造成大气污染规则”对船舶柴油机氮氧化物 (NOx) 和硫氧化物 (SOx) 的排放进行了严格的限制。

关键词：大气污染,柴油机,氮氧化物,硫氧化物

参考文献

[1]殷佩海.船舶防污染技术[M].大连海事大学出版社, 2000.

[2]江彦桥.海洋船舶防污染技术[M].上海交通大学出版社, 2000.

柴油发动机废气成份分析 第4篇

柴油发动机车辆排放黑烟的四大原因:一是进气系统问题, 包括阻塞、空气导管变形、排气管阻塞、增压机不正常。二是喷油系统问题, 包括喷射油量过量、喷油正时不正确、汽门间隙不正确、喷油嘴不良、喷射雾状不良。三是驾驶操作问题, 如变速配合不当、发动机温度不良、超载急加、使用不良油品。最后一项是压缩力的问题, 如汽门泄气、汽缸床冲损、喷油嘴垫不良、汽缸磨损或活塞环磨损等。

车主除了做好定期保养之外, 平时也可自行检查, 排放黑烟情形也可改善。如添加机油时, 严禁添加超过机油尺满油位;柴油箱须保持清洁, 盖紧油箱盖;严禁拆除喷射帮浦铅封;第一次发动发动机, 需热车五分钟使发动机达到正常工作温度;起步时使用一档轻踩油门;注意发动机声响, 不可使用三、四档慢速行车硬拖发动机;发觉机油不正常消耗或发动机有故障应立即报修;在平路行驶时勿使用排气剎车;上坡行驶应使用低速档, 若用高速档及猛加油最易排放黑烟。

柴油车保养的基本条件除了定时换机油、空气滤清器以外, 正时器是占很大的功用。正时器的功用是使喷油时间能配合发动机转和负荷的变化, 适当地提前或减晚, 使柴油在最恰当的时刻完全燃烧, 发挥最大效能。而经常检验及调整喷油正时, 使其达到最佳雾化完全燃烧, 可以减少排冒黑烟。

一、以下是针对柴油发动机排放黑烟原因的分析:

1. 喷嘴问题

A.全负荷定位螺丝任意变动;B.喷油量过多;C.正时器或调器不良

2. 喷油嘴问题

A.喷油嘴针活门进退不顺;B.针活门磨损;C.针活门积碳;D.喷油嘴阻塞;E.喷油嘴破裂;F.喷油压力不足;G.喷油雾化不良;H.喷油方向不正确;I.喷油角度不正确;J.喷油终了滴油

3. 进气排气问题

A.空气滤清器阻塞 (干式) ;B.进气管路阻塞;C.滤清器机油过多 (湿式) ;D.鼓风机损坏;E.排气煞车本体卡死;F.排气管路阻塞

4. 正时问题

A.喷油正时不正确;B.气门正时不正确;C.气门间隙不正确;D.喷射邦浦传动接头磨损

5. 汽缸压缩压力问题

A.活塞.活塞环.汽缸套磨损;B.汽门密合不良;C.汽缸垫片漏气或烧毁;D.喷油嘴垫片漏气或烧毁

6. 驾驶操作问题

A.使用不当档位;B.急加不当;C.超载;D.使用不良的燃料;E.未正确的定期保养或调修

二、以下是柴油发动机排放黑烟的解对策:

1. 车辆驾驶前﹑行车前﹑收班后, 驾驶员应切实施行车辆基本保养。

2. 添加机油时, 应先检查机油缺油情形, 严禁添加超过机油尺缺油情形, 严禁添加超过机油尺满油位。

3. 柴油箱应保持清洁, 盖紧油盖箱。

4. 严禁拆除喷射帮浦铅封。

5. 每日晨间第一次发动发动机, 应慢运转约五分钟, 使发动机达成正常温度且目视检查排烟状况。

6. 车祸行驶中为减低排放黑烟, 驾驶员应切实注意下列作业

A.排气管在左方或是右方之车辆, 应由后视镜注意排烟。B.起步时应使用一档, 轻踩油门。C.行驶加时应慢慢踩下油门, 减时慢慢放松油门, 不可猛踩猛放。D.行驶中应注意发动机是否有异声。E.发觉机油不正常消耗或发动机有故障应立即报修。F.于平路驾驶时, 勿使用排气煞车。I.上坡行驶, 应使用低速档, 油门平稳操作。J.上坡行驶, 必要时可暂时关毕直接驱动式冷气机, 以减轻负荷。

四、柴油废气污染成份分类介绍:

1. 二氧化碳 (CO2) :

虽然不是法定污染, 但其所造成的温室效应影响全球气候, 所以也算间接公害;事实上, 柴油发动机排放的CO2比起其它型式的发动机, 在同样状况下为少。

2. 黑烟:

发动机排出的粒子可分为白烟、蓝烟和黑烟三种。白烟来自凝结水汽及未燃烧之燃油。蓝烟来自不完全燃烧的燃油和机油;这两种烟都是因发动机未达工作温度及负荷太低所造成, 当发动机达到工作温度及负荷增加后, 就会自然消失。黑烟则来自燃油或机油, 受高热分解成碳粒子, 大小约0.1微米 (m) , 这些悬浮微粒, 会聚成一长链或绒团状, 成为煤灰 (Soot) 有小至0.2微米以下, 大至10微米, 这些小粒子很容易被吸入呼吸道内, 且不容易被自净作用排出, 会导致呼吸道感染症.、慢性支气管炎、肺气肿、气喘等, 有些煤灰附有一层重碳氢化合、硫磺等可溶性有机 (SOF-Soluable Organic Fraction) 凝结在表面, 被称为PM10, 在医学上被认为可能致癌。

3. 一氧化碳 (CO) :

2C+O2→2CO柴油发动机的CO发生在空气进气量不足、燃烧不完全时, 但因柴油发动机之气、油混合比大, 故CO产量小。

4. 碳氢化合 (HC) :

由于燃料燃烧不完全所产生, 其发生途径如下:

1.发生在汽缸壁附近之燃油, 或在助力行程时受高热燃烧之机油。2.减时, 节汽门回到怠速位置, 进气歧管真空迅增高, 瞬间产生很浓的混合气, 因此有大量未燃烧气体排出。3.进、排汽行程重迭时期, 进、排汽门都打开, 新鲜混合气从排汽门逸出。

5. 硫氧化 (SOx) :

柴油发动机所排出之SOx, 多以二氧化硫 (SO2) 排出, 其余约2%~4%以硫磺 (S) 排出。云和雨滴吸收SO2和NOx, 形成酸雨, 会使水源酸化、鱼类死亡、泥土养份流失、植物受损;SO2和NO2混合在日光照射下产生光化学作用, 而产生能散射光线的硫酸雾气, 加金属的腐蚀, 唯一可控制技就是降低柴油中的硫含量

6. 氮氧化 (NOx) :

碳氢化合 (HC) 是在燃烧温度低时产生, 而NOx则是在燃烧温度高时产生, NO2含刺激眼、鼻使肺部不舒服, 也是酸雨的主要成份之一。

柴油发动机污染生成原因:

A化学反应:CxHYS2+O2+N2→CO2+H2O+N2+O2+NOx+HC+CO+SOx+C柴油的化学成份中除了碳氢化含外。另有约5%约含硫量, 故汽油的0.1%含硫量高50倍, 故在讨论柴油发动机排放污染时, 多了SOx这项。

柴油发动机的特性是压缩点火, 其油、气比 (F/A) 为0.1~0.6, 相当于气、油比 (A/F) 100:1~15:l。其混合比率比汽油发动机的混合比为低。柴油发动机分为二行程、四行程;同时区分为自然进气及增压进气两种;因此, 进气量的多寡、进气的温度和成份都足以影响汽缸内的燃烧反应。

柴油污染防制技的难题在减少某项污染, 而它项污染又增加。

B.喷雾模式 (Spray Model) ;柴油发动机的喷射方式, 有直接喷射和间接喷射两种, 油、气混合程度的好坏, 直接影响发动机性能及污染生成因素, 因此研究喷雾的模式, 就可以了解油、气混合程度。我们利用海因 (Henein) 教授的喷雾模式, 来探讨污染生成情形, 柴油从喷嘴喷出的油雾可区分为以下几个区域:a.稀油火焰区 (Lean Flame Region) ;b.燃油过稀区 (Lean Flame-out Region) ;c.喷雾核心区 (Spray Core) ;d.喷雾末端区 (Spray Tail) ;e.二次喷射

C.喷射时间的影响:由于柴油发动机喷射时间, 是在压缩行程到达上死点之前;汽缸内空气温度, 随压缩而上升;愈早喷射, 此时的空气温度愈低, 点火时间也相对地延迟, 使得气、油混合时间愈长, 火焰区就增大了;加上愈多的燃油在上死点或上死点之前一些燃烧, 使得汽缸内的最高温度和压力增加, 虽然可以降低粒状污染与低负荷时HC的排放量, 却又增加了NOx的排放, 与喷油末段时导致煤灰, 但是如果能使喷出的油在上死点之后仍在燃烧, 此时的温度较低, NOx减少, 也可以使煤灰在动力行程中氧化。

D.柴油质量的影响:a.芳香族的含量:柴油内含多种化合, 对烟度的影响程度各有不同, 其顺序依次为芳香族、环烷族、单稀烃族、同分异构烷族、烷族。b.90%蒸馏点温度:实验证明, 90%蒸馏点温度, 超过640￠F时, 烟度将随温度增高而愈多。c.含硫量:柴油发动机排放之SOx, 是受柴油中含硫量之影响, 唯有降低柴油之含硫量, 别无他法改善。美国环保局 (EPA) 规定之2-D柴油, 芳香族占27%, 90%蒸馏点为290~320℃, 含硫量0.5%。

五、有害柴油废气之防制对策及方法:

柴油发动机之排气中含有各种不同之有害成份, 其中尤以NOx为害最大, NOx中大部份均为NO, 而NO一旦与HC共存下即转变成CO2、N2、H2O, 亦即为光化学烟雾发生之导因。NO之发生原因及对策介绍如下:

1. 发生原因:

燃烧室内空气中所含氮气 (N2) 与氧气 (O2) 因高温而化合成一氧化氮由排气管中排出。

2. 对策方法:

降低燃烧室内最高温度对减少NO最为有效, 较具体之方法如下:延迟喷油正时一仅对直喷式发动机有降低NO之效果, 对预燃式发动机则无直接之效果。此项方法可减少NO, 却无法避免黑烟增加及马力降低等后果。排气还流一随排气还流百分比之增加, NO便显著减少, 唯同时会引起氧气不足, 故有黑烟及HC增加之虑水喷射一水喷射对降低NO有极大之功效, 而对发动机之马力、黑烟、HC等影响不大, 唯水蒸汽之进入, 势必使汽缸套发生锈蚀、机油恶化, 故对发动机之寿命有不良影响氧化还原法一利用氧化还原方式于废气排放, 予以氧化还原成无害的二氧化氮排出。碳氢化合 (HC) 、一氧化碳 (CO) 碳氢化合大部份是因为发动机本身吹漏所造成, 而一氧化碳是发动机燃烧不完全所造成, 故现代车辆在发动机设计上除了考虑压缩比、汽门数、汽门正时、点火正时、空燃比、燃烧室等外, 尚加上一些如触媒转化器、二次空气喷射、含氧感知器等装置, 做为"后处理"或"回馈控制", 以期减少HC、CO等污染气体之排放, 除上述各机件改善方式外, 同时做好车辆预防保养勤务工作, 是减少车辆HC、CO等排放之重点。

结论。降低柴油发动机的污染已经是全球的共识。我们除了希望新一代的发动机, 能有较少的污染外, 也要注意目前使用中的发动机, 使其能发挥最大经济效用, .并能有效管制污染。虽然“保养重于修护, 修护重于购置”但对于车辆发动机之选用, 也要顾及经济修证原则, 考虑维修成本及污染成本, 比较购置新发动机成本, 再采取决策。而采购发动机除了性能外, 也要考虑污染排放标准, 且应以污染排放标准为最高优先, 因为污染的成本往往是无法估计的。

摘要：本文通过对柴油发动机冒黑烟的分析引出, 柴油发动机废气分类, 并对产生废气的原因及危害进行阐述, 并提出相应的对策。

关键词：柴油发动机,废气,黑烟

参考文献

柴油的废气 第5篇

由于涡轮增压器位于发动机的顶部, 而所用的机油来自发动机的油底壳, 机油经过机油冷却器和机油滤清器之后, 才能到达涡轮增压器, 机油输送到涡轮增压器需要一个较长的过程, 因此维护好废气涡轮增压型发动机, 首先要记住3句话:小油门启动, 升温后加速, 怠速后熄火。

为了确保全浮动轴承的润滑, 发动机启动后, 一定要怠速运转3～5min, 使机油达到一定的温度和压力, 然后才能投入负荷运转。废气涡轮增压型发动机工作结束, 应当逐渐减少负荷, 怠速运转几分钟再熄火, 使全浮动轴承中的机油逐渐流出, 避免轴承产生冲击。如果突然关死油门, 由于惯性的作用, 增压涡轮仍然会高速旋转, 同时涡壳和涡轮轴的温度高达近千度, 而此时机油泵因发动机停机而不再工作, 涡轮增压器将在没有足够机油润滑的情况下高速运转, 而且增压器高温部分的热量向低温部分传递, 使轴承也达到相当高的温度, 轴承处的润滑油会因温度过高而老化甚至烧焦, O形密封环烧坏或者轴承咬死, 因而会缩短涡轮增压器的使用寿命。为此, 涡轮增压型发动机经过大负荷运转, 在熄火前必须怠速运转3～5min, 让润滑油将增压器零件的热量带走, 待机体温度有所降低后才熄火。

另外, 如果涡轮增压型发动机在高负荷状态下因某种原因被憋灭熄火, 应当设法重新起动发动机, 以防热量大量聚积而造成增压器轴承咬死。

基于同样的理由, 涡轮增压型发动机禁止在启动时和熄火前 “轰油门”;怠速运转时间不得超过10min;装配废气涡轮增压发动机的车辆下坡时, 禁止关闭发动机作长距离滑行。

2.做好使用前的检查和预润滑

使用前, 应检查增压器转子转动时有无杂音和卡滞现象。也可以用压缩空气使其运转, 检查其运转是否平稳, 发现问题及时解决。

对新增压器、调换了增压器、增压器经过拆卸以及长期停机又启用的废气涡轮增压型发动机, 应当拧开增压器上的进油管接头, 往油管内注入50～60ml干净机油, 再拧紧油管接头, 并且用手转动叶轮轴, 使各轴承表面得到充分的润滑, 防止起动时因油管内有空气, 导致润滑不良而烧坏增压器轴承。

对于装配废气涡轮增压发动机的农用机械, 凡是更换了机油及其滤芯, 清洗了增压器和机油滤清器, 或者停机一星期以上, 都不能直接启动发动机, 而应当拉上手动限压阀 (目的是让限压阀开启, 以控制增压器的转速) , 挂空挡, 在不踩加速踏板的情况下, 将起动开关拧至起动挡, 让发动机运转15s左右, 使增压器涡轮转子组件 (涡轮轴和浮动轴承) 得到充分润滑, 然后再启动发动机。当发动机启动后, 立即在怠速状态下将增压器上的进油管接头拧松, 待有润滑油溢出后拧紧, 再怠速运转几分钟方可加速。

3.保持零件合理的配合间隙

一般来说, 废气涡轮增压型柴油机的活塞与气缸、轴瓦与轴颈的装配间隙应当大于同级别的汽油机, 这是因为废气涡轮增压型柴油机的强化程度很高。请看下表:

实践证明, 若康明斯6BT系列柴油机的活塞与气缸的配合间隙小于0.10mm, 就会产生不同程度的拉缸现象。因此, 装配时应当在运动零件表面涂抹机油, 试车时禁止“轰油门”, 否则极易引起烧瓦、拉缸和增压器损坏等重大事故。

当废气涡轮增压型发动机熄火时, 从关死油门到增压器转子轴停止转动这一段时间内, 要趁增压器轴做惯性高速旋转, 监听增压器叶轮与壳体之间有无碰擦声, 一经发现应拆开增压器, 检查其间隙是否正常。康明斯B系列柴油机增压器涡轮轴的轴向间隙为0.03～0.08mm, 径向间隙 (指压气机机壳与导风叶片的间隙) 为0.30～0.46mm。检查的方法是:用百分表测量增压器轴的轴向间隙;用塞尺测量径向间隙, 即向一侧压住压气机叶轮的螺母, 在进气侧用塞尺测量压气机叶片与压气机机壳之间的间隙。

4.消除进气管漏气, 保持排气管通畅

要保持增压器与进、排气管连接的密封性, 否则将影响增压效果。如果废气涡轮增压型发动机的进气系统漏气, 则会引起怠速不稳、加速不良和功率下降。进气系统容易漏气的部位有:a.空气滤清器至增压器压气机进气口之间的接头处, 此处漏气会引起气缸的过度磨损, 加速增压器的损坏;b.增压器至进气歧管之间的连接胶管, 此处漏气将导致进气压力下降, 使发动机动力不足;c.增压器的进气、排气接口处, 可以采用“浇水法”检查是否漏气。

柴油的废气 第6篇

关键词：柴油机,废气涡轮增压,问题对策

0引言

柴油机废气涡轮增压就是将废气涡轮增压器应用到柴油机上,使用所排放的废气作为能量来带动涡轮,驱动压气机一同运转,压气机对已经吸入气缸的空气进行压缩,增加进气压力,可以有效增加柴油机的工作功率,为提高现代柴油机的动能和经济效益提供了有益渠道。虽然废气涡轮增压能够有效增强柴油机的动能和经济效益,但是由于技术不成熟,在使用过程中出现了一些问题,需要从以下几方面重点解决这一问题。

1柴油机废气涡轮增压的缺陷

1.1转矩适应能力下降

柴油机的曲线外形影响着车辆的引导能力,一般情况下,学界使用转矩储备μ和适应K两个系数来权衡柴油机控制外来阻力变化的性能。转矩储备系数μ值越大,在不换档位的前提下柴油机所能克服的外来阻力也就越强:适应系数K的值越大,柴油机对外部阻力的适应性越强。将废气涡轮增压加入到四冲程柴油机之后,只要将油量调节器位置全部打开,涡轮增压的等效流通面积及涡轮前温度就会处于无变化状态,若当前的柴油机转速小于额定转速的50%时,吸入压气机的空气流量也会随之减少50%左右,这就会影响最大转矩T值。当废气涡轮增压中柴油机的适应系数K减小时,柴油机接受外界阻力性能也随之削减。究其根本原因,是由于在转速减小后,流向涡轮的废气量随之缩减,压缩机出口的压力也会降低,继而影响到柴油机的工作性能。

1.2起动和加速能力下降

当废气涡轮增压柴油机运转时,高温废气排出量几乎为零,这就导致涡轮机无法正常运作,压气机无空气供给,其压力无法增大,就会进一步影响增压柴油机的压缩比,运作时压缩终点的压力和温度无法达到标准要求,因此,容易出现运转着火的问题。当废气涡轮增压运作时,一般增压器转速保持6 000 r/min以上的高转速,具有极大的惯性。如果涡轮增压器和柴油机之间没有任何的机械物理传动联系,当负荷发生激烈变化时,极易出现反应迟延的问题。若操作者猛踩加速踏板来增加柴油机转速时,由于增压器原本具有运转惯性,在瞬间,增压机中空气无法有效增多,就会使柴油机瞬间出油量增多,因燃烧不彻底而形成黑烟,由于功率未增加,转速也无法得到快速提升,严重影响柴油机车的正常行驶。

1.3尾气氮氧化合物的排放

长时间的高温高氧运行环境增加柴油机尾气中的氮氧化物,使用废气涡轮增压的柴油机,当机器内的空气密度较少或者燃油系统供油增多时,柴油机排气的温度就会增高,涡轮增加压气机出口温度就会比非涡轮增压高100℃左右,气缸内的温度增高,加速了氮氧化合物的产生。

1.4机器负载和热负载升高

机械负荷的增加与影响:采用废气涡轮增压的柴油机,进气压力与压气机出口压力相同,在进气压力的提升下,气缸内最高燃烧压力也会随之提高,数据显示,每增加0.1 MPa的进气压力,就会增加8.68 MPa的最高燃烧压力。这就导致柴油机形成机器负载增大,产生了更多的噪音,加速了机器的磨损程度,影响了机器的使用寿命。

热负载的影响:普通柴油机所产生的进气温度要比废气涡轮增压的柴油机低很多,随着进气温度的升高,其他机械温度也会随之升高,很容易出现活塞环烧坏和卡死的问题,也会加速涡轮的磨损程度。

2柴油机废气涡轮增压缺陷的解决对策

2.1提高适应性

为了提高柴油机废气涡轮的适应性,可以设置脉冲增压系统,改善排气支管的形状,将其改造为截面细、长度短、容量小的形式。当机器低速运作时,排气脉冲的时间间隔就会延长气体经过涡轮的时间,形成波峰高而陡、波谷深而宽的压力波,有效解决了柴油机废气涡轮增加在运行中的问题。

2.2降低氮氧化合物的排放量

为了降低柴油机氮氧化合物的排放量,通常可以采用增压中冷、安装冒烟限制器和尾气后处理设备的措施,也可以使用电控柴油喷射系统,减少尾气氮氧化合物的合成。

2.3降低机器负荷及热负荷

为了减少机器热负荷,可以增加冷却扫气量和强化冷却系统,要减少机械负荷,可以减少压缩比或供油提前角,也可以调节涡轮增压器,改进现有的供油设备。

3结语

涡轮增压是现阶段汽车工业研究的重点技术,柴油机废气涡轮增压在运行过程中的问题尚未得到解决,在未来阶段,需要针对这一技术展开深入的研究,利用电子调控废气涡轮增压柴油机的动力,改善柴油机运转的经济性。

参考文献

[1]任连岭,陈国需,粟斌,等.汽油与柴油混合用作柴油机应急燃料的探讨[J].后勤工程学院学报,2006(2).

[2]高喜国.小型农用柴油机曲柄连杆机构的常见故障与排除方法[J].河南科技,2015(22).

柴油机废气涡轮增压不良影响及对策 第7篇

在柴油机上加装废气涡轮增压器,利用排气的部分能量驱动涡轮转动,带动同轴的压气机一起转动,使进入气缸前的新鲜空气经压气机压缩,借以提高进气压力增大充量密度,从而增大柴油机的每循环供油量Δg。采用废气涡轮增压可提高功率30%~100%,降低be 3%~10%,减小比重量Ge(单位功率质量),缩小柴油机外形尺寸,节约原材料。采用增压技术对于高原地区使用的柴油机尤为重要。因此,柴油机采用废气涡轮增压是现代柴油机提高动力性和经济性的主要措施和重要手段。

但是,柴油机采用废气涡轮增压在大幅度提高柴油机动力性、经济性的同时,也带来了一系列的不良影响和问题,表现在结构上与柴油机的匹配问题和柴油机性能变化。

1 车用柴油机废气涡轮增压存在的不良影响

1.1 对柴油机性能的不良影响

车用柴油机废气涡轮增压对柴油机性能的不良影响主要表现在:

1.1.1 柴油机转矩适应性能下降

车辆的牵引特性与柴油机外特性曲线形状有关。常用转矩储备系数μTtq和适应系数KTtq衡量柴油机克服外界阻力变化的能力。转矩储备系数μTtq值越大,表示在不换档位的条件下柴油机克服外界阻力的能力越强;适应性系数KTtq值越大,柴油机适应外界阻力变化的能力越好,KTtq为1.2~1.4可以满足柴油机工作需要。KTtq和KTtq的计算公式为:

式中Ttqmax外特性曲线上的最大转矩;Ttq最大功率对应的转矩。

四冲程柴油机采用废气涡轮增压后,当油量调节拉杆处于全开位置时,涡轮的等效流通面积和涡轮前温度保持不变时,如果此时柴油机转速降为额定转速n H的一半,进入压气机的空气流量也将减少一半左右。从而影响最大转矩Ttqmax值,并使得出现最大转矩Ttqmax时的转速上升。车用废气涡轮增压柴油机KTtqmax降低,使车辆适应外界阻力变化的能力降低。因为转速降低后,通向涡轮的废气量减少,压气机出口的压力降低,使每循环进入气缸的空气量减小较多。

1.1.2 柴油机起动性和加速性能不良

废气涡轮增压柴油机起动时,因无高温废气排出,涡轮机无法工作,压气机不能提高空气的压力,加上增压柴油机的压缩比ε较低,使起动时压缩终点的空气压力和温度均不高,造成起动着火困难。

废气涡轮增压柴油机工作时,增压器转速高(一般在6 000 r/min以上),转动惯性大。涡轮增压器与柴油机没有机械联系,在负荷急剧变化时,容易产生反应滞后的现象。当柴油机加速踏板突然加大以提高柴油机转速时,由于增压器转动惯性大,转速不能立即提高使增压空气量不能及时增加,造成柴油机瞬时会因喷油量多,燃烧不完全而冒黑烟,功率不能及时增大,转速提高不迅速,造成加速性能较非增压柴油机差,这对于转速经常变化的车用柴油机是不利的。

1.1.3 尾气中NOx排放增大

NOx(氮氧化物)的生成条件是高温、富氧,持续时间长。柴油机采用废气涡轮增压后,当大气密度减少或燃油系统出现供油增多时,柴油机排气温度升高,压气机出口的温度Tk比非增压柴油机进气温度高100℃左右,使缸内空气温度升高,加速了NOx的生成。气缸内燃料燃烧的氧化反应顺序是依照元素氧化反应的活跃情况而进行的,柴油机混合气中被氧化的顺序是H、C、N等。混合气越浓,NOx的浓度越低。增压后,由于过量空气系数φa增大,混合气变稀,氧含量高,造成NOx浓度升高,排放量增大。

1.1.4 机械负荷和热负荷增加

1)机械负荷的增加与影响。车用柴油机采用废气涡轮增压技术后,进气压力为压气机(或中冷器)的出口压力Pk。随着进气压力Pk的增高,气缸内最高燃烧压力Pmax也要增高。进气压力每增加0.1 MPa,最高燃烧压力就增加8.68 MPa。由于车用柴油机增压后最高燃烧压力Pmax剧增,造成柴油机的机械负荷增大很多,噪音升高,磨损增大,机件寿命降低。

2)热负荷的增加与影响。废气涡轮增压柴油机Tk比非增压柴油机的进气温度要高得多,这样使得柴油机工作循环各特征点的温度都相应提高。增压后,循环供油量Δg增加,用于转变为有效功的热量增多了,但同时损失的热量也会增多,表现为柴油机的机油、冷却液、排气带走的热量带增加。排气带走的热量增加使排气温度上升。排气温度过高,一方面柴油机易在气缸盖“鼻梁区”出现由于热应力过大而引起的裂纹,造成活塞环烧结、卡死等现象;另一方面对废气涡轮增压器的涡轮造成危害。过高的排气温度会使涡轮叶轮变形、裂纹等故障。因此,增压后的过大的热负荷对柴油机工作带来较大的危害。

1.1.5 涡轮增压器的喘振

废气涡轮增压柴油机工作时,当进入压气机的空气流量小到一定值时,压气机工作变得不稳定,压气机内气流出现强烈脉动,使叶片产生振动,进气管中有“呼隆呼隆”的响声,这种现象称为压气机喘振。涡轮增压器喘振一般发生在:空气滤清器过脏或增压器内进入异物,使进入压气机的空气流量降低,使柴油机运行线有可能穿过压气机的喘振线,使压气机工作不稳定;废气涡轮增压柴油机在海拔较高的地区工作时,也容易造成喘振。

压气机在喘振的条件下长期工作将导致增压器机件损坏,柴油机工作不稳,性能下降。

1.2 增压器与柴油机的匹配问题

1.2.1 涡轮增压器与柴油机燃料供给系统匹配困难

采用废气涡轮增压使进气量增加后,必须增加供油量,柴油机的功率才能增加。增压柴油机每循环供油量Δg的相应增加,势必增加供油持续角,使燃烧过程拉长,后燃严重,排气温度升高,造成柴油机经济性变差。因此,采用废气涡轮增压器必须保证与柴油机燃料系统的良好匹配。

1.2.2 进排气管布置的变化

为了减少活塞、排气阀门、活塞环等主要受热零件的热负荷,需要增加进、排气门的同时开启的重叠程度,用气门重叠角φol来表示(φol=φio+φec,其中:φio进气提前角,φec排气迟闭角),以增加扫气量。

对于V型90°夹角的6、8缸柴油机,如果进、排气管布置不当,会引起柴油机在工作过程中发生进气有周期性的零流量状态,这就使得压气机在柴油机上运转时的条件严重恶化,产生喘振,导致压气机效率下降,并且进气管中的气体压力脉动会影响柴油机的充气系数φc,造成充气量降低,柴油机功率下降。

1.2.3 配气相位角的变化

采用废气涡轮增压后,应适当适当加大气门重叠角φol,利用增压后的进气压力比排气压力高的有利条件,扫除气缸内残余的废气,使残余废气量减少,提高充气量。常用过量扫气系数φo的大小来表示扫气效果的优劣。同时,燃烧室扫气时一部分空气冷却高温零件后从排气门处排出,可降低柴油机热负荷,降低排气温度。

2 车用柴油机废气涡轮增压不良影响的对策

2.1 改善废气涡轮增压柴油机适应性的措施

1)采用脉冲增压系统,合理设计排气支管形状(截面细、长度短,容量小)。当柴油机在低速运转时,各个排气脉冲之间的时间间隔增大,每个气缸排气流过涡轮的时间相应延长,使排气压力波的波峰高而陡,波谷深而宽,从而利用排气脉冲流量系数α和脉冲能量系数β来改善柴油机的转矩特性。

2)选用无叶扩压器的压气机和无叶喷嘴环的径流式涡轮,采用可变几何参数的增压器。

3)改变涡轮增压与柴油机在低速下的匹配。使压气机和涡轮的最佳效率与柴油机在55%~60%额定转速nH下输出的最大转矩Ttq max的运行区域重合,或柴油机从低速工况向高速工况过渡时从涡轮前自动放出一部分废气,使涡轮增压器的平衡运行点移向较低的增压压力。而在柴油机在额定工况下运行时,压气机和涡轮的效率比较低,以免增压压力过高,防止涡轮增压器在高速运行时超速。

2.2 降低尾气中尾气中NOx排放的对策

1)增压中冷。即是在增压器出口与进气管之间加装中间冷却器,对进入气缸的空气进行冷却(从90℃降低至50℃左右)。通过增压中冷可以有效地降低压气机后气体的温度Tk。通过降低Tk可以有效地降排放中NOx的含量,增压中冷是废气涡轮增压柴油机降低NOx排放的主要措施。

2)采用冒烟限制器。安装一个由增压压力控制的供油限位器,以防止柴油机在加速过程中冒出黑烟。采用冒烟限制器后,可获得满意的转矩特性,并可以在柴油机加速时减少排气烟度。

3)采用电控柴油喷射系统进行燃油喷射时刻、喷油时间及喷油压力的优化。如采用高压共轨电控柴油喷射系统进行先导喷射、预喷射、主喷射、后喷射、次后喷射的多段喷射控制,可以有效降低NOx的排放和燃烧噪声。

4)安装尾气后处理装置。如颗粒过滤器(DPF)及再生装置。颗粒过滤器由颗粒过滤器和再生装置组成。颗粒过滤器通过其中有极小孔隙的过滤介质(滤芯)捕集柴油机排气中的固态碳粒和吸附可溶性有机成分的碳烟。颗粒过滤器对碳的过滤效率较高,可达到6 0%~9 0%。在过滤过程中,颗粒过滤在过滤器内会导致柴油机排气背压升高,当排气背压达到16~20 k Pa时,柴油机性能开始恶化,因此必须定期地除去颗粒,使过滤器恢复到原来的工作状态,即过滤器再生。

2.3 降低热负荷的措施

增压柴油机降低热负荷的措施有:增加冷却扫气量。“扫气”不仅可以降低排气门等炽热零件的温度,而且对降低排气温度也有利;合理组织燃烧过程,适当控制排气始点的温度;降低压气机出口温度,当增压比πk(增压器比是压气机出口压力Pk与压气机入口的压力、一般是大气压力Po的比值,即,车用脉冲式涡轮增压器πk为1.6~2.5)高时采取“中冷”措施,既可降低进气温度,又可进一步提高空气密度,增大进气量。现代增压柴油机为降低热负荷带来的危害,通常采用:Pk Po

1)排气温度报警器、自动减油装置或加速冒烟限制器。在增压压力尚未到达规定值时,提示驾驶员,或自动限制供油量,以利于防止排温过高。

2)增压中冷。气缸内的压缩空气温度每降低1℃,最高燃烧温度和排气温度可降低2~3℃以上。因此,对增压空气进行中间冷却可以有效地降低排气温度,缓解热负荷。同时,中冷使柴油机进气密度进一步提高,在不增加热负荷的情况下可提高功率12%~15%。增压中冷方式有:用冷却水冷却空气;用外水源冷却空气;用大气冷却压缩空气;涡轮风扇冷却空气。

3)强化冷却系统。强化柴油机冷却系统的措施有:(1)改善机油冷却条件。适当增大机油泵油量,增大机油冷却器散热面积,改善曲轴箱通风条件。(2)适当调整水泵泵水量,提高水泵转速,增大散热水箱的散热面积,增大风扇直径,适当提高冷却系统零件的机械强度的热强度。

2.4 降低机械负荷的途径

1)适当降低压缩比ε。增压后的最高燃烧压力Pmax随压缩比ε的增大显著上升,ε每增加1,最高燃烧压力就增加1.2 MPa左右。因此,适当降低ε对缓解负荷有显著作用。

2)适当减小供油提前角。适当减小供油提前角,使气缸内燃烧的最高压力Pmax适当远离活塞上止点。既可适当降低柴油机的热负荷,又可降低柴油机的机械负荷。

3)调整涡轮增压器。适当增大喷嘴环面积可以使增压器转子转速降低,压气机出口压力降低,柴油机最大爆发压力减小,机械负荷得到缓解。

4)优化供油系统。优化供油系统时应从以下方面着手:(1)缩短供油时间,可适当加大柱塞直径。但柱塞加大后,初期的喷油速率也较大,造成作火延迟期长,压力升高率ΔP/Δφ较大,燃烧粗暴,所以要注意调整。(2)适当提高喷油器喷孔的数目。在总截面积一定的情况下,喷孔数多,喷孔直径就小,燃料在空间的分布量增加,柴油雾化质量改善。但是,油束的贯穿行程减小,喷孔容易堵塞,应调整喷油器启喷压力。

2.5 增压器喘振的对策

1)及时清洁和更换空气滤清器。废气涡轮增压柴油机在使用过程中,应保持空气滤清器的清洁,避免异物进入空气滤清器而造成严重阻塞。

2)保证柴油机与废气涡轮增压器的匹配。当车用废气涡轮增压柴油机进入高海拔地区使用时,为了维持柴油机与废气涡轮增压器的匹配,保持柴油机正常的工作状态,应对柴油机进行调整。使柴油机在某一海拔高度时的过量空气系数、排烟浓度、排气温度等参数近似等效于柴油机在标准大气状态下相应的参数值,从而达到使柴油机工况维持最佳状态的目的。为此,可适当增大柴油机的提前供油角,使燃烧及时,减轻后燃程度,降低排气温度。另外,可适当减小额定供油量(即调小标定功率),以限制排气温度,使柴油机与废气涡轮增压器的配合得到改善。

2.6 柴油机与增压器的匹配与调整

为解决采用废气涡轮增压后与柴油机燃料供给系统的匹配问题,一般采用:

1)增压柴油机喷油泵结构的调整和改动。(1)增大柱塞直径,使喷油泵凸轮的外轮廓线变陡以增加供油速率。提高喷油压力和加大喷孔直径等,以增加每循环供油量Δg。(2)改善供油系统和燃烧系统。适当调整燃油系统,合理组织燃烧过程。在循环供油量Δg增加后,通过缩短供油时间,增加燃烧室中油气的混合,合理调整供油提前角等措施来实现在不变的时间内喷油、雾化、混合,使燃烧保持在最佳状态,这也是改善热负荷的有力措施。但是,供油提前角对排气温度十分敏感。减小供油提前角对降低爆发压力有利,但供油过迟会出现喷油器滴漏,易产生后燃,使排气温度升高。

2)进、排气管的合理布置。为了充分利用柴油机的排气脉冲能量,并在扫气期间使进、排气的压力波互不干扰。车用脉冲涡轮增压柴油机进、排气管的合理布置方案常采用:(1)2缸或3缸共用一排气管。依据发火顺序将扫气不发生干扰的2个或3个气缸连接在一根排气支管,这样既可以避免扫气干扰,又可以较好地利用排气脉冲能量进行扫气,低况性能好。对于缸数为3的倍数的柴油机,采用3缸共用一根排气支管,排气支管内能量供给连续,增压系统效率较高。(2)采用脉冲转换器系统。通过脉冲转换器将两根排气支管相连接,减少了涡轮进口数。这样涡轮效率提高了,但脉冲转换器有缩口,增加了泵气功损失,在5、7、8、10缸机中应用较多,但排气管系较复杂。(3)采用M P C系统。M P C系统排气管能较好地利用排气脉冲能量,涡轮效率较高。但在8缸机上使用时,各缸之间的扫气会发生干扰,尤其是远离涡轮的1~4缸,由于气流速度较慢,这种扫气干扰就非常明显,表现在受干扰的一缸的气缸出口排气温度过高。常用的措施在排气支管和总管入口处使用缩口和加隔板,但这在改善扫气干扰的同时却增加了泵气功损失,使柴油机的燃油消耗率增加。

3)配气相位的调整。(1)增大气门叠开角φol。实验证明,气门重叠角每增加1℃活塞顶部平均温度可降低6℃。增压柴油机的气门叠开角φo l一般在110~130°曲轴转角之间。但重叠角不能过大,否则因扫气量过大,不但加重了压气机的工作负荷,还可能引起柴油机低速小负荷时废气倒流,对整机的加速及变工况性能不利。(2)采用二次进气系统。为改善柴油机低工况下的转矩性能,采用二次进气(SIP“Second Intake Pre-expanding”)系统,即在中速机上进气门在下止点前10°CA~15°CA左右关闭和排气门两次打开,这样,新鲜空气在进气门关闭后在缸内进行膨胀,使高工况时可实现低温循环,不仅热负荷低,而且最高燃烧压力也低(即机械负荷降低)。(3)采用扫气旁通系统(Scaby“Scayenging by-pass system”)系统。进气门提前在下止点前10°CA~15°CA关闭,使用大的扫气重叠角φol和高的压缩比,不需要排气门第二次开启,这样在低速时,各缸的平均过量扫气系数φs可达到1.35~1.40左右,达到低转速时依靠进排气旁通来改善低工况性能的功效,因此称它为扫气旁通系统。扫气旁通系统具有改善低工况性能和降低机械负荷、热负荷、NOx排放的作用,可代替动力涡轮,在结构上与常规系统相同,性能价格比较高,可适用于各种转速的增压柴油机。(4)采用可变气门及供油正时技术。采用自动变进排气供油正时(Automatic Variablele-let Exhaust and lnjection Timing,简称AVIEIT)系统使各工况下的气缸充量可达到最大值,排气门正时的变化可使高低工况时的泵气功损失达到最小,热效率得到了提高。AVIEIT系统能降低柴油机机械负荷、热负荷、NOx排放及油耗率等,能改善加速性能,且能代替高工况放出一部分废气功能的系统。

3 结束语

随着微型计算机水平的大力发展,随着新技术(如采用MIXPC系统排气系统、变截面涡轮、可变气门及供油正时技术)、新材料(如新型陶瓷、碳纤维强化树脂等)、新工艺的应用,采用电子控制的废气涡轮增压柴油机将在提高柴油机动力性、经济性、排放性、可靠性、持久性等方面显示出优越的性能而得到大力发展和推广。

摘要：本文分析了车用柴油机上采用废气涡轮增压给柴油机匹配问题及柴油机性能带来的不良影响,重点阐述了现代柴油机废气涡轮增压在结构上、材料上、技术上应采取的解决措施。

关键词：废气涡轮增压柴油机影响匹配措施

参考文献

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[2]　王延生,黄佑生.车辆发动机废气涡轮增压[M].北京:国防工业出版社,1984.

[3]　蒋德明.内燃机的涡轮增压[M].北京:机械工业出版社,1986.

[4]　杨世友,顾宏中.柴油机涡轮增压系统研究现状与进展[J].柴油机,2001(4).

柴油的废气 第8篇

1. 选择性催化还原技术

应用选择性催化还原技术(SCR)的前提条件是柴油机通过超高压喷射和优化燃烧技术,使燃油燃烧后只生成极少数微粒(PM)。在此基础上,再应用选择性催化还原技术(SCR),以降低燃油燃烧后产生的氮氧化物(NOx)。此种方案被称为“欧洲路线”。目前该技术常用水基性氨溶液作为催化还原剂,简称碳酰胺-SCR系统,碳酰胺即俗称的尿素。

该系统包括尿素水溶液储罐、尿素水溶液输送装置、计量装置、喷射装置、排气混和管、氧化催化转化器、SCR催化转化器以及温度和排气传感器等,如图1所示。

其基本工作原理是:柴油机尾气从涡轮增压器排出后进入排气混和管,尿素水溶液和空气在输送、计量和喷射装置的共同作用下,雾化后喷入排气混和管。含有空气的雾状尿素水溶液与尾气混合后进入SCR催化转化器,在高温作用下发生水解和热解反应,生成氨气(NH3)和二氧化碳(CO2)。部分氨气(NH3)在SCR催化转化器内与氮氧化物(NOx)反应,生成氮气(N2)和水(H2O),余下的氨气(NH3)也被氧化为氮气(N2)和水(H2O)。至此,柴油机尾气已经成为无污染气体,可通过排气管排放到大气当中。一般情况下,消耗100 L柴油的同时会消耗5 L液体尿素水溶液。在SCR中发生的化学反应如下:

2. 废气再循环技术

该技术工作原理是:先通过废气再循环(EG R)降低排放中的氮氧化物(NOx),再用颗粒捕集器(DPF)捕集因使用废气再循环(EGR)而略有增加的微粒(PM),从而达到同时降低氮氧化物(NOx)和微粒(PM)的效果。此种方案被称为“美国路线”,其原理如图2所示。

废气再循环是让排气中的少部分废气经废气再循环阀进入进气系统,与混合气混合后再进入汽缸参与燃烧。氮氧化物(NOx)是在高温富氧的条件下生成的。少部分废气进入汽缸参与混合气的燃烧,降低了燃烧时汽缸中的温度,故抑制了氮氧化物(NOx)的生成,从而降低了废气中氮氧化物(NOx)的含量。

3. SCR与EGR对比

SCR与EGR在燃烧温度方面走的是两条相反的路线,二者都是通过改变燃油燃烧温度来降低尾气中氮氧化物(NOx)含量。

燃烧温度与排放物的关系见图3。SCR是通过提高燃烧温度来减少微粒(PM),同时降低燃油消耗;而EGR是通过降低燃烧温度来减少氮氧化物(NOx)排放。SCR与EGR的优缺点对比如附表所示。

采用SCR净化方案的柴油机,其柴油消耗可节省5%～7%,扣除因使用尿素而增加的费用,还有节油2%～3%的优势。这项技术对于柴油品质相对不太敏感,柴油机采用SCR后不但要增加SCR装置本身质量(约150～300 kg),还要增加尿素水溶液及储罐质量。

采用EGR净化方案虽然不受尿素加注的限制,但是对柴油含硫量要求较高。欧Ⅳ排放标准的柴油含硫量在200 mg/L以下,而EGR+DPF技术要求含硫量必须在50 mg/L以下,这些要求目前国内柴油很难满足。

4. 更适合国情的方案