柴油机机外净化方法的研究分析解析.docx

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柴油机机外净化方法的研究分析解析

编号：

1300000

本科毕业论文

柴油机机外净化方法的研究

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摘要

随着柴油机在燃油经济性和动力性等方面较汽油机的突出表现，柴油机在汽车上也得到了广泛应用。

但是，柴油机的氮氧化物和微粒排放突出，世界各国对排放要求日渐严格，对排放污染物控制技术也要求越来越高。

以前依靠机内处理的方法很难再取得质的突破，难以满足排放法规的新要求。

论文分析了柴油机尾气的主要成分、危害以及对排放污染物的排放法规要求，目前国内外柴油汽车净化技术主要是综合排气后处理技术、发动机前处理的方法来降低有害污染物的排放。

通过对各种机外净化技术的分析，总结出不足之处并对其进行改进，提出了一些排气污染控制的机外净化方案，对方案的可行性和实用性进行了初步的分析与论证。

为未来柴油汽车排放污染物的有效控制及新一代更为环保型柴油汽车的设计提供了一定的参考。

关键词：

柴油机；排放；机外净化

Abstract

Withthedieselengine’sfueleconomyandpowerperformanceisbetterthanthegasolineengine,dieselenginehasbeenwidelyusedinthecar.However,nitrogenoxidesandparticulateemissionsofdieselengineisnotable.Manycountriesallovertheworldhavesomeincreasinglystrictemissionrequirements,sodorequirementsforemission’scontroltechnology.Relyingoninternalmachineprocessingmethodstoobtainqualitativebreakthroughisdifficulttomeetthenewrequirementsofemissionregulations.

Paperanalyzesthemaincomponentsofthedieselexhaustanditsharmsandlawsorregulationsofthedischargeofpollutants.Now,Itmainlydiscussesthedomesticandforeigndieselcar’sexternalofenginepurificationtechnologyandintegratingengineexhaustafter-treatmenttechnologytoreducetheharmfulemissions.Thepaperanalyzesavarietyofmachineoutsidepurificationtechnology.Itsumsupsomeimprovementsandinnovationsintheinadequacies.Thenitputsupwith​​somepollutioncontrolschemesanddoesthepreliminaryanalysisforthefeasibilityandpracticabilityofschemes.Itprovidessomebasisondesigninganeffectiveplantocontrolexhaustemissionsofdieselvehiclesinthefutureandsodothegenerationofmoreenvironmentalfriendlydieselcar.

Keywords:

Dieselengine;Emissions;Machineoutsidepurification

目录

1绪论1

1.1论文的背景及意义1

1.2课题的研究现状与前景1

1.3课题的目的与内容2

2柴油机污染物的概述3

2.1柴油机污染物的成分3

2.2柴油机污染物的危害3

2.3柴油机污染物的排放法规要求4

3柴油机机外净化技术的研究5

3.1颗粒物过滤净化技术5

3.2氧化催化转换法6

3.3氮氧化物的还原催化技术7

3.4闭式曲轴箱通风系统9

4降低污染物排放的的机外净化方案11

4.1几种机外净化方案11

4.2柴油机低排放的综合控制优化方案11

5结束语16

参考文献17

致谢18

1绪论

1.1论文的背景及意义

随着当前经济的迅猛发展，汽车保有量持续高速增长，使汽车污染物的排放总量快速增加，人们生活水平的不断提高，对生存环境质量的要求也变高，且随着柴油机在燃油经济性和动力性等方面较汽油机的突出表现，柴油机在汽车上也得到了广泛应用，尤其是在经济性方面，柴油机比汽油机的油耗低将近30%—40%[1]。

但是，车用柴油机的氮氧化物和微粒排放突出。

研究表明，柴油汽车尾气成分非常复杂，有一百种以上。

其主要污染物包括：

一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、微粒、醛类等有害排放物。

这些污染物不仅污染环境，对人体也有巨大危害。

在排放法规较缓松的初期，完全可以靠机内净化满足要求，但随着法规的加严，对排放的要求越来越高，机外净化已变得不可缺少。

当然采用机外净化技术，也必须建立在良好的机内净化基础上，否则，不仅最终排放污染得不到控制，还会影响各种机外净化装置的寿命。

因此对于微粒和氮氧化物排放突出的柴油机，为了迎合高标准的排放法规要求，柴油机的机外净化显得格外重要。

在目前清洁能源不能推广使用的今天，找到一些可行的方法为未来汽车污染的有效控制以及新一代更为环保型汽车的设计提供一定的依据。

1.2课题的研究现状与前景

目前比较成熟的排气后处理技术包括微粒的过滤净化技术和氧化催化技术等，发动机的前处理包括改善柴油品质和闭式曲轴箱通风系统等方法来解决柴油机突出的氮氧化物和颗粒物排放问题，取得了一些成效，使得有害物大大减少。

与汽油机不同的是，柴油机排气含有过剩O2，这对于CO和HC的氧化是有利的，但是却不利于氮氧化物的还原去除。

氮氧化物的SCR催化技术还不成熟，在我国还无法广泛提供低硫甚至无硫柴油，颗粒物的再生需要更完美的设计来降低成本和简化装置的复杂程度。

由于降低柴油机PM和氮氧化物排放的机内净化存在的固有矛盾，单一的机内改良措施难以同时把PM和NOX降低到排放标准的要求，必须辅助有效的后处理措施，因此柴油机的颗粒物及氮氧化物排放仍然是一个较严重的问题[2]。

柴油机在环保、节能、动力性、安全性等指标上较汽油机有很大优势，车用发动机柴油化已成为当今汽车行业不可阻挡的发展趋势。

在2003，世界上柴油车比重占汽车总量的35%[3]，我国的柴油汽车的比例近年来也在逐渐上升。

为了应对随之而来的尾气污染问题，需要在机外净化方法上继续开发、研究。

由于NOX和PM有一种此消彼长的矛盾，且随着排放法规的日渐严格，尾气通过发动机的后处理装置的优化处理是一个问题，特别是对于NOX和PM的机外同步后处理[4]。

1.3课题的目的与内容

研究目的就是在已有的、成熟的机内净化技术的基础上，对现在的排气后处理技术、发动机前处理技术进行创新和改进，提出一些机外净化方案来降低柴油机污染物的排放。

论文首先概述了柴油机污染物的成分及危害，以及针对各种成分的净化处理技术的研究，然后提出了一些净化技术存在的不足，针对一些不足之处，加以改进，最后提供了一些优化方案来净化柴油机污染物，降低污染物的排放。

2柴油机污染物的概述

2.1柴油机污染物的成分

柴油机的污染物有两种来源：

一是来至于尾气排放，主要排放污染物中含有大量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、微粒、醛类、二氧化硫及臭味气体；二是来至于曲轴箱的窜气和燃油箱的燃油蒸发，主要污染物成分是碳氢化合物。

在汽车所排到大气中碳氢总量中，来自曲轴箱窜气的占25%，来自燃油蒸发系统蒸发占20%，其余55%来自排气管。

很明显，柴油机污染物主要来至于柴油汽车尾气排放，因此柴油机的机外净化技术主要是指排气后处理技术。

与汽油机相比，柴油汽车的碳氢化合物和一氧化碳含量偏低，但是柴油车的氮氧化物、微粒和臭味气体的排放偏高。

据有关数据表明，柴油机的微粒的排放数量是同排量汽油机的近20倍左右，其主要污染物及相关物质成分如表2-1所示。

表2-1汽油车与柴油车主要排气成分对比

排气成分（%）

NOX

O2

HC

CO

汽油车

0.05—0.15

0.2—0.5

0.03—0.08

0.3—1.0

柴油车

0.14—0.18

6—15

0.01—0.05

0.01—0.08

2.2柴油机污染物的危害

一氧化碳（CO）与人体血液中的血红素有很强的亲和力，使血液丧失对氧的输送能力而产生缺氧中毒。

当环境中CO的浓度超过100ppm（100×10-6）时，人就会有头晕、乏力等不适感；随着CO浓度的增加，会进一步产生头痛、呕吐、昏迷等症状；当CO浓度超过600ppm时，短期内就会引起窒息死亡。

　　氮氧化物（NOx），一般情况下对人体的眼睛、鼻子、咽喉、支气管和肺部等会带来损害，严重时危害生命。

　　碳氢化合物（HC）为燃油未经完全燃烧后排出的气体，具有一定的毒性和易燃易爆的特性，其中的苯类物质又具有致癌作用。

HC与NOx在阳光下极易发生光化学反应，形成以臭氧和醛类为主的光化学烟雾。

当臭氧达到一定浓度时，会令生物在短期内发生高温氧化而脱水死亡。

微粒，由于其粒径极小，约为0.01～0.2um，能长期悬浮于空气中，易于通过呼吸系统而沉积于肺泡内，极具致癌作用，危害人类健康。

醛类有机物带有毒性，对眼睛和呼吸系统有强烈的刺激作用，过量的吸入导致中毒死亡。

二氧化硫（SO2）为燃油中的硫燃烧后的生成物，人体吸入SO2后，即产生咳嗽、咽喉肿痛、呼吸困难、胸闷、四肢乏力。

影响催化转换器的催化转换效率，容易形成酸雨，对建筑物有腐蚀作用，危害环境。

2.3柴油机污染物的排放法规要求

在我们国家，经汽车行业专家分析，3.5吨以下轻型柴油机动车预计自2013年7月1日起，国Ⅳ标准将如期实施，即届时所有生产、进口、销售和注册登记的车用压燃式发动机与汽车必须符合国Ⅳ标准的要求。

压燃式发动机与汽车的国Ⅳ标准是我国第四阶段机动车污染物排放标准，相对于国Ⅲ标准，国Ⅳ标准轻型汽车每辆车污染物排放将进一步降低50%左右，而重型汽车的单车排放也可以降低30%左右，可吸入颗粒物的排放降低80%左右。

详见表2-2所示的轻型压燃式汽车Ⅰ型试验排放极限值[5]。

表2-2轻型汽车Ⅰ型试验排放极限值

阶段

车型类别

基准质量（Kg）

限值/（g/km）

CO

HC

NOX

HC+NOX

颗粒

Ⅲ

第一类车

全部

0.64

—

0.50

0.56

0.050

第二类车

RM<1305

0.64

—

0.50

0.56

0.050

1305

0.80

—

0.65

0.72

0.070

RM>1760

0.95

—

0.78

0.86

0.100

Ⅳ

第一类车

全部

0.50

—

0.25

0.30

0.025

第