柴油机尾气排放异样现象分析与研究.docx

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柴油机尾气排放异样现象分析与研究

前言

随着我国经济的高速进展，各类车辆及在矿山，公路等恶劣环境下工作的工程机械对柴油机的技术性能要求不断提高，与此同时各柴油机厂家也在不断改良已有型号和开发各类性能更高的产品。

WD615型柴油机为引进国外技术在中国制造的高速柴油机，适用范围广、利用靠得住、经济技术指标优良、启动迅速、操作简单和维修方便等长处使其取得了普遍应用。

可是它排放的污染物与环境意识日趋增强的人们的要求愈来愈不相适应，所以要想柴油机继续取得普遍应用，咱们必需想办法解决它的排放问题。

柴油机排放的尾气成份超级复杂，能够说所有成份对于人类来讲都是有害的。

污染物排放能够说是自柴油机问世以来就困惑人们的一大难题，这不可能完全避免，实际生活中咱们只是在尽可能减少其排放算了。

随着对柴油机低排放要求愈来愈严格，改善其工作进程的难度也愈来愈大，能统筹兼顾动力性、经济性、排放性的柴油机缘变得加倍复杂，本钱也会随之提高。

所以世界各国都在大力研究提高燃油质量、改善燃烧进程和排气后处置技术，在尽可能保证柴油机工作正常的情形下减少其向大气中排放的污染物。

对于柴油机故障诊断，观察其排气烟色，是一种十分便捷有效的方式。

可是咱们只有对正常烟色有所了解才会正确判断非正常烟色。

本文将以潍动WD615型柴油机为例对其尾气排放异样情形进行较为系统的分析研究，以期能为用户对其进行保养和维修带来方便。

本文共分为五部份，第一部份简要叙述柴油机排放物种类及其危害，第二部份介绍各类排放物的生成途径，第三部份介绍WD615型柴油机的冒烟故障及其解决方式，第四部份介绍WD615柴油机的排放特性，第五部份介绍目前可行的各类尾气后处置技术。

1柴油机排放物及其危害

二氧化碳的危害

WD615型柴油机所用柴油是一种复杂的碳氢化合物，当它与空气混合燃烧时排出物主如果二氧化碳和水蒸气。

以前咱们并非把完全燃烧时排出的二氧化碳当做一种污染物，可是最近几年来随着石油、煤炭等的大量利用造成二氧化碳在大气中所占的比例明显上升而且每一年都在继续增加使全世界温度慢慢提高，造成明显的温室效应，所以柴油机排放的二氧化碳也成为咱们要控制的对象。

要想控制柴油机排放二氧化碳就要提高其燃烧效率、热效率和机械效率，减少做单位功所排出的二氧化碳。

水蒸气的危害

柴油燃烧所产生的水蒸气自身咱们不以为它是一种污染物，因为大气中本来就含有大量水蒸气。

但它碰到碳化物或硫化物时，仍有可能产生有害的酸性物质。

一氧化碳的危害

柴油机燃烧进程的时刻很短，可燃混合气在燃烧室内混合不可能均匀，所以燃料燃烧就可能不完全，燃料在燃烧区停留时刻不足以完全燃烧生成二氧化碳而生成一氧化碳，排气中就会有不完全燃烧产生的一氧化碳乃至未燃烧的燃料。

负荷过大时也会产生很多一氧化碳，一氧化碳能够与人体内输送氧气的血红蛋白结合令人窒息。

氮氧化物的危害

燃烧室内温度很高，空气中的氮会在高温下氧化生成各类氮氧化物而污染大气。

柴油机排放的氮氧化物多数是一氧化氮，只有少量二氧化氮。

一氧化氮为无色气体，在空气中正常浓度下不会有直接毒性。

可是浓度太高时会引发中枢神经的障碍，影响肺的功能。

一氧化氮在空气中氧化很缓慢，可是有紫外线照射时会迅速转化成二氧化氮。

二氧化氮是褐色气体，有刺激性气味，进入人体后会与水分结合生成硝酸，致使咳嗽、气喘等病症。

二氧化氮也是形成光化学烟雾的原因。

碳氢化合物的危害

燃料燃烧不充分或未燃烧就产生了碳氢化合物，如烷烃、烯烃、芳香烃、醛、酮、有机酸等。

此刻还未发觉烷烃对人体的直接危害。

烯烃略带甜味，有麻醉作用且对粘膜有刺激作用，烯烃与氮氧化物是形成光化学烟雾的罪魁罪魁。

芳香烃有香味，但也有很强的毒性，苯的浓度高了会引发白血病，损失肝脏和中枢神经系统。

醛类是刺激性物质且有毒，柴油机排出的醛类主要有甲醛、乙醛和丙烯醛，它们都刺激喉、支气管和眼粘膜，对血液也有伤害。

可是柴油机过量空气系数较大所以排放的碳氢化合物较少。

硫化物的危害

柴油中含有的硫燃烧后变成二氧化硫或三氧化硫排出，二氧化硫是一种无色气体在空气中会慢慢转化成三氧化硫，它与水结合会生成亚硫酸，对人的口鼻粘膜有强烈的刺激性。

虽然以上所说硫化物的危害专门大但柴油机排放的硫化物对环境造成的污染作用较小。

含碳颗粒的危害

柴油机所排放的微粒主要成份是碳，它能够深切人的肺部损伤肺内各类通道的自净作用，从而使其他化合物发挥致癌作用。

这些炭粒上还吸附有很多有机物质包括多环芳烃有不同程度的诱变和致癌作用。

以上介绍的污染物除对人体有严峻危害外还会对环境造成专门大污染，例如影响大气能见度、植物的生长、建筑物寿命及外观等。

柴油机利用较多的城市中其排放的微粒可使市内光线发生折射，天空变暗。

二氧化硫等会形成酸雨使水体酸化，丛林被破坏。

2柴油机排放物的生成途径

氮氧化物的生成途径

氮氧化物的形成需要有三个条件：

（a）高温，一般情形下以为生成氮氧化物需要在高于1700k的温度下；（b）富氧，氮氧化物一般是由空气中的氮和氧化合而成的，因为柴油机混合气偏稀，空气有多余。

所以它很容易排放氮氧化物；（c）缸内滞留时刻，燃气在汽缸内的滞留时刻越长则氮氧化物的生成量越多。

柴油机汽缸内达到的最高燃烧温度专门是最先燃烧的可燃混合气对一氧化氮产生有专门大影响，因为这部份可燃混合气在随后的紧缩中温度会很高，而空气中的氮被氧化成一氧化氮正需要如此的高温，这就增加了一氧化氮的生成量，且这些燃气在做功冲程会与空气和温度较低的燃气混合从而冻结生成的一氧化氮，其中氮氧化物主要在开始阶段的燃烧生成，因此如何降低最高燃烧温度和改善开始阶段的燃烧对氮氧化物的生成都有重要影响。

目前最简单的办法就是适当推延喷油，降低柴油机的最高燃烧温度，可是如此会增加柴油机的燃油消耗且增加柴油机的PM量。

另外，采用较多的仍是EGR（排气再循环）技术，这项技术是目前减少氮氧化物排放的主要办法。

通过排气再循环进入进气系统的废气大大增加了可燃混合气中已燃气的分数，如此不仅能够减少可燃气的发烧量，而且增大了可燃混合气的比热容（因为已燃气中二氧化碳和水蒸气等三原子气体比热容比氧气、氮气等二原子气体的比热容大），所以降低了最高燃烧温度，减少了氮氧化物的排量，已燃气所占分数增多也会降低燃烧速度，一样降低了燃烧温度减少了氮氧化物的排量。

HC化合物的生成途径

柴油喷入燃烧室后，靠近喷注外缘的可燃混合气过量空气系数比较大，所以不会自燃，只能发生缓慢氧化反映且进行的不完全，所以在那个地域产生的是未燃烧的燃油及其氧化产物，如一氧化碳、醛类等，其中一部份会随尾气排出。

在那个可燃混合气过稀的区域产生的碳氢化合物的数量取决于滞燃期喷入的柴油量、燃油与空气的混合速度，还有燃烧室中的燃烧条件。

因此柴油机HC的排放量与滞燃期和十六烷值都有关，滞燃期越长HC排放量越多。

造成过浓混合气的原因有二：

一是由于燃烧后期从喷油器喷出的燃油速度较低，喷油嘴的压力室积油是HC排放增多的重要原因。

另一个原因是喷入燃烧室的燃油量过量。

在喷油结束时，喷油嘴的压力室内仍存在燃油，这部份燃油在高温下会发生汽化而进入燃烧室，与空气混合较慢错过了燃烧期，以HC的形式排放出来。

含碳颗粒的生成途径

柴油机排放微粒的组成取决于运转工况，专门是排气温度。

当排气温度高于500℃时，微粒大体上是一些碳质微球的聚合体，称为碳烟。

可是大多数情形下柴油机排放温度都低于500℃，这时烟粒会吸附和凝聚多种有机物，称为有机可溶成份（可能来自燃油和润滑油两部份）。

柴油机排放的烟粒主要由燃油中的碳产生，并与所用柴油质量有关。

由于有机可溶成份可来自润滑油，所以为了减少由润滑油造成的微粒排放，就要在保证柴油机工作靠得住性的前提下尽可能降低润滑油消耗，这将涉及到多方面的因素如零件构造、加工工艺等，其中最重要的是汽缸活塞组的控油性能。

要改善汽缸与汽缸盖之间的密封使汽缸在工作时形状转变尽可能小。

另外，还要改善活塞与活塞环的控油能力。

降低柴油机微粒排放的关键是降低烟粒的排放，而烟粒生成的重要条件是高温且缺氧。

所以改善柴油机的燃油混合均匀性，使燃烧室内的任何一处燃油均能与足量空气混合，是降低烟粒排放的重要办法。

在中小负荷范围内，微粒随负荷的增加而缓慢增加，这时空燃比专门大，所以微粒排放很少。

但当接近于全负荷时，微粒排放会急剧增加。

虽然这时的过量空气系数仍然大于1，但燃烧室内的燃油已经不可能与空气混合均匀，乃至有些地方过量空气系数小于，造成大量微粒排出。

提高喷油压力，改善喷油雾化情形能增进燃油与空气更好的混合，从而减少烟粒的生成。

WD615型柴油机中装有涡轮增压器的会大大增加柴油机的充气量，提高燃油燃烧的空燃比，所以明显减少了柴油机的烟粒和微粒的排放。

3柴油机冒烟故障及其排除方式

柴油机冒黑烟

柴油机冒黑烟问题能够说是伴随柴油机的先本性缺点，柴油机刚发明时就存在冒黑烟问题，但人们对降低排放烟度问题却从未终止过，专门是此刻世界各国对环境污染问题愈来愈重视，增加了控制微粒排放的新要求，降低柴油机微粒排放与降低烟度是一致的，都要从改善柴油机的可燃混合气形成入手。

柴油机在正常工作温度下，其排出的烟色为无色或淡灰色，固然这里所说的无色并非是绝对的无色。

柴油机造成污染物排放的根本原因是可燃混合气成份不妥和混合不均匀。

（1）柴油机可燃混合气是在燃烧室内形成的，混合空间小，时刻短，喷油、汽化、混合和燃烧都在燃烧室内进行且边喷射边燃烧。

这就可能造成可燃混合气的混合不均匀，在不同的空间可燃混合气成份不同且随时刻而转变，燃烧室上部可燃混合气比较浓而空气就相对的不足，柴油是碳氢化合物，在氧气不足的情形下燃烧不充分从而引发“冒黑烟”，这是空间上引发冒黑烟的原因。

而在时刻上，整体来讲喷油、燃烧的前期燃烧室内空气较多，过量空气系数比较大，造成不易着火，使着火掉队期延长。

在喷油和燃烧的后期由于前期燃烧消耗氧并产生废气造成后期燃烧条件变差，这也可能致使“冒黑烟”。

由此可见，柴油在燃烧室内的雾化质量是排烟加大的重要原因。

而柴油雾化的好坏主要由供油系统的高压部份决定，即高压泵和喷油器，对高压泵的调校主要包括怠速工况和额定工况的供油量和各缸供油量的均匀度。

对喷油器的调校主如果喷油压力和雾化状况。

供油量和供油均匀度超过规定值或是喷油压力和雾化状况达不到指定要求都会造成排烟量大。

（2）供油正时对柴油机排烟影响也专门大，潍动WD615型柴油机对供油正时相当敏感，当误差为2—3度曲轴转角时排烟就明显加大。

当供油时刻过早时，冒黑烟并伴有敲缸声。

而供油时刻过晚则会冒白烟。

所以当柴油机排烟量大时就有必要检查其供油正时的正确性。

全数正时齿轮仅在凸轮轴齿轮与正时壳上刻有正时刻线标记。

当柴油机转至一缸紧缩上止点时，凸轮轴齿轮上的正时刻线标记若是与正时齿轮壳上的正时刻线标记对齐，则说明柴油机的配气相位是正确的。

不然需要从头安装凸轮轴齿轮。

（3）柴油是靠汽缸内的高温达到着火点而燃烧的，因此对于汽缸密封也必需引发足够的重视。

一般而言，汽缸压力不得低于标准值的20%，不然汽缸压力太低则柴油不能充分燃烧，也会产生大量黑烟排出。

由柴油机结构知汽缸压力低主要由以下几方面原因造成：

气门间隙不对：

气门间隙不对将会直接影响柴油机配气正时，即气门该打开时未打开该关闭时未关闭，进而影响到柴油机的进气量和排气通畅，降低了柴油机的过量空气系数，造成柴油机的油气混合过浓，燃油燃烧不完全、不充分，柴油机冒黑烟。

气门间隙不对还会造成以下不良后果：

柴油机动力不足、柴油机启动困难、配气机构可能有强烈的金属碰撞声。

确认气门间隙是不是正确的方式是：

打开气门室盖，用手感或塞尺检查气门间隙。

应按期检查并调整气门间隙。

气门密封不好：

气门密封带严峻变形或磨损，将致使气门密封不严，也会致使气缸压力和温度达不到指定要求，柴油燃烧不完全，冒黑烟。

活塞环密封不好：

活塞环或缸套磨损严峻，会使汽缸密封不严，致使紧缩压力不足，不仅会致