控制柴油机排放的燃料技术与措施

喻革 龙超

摘要：柴油发动机具有高热效率还有高扭矩等优势，在轮船以及车辆上都得到了广泛的应用，但是在使用的过程中也会产生大量的废气，硫化物以及氮氧化物是高污染排放的根源所在，必须要对这个问题进行高度的重视。本文从燃料的性质、柴油机的机内净化以及排气净化后处理这三个方面展开研究，并且提出了具体的控制废气排放的燃料技术与措施。

关键词：柴油机;排放;燃料;技术;措施

中图分类号：TK421.5                                   文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）06-0032-02

0  引言

为了让环境得到更好的保护，从而实现可持续发展的战略，在使用柴油机的时候必须要严格地控制其排放水平。柴油机所排放的有害物主要是燃烧燃料的过程中生成的，就有害物的排放水平而言，不仅和發动机技术以及发动机的使用条件存在关系，和燃料之间也存在着很大的关系。因此，为了有效地降低柴油机的废气排放，需要对使用的燃料进行相应的研究，从而制定出更加有效的燃料技术与措施。

1  优化燃料的性质

1.1 将CN进行提高

通过相关的研究可以发现，如果CN越高的话那么碳烟的生成就会越多，这也就相当于减少了柴油机的废气排放。早期所使用的柴油主要是将原油进行分馏所得出的，里面所含的正构烷烃比较多，由于正构烷烃的安全性比较差，在四百度以上就会很容易出现热裂解的现象，然后生成小分子不饱和烃，这种小分子非常容易发生环化缩聚，进而生成碳烟母体，并且会随着CN的升高而逐渐增多。现如今石油炼制的工艺已经发生了很大的变化，柴油当中的芳烃含量也大量地提升上来，正构烷烃的含量出现了大幅度的下降，为了有效地弥补芳烃CN比较低的缺陷在，在一些柴油当中还会适当地添加一些CN改进剂，这也让CN对柴油机废气排放的影响规律发生了相应的变化。随着人们对燃料的研究进一步深入，也得出一些有效的结论。只要柴油机使用的燃料当中主要成分不是正构烷烃，那么不管在不在燃料中添加CN的改进剂，柴油机排放的废气当中的各项指标都会随着CN的升高而出现下降，这也说明了在生产柴油的时候将CN提高就可以有效地降低柴油机的废气排放量。

1.2 降低燃料表面的张力

燃料在以雾粒的状态进行燃烧的时候所生成的碳烟和气态燃烧状态下相比会多很多，这也是柴油机生成碳烟的一种主要方式。通过相关的研究可以表明，雾化油粒的直径对碳烟的生成量存在着一定的影响，即便是柴油机表面的张力出现了下降，柴油机所喷射出来的雾化油粒的直径还是会出现很大的降低，如果是馏分比较重或者是粘度比较大的柴油，就可以通过将其表面张力降低的方式来减少柴油机废气排放。另外，燃料的粘度既不能过大也不能过小，否则都会导致废气的排放出现恶化的现象，就直喷式的柴油机而言，当其粘度在0.000003-0.000009m2/s这个范围就比较适宜，在这个范围当中会随着粘度的提高而降低燃料的消耗，进而有效地减少柴油机废气的排放。

1.3 降低燃料中的含硫量

在正常情况下，柴油当中的含硫量是在0.15%到0.3%之间，当柴油燃烧的时候大概会有98%的硫会转化成二氧化硫，剩下的部分则为硫酸盐颗粒，还有一部分的硫会进一步地出现氧化而且还会和燃烧所产生的水进行结合，进而形成硫酸盐，增加了柴油机废气排放中的颗粒量[1]。如果燃料当中硫的含量从0.12%降至0.05%的时候，那么柴油机排放的废气当中颗粒的量就会减少8%到10%，如果再将燃料当中硫的含量进行减少的话则不会对颗粒的排放量产生影响。

1.4 在柴油中加入降污添加剂

碳酸二甲酯中氧气的含量比较高，而且其沸点也较高，和柴油之间具有较高的互溶性，最主要的无毒。在柴油当中添加碳酸二甲酯可以不用改造燃油系统就将柴油机的碳烟排放量有效地减少。与此同时，在柴油当中添加代用燃料也可以有效地控制柴油机的废气排放量，将二甲醚作为柴油的代用燃料，能够把发动机的功率提高10%到15%，还可以把发动机的热效率提高2%到3%，进而让柴油机的废气排放达到欧Ⅲ的标准。生物燃油属于一种替代性的燃料，将其用在柴油机上能够有效地降低二氧化碳以及碳氢化合物，不过其价格偏高，可以在普通柴油当中适当地掺杂一些生物柴油，这样也能够减少柴油机的废气排放。

2  柴油机的机内净化

柴油机的机内净化其核心就是优化燃烧的过程，让发动机能够混合得比较均匀，使燃料在燃烧的时候更加充分，并且工作的时候更加柔和，进而实现减少废气排放的目的。

2.1 提高喷油压力以及减小喷孔的直径

将柴油机的喷油压力提高以及减小喷孔的直径能够有效地减少颗粒当中的碳排放量[2]。为了有效地避免高压喷射造成氮氧化合物的增加，还得将空气涡流运动进行降低，将压缩比进行提高以及将燃油的喷射时间进行定时，这样才可以更好地和高压喷射进行适应，进而减少柴油机废气排放中的颗粒以及氮氧化合物。将喷嘴压力室的容积减少能够减少废气中的颗粒以及碳氢化合物的排放，将柴油机的燃油喷射率进行优化，例如应用双弹簧喷油器可以有效地降低颗粒以及氮氧化合物的排放。

2.2 电控高压喷射技术

在柴油机的使用过程中应用电子控制高压喷射技术，可以让柴油机实现最佳的喷油定时以及最佳的喷油速率，还可以连续地调节发动机的转速以及负荷之间的关系，让颗粒的排放量能够降低四成以上，还可以把柴油机的排放性能进行相应的改善。电控高压喷射技术主要是控制柴油机的喷油规律，还能够结合发动机的运行情况实现最佳的喷油。另外，对预混合燃烧以及扩散燃烧的比例进行控制，能够有效地减少有害废气的排放，实现柴油机的净化。

2.3 可变技术以及多气门技术

在使用柴油机的时候运用可变技术能够让发动机的性能变得更加理想，还可以有效地改善不同情况下的经济性以及废气的排放。可变技术指的是对喷油定时进行可变的控制，实现涡流以及增压系统的可变控制，如果合理地使用可变技术可以将碳氢化合物以及颗粒的排放量减少30%以上。通过使用多气门技术可以在一定的程度上将进气门以及排气门的总流通横截面积扩大，让喷油器能够垂直地布置在气缸的轴线上，这样不光将喷油器的冷却状况以及活塞的热应力改善了很多，还能实现喷雾均匀地在空间中分布，只有这样才能让流动喷雾的效果更好。

2.4 改进燃烧系统以及增压中冷技术

将燃烧系统进行改进主要是让燃烧室的形状以及供油系统等达到最佳的匹配效果。必须要确保燃油在燃烧室当中分布得非常均匀，而且还得保证有合适的气体在流动，喷油的规律以及喷油定时也得非常合理。通过使用电控泵喷嘴以及电子调速器等有效的措施，不光能够将柴油机的性能进行改善，还能够将柴油机的废气排放量减少，特别是可以减少颗粒的排放[3]。废气涡轮增压能够将气缸当中的有效压力提高上来，还可以提高过量空气系数以及整个循环系统中的平均温度，让柴油机的颗粒物排放量能够减少一半左右，还可以有效地减少一氧化碳以及碳氢化合物的排放。运用中冷技术可以将一氧化氮的排放量降低65%左右。因此，运用中冷增压技术可以有效地减少柴油机的废气排放量。

3  排气净化后处理

3.1 颗粒过滤以及再生技术

就目前来看，控制柴油机颗粒排放的一种有效方法就是使用DPF（颗粒过滤）技术，这样能够有效地降低颗粒物的排放数量以及排放质量。在应用DPF技术的时候主要需要关注两个方面，首先需要注重开发出排气阻力低以及过滤效率较高的滤体材料，其次就是过滤体的再生技术。现阶段对过滤体材料的研究已经逐渐趋于成熟，不过在对再生技术进行研究这方面却有着一定的滞后性[4]。就再生而言，可以将其划分为被动再生以及主动再生。被动再生也被称之为催化再生，主要是通过添加锶以及铁等金属有机物将颗粒物的氧化活化能有效地降低，让颗粒物的再生温度能够大幅降低。在正常的情况下，过滤体的温度都是比较低的，这也让消除大多数的硫酸盐以及可溶性有机物颗粒的可能性大大提升了上来。由此可见，带有催化剂的过滤系统和没有催化剂的过滤系统相比，其过滤的效率要高很多。主动再生指的是外加能量的一种再生方式，通常包括电加热再生以及逆向喷气再生、微波再生等再生方式。不管是主动再生还是被动再生，都得将再生的策略进行优化控制，假如没有控制好的话，就很可能让载体的温度变得过高，这会让颗粒过滤器的使用寿命减少很多。

3.2 加装氧化型催化转化器

在柴油机上加装氧化型催化转化器属于一种有效的措施，能够将柴油机排放出来的可燃气体以及可溶性有机物进行净化[5]。在加装氧化型催化转化器的时候通常是利用铂以及钯等贵重的金属来当中催化剂，能够将碳氢化合物以及一氧化碳的排放量减少一半左右，还能够将颗粒的排放量减少60%左右，对于多环芳烃以及硝基多环芳烃的排放数量也可以有效地减少。

3.3 非过滤技术

针对非过滤技术，当前主要是采用静电式微粒收集器来收集柴油机排放的气体。在柴油机所排放的气体中有75%左右的颗粒都带电，而且每个带电的微粒都帶有一到五个的基本电荷。借助附加强电场来吸附带电的碳烟微粒可以取得较好的效果，不过附加设备的体积较大，而且结构也比较复杂，还不适合进行大范围的推广。

3.4 NOX控制技术

就目前来看降低NOX（氮氧化合物）排放的有效措施主要有三个方面，分别是DeNOX催化器、SCR催化系统还有NOX吸附转化器。这三种技术都对硫非常敏感，所以需要使用低硫燃料或者是采用相应的脱硫措施。对于DeNOX催化器而言，主要是利用金属离子沸石以及钒钼所制成的催化剂来达到降低氮氧化合物的分解温度，这样能够让其分解成氮气还有氧气。而SCR催化系统则是又通过在排气当中添加尿素以及氨水等具有还原性的物质，进而将氮氧化合物还原成氮气还有水[6]。NOX吸附转化器的原理是把氮氧化合物的转化成二氧化氮并且储存，然后再通过添加还原剂将其进行还原。NOX吸附转化器通常是应用在比较稀薄的燃烧过程当中，它的效率能够高达90%，不过对硫也非常敏感，所以在使用的时候都会加装相应的硫捕集器来提升使用的效果。

4  结语

在使用柴油机的过程中难免会产生相应的废气，在废气当中存在一些有害的气体，对大气造成了严重的污染。为了实现对柴油机废气排放的有效控制，需要从燃料、柴油机的机内净化以及排气后处理这三个方面着手。只有将燃料的成分与排气的净化控制进行结合才能够有效地降低废气的排放量，从而降低对环境的污染程度，实现可持续发展的战略。

参考文献：

[1]郭和军，刘治中，姚如杰.控制柴油机排放的燃料技术与措施[J].拖拉机与农用运输车，1999（02）：53-57.

[2]杜愎刚，朱会田，许力.车用柴油机排放控制现状与技术进展[J].内燃机工程，2004（03）：71-74.

[3]陈明全.船用柴油机排放控制技术[J].建筑工程技术与设计，2017（09）：90.

[4]朱虹.汽车柴油机排放控制技术[J].中小企业管理与科技，2009（01）：227-228.

[5]李春萍，闫文俊，张微，等.柴油发动机排放尾气及控制措施浅析[J].黑龙江科技信息，2016（13）：68-69.

[6]林铮.车用柴油机排放控制技术的探讨[J].能源与环境，2011（04）：79-80.