1、发动机排放先进控制技术摘 要本文分析了内燃机的排放污染源、污染物的形成及危害；指出了随着汽车工业的发展，将带来严重的环境问题，也说明了控制内燃机排放污染的必要性和迫切性， 通过采取控制燃烧、高压共轨喷射、排放后处理等方法，使内燃机污染物排放得以控制，达到国家排放标准。关键词控制技术 高压共轨 尿素 SCR DPF DOC 中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0270-01 1.背景及意义 随着电子控制技术的发展使驾驶的便利性和乘坐的舒适性极大提高加之柴油机的动力性能优越，燃料经济性好，加速性能优良，经久耐用，柴油机在轿车动力市场已经占有了一定的份
2、额。然而汽车尾气是现代城市大气污染的重要来源，随着我国汽车的不断普及，控制汽车尾气污染也越来越紧迫与重要，控制汽车尾气污染的唯一方法就是严格执行汽车尾气排放国家标准，以适应各方面的要求。 2.内燃机排气污染物形成与危害 汽车排放的污染物以及与交通相关的主要污染物包括， ， ， ，等。一氧化碳（）是在烃燃料在燃烧过程中生成的中间产物，形成过程可表示为 （1） 燃料不能燃烧或者不能完全燃烧，主要是因为温度或压力过低，混合气浓度过浓或过稀，或者超出了富燃极限或稀燃极限，是形成的原因。的生成是在燃烧室温度上升到 1800以上时，空气与汽油混合气中的氮气与氧气结合形成的，其反应方程式为： （2） 减少废
3、气中含量的最好方法是阻止燃烧室达到 1800的高温，内燃机颗粒物是由三部分组成的，即干碳烟（DS） ，可溶性有机物（SOF）和硫酸盐，碳烟是颗粒物的主要组成部分，产生的条件是高温缺氧，由于内燃机混合气极不均匀，尽管总体是富氧燃烧，但局部缺氧还是导致碳烟的形成。污染源排入大气的和等一次污染物。其污染物对环境和个人造成严重的危害，有强烈的刺激性气味，引起咳嗽、气喘，甚至肺气肿和心肌损伤；损伤肺部自净机制等；碳氢化合物如芳香烃等对血液，肝脏和神经系统有害，PAH 有致癌作用。 3.排放污染的控制技术 发动机技术的主要发展方向如何，降低排放、以及振动噪音， 因此近年所兴起的新型分层燃烧技术、电控高压共
4、轨喷射技术、以及排放后处理技术是其发展的主流。 （1）低排放燃烧系统设计 燃烧室形状对燃烧过程的影响主要与混合气形成的过程，空气涡流及气体与燃烧室壁面的传热有关，进行合理的参数和燃烧室设计使缸内燃烧得以优化，燃烧室是进气系统进入空气与燃油混合燃烧的场所，所以其几何形状对内燃机的排放有重要影响，它会直接影响发动机的动力性，经济性，工作平稳性及排气品质，噪声。系统主要包括非直喷式燃烧系统、直喷式燃烧系统、气流组织及多气门技术以及分层燃烧新型技术，目的是为了使空气与燃油混合均匀并使混合气能够充分燃烧从而减少污染物排放。 （2）高压共轨电控喷油技术 低燃油喷射系统的基本任务就是根据输出功率的需要，在每
5、个循环精确的控制燃油喷射量，按准确的喷油正时，以一定压力喷入燃烧室。它是影响缸内燃烧的重要因素，对发动机采用 21 世纪喷射系统主流的高压共轨系统，由于其喷射压力不随负荷、转速而变动， 在低转速低负荷时仍能维持高的喷射压力， 因此使得柴油机性能得到大幅度提高，特别是结合电控技术后， 能够实现灵活的预喷、后喷技术， 满足较高的排放性能以及 NVH 性能要求。如图 1 所示， 电控高压共轨喷射系统由高压泵、轨、喷油器、控制电磁阀、各类传感器、ECU 所组成。燃油经过高压泵增压后送到轨道内， 再由轨道通过高压油管送到喷油器。在喷油器上安装控制喷油时间、喷油量的电磁阀， 该电磁阀的动作由 ECU 根据
6、各传感器的反馈信号来进行控制。 （4）后处理净化技术 对欧 4 及以上排放控制技术一方面要进一步提高缸内燃烧技术， 完善燃烧；另一方面要采用排气后处理技术， 例如： DOC （氧化型催化净化器） 、SCR（选择性催化还原） 、LNT（吸附催化还原法） 、NTP（低温等离子体技术）POC （颗粒氧化催化器） 、DPF（柴油颗粒过滤器） ，还有目前最先进的等离子体净和静电分离 PM 净化技术才能满足更高的排放要求。 4.1 DOC 技术 DOC 主要通过催化氧化的方法，减少内燃机排气中 CO 和 HC 的排放，同时也可 通过氧化颗粒物中的可溶性有机物（SOF） ，在一定程度上减少颗粒物的排放， 目
7、前 DOC 主要以铂（Pt） 、钯（Pd）等贵重金属味催化剂，将整体蜂窝状物质如廑青石（一种美铝硅酸盐）蜂窝陶瓷等作为催化剂的载体，其对 CO 和 CH 的转化效率可达 90%和 70%左右，并减轻排气的臭味。同时对颗粒物中 SOF 组分的去除率可高达 90%，从而可使总 PM 的脱除效率达到 15%30%。 4.2 SCR 技术 SCR 具有高的转化率，所以允许发动机工作在原始排放为低 PM、高 的状态。因此，采用 SCR 技术对发动机的比油耗的负面影响也降低到最低。在轻型车上尿素的消耗量是燃油耗的 2%，而在重型车上是 1%。该技术以氨、氨水或尿素为还原剂，催化剂以具有高活性和耐硫性的 为
8、主，可以去除绝大多数的，同时也降低部分 HC 的排放量，由于尿素比氨水更易携带，且不具有刺激性气味，因此，以尿素为还原剂的 SCR技术是最具有应用前景的。以下显示出的净化过程。 （4） （5） 4.3 颗粒物机外净化技术 在排气尾部增设颗粒物捕集器（Diesel Particulate Filter，DPF）对颗粒物进行捕集是最可行的一种后处理方法 DPF 对颗粒的过滤作用明显。由于配合 EGR 降低，与 SCR 技术相比对发动机的比油耗的负面影响要大。而且要依赖于贵金属，因此对燃油含硫量要求比较高，DPF 技术的难点在于再生问题。静电分离碳烟颗粒物的捕捉器的工作原理类似于静电除尘，废气中的碳
9、烟在高压电晕放电场中荷电，并在电场的作用下移向电极并集聚。研究表明，该技术具有较高的捕集效率，中、低负荷工况下其效率高于 90%。 结论 地球是我们赖以生存的家园，随着汽车的普及，汽车尾气污染日益严重，有效改善尾气排放是我们义不容辞的责任，要想实施欧 4 及以上的排放，我国必须自主研制出控制技术，通过优化气缸结构、改善喷油系统来改善燃烧并且通过 SCR、DOC、POC、DPF 等机外净化技术来实现。内燃机在动力市场上处于不可替代的地位，为了环保的要求， 我国应必须在人力、物力、财力上加大投入，研究生产出节能环保的内燃机，以供需求。 参考文献 1 张翠平，王铁主编.内燃机排放与控制.北京：机械工业出版社，2012.10. 2 袁文华，鄂加强，龚金科著.柴油机高压共轨喷油系统设计优化及智能控制.北京：中国水利水电出版社，2014.6. 3 蔡凤田.汽车排放污染物控制实用技术M.北京：人民交通出版社，2004.
