1、1毕业论文开题报告轮机工程柴油机微粒排放机理及控制研究一、选题的背景与意义柴油机具有低油耗、高热效率、低排放等特点，有着良好的经济性和可靠性。我国柴油机的普遍水平还很低，除广泛应用于船舶动力外，还逐渐成为车用动力的首选。柴油机排放的废气中的有害成分主要有CO，NOX，HC，SO2，PM（主要是碳烟，还包括油雾、金属颗粒）等。与同功率的汽油机相比，柴油机的HC和CO排放量比汽油机少的多，NOX排放量几乎差不多，只是柴油机废气中的PM含量多一些。柴油机的排放按其物理形态可分为气态排放物和微粒（PM）排放物两大类，其中“微粒”指除纯水以外单个颗粒直径大于002M的任何固态或液态微颗粒或亚微颗粒。PM
2、中直径为0105M的微粒对人体危害最大，而柴油机排放颗粒分布峰值通常在01M左右。且柴油机的微粒排放量比汽油机的排放高出约3050倍。因此对柴油机微粒排放控制进行研究具有实际意义。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题1明确微粒排放物组成及生成机理及微粒生成的影响因素。影响微粒的因素主要分为两大类燃油品质和结构因素PM除了燃油燃烧生成外，机油产生的PM也占相当部分。PM可分为可溶性有机物（SOF）和不可溶有机物（IOF）两部分，两者所占的比例大约为39和61。燃料在燃烧室内燃烧时，由于燃烧不均匀，一部分燃料不完全燃烧，在高温下分解或氧化裂解形成碳烟核心，碳烟核心经历表面增加和凝集两个过程，形成基
3、本碳烟粒子，基本碳烟再以聚集的方式形成链状结构，链状结构的表面积非常大，具有类似活性碳的作用，能够吸附来自燃油和机油中的未燃碳氢物质。这些物质的主要成因是燃烧室内火焰熄灭；在缸壁处火焰熄灭液态燃料直接与冷缸壁接触；燃料和机油的泄漏等。短链的碳氢化合物由于沸点低而以气态的形式排出，由C14C40构成的长链高分子碳氢化合物具有较高的沸点，在排气管中冷却，凝结形成液体，这些液体中的大部分被具有较大表面积的碳粒吸附。22PM排放控制的各种技术原理、21微粒捕集器211对于合适的材料选择和合理的结构进行研究212微粒捕集器的再生213微粒捕集器与发动机的匹配214微粒捕集器的模型研究22氧化催化器221
4、氧化催化器的工作原理（主要是催化剂降低废气中碳氢化合物、一氧化碳和微粒中的可溶有机组分的化学反应活化能，使这些物质能与废气中的氧气在较低的温度下发生氧化反应）222氧化催化器的结构223氧化催化器的影响效果及因素（发动机的运行工况、发动机的特性、排气温度、废气流速等）三、研究的方法与技术路线1查找国内外相关文献资料，了解国内外在柴油机PM排放及控制的相关技术2对微粒排放的影响因素和机内控制进行研究3对微粒排放的机外控制进行研究4比较各种方法的优缺点，提出个人观点，从而讨论出对PM排放控制有效的方法。三、计划进度2009121020110120收集相关论文资料、查阅文献、研读有关研究成果报告20
5、11012020110315对比分析各种柴油机微粒排放控制技术的原理、方法、优缺点（存在问题）、适用机型2011031520110325撰写论文初稿2011032520110405修改论文，准备答辩四、主要参考文献1姚春德，程传辉，张镇顺，黄钰，柴油/甲醇组合燃烧发动机的微粒排放特性J，内燃机学报，2008年4期32宫宝利，王志伟，蒋习军，王坤，杜宝成，采样方式队柴油机微粒排放测量的影响分析J，试验测验2007年11月19日3何国本，胡顺堂，李桐，柴油机的微粒排放和处理措施J，车用发动机2002年10月4贺宇张春润柴油机微粒排放净化技术J，柴油机5邱卓丹张洪涛，柴油机微粒排放后处理技术的研究现
6、状及发展趋势J，小型柴油机与摩托车2005年2月6宋波，宁智柴油机微粒排放技术深讨J，内燃机2002第2期7邓元望，朱梅林，向东柴油机微粒排放控制方法评述J，柴油机2006年第5期8蒋海良船用柴油机排气微粒控制方法的研究J，浙江交通职业技术学校学报2003年9月9孙平船用柴油机使用如花燃油的NOX和微粒排放研究J，内燃机学报2001年第6期10陈龙发动机微粒排放物测试方法分析J，2007年8月11裴毅强，董素荣，宋崇林，魏国东，杨铁皂，郭镇鹏现代柴油机排放微粒生成历程及理化特性J，天津大学学报2006年6月12MMATTIMARICQCHEMICALCHARACTERIZATIONOFPART
7、ICULATEEMISSIONFORMDIESELENGINESAREVIEWSCIENCEDIRECTAUGUST200713KSMARTIIROSYAN。KCHENDLUSSBEHAVIORFEATURESOFSOOTCOMBUSTIONINDIESELPARTICULATEFILTERCHEMICALENGINEERINGSCIENCEFEBRUARY20094毕业论文文献综述轮机工程柴油机微粒排放机理及控制研究一、研究背景及意义柴油机具有低油耗、高热效率、低排放等特点，有着良好的经济性和可靠性。我国柴油机的普遍水平还很低，除广泛应用于船舶动力外，还逐渐成为车用动力的首选。柴油机排放的废
8、气中的有害成分主要有CO，NOX，HC，SO2，PM（主要是碳烟，还包括油雾、金属颗粒）等。与同功率的汽油机相比，柴油机的HC和CO排放量比汽油机少的多，NOX排放量几乎差不多，只是柴油机废气中的PM含量多一些。柴油机的排放按其物理形态可分为气态排放物和微粒（PM）排放物两大类，其中“微粒”指除纯水以外单个颗粒直径大于002M的任何固态或液态微颗粒或亚微颗粒。PM中直径为0105M的微粒对人体危害最大，而柴油机排放颗粒分布峰值通常在01M左右。且柴油机的微粒排放量比汽油机的排放高出约3050倍。因此对柴油机微粒排放控制进行研究具有实际意义。二、国内外柴油机微粒排放机理及控制研究现状柴油机PM是
9、除去未化合的H2O以外的所有固态的碳基颗粒、液态的燃油与机油以及无机物附聚在碳基颗粒表面上的SO2，NO2，H2SO3，PB等物质的总称。里卡多公司给PM下的定义是，PM指经空气稀释后的排气，在低于517温度下在涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维滤纸上沉积的除H2O以外的物质。3文章中提到的PM形成机理。PM除了燃油燃烧生成外，机油产生的PM也占相当部分。PM可分为可溶性有机物SOF和不可溶有机物IOF两部分，两者所占的比例大约为39和61。在SOF中，由机油产生的PM占绝大部分，约占PM总量的29；IOF主要由干的碳烟颗粒组成，是不完全燃烧的产物，它占IOF的705，占PM总量的43。机油除产生SOF
10、外也产生IOF，来自机油的PM总计占PM总量34。因此要重视降低柴油机机油的消耗。在IOF中还有硫酸盐成分，因而要限制燃油的含S量，以降低PM的排放。3文章中提到的PM的组成。国内外对微粒排放机理的控制研究主要是通过机内和机外两种方面的控制达到所要求的效果。机内控制主要是控制燃油品质和结构因素在粒子的初期增长过程中，主要以高分子有机物向颗粒扩散所致，因而在柴油的组成中，芳香族的大分子以及炔烃、硫的含量多少对微粒5的形成有十分重要的影响，高分子有机物不仅直接生成凝聚核同时吸附在粒子上。而其中的成分主要是氧化物极性组成的氧化物和脂肪旗的酮、醛；碱氨基碱性组成的芳香旗和脂肪族；不溶性物质大分子有机化
11、合物。因此，柴油中高分子的含量会直接影响柴油机的微粒排放。它由不同国家的化学工业水平决定，前瑞典的柴油质量最好。6中文章中提到的影响PM排放的机内原因，和机内控制方法。机外控制PM的排放主要是通过借助仪器对排放出的颗粒进行处理。现对后处理的几种方法进行介绍一、微粒捕集器结合再生技术过滤技术是使柴油机排气流经过滤体后再排人大气，当柴油机排气从过滤体中通过时，其中的一部分微粒就会被过滤下来，从而达到净化的目的。目前，降低柴油机微粒排放的后处理装置主要是使用微粒捕集器，这是目前国际上最接近商品化的柴油机微粒后处理技术。柴油机微粒捕集器的净化效果已不再是技术难题，现在需要攻破的难点是其再生问题。再生系
12、统分为主动再生系统和被动再生系统。1主动再生系统也称为强制再生系统，就是监视微粒在滤芯上的凝聚，当需要再生时，启动再生系统。带有主动再生系统的捕集器必须具有以下控制功能确定辅助再生时间；监视和控制再生时的排气温度，以免损坏过滤器；在紧急情况下切断再生控制。2被动再生系统就是要求车辆在正常运行时能达到再生条件实现再生。二、氧化催化转化技术氧化催化转化技术就是使排气流过载有氧化催化剂铂、镉等的表面积大的载体三氧化二铝、二氧化硅等，使柴油机排气中的HC可溶性有机成分SOF等得到某种程度的净化处理。三、低温等离子体结合催化净化技术柴油机排气中的有害物经过等离子体反应器，会发杂的化学反应，其中NO很容易
13、氧化成具有强氧化NO，进而在柴油机排气温度下就可以将碳烟微粒成碳的氧化物，使微粒浓度降低；同时微粒中的C了部分NO，致使NO的排放量下降。研究表明，子体可增强催化剂的选择性和活性，等离子体与催结合能对柴油机排气中的NO和微粒有很好的净化效果，同时还可减少柴油机排气中CO和HC排放。子体结合催化转化技术具有流程短、转化效率高粒减少90以上、处理彻底、无二次污染、能耗低应温度范围广、对燃油含硫量没有要求等优点，是有着良好应用前景的新技术，蕴藏着很高的使用价，是柴油机后处理研究的最新发展方向。四、袋滤器捕集技术6袋滤器是一种利用纤维作为过滤介质，将排气中的微粒过滤出来的净化设备。五、静电捕集技术柴油
14、机排气微粒中有7080是带电粒子，因此可以采用在排气通道中建立高压强电场对排气微粒进行静电吸附捕集，达到微粒净化的目的，捕集效率可达4562。六、离心分离技术将排气引入到旋风器中，微粒在离心力的作用下，被抛向装置的四周及底部而从排气中分离出来。七、清洗技术清洗技术是将排气引入水或油或某种化学溶液中，使排气中的部分微粒被吸附。5文章中介绍了种机外处理微粒的方法。经过自己的比较，由于微粒捕集再生技术是处理颗粒排放后的主要方法，所以自己会通过对此种方法进行进一步的研究。首先对微粒捕集器的材料和结构做研究，找资料如下捕集器的滤芯是捕集器工作的主体，对滤芯材料的选择原则是A具有较高的过滤效率；B耐热冲击
15、性好；C具有较好的机械性能指标，如振动冲击性好；D具有较大的热容量，热稳定性好；E通流特性好，废气流动阻力小。目前，最常用的材料是堇青石陶瓷，其主要成分为SIO2、A1，O2及NA等。微粒捕集器的再生可分为主动再生和被动再生两大类。主动再生主要采用催化再生技术。其中有两种一种是将催化剂提前浸渍在滤芯上，主要的催化剂是贵金属，如铂PT、钯PD、铑等一种是燃油中加具有催化作用的添加剂，如铜、铈等它们的作用原理都是降低微粒的化学反应活化能，使微粒能在较低的温度下燃烧，自然再生。被动再生主要是利用各种外部能源进行再生主要技术有A喷油助燃再生技术；B电加热再生技术；C逆向喷气再生技术；D电子加热再生及微
16、波再生技术其中电加热再生最为常见。被动再生是一种定期再生，需要复杂的检测和控制技术以决定再生的时间，同时还需要消耗较大的能量，是一项复杂的技术。当前，捕集器再生将主动再生和被动再生结合起来，使再生能顺利进行是一种行之有效的方式。参考文献1姚春德，程传辉，张镇顺，黄钰，柴油/甲醇组合燃烧发动机的微粒排放特性，内燃机学报，2008年4期2宫宝利，王志伟，蒋习军，王坤，杜宝成，采样方式队柴油机微粒排放测量的影响分析试验测验2007年11月19日73何国本，胡顺堂，李桐，柴油机的微粒排放和处理措施车用发动机2002年10月4贺宇张春润柴油机微粒排放净化技术柴油机5邱卓丹张洪涛，柴油机微粒排放后处理技术
17、的研究现状及发展趋势小型柴油机与摩托车2005年2月6宋波，宁智柴油机微粒排放技术深讨内燃机2002第2期7邓元望，朱梅林，向东柴油机微粒排放控制方法评述柴油机2006年第5期8蒋海良船用柴油机排气微粒控制方法的研究浙江交通职业学校学报2003年9月9孙平船用柴油机使用如花燃油的NOX和微粒排放研究内燃机学报2001年第6期10陈龙发动机微粒排放物测试方法分析2007年8月11裴毅强，董素荣，宋崇林，魏国东，杨铁皂，郭镇鹏现代柴油机排放微粒生成历程及理化特性天津大学学报2006年6月12MMATTIMARICQCHEMICALCHARACTERIZATIONOFPARTICULATEEMISS
18、IONFORMDIESELENGINESAREVIEWSCIENCEDIRECTAUGUST200713KSMARTIIROSYAN。KCHENDLUSSBEHAVIORFEATURESOFSOOTCOMBUSTIONINDIESELPARTICULATEFILTERCHEMICALENGINEERINGSCIENCEFEBRUARY20098本科毕业论文（20届）柴油机微粒排放机理及控制技术研究目录91绪论1111柴油机尾气的主要成分1112微粒PM1113我国对气态和微粒污染物的排放限值规定1214课题意义及主要工作132微粒（PM）控制技术1421燃油的改质1422机内净化技术14221
19、燃烧方式的改进和优化14222燃油喷射系统的优化和改进14223缸盖结构优化和多气门技术15224防止机油上窜1523排气后处理技术15231静电技术15232柴油机氧化催化器DOC15233微粒捕集器1624小结163微粒捕集器再生方法研究1731微粒捕集器再生方法17311电加热再生技术17312喷油助燃再生技术17313微波加热再生技术18314红外加热再生技术18315大负荷再生技术18316进、排气节流再生技术19317HC和C0氧化再生技术19318反吹再生技术19319催化再生技术193110燃油添加剂再生技术193111连续再生技术203112逆向喷气再生2032各种再生方法比
20、较2133逆向喷气技术的优点2134逆向喷气技术需突破的难题214总结与展望22致谢错误未定义书签。参考文献2310摘要柴油机虽然具有优越的燃油经济性，但较高的颗粒和氮氧化物排放成为限制柴油机发展的主要屏障。在明确微粒排放物组成及生成机理的基础上,对比分析各种柴油机微粒排放控制技术，认为最优方法是利用微粒捕集器，而微粒捕集器的关键问题是其再生问题。各种再生方法中，因逆向喷气再生技术具有对捕集器寿命有保证、对柴油机动力性、经济性影响小等特点，而最有良好的发展前景。关键词柴油机；微粒；微粒控制；逆向喷气再生技术ABSTRACTDIESELENGINEALTHOUGHHASEXCELLENTFUEL
21、ECONOMY,BUTHIGHERPMANDNOXEMISSIONSBECOMERESTRICTIONSINTHEDIESELENGINEDEVELOPMENTTHATATTHEBASEOFCLEARTHECOMPOSITIONANDFORMINGMECHANISMOFPARTICULATESEMISSIONS,COMPAREANDANALYSISVARIOUSDIESELPARTICLEEMISSIONCONTROLTECHNOLOGY,ITHINKTHEOPTIMALMETHODISTOUSEPARTICLETRAP,ANDTHEKEYPROBLEMOFPARTICLETRAPISREGE
22、NERATIONDURINGALLSORTSOFREGENERATIONMETHODS,BECAUSEREVERSEJETREGENERATEDTECHNOLOGYHASCHARACTERISTICSOFENSUREINGTHELIFEOFTHEPARTICLETRAP,AFFECTINGLITTLEOFTHEDIESELENGINEPOWERANDECONOMY,SOITHASGOODDEVELOPMENTPROSPECTKEYWORDSDIESELENGINEPARTICULATEMATTERPARTICULATECONTROLREVERSEJETREGENERATEDTECHNOLOGY
23、111绪论随着经济的发展，我国柴油机产量持续增长，其污染物排放总量也随之持续攀升。柴油机排放微粒污染物给人类造成的健康损害己经不容忽视，如果不加以重视和控制，将会对环境产生严重的破坏，所以开发更加环保和节能的柴油机成为现在的研究热点。柴油机的排放物按其物理形态可分为气态排放物和微粒（PM）排放物两大类，其中“微粒”指除纯水以外单个颗粒直径大于002M的任何固态或液态微颗粒或亚微颗粒。微粒中直径为0105M的微粒对人体危害最大，而柴油机排放微粒分布峰值通常在01M左右，且柴油机的微粒排放量比汽油机的排放高出约3080倍。因此对柴油机微粒排放控制进行研究具有实际意义。11柴油机尾气的主要成分柴油机
24、尾气主要成分中，水蒸气占260，C02占710，O2占1500，N2占7521。尾气中微量成分占O09包括颗粒物，CO，未燃HC，NOX，S02，硫酸盐，醛，氨气等。尾气中的主要有害成分有一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOX）、碳氢化合物（HC）以及微粒（PM）。12微粒PM微粒1（PARTICULATEMATTER）由固体碳粒（CARBONSOOT），固体碳粒表面吸附了可用有机溶剂溶去的可溶性有机物SOF（SOLUBLEORGANICFRACTION）,以及可溶于水的硫酸盐（SULFATE）组成。图11柴油机PM的组成其中SOF占26，硫酸盐占10，SOOT占642。由于碳烟排放随柴油机工况
25、、发动机类型和技术水平、以及燃油特性的变化而变化，因此三者成分所占微粒的比例也进行相应的变化。一般情况下，柴油机在高负荷工作时，碳烟在微粒的比例升高占49，而在部分负荷时则有降低占26312图12微粒的形成过程如图121，柴油在高压、高温（20002200）、局部缺氧的条件下，经过热裂解氧化裂解，产生多种中间产物，如烯烃CH2CH2低分子量的HC；进一步裂解和脱氢成为活性较强的乙炔（CHCH）；再经聚合脱氢，会形成联乙炔或乙烯基乙炔；进一步裂解脱氢、基团聚合成很不活泼的聚缩乙炔（），至此已形成固体碳初核，以上为成核阶段，成核后同时经历表面增长和凝聚两个过程。当碳粒子长大到某一尺寸时，增长速度急
26、剧下降，以后便以集聚方式形成链状结构物。从核的萌发到成长、集聚这一系列生成过程，都伴随着碳烟的氧化。微粒形成的影响因素中，除过量空气系数、混合气的均匀度和气缸内的燃烧温度以外，还与燃料的成分有较大的影响，例如，燃料的碳氢比、芳香烃的含量、游离碳及灰分等都要影响到微粒的生产。以上分析的一氧化碳（CO）、未燃烃（HC）、氮氧化物（NOX）以及碳烟对人类有很大的危害。由于柴油机的过量空气系数比较大，燃烧比较完善，所以其废气中的一氧化碳（CO）和未燃烃（HC）的数量相对较少，主要有害排放物为氮氧化物（NOX）以及碳烟等颗粒（PM），因此如果要对柴油车尾气排放加以控制的话，重点工作就要放在碳烟等颗粒（P
27、M）、氮氧化物（NOX）上。13我国对气态和微粒污染物的排放限值规定我国自1983年制定实施了第一批汽车污染物排放标准后，近年来又分别于2001年和2005年颁布实行了GB176912001和GB179612005标准，其中对气态和微粒污染物排放限值规定如表13所示567。单位G/KWH阶段实施时间COHCNOXPM烟度（M1III200711210465001001308IV201011150463500205V201211150462000205EEV1502520002015注对每缸排量低于075DM3，及额定功率转速超过3000R/MIN的发动机。表13我国各阶段柴油机排放限值成核集聚
28、氧化裂解碳烟燃料表面增大凝聚1314课题意义及主要工作柴油车与汽油车相比，CO和HC排放量要少得多，NOX的排放量则与汽油车在同一数量级，而微粒的排放量是汽油车的3080倍1，故柴油机排放控制主要放在微粒排放控制上。本课题主要从微粒的形成机理出发，对当前控制微粒主要处理技术进行分析，包括原理、方法、优缺点。具体工作包括1明确微粒排放物组成及生成机理。2查找国内外相关文献资料，了解国内外在柴油机微粒排放及控制的相关技术。3对各种控制技术的原理、优缺点等进行对比分析，形成个人观点，对如何降低微粒的排放的方法进行研究。142微粒（PM）控制技术21燃油的改质改进柴油机燃料成分是降低微粒排放的一个非常
29、有效的方法。研究表明8，通过使用一定的燃油添加剂可以防止和消除喷油器头部积碳，进而可以减少碳烟微粒的排放，如十六烷值改良添加剂对降低HC及微粒排放也是非常有效的。代用燃料作为一种控制柴油机排放方法的重要性正日益增长，发动机采用压缩天然气、液化石油气、甲醇、乙醇或其他燃料，也可满足排放限值，具有很好的应用前景。22机内净化技术221燃烧方式的改进和优化柴油机的燃烧方式分间接喷射式和直喷式两种，两者在污染物排放方面有着很大的区别。对间接喷式柴油机来说，微粒形成主要在副燃烧室里，在副燃烧室里形成的碳烟进入主燃烧室以后大部分被氧化，因此降低间接喷式柴油机污染物排放的重点在副燃烧室。这其中要优化燃烧室的
30、形状和主、副燃烧室之间的容积比；燃油喷射（喷射压力、喷射定时、喷射持续时间和喷油嘴位置等）和相应的气流运动；预热塞的位置和形状。增大副燃烧室，其空气容量也增大，可减少碳烟的形成，但同时会影响NOX的排放和主燃烧室中的燃烧。向汽缸里面注入比例非常均匀的空气和燃料混合气叫均质充量压燃（HCCI）。它克服了柴油机扩散燃烧固有的碳烟和NOX问题，日产公司据此提出了MK燃烧方法，其核心思想9是低温预混合燃烧，它通过冲入大量再循环排气（高达45）来使点火大为延迟，以达到燃油的均质混合。试验表明，NOX可降低80，碳烟可降至零，HC可降低504。如何在发动机较大工作范围内即大负荷下控制这一燃烧过程是此项技术
31、的关键。222燃油喷射系统的优化和改进提高喷射压力以减少油雾平均粒径，加大油气接触面积。加强油气混合一方面减少微粒的排放量3,更重要的是加快了后期燃烧速度，使调整预混合燃烧和扩散燃烧的余地更大了，有利于解决NOX和微粒之间的矛盾。研究表明1011提高燃油的喷射压力，增多喷油嘴孔数，减小喷孔直径，适当增加喷油提前角都可以明显降低微粒的排放量。对喷油系统的要求除了提高压力外，能精确控制极小喷油量和功能良好的预喷油是绝对必要的。目前已得到广泛应用的高压共轨喷油系统，其压力的产生和喷油过程是完全分开的，喷油控制的灵活性很高，共轨系统通过高速电磁阀控制喷油量、喷油时间及预喷乃至补充喷油。可使柴油机通过最
32、佳喷油定时、最佳喷油率和预喷射的控制与发动机转速、负荷之间的关系进行连续调节，使微粒排放降低40以上12，并且发动机过渡工况的排放性能也可得到显著改善。能根据发动机运行工况实现最佳喷油，同时通过控制预混合燃烧与扩散燃烧的比例，可同时降低有害排放并控制发动机的空燃比，有利于实现有效的机外净化措施。在柴油机上采用电控技术是今后发展的一个方向。15223缸盖结构优化和多气门技术缸盖结构的改进主要以使燃油与空气混合更加充分，减少在高温缺氧的条件下燃油裂解而形成碳烟微粒为目的。通过进气道的改进，进气涡流强度的增加，微粒质量浓度会下降13；采用可变涡流进气道技术，能适应柴油机工况的变化；采用多气门技术，加
33、大进气流通面积，提高充气系数，可提高柴油机的动力性及经济性，降低排放；另外多气门结构可以使喷油器位于活塞顶中心，使油束与活塞顶匹配更加合理，有利于降低微粒的排放。224防止机油上窜由于柴油机排放颗粒状物质的相当部分是由串入燃烧室的机油的不完全燃烧造成的，所以应尽可能地减少串入的机油量。丁波4等研究分析表明防止和减少机油串入燃烧室，应通过加强机体刚度，改善气缸盖与机体的连接、减少气缸工作面的变形，改善活塞、活塞环和气缸表面的设计，加强机油控制，减少从气门推杆泄漏的机油等措施来实现。23排气后处理技术微粒主要由干碳烟SOOT、硫酸盐以及可溶性有机物SOF组成。降低微粒的方法主要包括静电技术、催化氧
34、化和微粒捕集器三种方式11。其中微粒捕集器（DPF）是研究和应用较多且最有价值的后处理方式，也是目前商用前景最好的技术之一。231静电技术1）低温等离子体技术等离子体技术14是将柴油机排气中的有害成分经过等离子体反应器，发生复杂的化合反应后，其中的NO被氧化成NO2，再利用NO2的强氧化性在柴油机排气温度下氧化微粒，同时还可以利用自由基或添加还原剂将NO2成N21516。对于车用等离子体技术可接受的能量消耗应低于发动机输出功率的5，且等离子体的能量消耗不应超过1000W，其允许的能量密度为12J/L，但是目前相关文献的实验结果均高于这个值17。2）静电分离技术微粒中的85左右为带电粒子，每个带
35、电粒子都带有15个基本正电荷或负电荷，利用电场对微粒进行静电吸附，从而达到微粒净化的目的11。高希彦18等人研制的静电金属丝网捕集器利用静电技术与过滤机理结合的方法，以不锈钢丝网做过滤体，用电晕荷电技术增加排气中带正电微粒的数量，同时将用作过滤体的不锈钢丝网连接于电源负极。排气微粒在电场力的作用下粘附于不锈钢丝网上，从而提高了过滤效率。静电分离技术在车用发动机上应用的主要问题是高压电源的供给问题，另外，设备体积大、结构复杂、成本高、气流流速对静电分离效率的影响比较大等问题也制约着它的实用化。232柴油机氧化催化器DOC催化剂的研究只是近几年才刚刚开始起步。柴油机氧化催化器多为陶瓷载体的通流式催
36、化器，其上涂敷氧化物涂层一般采用氧化铝或氧化硅，主要目的是增大比表面积和活性金属成分通常用PT或PD而构成。柴油机氧化催化器主要是降低了颗粒中的可溶性有机物成分3,同时用于氧化除去气相HC、CO污染物和醛类、多环芳烃等排放标准未限制污染物。16柴油机氧化催化器存在的主要问题是高温老化和催化剂中毒的问题。高温老化主要是由于贵金属在高温下发生了烧结而导致了催化剂活性点减少、性能下降，催化剂中毒主要是由于排气中的硫酸盐、颗粒等成分覆盖了载体表面活性点而导致了催化性能的下降。催化剂的高温老化是不可逆的，而催化剂中毒后可以部分恢复活性。另外燃油中的硫含量过高，会导致排气经过DOC时硫酸盐成分的增加，有可
37、能导致微粒排放量的升高，因而DOC必须与低硫柴油一起使用。柴油机氧化催化器是一种商品化技术，是欧、美、日最早使用的一种柴油车配方达标技术，现已在欧洲的柴油小轿车、轻型卡车以及美国重型柴油卡车上安装使用。我国针对柴油机排放控制的研究最早始于氧化型催化剂的研究与开发。20世纪7O年代开始，针对矿井、坑道等特殊环境柴油机的排气中的HC、CO的净化处理，进行了研究工作并取得一定进展，对柴油车排气净化氧化型催化剂的研究只是近几年才刚刚开始起步。233微粒捕集器微粒捕集器工作原理一般分为两个过程过滤和过滤器的再生。把捕获器串联在排气道中，使废气通过滤芯达到收集其中颗粒的目的。当过滤器的过滤阻力达到一定的程
38、度，再用一定的方法使收集的微粒燃烧，以再生它的过滤性能。微粒捕集器的关键技术包括过滤材料和过滤体再生技术。国外在过滤体材料上已有了商业化的产品，但对于捕集器的再生技术仍未取得突破性的进展，结合国内外的研究现状，目前微粒捕集器的难点在于寻求既可靠又实用的再生方法。目前国内外研究和应用的过滤材料主要有陶瓷基、金属基和复合基三大类19。过滤材料的结构与性能对整个微粒捕集器系统的性能如捕集效率、压力降、强度、传热和传质特性等有很大的影响。国内外研究和应用最多的是陶瓷基过滤材料，它们通常由氧化物或碳化物组成，具有多孔结构，在700以上能保持热稳定，比表面积大于LM2/G，主要结构包括壁流式蜂窝陶瓷、泡沫
39、陶瓷及陶瓷纤维毡。目前在微粒捕集器过滤体上研究和使用较多的是壁流式蜂窝陶瓷,对微粒的过滤效率可达90以上,可溶性有机成分SOF也能被部分捕集。金属基在材料的强度、韧性、导热性等方面有陶瓷无法比拟的优势。目前研究较多的结构形式主要是泡沫合金、金属丝网及金属纤维毡1819。由于陶瓷基过滤材料与金属基过滤材料都有不可避免的缺陷，目前正在研究复合基增强型过滤材料，且主要集中在纤维毡结构上20。24小结上述各方法中，采用如提高喷射压力等措施把颗粒排放降至规定的限值；氧化催化器技术中氧化催化剂的净化性能受燃油品质的影响，尤其是受柴油中硫含量的影响，催化氧化只可以除去微粒中的可溶性有机组分SOF，而难以降低
40、微粒中的干碳烟；而微粒捕集器被公认为是柴油发动机排放微粒后处理的最有效方式，这是目前国际上最接近商品化的柴油机微粒后处理技术。如今，柴油机微粒捕集器的净化效果已不再是技术难题，现在需要攻破的难点是其再生问题。173微粒捕集器再生方法研究31微粒捕集器再生方法各种微粒捕集器能否在柴油机上正常使用的关键在于它的再生，因为柴油机在工作过程中，微粒会沉积在过滤器上，排气背压增加，该值超过20KPA时，柴油机工作开始明显恶化，导致发动机动力性和经济性等性能降低，所以必须及时除去沉积的微粒才能使微粒捕集器继续正常工作。其再生方法如图表31所示图31主要的过滤体再生方法下面对以上再生方法特点做出描述311电
41、加热再生技术电加热再生系统一般都设有旁通气道，需再生时将旁通阀打开，捕集器入口关闭，排气由旁通气道流出，电加热器通电使捕集器前方温度超过微粒燃烧温度，然后引入部分排气，利用排气中富余的氧使捕集器中的微粒燃烧，从而实现对过滤体的再生。电加热再生是利用具有高导电性能的结晶SIC作为过滤材料，当需要再生时，将电流直接通到过滤体上使其温度升高，从而让沉积在上面的微粒升温燃烧，实现再生这种有效的再生技术的优点是1系统比较简单，可控性较好；2在柴油机任何工况下都能对过滤体进行可靠再生。但目前的主要问题是1需要供应电源，电功率要求在153OKW，增加了电源系统的负荷；2再生温度可控性差；3结晶SIC的制造工
42、艺复杂，成本高。312喷油助燃再生技术喷油助燃再生系统是在捕集器入口前，设置一燃烧器，利用排气中的氧或另外供给的空气与燃烧器中由喷油器供给的少量燃油形成可燃混合气，然后通过火花塞点火形成的高温燃气喷入捕集器，使沉积的微粒燃烧从而实现过滤体的再生。此技术的优点是再生效率高。18但目前的主要问题是1系统结构复杂，成本高；2可控性差，需采用一套电控系统；3如果点火失败将使燃料沉积在过滤体上引起二次沉积和污染；燃烧不完全同样会引起二次污染。313微波加热再生技术微波是频率在300300000HZ非电离的电磁波，微波通过某些介质时，使其分子振荡产生热量。微波加热再生就是利用微波所独具的选择加热及体积加热
43、特点，对沉积在过滤体上的对微波具有极强吸收能力的微粒及过滤体本身进行加热，使微粒迅速燃烧。微波再生时在过滤体内部形成空间分布的热源，对过滤体进行体积加热，这种加热方式可使沉积在过滤体内部的微粒就地吸热、着火、燃烧，过滤体的温度梯度小，因而减少了热应力引起过滤体破坏的可能。微波加热再生技术是一种高效的先进技术，它具有以下优点1净化效率较高，净化速度快。再生时不需要催化剂，微波使碳粒温度升高氧化时放出热量，又促使其它微粒的氧化；2无二次污染；3不需要增加活动的部件，必要时只需加一个冷却磁控管的风扇；4适合各种类型的微粒过滤器使用，有助于微粒过滤器的标准化；5对再生过程实行电控，自动化程度高，非常容
44、易与汽车的电控系统结合实现柴油机排放控制自动化。其缺点主要是1微波元件加工和连接精度要求高，故在车用工作条件下使用可靠性较低，且成本高；2系统对车用电源的要求很高，故有耗电量高的问题。314红外加热再生技术红外辐射加热机理是当辐射源的辐射波长与被辐射物的吸收波长相一致时，后者就吸收了大量红外能，从而迅速改变和加剧其分子的运动，达到发热升温加热的作用。所以红外加热方式能缩短受热体加热到所需温度的时间，减少能耗；可较方便地控制辐射能量的空间分布，加热均匀，加热效果好；能直接加热受热体，加热装置简单可靠，使用寿命长。目前国内的柴油机红外再生微粒捕集系统是由大连理工大学研制开发的具有自主知识产权的微粒
45、排放后处理系统。其优点为1该系统对含硫燃油具有很高的适应性，适应我国的高含硫燃油现状，为柴油机微粒捕集器在我国的实际应用铺平了道路；2红外再生技术结合电子动态反馈控制，使系统具有再生过程可控、使用寿命长且成本低、没有二次污染的特点，具有很强的实用性，适应中国的国情。为柴油机微粒捕集器在我国的实际应用解决了关键性技术难题；3柴油机红外再生微粒捕集系统过滤效率高，其微粒排放净化率大于95。4柴油机红外再生微粒捕集系统可取代现有的汽车消音器，适宜城市公交车、旅游大客车及高速公路重载车辆，也适合于柴油机发电站和码头仓储等。同时，该系统拓宽了柴油机燃烧的冒烟极限，配合推迟喷油及EGR废气再循环等方法，可
46、同时大幅度减少NOX的排放量，使柴油机的排放污染问题得以解决。该系统目前的问题是1系统工作过程的监测手段、智能化控制水平有待进一步改进和提高，以保证系统工作可靠性；2再生的最佳窗口需进一步优化以加强再生可靠性。315大负荷再生技术柴油机在高速、高负荷运转时，排气温度可达到600以上，过滤器中85的微粒在此排气温度下能较快地氧化成CO，从而实现再生。该技术简单，无需附加任何辅助系统，但是，19因为车用柴油机很少在高速高负荷工况下运转，故平均排气温度较低，不会超过微粒燃烧温度500600，所以大负荷再生技术不适合于车用柴油机，而在船用柴油机中可以得到更好的应用。316进、排气节流再生技术进气节流再
47、生技术是在部分负荷时使柴油机的进气量降低，排气流量减少，排温升到较高水平从而满足过滤器再生的需要。但过分节流会使氧浓度过低，微粒排放量反而增多，同时动力性和经济性都下降。当柴油机从节流状态回到不节流状态且转速低时，过滤器中的微粒获得氧而迅速燃烧，释放大量的热，滤芯材料会因温度骤升而损坏。排气节流再生技术是目前研究比较多的节流再生方式，它是在部分负荷时通过排气节流，增加排气温度，使过滤器中的微粒着火燃烧。节流再生技术的再生时机是可以控制的，但整个再生过程会使柴油机动力性和经济性都有很大程度的降低，并且由于节流，使气缸盖、活塞、气门等零部件的热负荷增加，使柴油机寿命有所下降。317HC和CO氧化再
48、生技术这种技术也称为后燃再生技术，是通过废气再循环或者调整喷油正时以增加排气中的HC和CO含量，并使它们在较高的温度及富氧情况下燃烧，产生的较高热量点燃微粒，实现再生。但该技术可控性差，可能会产生二次污染。318反吹再生技术反吹再生技术，是指当过滤体需要再生时，使用压缩空气从过滤体出口高速喷入，将微粒从过滤体表面清除，并落入微粒漏斗，收集在漏斗内的微粒由漏斗内的电加热器连续烧掉。反吹再生技术将微粒的燃烧与过滤体分开，避免了过滤体由于微粒燃烧而产生爆裂或烧熔，从而提高了柴油机微粒过滤器及再生系统的可靠性和使用寿命，同时也解决了微粒在过滤体内累积的问题。此技术存在的主要问题是1系统对电源的要求高；
49、2需大量的压缩空气，供气管路设计复杂。319催化再生技术催化再生技术是将催化剂提前浸渍在过滤体上，利用化学催化的方法降低微粒的自燃温度，使其能在柴油机正常排气温度下进行燃烧，实现微粒过滤器的再生。在再生过程中，过滤体所受的热负荷较小，因此提高了过滤体的寿命及工作可靠性。该技术目前存在的问题主要是1尚未研制出能有效促进微粒在尽可能低的排温下氧化的催化剂；2由于微粒与催化剂的接触反应极不均匀，因此很难进行完全再生；3催化剂活性随着使用时间的增加会逐渐降低。尽管在国外催化再生技术有了一定的应用成果，但由于我国柴油中的硫含量很高，远高于催化再生所要求的低硫含量的标准，故此技术在我国的应用还需一段时间。3110燃油添加剂再生技术该技术是在燃油中加入一种溶于燃油的金属催化剂如铈、铁锶、铂铈，在柴油机中燃烧后生成的金属催化剂氧化物和微粒一起被过滤器捕集，这使微粒和催化活性成分充分接触，相当于在微粒中加入催化剂来降低微粒自燃温度，从而在较低的排气温度下，不需要外部能源，过滤体就能自行再生。该技术目前的主要问题是1燃料添加剂的燃烧产物随20排气流经过滤体时，有一部分会沉积下来而堵塞过滤体孑L隙，使过滤体的使用寿命下降；2排入大气中的燃料添加剂的燃烧产物会造成二次污染。311
