柴油机微粒排放的净化技术发展趋势_论文

柴油机微粒排放的净化技术发展趋势_论文内容摘要：

烧系统的优化燃烧过程对微粒产生的影响最大，也是研究的热点，主要有以下几个研究方向 .、喷油嘴端压力、喷油嘴结构和喷油提前角 .喷油系统的性能直接 影响嫩油的雾化和混合气的质量，最终影响微粒排放特性 .例如，增加喷油嘴孔数、采用电控技术和提高喷射压力可以使燃油在燃烧室内更均匀地分布，减少燃油碰壁，将有利于减少微粒排放，但会引起 N0，的增加。 ，日本、美国都在研究预混合燃烧方式的柴油机，这样，可使燃油与空气充分混合，尽量避免在高温缺氧情况下燃油裂解成碳粒的可能性。 有利于减少微粒排放 .这是由于涡流比大，提高了进气速度，而降低充气效率 .但在发动机实际运行时，低转速时要求较高的进气旋 流。 而高速时要求有较低的进气旋流 .采用可变涡流进气道技术可使运行中的涡流比在 ，使发动机性能及微粒排放特性在整个范围内得到优化。 ，使活塞上的嫩烧凹坑和缸盖上的喷油嘴布置在燃烧室中央，改善了进气涡流和油雾分布，使燃烧状况明显优化，同时也改善了活塞和喷嘴的冷却条件，从而减少微粒排放 :瓷材料用陶瓷材料制成的燃烧室、活塞顶和缸套可以提高嫩烧室的绝热效果 .用陶瓷材料制成气门摇臂等运动部件，可减少摩擦阻力、降低机油耗量，从而减少微粒排放 二 . 进气增压与空气冷 却技术进气增压与中冷可以增加进气量，这样姗料在最大扭矩时可以得到充分的氧，而避免达到临界空燃比。 使用变截面增压器 (vCT)并配湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 4 合先进的控制系统，可有效地降低微粒排放量 三 . 降低机油消耗量在柴油机排放的微粒中，未燃机油占很大比重，所以必须降低机油消耗量 .为此，须对活塞、活塞环、缸套等零部件进行优化设计并进行配合间隙的优化研究，特别是热变形条件下的研究，以达到降低机油消耗的目的 四 . 燃料的改进措施 ，柴油中的硫约有 98%转化为S0。 ，其余的 2%成为硫酸盐颗粒 .部分 s0:被进一步氧 化并与嫩烧过程中生成的 HZO结合，形成 (如 C?50?等 )，增加了微粒的排放量 .当嫩料中的 S从 %下降到 %时，微粒排放量将减少 8%~10%，但进一步减少 S对微粒的排放量不再有影响 .美国 1993年 10月规定高速公路上行驶的汽车所用的柴油，其硫含量不得高于 %， 1996年已全部供应低硫柴油 .日本也于 1997年全部供应低硫柴油。 油重燃油比重直接影响非直喷式柴油机的微粒排放，即微粒排放量随燃油比重的增加而增加 :，这样由于油中水的急剧汽化 使油滴变得更加细小，有利 于 扩散然烧，可有效降低微粒排放 机外净化措施 机外净化即排气后处理，将柴油机排气引人专门的后处理装置中，消除其中的部分微粒后再排人大气 .主要的机外净化措施示于图 的是微粒的过薄技术，即用耐高温的过滤材料制成特定结构的过滤体，将排气中的微粒截留在过滤体内，从而达到净化的目的 .过滤体的材料和结构应满足以下要求 :a.通过特性好，排气阻力尽可能小。 ，有较好的机械性能 ，能承受很高的热负荷。 e 适应再生的要求 . 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 5 目前国内外应用最广泛的过滤材料有壁流式蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、陶瓷纤维等 .随着过滤体内微粒的不断积累，柴油机排气阻力增加、背压升高 .当背压升高到一定程度时，将导致柴油机功率和过滤效率下降 .所以必须及时清除过滤体内积存的微粒 .众所周知，当柴油机在最大负荷、转速的工况下，气缸排气口的温度可达到 500 一 600℃ ，此时柴油机排气微粒开始迅速氧化、升温直至着火燃烧，以此减少微粒，从而达到过滤体的排气阻力和过滤效率恢复到原来的水平，即过滤体的 “再生 ”.目前过滤体的再生方法主要是 :“热再生 ”，即利用全负荷再生、喷油助燃 再生、电加热再生、电自加热再生、节流再生等，此外，也开发了如逆向喷气再生、振动再生等非加热再生方法，也就是利用外部热源使积存在过滤体内的微粒升温、自燃，以减少过滤体内的微粒 . 一． 柴油机排放后处理系统柴油机微粒后处理系统是利用泡沫陶瓷过滤微粒，并利用微波对滤体进行再生 1 . 泡沫陶瓷过滤体将陶瓷原料配制成泥浆，并在聚醋或聚醚泡沫塑料内浸演成型，最后经制而成 .结构如图 2 所 示。 泡沫陶瓷内部由许多小孔 (称为 “气室 ”)组成，每个气室通过窗口与多个邻室相连，由于微粒直径远小于气室直径，所以微粒的捕集发生在整个气 室里 .其优点是多孔结构使火焰易于传播，从而 有利于再生，且泡沫陶瓷各向同性，再生时热应力小，不易造成热损坏，其缺点是结构疏松 ,强度低，在排气冲击和机械振动条件下易出现损坏。 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 6 图 2 2 .微波再生柴油机微粒排放后处理系统在国内率先采用了微波再生这一新技术 .与其它再生方法相比具有以下特点 .，但微粒对微波的吸收能力却是陶瓷的 100 倍以上，因此，在微波再生过程中，微粒是主要的被加热对象，这种选择加热特性对于提高能量利用率、延长过滤体寿命、提高再生效率都是十分有利的。 ，引起被加热物质分子偶极子高速振动的摩擦，从而产生热量 .微波能在过滤体中是空间分布的 .因此，微波再生具有加热迅速、均匀的特性，使再生过程能量利用率高，且减少了因加热不均匀引起过滤体热损坏的可能性 .柴油机微粒排放后处理系统主要由过滤器、微波源、车用电源和自动控制系统四部分组成 (图 3)，柴油机工作时，排气通过过滤体，其中的部分微粒被过滤体捕集，净化后的排气排人大气 .当过滤体中的微粒积累到一定程度时则开始再生 .微波由微波源发出，在过滤器与微波源之间 . 一块石英玻璃不吸收微波能， 其主要作用是隔离高温烟气，防止对微波能源造成损坏和污染湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 7 由于微波源功率有限，再生过程中如有高速气流流经过滤体，那么再生就很难实现 .为了保证再生能顺利进行，再生时旁通阀关闭排气管至过滤器的通路，同时打开旁通通路，使废气直接排人大气，以免气流对过滤体的冲击 .再生时，旁通阀、车用电源、微波源均由控制系统自动控制 .经台架试验和整车台架试验，其过滤效率超过钧 %.微波再生效率超过 80%，整个系统工作稳定可靠，具有很高的实用价值 . 二． 其它过滤材料 1. 壁流式蜂窝陶瓷 壁流式蜂窝陶瓷开有许多蜂窝孔，相邻 的蜂窝孔道两端交替堵孔 .发动机排气从人口通道进人后，须经过过滤体内部的多孔薄壁才能排出 .由于薄壁的气孔率高达400 目 /，所以过滤效率高，可达 60%一 80%。 结构强度高，抗热冲击和机械振动的能力强 .但蜂窝陶瓷各向异性，其径向膨胀系数是轴向膨胀系数的两倍，且微粒都沉积在进气孔道内，因此再生过程中受热不均匀，易发生热冲击损坏 2. 编织陶瓷纤维 编织陶瓷纤维具有高度表面积化和良好的抗高温能力，不受固定尺寸的限制，湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文。