農用柴油機排放污染物的控制與淨化措施

20世紀60年代以來，柴油機排放污染物的控制與淨化問題已成為內燃機技術發展上的一個重要內容，國內外都取得了一些成果，其中包括排放污染物的測定設備與方法、排放污染物的控制標準以及各種控制措施與淨化措施等。

一、改進燃燒系統、供油系統與進氣系統

降低排氣污染，首先在柴油機本身的燃燒上採取措施，也就涉及到燃燒室、供油和進氣的問題。

分開式燃燒室的排放污染比直噴式要低，而且直噴式的排放對各種因素的變化很敏感（如壓縮餘隙對CO、HC、碳煙的生成有一定影響，應該努力減小壓縮餘隙），但因經濟性的原因，燃燒室從分開式發展向直噴式的趨勢是明顯的。直噴式燃燒室的NOx生成量高是個突出的問題，採用延遲噴油和排氣再循環可以起到降低NOx排放的作用，但產生了對功率和經濟性不利的影響。所以改進舊有燃燒室和探索新型燃燒室是必要的，如m過程燃燒室的NOx和HC排出量都較大，要通過增壓、排氣再循環和延遲噴油等措施來解決；新型燃燒室中如四角形燃燒室可以使燃料分佈均勻，降低燃燒温度，四角處引起紊流，使NOx和排．煙減少；渦流預燃室結合預燃室與渦流室的特點，適當控制了渦流，可以消除強渦流引起的高温火焰集中現象，使得這種燃燒室在具有良好經濟性和動力性的同時，NOx生成不多；預燃室式燃燒室生成的NOx較低，但HC和CO生成量卻偏高，為此提出了可變幾何參數的預燃室，由於活塞頂部凸塊伸入預燃室噴孔改變了噴孔的氣流速度，改善了燃燒過程，除了可以降低耗油率使接近直噴式外，也降低了HC，碳煙和最高爆發壓力及燃燒噪聲；還有的直噴式在延遲噴油的同時加強氣流運動，使得在保持足夠熱效率的同時可以降低循環平均温度，減少NOx和碳煙的生成；有的渦流室和活塞頂凹槽構成兩級燃燒，減少了各污染成分的生成量。

供油系統各項參數，例如噴油定時、噴油壓力、噴油速率、噴嘴結構形式等，對排放污染影響較大。噴油延遲顯著降低了最高燃燒壓力和温度，縮短了反應物在缸內的滯留時間，所以對降低NOx的生成是一種簡便有效的措施，現已得到廣泛應用，但在部分負荷時則應使噴油適當提前以減少HC的生成。在採用噴油延遲後，為不使燃燒後拖，可以使噴油加快，縮短噴油延續，並加強氣流運動以強化燃燒反應，使比油耗和後燃產物CO、碳煙不致過分增多，最好能採用噴油提前角的自動調節器（機械作用的或電子控制的）以求儘量達到延遲噴油的最佳值。正確調整噴射壓力保證噴霧質量對於降低排放HC和碳煙是個很重要的使用因素，在使用中噴射壓力的變化應該進行定期的檢測和調整。

燃燒室內的空氣運動對污染成分的生成也有很大的影響，渦流大小對燃燒完全與否和排煙多少有影響，NO、的排放濃度往往隨渦流強度的增大而增加，所以渦流強度的大小隻能在兼顧HC、CO、碳煙和NOx的生成之間進行選擇。採用增壓後，由於進氣量增多，循環温度升高，有利於CO、HC、碳煙的排放降低，緩和了延遲噴油帶來後燃的不利影響，但NOx的生成量增多；採用增壓中冷，則可以兼顧動力性、經濟性與排放性能，由於中冷後降低了進氣温度，使燃燒温度不致升高過多，因而控制了NOx的生成。增壓後應該加裝油量限制器（限煙器）以減小加速時的排煙。改善進氣系統的一個重要使用因素是對空濾器的保養、氣門定時的安裝、氣門間隙的調整，這些會影響到充量係數和餘氣係數，從

而影響到缸內污染物的生成量。

二、對空氣與燃料進行預處理

這一措施可以改變氣缸內燃燒反應物的性質，改變燃燒反應的條件，如採用排氣再循環、進氣管噴水、採用摻水乳化燃料，改變燃料性質和使用燃油添加劑、使用磁化燃油以達到消煙節油的效果等。

排氣再循環方法在汽油機上也已採用，是柴油機降低NOR的有效措施之一，由於廢氣引回缸內而稀釋了缸內反應物，使缸內增多了三原子分子（排氣中的燃燒產物CO2H2O等為三原子分子），因而明顯降低了燃燒室高峯温度，使NOx生成量減少，也由於減少了排氣量而使柴油機排放污染物的絕對數量減少；由於將高温廢氣引入氣缸，還使柴油機可改善啟動性能，改善怠速燃燒，降低怠速燃燒，降低怠速耗油量和CO、HC排放量，減小低温和怠速、小負荷時的着火延遲，降低燃燒噪聲。這種方法如果將廢氣經過冷卻再送回氣缸，稱為冷循環，在降低NOx和煙度、減少功率損失上比熱循環好，但是裝用冷卻裝置，潤滑油易於變壞，發動機腐蝕和磨損較大。再循環量在巧％以內為宜。在高負荷下，由於氧氣不足，使煙度和功率損失增大。所以實用中還有待解決再循環量在不同工況條件下的控制和調節問題。

進氣管噴水使缸內燃燒温度下降，並可冷卻進氣，使充量密度提高，其功率損失和煙度變化較小，優於排氣再循環法。試驗認為，噴水量和燃料量比值為1時較合適，噴水一般在進氣門前。但是這種方法也存在腐蝕氣缸、污染潤滑油等實際問題。

燃料性質對碳煙生成存在一定規律性，相同十六烷值的芳香烴比烷烴更易於生煙；十六烷值增大，．碳煙生成量也增大。柴油內加入含鋇的消煙添加劑可以起到消煙作用，這是因為鋇化合物可以提供OH基，再和C的微粒很快發生作用。

Cn＋OH→CO＋Cn-1＋H

連續進行這樣的反應就可以起到消煙的作用。但是柴油中含硫時可能會生成硫酸鋇，燃燒中也可能生成碳酸鋇，這些鋇鹽對柴油機零件的影響及鋇鹽隨廢氣排出後對環境的影響則還有待進一步試驗。