環(huán)境工程專業(yè) 內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)的尾氣處理的分析和探討

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1、 論文題目 內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)的尾氣處理的分析和探討 任務(wù)書 畢業(yè)論文題目 內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)的尾氣處理的分析和探討 1． 畢業(yè)論文任務(wù)要求： 論文摘要: 近年來，工業(yè)發(fā)展速度加快，能源消耗也在不斷增加，全球面臨著越來越嚴(yán)重的環(huán)境問題，常見的問題比如說臭氧層破壞、全球變暖等等，這些問題對人們的日常生活有著極為重要的影響。臭氧層破壞、全球變暖等等均屬于大氣污染問題，而從聯(lián)合國所公布的公害來看，大氣污染是最主要的一種，因?yàn)榇髿馕廴臼箍刂瀑|(zhì)量急劇降低，使人們正常的生產(chǎn)生活受

2、到損害，對工農(nóng)業(yè)也造成極大的損失。 大氣污染的原因較多，但是主要的原因便是內(nèi)燃機(jī)的排放物，從整體上來看，內(nèi)燃機(jī)所排放的氣體多是對大氣有害的。近年來工業(yè)迅速發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)的使用量也在逐漸增加，所以內(nèi)燃機(jī)的有害排放物對大氣環(huán)境造成的危害日漸嚴(yán)重。 我國機(jī)械行業(yè)中重要的組成之一，內(nèi)燃機(jī)為各種機(jī)械，如農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、石油鉆機(jī)等等，這些機(jī)器多應(yīng)用柴油機(jī)。因?yàn)閺恼w上來看，柴油機(jī)是以上所有機(jī)械中對能量利用最高，且相對來說比較節(jié)能的機(jī)型，隨著工業(yè)的發(fā)展，我國越來越多的企業(yè)開始應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)對我國的影響日益加深。不過內(nèi)燃機(jī)的大量應(yīng)用，也造成了環(huán)境的污染，故而本文對內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)的尾氣處理進(jìn)行分析。

3、 論文提綱: 第一章：研究的背景和意義 1.1人類的生存環(huán)境問題突出 1.2柴油機(jī)的主要污染物的危害 第二章：柴油機(jī)主要排放物的生成機(jī)理 2.1 氮氧化物（NOX）的生成機(jī)理 2.2 未燃碳?xì)浠铮℉C）生成機(jī)理 2.3 一氧化碳（CO）生成機(jī)理 2.4 硫氧化物（SOX）生成機(jī)理 2.5 顆粒狀物質(zhì)（PM）生成機(jī)理 第三章：柴油機(jī)廢氣排放控制的幾項(xiàng)措施 3.1 從柴油機(jī)機(jī)內(nèi)進(jìn)行控制 3.1.1 噴油提前角對排放的影響 3.1.2 壓縮比對排放的影響

4、3.1.3 進(jìn)氣壓力和溫度對排放的影響 2．主要參考資料： 期刊文獻(xiàn)書寫規(guī)范：作者，論文篇名，刊物名，出版年，卷（期），論文在刊物中的頁碼。 圖書文獻(xiàn)書寫規(guī)范：作者，書名，出版地，出版社，出版日期。 文獻(xiàn)1：周保龍.內(nèi)燃機(jī)車第二版[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005 文獻(xiàn)2：Hewson J C, Bollig M. Reduced mechanisms for NOX emissions from hydrocarbon diffusion flames. Twenty-six Symposium (International)on Combustion ,1996:2

5、171～2179 文獻(xiàn)3：周松，肖友洪，朱元清.內(nèi)燃機(jī)排放與污染控制[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2010. 文獻(xiàn)4：王尚勇，楊青.柴油機(jī)電子控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2005. 3．畢業(yè)論文進(jìn)度安排： 起 止 時 間 階 段 內(nèi) 容 2018年7月13日—2018年9月15日 收集有關(guān)論文（設(shè)計）資料，指導(dǎo)老師組織學(xué)生進(jìn)行論文選題、指導(dǎo)學(xué)生選定任務(wù)書或?qū)徍藢W(xué)生自擬任務(wù)書并下達(dá)畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書。 2018年9月16日—2018年10月23日 撰寫論文、提交初稿，指導(dǎo)老師進(jìn)行論文指導(dǎo)和評閱。 2018年10月24日—20

6、18年11月13日 上傳畢業(yè)論文（設(shè)計）終稿，指導(dǎo)老師進(jìn)行指導(dǎo)和評閱。 2018年11月下旬-12月上旬 畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯。 目 錄 第一章 緒論 ……………………………………………………………………… 1 1.1研究的背景和意義 ………………………………………………… 1 1.1.1人類的生存環(huán)境問題突出 …………………………………………1 1.1.2柴油機(jī)的主要污染物的危害 ………………………………………3 第二章 柴油機(jī)主要排放物的生成機(jī)理…………………………………………5 2.1 氮氧化物（NOX）的生成機(jī)理 ……………………

7、…………5 2.2 未燃碳?xì)浠铮℉C）生成機(jī)理 ……………………………7 2.3 一氧化碳（CO）生成機(jī)理 …………………………………9 2.4 硫氧化物（SOX）生成機(jī)理 ………………………………11 2.5 顆粒狀物質(zhì)（PM）生成機(jī)理………………………………12 第三章 柴油機(jī)廢氣排放控制的幾項(xiàng)措施……………………………………… 14 3.1 從柴油機(jī)機(jī)內(nèi)進(jìn)行控制…………………………………………………14 3.1.1 噴油提前角對排放的影響………………………………………14 3.1.2 壓縮比對排放的影響……………………………………………17 3.1.3 進(jìn)氣壓力和溫度

8、對排放的影響…………………………………19 結(jié)論 ……………………………………………………………………………… 30 致謝 …………………………………………………………………………………31 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………32 摘要 1 緒論 1.1 研究的背景和意義 1.1.1 人類的生存環(huán)境問題突出 近些年來，經(jīng)濟(jì)增速加快，工業(yè)發(fā)展迅速，與此同時，能源的消耗量也在逐漸增加。在能源消耗中，會排除一定的污染物，這些污染物對大氣的污染也在日益增加，大量的污染物不但直接影響著大氣環(huán)境，同時也對全球氣候以及大氣成分的組成產(chǎn)生

9、一定的不良影響，一系列的情況導(dǎo)致了全球環(huán)境問題。當(dāng)前全球性大氣污染主要表現(xiàn)在三個方面，分別是溫室效應(yīng)、酸雨以及臭氧層耗損。 (1) 溫室效應(yīng) 隨著大量廢氣的排除，大氣中某些氣體含量也在不斷增加，這直接致使大氣對敷設(shè)的選擇發(fā)生轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致地面上溫度增加，從而影響到生物生長，影響到大氣環(huán)境，甚至影響到人們的生產(chǎn)生活活動，這一種效應(yīng)便是問世效應(yīng)，同時這一氣體也被成為“溫室氣體”。常見的溫室氣體主要包括。常見的問世氣體主要包括主要包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、臭氧（O3）、氧化亞氮（N2O）和氯氟烴等，其中CO2的溫室作用最為明顯。雖然對溫室氣體造成溫室效應(yīng)的原理等各持有不同的意見，但

10、是從整體上來看，多數(shù)專家認(rèn)為產(chǎn)生溫室效應(yīng)起主要作用的是溫室氣體的物理性質(zhì)。 圖1—1 溫室效應(yīng)示意圖 因?yàn)闇厥覛怏w對來自太陽的短波輻射的透過性較高，而與此同時，對于地面反射的長波敷設(shè)的敷設(shè)性能有較高的吸收性。具有較高的透過性，而對與地面反射的長波輻射具有高度的吸收性能（如圖1-1所示）。 大氣溫室氣體的突然增加使大量的紅外光從地面反射回來，改變了地球表面的原始平衡。 溫室氣體的“隔墻”可防止紅外線的逸出，“捕獲”太陽能會提高大氣溫度，使氣候變暖并產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。 CO2是各種碳?xì)浠衔锶紵笏a(chǎn)生的基本性產(chǎn)物。因?yàn)槿丝谠鲩L和世界經(jīng)濟(jì)的快速增長，更多的二氧化碳被釋放到大氣中

11、。 根據(jù)這些數(shù)據(jù)，過去100年來，由于使用化石燃料造成的大量砍伐以及大規(guī)模溫室氣體二氧化碳的人性化，從工業(yè)時代的280 ppm增加到目前的360 ppm。 每年0.4％，約1.5 ppm的增長。 這一比例正在增加，這意味著世界平均氣溫上升0.83C，接近過去100年平均氣溫上升的記錄。 根據(jù)目前的樹木捕獲率和化石燃料燃燒的增加，大氣CO 2在50年內(nèi)將會翻倍，中緯度表面溫度從2℃升高到3℃，并將極地溫度將會升高6℃至10℃。 (2) 酸雨 酸雨是指pH值小于5.65的大氣將入，比如常見的霧、露、霜，酸雨也是大氣污染的一種現(xiàn)象。酸雨的風(fēng)險，主要是破壞森林生態(tài)系統(tǒng)，改變土壤的特征和結(jié)

12、構(gòu)，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)，腐蝕建筑物，是傷生物呼吸系統(tǒng)和皮膚。 大氣中不同酸性物質(zhì)形成的不同酸都會導(dǎo)致酸雨的形成。通常，如果酸雨，60％?70％的硫酸，硝酸占5％，30％是鹽酸，有機(jī)酸占2％。 SO2和NOX是形成酸雨的主要物質(zhì)。 根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，人為地排放到大氣中的二氧化硫的量大約是1.3億噸/年，其中煤炭的燃燒產(chǎn)生的9000多萬噸左右，占約76％ 。當(dāng)大量SO2進(jìn)入大氣時，在一定的氧化劑或催化劑存在下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并形成硫酸。在干燥條件下，SO2通過光化學(xué)過程氧化成SO3，然后轉(zhuǎn)化為H2SO4，但該反應(yīng)非常緩慢。 空氣污染中的氮氧化物主要是NO和NO2。人為NOx排放主要是由化石燃

13、料的燃燒引起的。在化石燃料燃燒過程中，NO占95％以上，但進(jìn)入大氣后大部分NO轉(zhuǎn)化為NO2。在大氣中，NOX向HNO3硝酸的轉(zhuǎn)化包括以下過程類型： 表1-1 NOX轉(zhuǎn)化為HNO3硝酸過程 （1）慢過程 2NO + O2 → 2NO2 NO + O3 → NO2 + O2 （2）快過程，O3參與反應(yīng) NO + O3 → NO2 + O2 3NO2 + H2O → 2NO3- + NO + 2H+ （3）NO2和O3以高濃度混合時， 生成五氧化二氮（N2O5） 2NO2 + O3 → N2O5 + O2 N2O5 + H2O →2NO3- + 2H+ （4）NO2在霧和水

14、中，在鐵、 錳金屬或SO2等催化劑條件下： 4NO2 + 2H2O + O2 → 4NO3- + 4H+ 以上四個過程與空氣污染物種類以及大氣的氣象條件有較大的關(guān)系。NO2除了本身直接反應(yīng)形成HNO3外，當(dāng)它與SO2同時存在時，還可以作為氧化劑使SO2向SO3轉(zhuǎn)化，然后形成硫酸，最后形成酸雨。 1.1.2 柴油機(jī)的主要污染物的危害 當(dāng)前世界上應(yīng)用較多的動力裝備是內(nèi)燃機(jī)，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)有較高熱效率，同時具有較大的功率以及較長的壽命。它在各個行業(yè)都發(fā)揮著不可替代的作用，但內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的水平是該國發(fā)展的標(biāo)志之一。 內(nèi)燃機(jī)使用傳統(tǒng)的化石燃料，其排放是最重要的污染源之一。 內(nèi)燃機(jī)的有害廢氣包括在燃料

15、，曲軸箱氦，油蒸發(fā)燃料，內(nèi)燃機(jī)的燃料箱，燃燒廢氣等燃燒之后排出的廢氣，排出的廢氣的燃燒是污染源之一，同時也是最主要的污染源。 柴油機(jī)所排放的為其當(dāng)中除氮?dú)猓∟2）、氧氣（O2）、二氧化碳（CO2）、氫氣（H2）以及水蒸汽（H2O）之外，其它都是有毒成分。包括氮氧化物NOX、碳?xì)浠衔颒C以及含氧碳?xì)浠衔铮ㄈ?、酮、烯等）、一氧化碳CO、二氧化硫SO2以及碳煙等等。柴油機(jī)所排放的尾氣當(dāng)中的CO是一種無色無味的有毒氣體，容易與體內(nèi)的血紅蛋白化合物結(jié)合，引起缺氧狀態(tài)，抑制生理功能，留下后遺癥并可導(dǎo)致死亡。 因此，碳?xì)浠衔锏目倲?shù)稱為碳?xì)浠衔?，廢氣中含有200多種碳?xì)浠衔?，對苯并氧化物，硝基，?/p>

16、醛，眼睛和呼吸器官等致癌物質(zhì)有很強(qiáng)的刺激作用。 有。 丙烯醛和有害的碳?xì)浠衔锶缫蚁┛赡軙p害正常濃度下的植物生長。 碳?xì)浠衔锸且环N重要的污染物，會導(dǎo)致光化學(xué)污染，并給許多現(xiàn)代城市帶來許多混亂。另外，HC與NOX在大氣陽光的作用下，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，它的直接作用不容忽視。高濃度的NOX能導(dǎo)致中樞神經(jīng)的癱瘓及痙攣，另外，NO在大氣中被氧化成NO2后也會造成較大的傷害，因?yàn)镹O是廢氣中臭味的主要成分之一。生活在NO濃度超過100ppm的環(huán)境中的正常人會導(dǎo)致肺水腫和死亡。含有高濃度NO的氣氛也會影響人的心臟，肝臟，腎臟和造血組織，最終導(dǎo)致死亡。 柴油機(jī)廢氣表明它含有許多有害成分，直接威脅到人們的生

17、命和健康，污染了人類賴以生存的環(huán)境。 因此，必須采取有效可行的措施，減少污染物排放，保護(hù)環(huán)境，保護(hù)人類健康。 幾年前，世界各國都有各種關(guān)于內(nèi)燃機(jī)排放的法規(guī)。 事實(shí)上，關(guān)于內(nèi)燃機(jī)的排放情況，有較多的國家對其進(jìn)行了不同的規(guī)定，如下圖所示： 圖1-2 加利福尼亞的廢氣排放法規(guī) 2 柴油機(jī)主要排放物的生成機(jī)理 2.1 氮氧化物(NOX)的生成機(jī)理 氮氧化物包括NO，NO2，N2O3，N2O，N2O5，N2O4以及NO3，其中對環(huán)境危害性最大的是NO和NO2。通常提到的氮氧化物（NOX）污染，主要指的是NO和NO2。在內(nèi)燃機(jī)排氣中，NO2的濃度比NO低得多，大約只占5%。所以對N

18、OX的研究主要還是針對NO。 柴油機(jī)在燃燒中也會產(chǎn)生大量的NOX。另外，在柴油機(jī)的燃燒過程中，NO生成途徑主要根據(jù)不同的生產(chǎn)機(jī)理分為三個，即熱NO，燃料NO和快速NO。熱NO主要是因?yàn)榭諝庵械腘 2在火焰的高溫下被氧化。燃料NO是含氮燃料燃燒的產(chǎn)物，快速NO主要是由于燃料中的碳?xì)浠衔?，HC和C在燃燒過程中分解。它是由空氣中的原子或基團(tuán)與N 2之間的化學(xué)反應(yīng)形成的氮化物，并且氮化物在火焰中與O，OH等快速反應(yīng)產(chǎn)生NO。一般車輛的柴油的氮含量是在與幾乎不發(fā)生，即，當(dāng)烴是大的，氧氣濃度相對低時，基本上燃燒過程的燃燒的情況下低，相對富含快速NO柴油發(fā)動機(jī)可以忽略不計。燃油NO和高速NO。因此，柴油

19、機(jī)廢氣中的NOx主要是燃燒室中被稱為熱NO的高溫高壓空氣中的N 2和O 2的燃燒產(chǎn)物。通常，在所有生命中產(chǎn)生熱NO的過程是延長的捷爾杜維奇反應(yīng)機(jī)制。 該機(jī)制表明，柴油發(fā)動機(jī)的廢氣中的NO是由于氮?dú)夂脱鯕庵g的化學(xué)反應(yīng)，而不是燃料燃燒。當(dāng)燃燒室中存在過量氧氣并且膨脹以及排氣量小時形成。分解后，釋放到大氣中，然后與氧氣形成NO2和其他氮氧化物。其主要的反應(yīng)方程式如下所示： 根據(jù)燃燒處于平衡的假設(shè)，反應(yīng)式2-1至2-3在平衡時的反應(yīng)速率分別為： 式中[-]e表示組成成分的平衡濃度。O、OH和H的濃度可下列不分平衡反應(yīng)計算： 由此可將上式(2-6)中O2、N2、OH、O等濃度均用其

20、平衡濃度代替，經(jīng)化簡，最后得到NO的生成速率方程: (2-13) 通過化學(xué)平衡計算可以獲得相應(yīng)組分的平衡濃度值，并且可以計算反應(yīng)速率R1，R2和R3。因此，該等式僅包含[NO]變量，可以通過積分時間來求解。積分范圍從燃燒開始到冷凍溫度。 由于在柴油發(fā)動機(jī)的燃燒室中燃燒期間認(rèn)為N 2的濃度基本恒定，因此產(chǎn)生的NO x的量主要取決于峰值火焰溫度，氧氣濃度和停留時間。其產(chǎn)生條件如下。 其一，燃燒室中存在過量的氧氣。柴油發(fā)動機(jī)的燃燒室中的富氧燃燒過程提供了產(chǎn)生NOx的條件。過量空氣越多，NOx生成的可能性就越高。 其二，燃燒過程的高溫，柴油機(jī)燃燒過程的最高溫度可達(dá)到100

21、0K。 其三，高溫持續(xù)很長時間。 2.2 未燃碳?xì)浠铮℉C）生成機(jī)理 如果燃油在氣缸內(nèi)并沒有進(jìn)行完全燃燒，存在一定的未完全燃燒物，這便是未燃碳?xì)浠衔?，未燃碳?xì)浠衔锼ǖ奈镔|(zhì)較多，比如燃料本身最初的燃油分子、被分解的燃油分子以及部分經(jīng)過燃燒而形成的再生化合物等。其它部分是從潤滑油，另一部分，或部分混合物太暗，或者過薄，或它們的混合物過冷，或驟冷，在汽缸中燃燒的燃料的少量我無法烘烤它。用于柴油發(fā)動機(jī)的燃燒是異質(zhì)燃燒，空氣過剩率是比較大的，該氣體混合物是過于豐富且瞬時過量仍然存在的現(xiàn)象。例如，在注射的尾部和核心處，混合物通常是富含的。當(dāng)注射速率太高并且在注射結(jié)束之前到達(dá)燃燒室的壁時，

22、產(chǎn)生附著在壁上的燃料。由于蒸發(fā)太慢，會發(fā)生不完全燃燒和火焰抑制。如果噴射壓力太低，則針閥由于慣性而滯后并且從噴嘴壓力室和噴嘴中剩余的燃料滴落。或者，在落入燃燒室后，與空氣混合不均勻，導(dǎo)致局部過度濃縮。另外，燃料的粘度或表面張力高，也影響噴霧的質(zhì)量，混合物部分或過度濃縮。 在爆燃期間，燃燒室中的一些燃料形成超過燃燒可燃性極限的貧混合物。例如，活塞的端部間隙區(qū)，靠近未連接到附近的錐體的頂部相鄰的噴射和面積噴嘴火肖氏更深閥坑區(qū)的齒隙區(qū)，更多的燃料。很容易形成稀薄的稀釋混合物。 在空氣 - 燃料混合物和汽缸壁的燃燒室附近，盡管混合比燃燒極限內(nèi)的其它壁面，熱損失是大的，被引入火焰是困難的，因?yàn)樗强?/p>

23、近冷壁和間隙。氣體中的燃料不會被氧化。這種現(xiàn)象稱為壁冷效應(yīng)。柴油發(fā)動機(jī)冷啟動，卸載和部分裝載是不可避免的。 謝苗諾夫?yàn)榱肆私馓細(xì)淙剂系难趸?，假設(shè)了兩條線路，即 線路Ⅰ需要高的活化能，所需的條件便是較高的溫度，燃料激活后與OH基反應(yīng)： 另外，還有一些其他的方式，比如裂解，還包括裂解產(chǎn)物的氧化。具體公式如下所示： 線路Ⅱ的反應(yīng)活化能較低，可能會產(chǎn)生較多的自由基，同時也有一些較為穩(wěn)定的產(chǎn)物，之后開始進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)速率較慢，誘導(dǎo)期很長，當(dāng)產(chǎn)生R與HO２自由基后，進(jìn)行下列反應(yīng)： R + O２ → RO２ (2-2

24、4) RO２ → R/CHO + R//O (2-25) RO２ + RH → ROOH + R (2-26) R + O２ → 烯烴 ＋ HO２ (2-27) HO２ + RH → H２O２ + R (2-28) ROOH → RO + OH (2-29) RCHO + O２ → RCO + H２ (2-30) 反應(yīng)式（2-24）的活化能近乎為零，所以反應(yīng)較快，反應(yīng)式（2-2

25、5）和（2-27）會生成穩(wěn)定的產(chǎn)物醛和烯烴。 無論是低溫燃燒還是高溫燃燒，燃料的氧化都可視為不可逆的化學(xué)反應(yīng)。不同之處在于大多數(shù)燃料分子在低溫燃燒過程中轉(zhuǎn)化為烯烴，因此釋放的熱量很少。燃料分子在短時間內(nèi)被氧化成最終產(chǎn)品，釋放熱量，幾乎同時發(fā)生燃料消耗和能量釋放。實(shí)際上，無論混合物是火還是火焰燃燒，都有限制和限制來抑制燃燒。通常，火焰燃燒的邊界超過火焰的極限，并且隨著溫度升高，極限已經(jīng)擴(kuò)大。燃燒室中的燃料不能通過低溫氧化或低溫燃燒經(jīng)受高溫燃燒階段，并且最終總是未燃燒的碳?xì)浠衔镫x開汽缸。 由于HC的排放濃度受負(fù)載的影響很大，負(fù)載越小，濃度越高，負(fù)載越高。主要是在低負(fù)荷時，氣缸空氣 - 燃料混

26、合物稀薄，噴霧質(zhì)量差，燃燒溫度低，不促進(jìn)燃燒反應(yīng)。在高負(fù)荷下，注射芯的霧化質(zhì)量差并且氧化反應(yīng)不充分，因此在一些區(qū)域中燃料的比例增加并且HC的濃度升高。隨著壓縮比的增加，燃燒室的縱橫比減小，壁冷卻現(xiàn)象減少，并且HC排出量減少。 2.3 一氧化碳（CO）生成機(jī)理 CO是在烴類燃料燃燒期間產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，并且生產(chǎn)率主要受燃料 - 空氣當(dāng)量比的影響。 最后將烴氧化以產(chǎn)生CO 2。 在碳?xì)浠衔锖涂諝獾念A(yù)混火焰中，CO的濃度在火焰區(qū)域迅速達(dá)到其最大值。 此時，CO產(chǎn)生的主要機(jī)制可能是由反應(yīng)過程引起的。其過程如下所示： R代表烴基。 CO在燃燒過程中生成以后，在混合氣達(dá)到一定溫度，而且也有氧

27、化劑存在，在這樣的情況下，CO便會依照另一種反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)，不過該種反應(yīng)機(jī)理相對來說比較慢，但是仍然可以生成CO2，具體的反應(yīng)式為： 反應(yīng)速率常數(shù)為：KCO＝6.761010exp(T/1102) cm3/(gmol) 依據(jù)光譜測量的結(jié)果，二氧化碳的燃燒火焰是藍(lán)色的火焰繼續(xù)氧化CO只有CO2，完全燃燒過程中的火焰變?yōu)榧t色。燃料的氧化速率主要取決于氧濃度，工作流體的溫度和化學(xué)反應(yīng)所需的時間。在空間和瞬時的燃燒過程中，當(dāng)存在合適的缺乏或快速氧化劑的反應(yīng)條件下在短時間內(nèi)局部突然低或低的氣體的燃燒溫度，CO不能形成CO2繼續(xù)燃燒，它被排放到機(jī)器外面。 在CO注入結(jié)束后大約10，通過燃料

28、和空氣的不均勻混合以及不完全燃燒達(dá)到最大值。然后，由于混合狀態(tài)的改善，大量的CO被氧化，濃度逐漸降低，并最終接近排氣水平。因此，可以根據(jù)以下簡化的平衡方程計算CO的濃度變化。其平衡方程式如下所示： 假定燃燒由CO2、CO、O2、H2O、H2、OH、H、O、N2、NO、N等11種成分參與，通過使用由五個質(zhì)量平衡和六個化學(xué)平衡方程組成的非線性方程，并通過將組分的平衡濃度值和反應(yīng)常數(shù)值代入方程（2-36），得到平衡濃度，CO濃度值 變化率。 CO排放濃度受負(fù)載，過量空氣比和注入推進(jìn)的影響。 在低負(fù)荷時，溫度越低，隨著負(fù)荷減小，混合氣體越薄，CO失去其溫度集中狀態(tài)并且不能繼續(xù)氧化，因此CO的濃

29、度高。 在高負(fù)荷下，過量空氣不足，氧氣局部耗盡，CO未完全燃燒并且不能形成最終產(chǎn)物CO2，并且CO濃度突然升高。 中等負(fù)荷時CO濃度最低。 2.4 硫氧化物（SOX）生成機(jī)理 與氮氧化物不同，硫氧化物僅源自燃料中硫的氧化。 當(dāng)燃料燃燒時，幾乎所有的硫（約95％）都釋放到空氣中，并且5％的硫在灰或顆粒中以硫酸鹽的形式保留。 燃料中的硫，無論是有機(jī)的還是無機(jī)的，在燃燒過程中首先被氧化，且其氧化物為111SO2，SO2可以進(jìn)一步被氧原子或氧分子氧化成SO3： 假設(shè)反應(yīng)的時間比較長，所有的SO2都會被氧化成SO3。但實(shí)際上，內(nèi)燃機(jī)中只有1%至5%的SO2被氧化。燃燒過程中生成的SO3隨燃燒

30、溫度和空氣的增加而增加。排氣中的SO3，和水蒸氣通過下面的可逆反應(yīng)生成硫酸，但是當(dāng)溫度達(dá)到450℃時，硫酸分解為SO3和水蒸氣。 另外，一些硫酸在燃料中形成堿性物質(zhì)和中性硫酸鹽，并且根據(jù)排氣管內(nèi)的溫度和濕度冷凝在顆?；蚱渌镔|(zhì)的表面上。 因此，發(fā)動機(jī)的排氣溫度最低（露點(diǎn)），排氣溫度不得低于該溫度，因此不能避免硫酸的冷凝。 濃硫酸和酸性顆粒的液滴具有強(qiáng)腐蝕性，對設(shè)備和人的健康產(chǎn)生不利影響。 釋放到空氣中的SO2對人體健康有害并形成形成霧的酸性顆粒PM 2.5。 2.5 顆粒狀物質(zhì)（PM）生成機(jī)理 廢氣顆粒中包括可溶有機(jī)成分（SOF）和不可溶性有機(jī)成分兩部分，前者主要是未燃燒燃料

31、中的HC和潤滑油顆粒，后者主要是煙灰。通常，SOF占總顆粒的15％至30％，但觀察到的總體變化范圍要大得多（10％至90％）。發(fā)動機(jī)負(fù)荷越小，SOF比越大，這與溫度條件的影響一致。煙灰的H / C原子比為0.1至0.2，SOF為1.2至1.6。在不同條件下，SOF的平均相對分子量為360-400，介于柴油（200）和潤滑油（440-490）之間。 80％的燃料生成材料進(jìn)入煙灰，20％進(jìn)入SOF。因?yàn)榛旌衔锏男纬珊腿紵墓逃刑匦缘模裼桶l(fā)動機(jī)通常已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有大約1微米或更小的粒子在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣氣體中的直徑，其直徑為約2微米。柴油機(jī)廢氣的粒度分布如圖2-1所示。峰值粒度分布出現(xiàn)在0.1μm。

32、因此，它們可能在大氣中漂浮很長時間，并且這些顆粒經(jīng)常吸附具有致病作用的物質(zhì)。呼吸時，吸入和吸附到氣管和肺壁更容易，這對人類健康構(gòu)成直接威脅。 1. SOF 排氣顆粒中的可溶性有機(jī)成分，它是來自未燃燒燃料的裂化產(chǎn)物，被泵送到未完全燃燒的燃燒室，并且它在高溫下變成燃料。 其化學(xué)成分非常接近燃料，其碳原子為C3至C43。 其成分是酸，堿，烷烴，芳烴，含氧化合物，醚不溶物和過量物質(zhì)，其中主要是烷烴。 排放取決于柴油發(fā)動機(jī)的類型，速度，負(fù)載和使用的燃料。 通常，負(fù)載越小，SOF比越低。 轉(zhuǎn)速越低，SOF的比例越低。 圖2-1 柴油機(jī)排氣的顆粒粒徑的分布圖 2. Soot 廢氣中的煙灰顆粒是

33、在某些高溫條件下柴油發(fā)動機(jī)燃燒而xogmcjemg，碳基顆粒部分分解和破裂，主要發(fā)生在擴(kuò)散火焰（局部溫度）。由于柴油發(fā)動機(jī)的非均勻燃燒（非均勻燃燒），尤其是非均相燃燒形成對燃料的獨(dú)特化學(xué)反應(yīng)，以形成新形成的碳顆粒并冷凝形成顆粒核，這決定了煙灰生產(chǎn)的必然性。 圖2-2 烴類燃料燃燒過程中生成顆粒的進(jìn)程 如圖2-2所示，顯示了燃燒過程中產(chǎn)生的顆粒過程。烴燃料燃燒有兩種途徑，因?yàn)闊N燃料的燃燒具有兩個條件，即低燃燒溫度和高燃燒溫度（兩種局部溫度）。或在升高的溫度（包括部分無氧）的烯屬化合物的無氧中在高溫下的情況下在無氧狀態(tài)的氧，產(chǎn)生原子碳，或脫硫至基于碳的燃燒，即進(jìn)行脫氫。氫氣轉(zhuǎn)化為炔烴，

34、最后脫氫形成碳基燃燒。 烴裂解形成原子，所需溫度非常高，局部火焰溫度可高于3500K。然而，在約2300K，烴類逐步脫氫。當(dāng)脫氫成炔烴時，它聚合形成不飽和的高碳含烴基團(tuán)，最終形成碳基顆粒。 如果燃燒過程中的局部溫度是低的（例如，附近的冷壁燃料），烴的部分不燃燒，在最終產(chǎn)品中，燃燒中間體（醛，酮，苯酚等）不完全燃燒，或者可以進(jìn)行聚合。它是一種分子量大的烴。最后，它也變成碳基顆?；蛱蓟w粒上的附聚物。 當(dāng)溫度（包括局部溫度）和時間縮短燃燒期間增加時，液體的HC的聚集過程被轉(zhuǎn)化為熱解脫氫過程，最終出現(xiàn)在油煙形式的微粒。 柴油發(fā)動機(jī)中煙灰產(chǎn)生的有效時間非常短（以毫秒計算）。因此，煙灰基本上是在

35、高溫和缺氧的快速反應(yīng)中產(chǎn)生的。在低溫區(qū)域的緩慢反應(yīng)過程中，僅產(chǎn)生一些助劑以形成煙灰。在燃燒的早期階段，氧氣不會嚴(yán)重地存在于燃燒室中并且溫度不高，因此顆粒也相對較小。在快速燃燒和主燃燒階段，溫度逐漸升高，燃料火焰被燃燒火焰包圍，導(dǎo)致氧氣不足，顆粒越多。在燃燒過程中結(jié)束時，因?yàn)樵跉飧變?nèi)的氧氣濃度和溫度降低時，所述顆粒的氧化燃燒速率逐漸平緩逐漸降低，在燃燒結(jié)束氧化物顆?；旧贤Ｖ?。 3 柴油機(jī)廢氣排放控制的幾項(xiàng)措施 3.1 從柴油機(jī)機(jī)內(nèi)進(jìn)行控制 3.1.1 噴油提前角對排放的影響 （1） 噴油提前角對排放物NOX的影響

36、 圖3-1 16噴油提前角時NOX排放 圖3-2 12噴油提前角時NOX排放 燃料噴射量的提前角對延遲時段，連續(xù)燃燒時段和燃料供應(yīng)量具有一定的影響。 然而，這些因素也影響NOx排放濃度。 作為優(yōu)化的燃料噴射點(diǎn)的燃料噴射點(diǎn)對于NOx排放是極其重要的。 延遲噴射可以減少NOx排放，但必須適當(dāng)調(diào)整燃燒系統(tǒng)的其他參數(shù)，同時考慮減少燃料消耗和其他排放的因素。 使用GT軟件對16V280ZJ柴油機(jī)進(jìn)行模擬計算噴油提前角分別為12和16兩個位置時，柴油機(jī)尾氣中的NOX的排放情況,如圖3-1和圖3-2所示。然而與此

37、同時，噴油提前角的減小卻增加其他尾氣成分的排放。 表3-1 不同的噴油角度下NOX等排放物的排放比較 PPM計量NOX NO2含量(g/kw-h) PPM碳煙含量 碳煙(g/kw-h) NOX in ppm 2510.75 NOX in ppm 2074.07 NO2(g/kw-h) 16.68 NO2(g/kw-h) 14.02 Soot in ppm 0.18 Soot in ppm 0.16 Soot(g/kw-h) 991.05 Soot(g/kw-h) 912.51 （2） 噴油提前角及噴注貫穿距離對HC排放濃度的影響 HC排放濃度，存

38、在一個最佳的噴射提前值A(chǔ)1，在該點(diǎn)的最低HC排放濃度。如果是A1或更高，則HC濃度增加。負(fù)載越低，HC排放濃度的銳度越大，作為A的函數(shù)。 如圖3-3所示，從A1，在燃料噴射的氣缸中的壓力和溫度增加了噴油提前A是低的。當(dāng)射流穿透速率過大，接近或高于溫度的燃料是下壁比所述氣缸的中心將被噴灑。因此，燃料的霧化質(zhì)量降低，并且蒸發(fā)速率減慢。延遲時間變長，稀（超?。┗旌衔锪吭黾樱⑶襀C排氣濃度增加。燃料噴射前向角對HC排放的影響是燃?xì)馊紵|(zhì)量對HC排放濃度的影響。 當(dāng)噴射提前角太小時，Φi和HC濃度突然增加。這是因?yàn)?，停滯時間過長，上止點(diǎn)后，不產(chǎn)生點(diǎn)火點(diǎn)，降低了最高燃燒溫度和壓力下，在高溫和高壓的燃

39、燒時間減少，燃燒期間未燃燒的烴不會產(chǎn)生。中間產(chǎn)物的完全燃燒增加，HC濃度增加。 圖3-3 噴油提前角?對HC濃度和滯燃期的影響 燃料滲透距離對HC排放濃度也有很大影響。 燃料穿透距離越大，在燃燒之前噴射在燃燒室壁上的油越多，并且燃燒室中間的燃料太小。。 由于冷壁上的油膜蒸發(fā)太慢，這里混合物的形成速度太慢，最后有更多的燃料不能用于完全燃燒，并且它以燃燒中間體的形式排出機(jī)器外。 因此，由于注入穿透距離太大，HC排放濃度不可避免地增加。 如圖3-4所示，當(dāng)噴射前沿恰好到達(dá)火前的燃燒室壁時，由此引起的未燃燒的HC濃度相當(dāng)?shù)汀?如果注射的自由范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過壁，則未燃燒的HC急劇增加。

40、 圖3-4 未燃碳?xì)洌℉C）濃度受噴注貫穿距離S的影響 （3） 噴油提前角對排放CO的影響 隨著噴射前進(jìn)角減小，CO排放濃度增加。這是因?yàn)槿剂蠂娚淞繙p少，延遲時間也減少，并且爆燃期間的燃料噴射量減少。然而，火災(zāi)后噴射的燃料量增加，參與混合的燃料量減少并參與。燃燒是圓柱體的相對高的平均溫度，但燃燒產(chǎn)物混合，帶來顯著局部缺氧，為了縮短在同時高溫下的燃燒時間，其導(dǎo)致一個CO，燃料的擴(kuò)散隨著燃料噴射量增加而增加，但增加。 大家都知道，但推遲噴油可以顯著改善NOx排放，其他廢氣中CO，HC，煙塵，柴油發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性帶來了很大的損失。因此，不可能不斷地減少燃料噴射量。噴油提前有一個理想的臨界范

41、圍，以確保它在該范圍內(nèi)調(diào)整時，壓縮比和噴射壓力可以通過調(diào)整滿足的效果。 3.1.2 壓縮比對排放的影響 使用GT軟件模擬提前角為12o時，選擇三種不同的壓縮比用于模擬運(yùn)行計算，以便比較不同壓縮比下的排放和經(jīng)濟(jì)性。 柴油發(fā)動機(jī)的壓縮比直接影響點(diǎn)火延遲時間。 降低壓縮比有利于點(diǎn)火延遲，降低的峰值壓力，降低的最高燃燒溫度，減少的NOx排放和增加的PM。 如果壓縮相對較低，則柴油機(jī)會很難掌握。 壓縮比對NOX的影響更復(fù)雜。 在選擇不同的壓縮比時，有必要綜合考慮多個因素。 表3-2 不同壓縮比計算方案 壓縮比 指示功率 進(jìn)氣壓力 進(jìn)氣溫度 噴油提前角 1（on） 2（o

42、n） 3（on） 12.7 12.2 15.5 1200 1200 1200 20 20 20 65 65 65 1050 1050 1050 300 300 300 -12 -12 -12 225 225 225 330 330 330 450 450 450 根據(jù)這3幅圖片能夠得出，不同壓縮比對NOX的排放量有著明顯的影響，但使用過低壓縮比時，NOX的排放量也比較低，但隨著壓縮比的增大，NOX的排放量隨之增加。 圖3-5 不同壓縮比的NOX排放（12.7：1）

43、 圖3-6 不同壓縮比的NOX排放（12.2：1） 圖3-7 不同壓縮比的NOX排放(15.5:1) 3.1.3 進(jìn)氣壓力與溫度對排放的影響 改變進(jìn)氣的壓力和溫度，就相當(dāng)于直接改變了進(jìn)入燃燒室內(nèi)的氣流強(qiáng)度與渦流效果，因此對柴油機(jī)排放物的生成有著重要的影響。 （1）對NOX排放量的影響 柴油機(jī)的燃燒室的氣流運(yùn)動的越強(qiáng)，使噴入氣缸內(nèi)的燃油破碎、霧化、加熱、蒸發(fā)以及空氣的混合全都會加速，近從而縮短了滯燃期，同時加速了燃燒，促進(jìn)了燃燒溫度、壓力的升

44、高，造成NOX的排放濃度增加。 虛線--增壓 ； 實(shí)線--自然吸氣 圖3-8 增壓對NOX排放濃度的影響 1--增壓；2--增壓中冷；3--非增壓 圖3-9 增壓、增壓中冷和自然吸氣對NOX排放率的對比 （2）對HC排放量的影響 柴油發(fā)動機(jī)的燃燒室中的氣流的渦流強(qiáng)度也具有HC排放的最佳值。 如果渦電流強(qiáng)度大，則燃料噴射的穿透率受損，噴射渦流以大角度吹出，油束的穿透變得不充分，并且相鄰噴射梁之間的干涉重疊?；旌衔锏漠愘|(zhì)性更嚴(yán)重并導(dǎo)致HC排放增加。如果渦流強(qiáng)度小

45、，由渦流，蒸發(fā)和混合引起的燃料霧化不充分，燃燒過程延遲，最高溫度和最大壓力降低，未燃燒的碳?xì)浠衔锖腿紵虚g體增加。 （3）對CO排放濃度的影響 氣流的強(qiáng)度與燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且對CO排放濃度具有顯著影響。 當(dāng)燃燒室中的渦度比增加時，燃燒速度由于氣流的移動而增加，并且最大壓力和最大溫度上升同時抑制CO的產(chǎn)生。但是，如果燃燒室中的氧濃度不足，則燃燒后，CO排放量增加，使得混合氣體的濃度變得不均勻。  結(jié) 論 通過對柴油機(jī)的尾氣排放進(jìn)行分析仿真計算，針對有害排放物的生成機(jī)理以及循環(huán)利用等等實(shí)際方式，近而驗(yàn)證實(shí)際理論中針對柴油機(jī)有害排放物的控制措施。對仿真計算的結(jié)果

46、進(jìn)行分析后，可以得到以下結(jié)論： （1）關(guān)于內(nèi)燃機(jī)的尾氣排放的成分以及各個成分的生成機(jī)理的分析，與現(xiàn)實(shí)生活中人類的正常生成生活的不利影響，人類對于環(huán)境污染的重視程度越來越深。 （2）提高氣缸的壓縮比能夠增加絕對循環(huán)效率。若噴油定時被推遲，柴油機(jī)燃燒的最高壓力會降低，提高氣缸的壓縮比能夠補(bǔ)償因推遲噴油定時而引起的燃油燃燒效率的損失，既可保證經(jīng)濟(jì)性又滿足排放指標(biāo)。 （3）降低缸內(nèi)初始的燃燒溫度，降低NOX的排放量。當(dāng)進(jìn)氣管溫度降低后，燃燒室缸內(nèi)的燃燒溫度也會降低，也可以降低NOX的排放量。 （4）影響柴油機(jī)的排放因素很多，柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)、燃燒室的結(jié)果、工作條件以及使用燃料的品質(zhì)等對柴油機(jī)的排放

47、均有著重要的影響，并不是朝某個方向改變某個因素或某幾個因素就能都達(dá)到最優(yōu)的排放效果。然而改善不同有害排放物的各種措施，往往相互制約著，所以需要從各個方面采取措施用以控制柴油機(jī)燃燒過程中的排放指標(biāo)。 （5）機(jī)車柴油機(jī)的電控燃油噴射系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)在仍然處于起步發(fā)展階段，但是電噴與原來的機(jī)械式的相比較，擁有著很明朗的前程，能夠提高柴油機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性，降低燃油消耗，同時可以從個角度降低尾氣的排放。 致 謝 歲月匆匆，時光荏苒，大學(xué)生活已接近了尾聲…… 經(jīng)過了近幾個月的不斷的努力，最終完成了我的畢業(yè)論文。在這個過程中，非常的感謝指導(dǎo)教師謝旭方老師。

48、這篇文章從一開始的選題到最終的完成，全程都傾注了謝老師的不可計數(shù)的心血，給了我許許多多的支持和幫助，而且非常耐心的等待和指導(dǎo)。我不是很清楚謝老師有多么淵博而豐富的知識儲備，就像一口井中的水一樣無法估測，但我知道他精益求精的工作作為，孜孜不倦的教人為師之德，而且嚴(yán)以律己并以寬大的包容對待人……讓我深刻的體會到什么叫樸實(shí)無華、平易近人，也許這就是他的人格魅力，我相信在日后的生活、學(xué)習(xí)和工作中，他就是我最好的榜樣！ 經(jīng)過了此次的畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了很多平時課本上學(xué)不到的東西，而且在查閱相關(guān)資料的收集和自己親自來分析判斷問題的能力均有了不小的提升，我覺得這將會為自己日后的工作、學(xué)習(xí)和生活打下一定的基礎(chǔ)

49、。 同時，我也非常的感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計的老師們、同學(xué)們、朋友們，在這個過程中也給了不小的幫助，無論是一開始的借閱資料還是到后來的計算結(jié)果分析，他們都是一樣的努力。非常感謝他們的付出。 同樣也要感謝我的家人，謝謝你們二十多年來對我的關(guān)愛和支持。一直堅(jiān)持要我讀書讀到現(xiàn)在，在這里特別感謝我的爸媽，是你們養(yǎng)育了我，并讓我擁有了樂觀向上、不斷積極進(jìn)取的性格。 當(dāng)然，我也有必要感謝一下我的母校，感謝為我們所提供的學(xué)習(xí)、生活環(huán)境，在這個環(huán)境中我學(xué)會了很多的東西，也讓我結(jié)實(shí)了很多的良師益友。這幾年的生活將會是我一生之中，都難以忘懷的美好回憶，同時也是我的一款巨大財富。 祝福所有人，一生幸福平安！

50、  參 考 文 獻(xiàn) [1] 周保龍.內(nèi)燃機(jī)學(xué)第二版[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005. [2] 蔣德明,黃佐華.內(nèi)燃機(jī)替代燃料燃燒學(xué)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2007. [3] 解茂昭.內(nèi)燃機(jī)計算燃燒學(xué)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2005. [4] 魏春源，張衛(wèi)正，葛蘊(yùn)珊.高等內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,2001. [5] 蔣德明.內(nèi)燃機(jī)燃燒與排放學(xué)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社，2001. [6] Hewson J C, Bollig M. Reduced mechanisms for NOX emissions from

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