降重内燃机车柴油机的尾气处理的分析和探讨

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1、中 南 大 学 网 络 教 育毕 业 论 文论文题目 内燃机车柴油机的尾气处理的分析和探讨 姓 名 常浩 学 号 16132060028087 专 业 交通运输（城市轨道交通方向） 层 次 专升本 学习中心 南京栖霞学习中心 指导教师 2016年4月9日中南大学现代远程教育毕业论文任务书学生姓名 常浩 学号 16132060028087 学习中心南京栖霞中心 入学时间 2016年1月 专业交通运输（城市轨道交通方向）毕业论文题目 内燃机车柴油机的尾气处理的分析和探讨 1 毕业论文任务要求：论文摘要:近年来，工业发展速度加快，能源消耗也在不断增加，全球面临着越来越严重的环境问题，常见的问题比如说

2、臭氧层破坏、全球变暖等等，这些问题对人们的日常生活有着极为重要的影响。臭氧层破坏、全球变暖等等均属于大气污染问题，而从联合国所公布的公害来看，大气污染是最主要的一种，因为大气污染使控制质量急剧降低，使人们正常的生产生活受到损害，对工农业也造成极大的损失。大气污染的原因较多，但是主要的原因便是内燃机的排放物，从整体上来看，内燃机所排放的气体多是对大气有害的。近年来工业迅速发展，内燃机的使用量也在逐渐增加，所以内燃机的有害排放物对大气环境造成的危害日渐严重。我国机械行业中重要的组成之一，内燃机为各种机械，如农业机械、工程机械、石油钻机等等，这些机器多应用柴油机。因为从整体上来看，柴油机是以上所有机

3、械中对能量利用最高，且相对来说比较节能的机型，随着工业的发展，我国越来越多的企业开始应用内燃机，内燃机对我国的影响日益加深。不过内燃机的大量应用，也造成了环境的污染，故而本文对内燃机车柴油机的尾气处理进行分析。论文提纲:第一章：研究的背景和意义1.1人类的生存环境问题突出 1.2柴油机的主要污染物的危害第二章：柴油机主要排放物的生成机理 2.1 氮氧化物（NOX）的生成机理 2.2 未燃碳氢化物（HC）生成机理 2.3 一氧化碳（CO）生成机理 2.4 硫氧化物（SOX）生成机理 2.5 颗粒状物质（PM）生成机理第三章：柴油机废气排放控制的几项措施 3.1 从柴油机机内进行控制 3.1.1

4、喷油提前角对排放的影响 3.1.2 压缩比对排放的影响 3.1.3 进气压力和温度对排放的影响 2主要参考资料：期刊文献书写规范：作者，论文篇名，刊物名，出版年，卷（期），论文在刊物中的页码。图书文献书写规范：作者，书名，出版地，出版社，出版日期。文献1：周保龙.内燃机车第二版M.北京:机械工业出版社,2005文献2：Hewson J C, Bollig M. Reduced mechanisms for NOX emissions from hydrocarbon diffusion flames. Twenty-six Symposium (International)on Combust

5、ion ,1996:21712179文献3：周松，肖友洪，朱元清.内燃机排放与污染控制M.北京:北京航空航天大学出版社，2010.文献4：王尚勇，杨青.柴油机电子控制技术.机械工业出版社.2005.3毕业论文进度安排：起 止 时 间阶 段 内 容2018年7月13日2018年9月15日收集有关论文（设计）资料，指导老师组织学生进行论文选题、指导学生选定任务书或审核学生自拟任务书并下达毕业论文（设计）任务书。2018年9月16日2018年10月23日撰写论文、提交初稿，指导老师进行论文指导和评阅。2018年10月24日2018年11月13日上传毕业论文（设计）终稿，指导老师进行指导和评阅。201

6、8年11月下旬-12月上旬毕业论文（设计）答辩。中南大学网络教育毕业论文（设计）目 录第一章 绪论 11.1研究的背景和意义 11.1.1人类的生存环境问题突出 11.1.2柴油机的主要污染物的危害 3第二章 柴油机主要排放物的生成机理52.1 氮氧化物（NOX）的生成机理 52.2 未燃碳氢化物（HC）生成机理 72.3 一氧化碳（CO）生成机理 92.4 硫氧化物（SOX）生成机理 112.5 颗粒状物质（PM）生成机理12第三章 柴油机废气排放控制的几项措施 143.1 从柴油机机内进行控制143.1.1 喷油提前角对排放的影响143.1.2 压缩比对排放的影响173.1.3 进气压力和

7、温度对排放的影响19结论 30致谢 31参考文献32摘要1 绪论1.1 研究的背景和意义1.1.1 人类的生存环境问题突出 近些年来，经济增速加快，工业发展迅速，与此同时，能源的消耗量也在逐渐增加。在能源消耗中，会排除一定的污染物，这些污染物对大气的污染也在日益增加，大量的污染物不但直接影响着大气环境，同时也对全球气候以及大气成分的组成产生一定的不良影响，一系列的情况导致了全球环境问题。当前全球性大气污染主要表现在三个方面，分别是温室效应、酸雨以及臭氧层耗损。(1) 温室效应随着大量废气的排除，大气中某些气体含量也在不断增加，这直接致使大气对敷设的选择发生转变，导致地面上温度增加，从而影响到生

8、物生长，影响到大气环境，甚至影响到人们的生产生活活动，这一种效应便是问世效应，同时这一气体也被成为“温室气体”。常见的温室气体主要包括。常见的问世气体主要包括主要包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、臭氧（O3）、氧化亚氮（N2O）和氯氟烃等，其中CO2的温室作用最为明显。虽然对温室气体造成温室效应的原理等各持有不同的意见，但是从整体上来看，多数专家认为产生温室效应起主要作用的是温室气体的物理性质。 图11 温室效应示意图因为温室气体对来自太阳的短波辐射的透过性较高，而与此同时，对于地面反射的长波敷设的敷设性能有较高的吸收性。具有较高的透过性，而对与地面反射的长波辐射具有高度的吸收性能（如图

9、1-1所示）。大气温室气体的突然增加使大量的红外光从地面反射回来，改变了地球表面的原始平衡。 温室气体的“隔墙”可防止红外线的逸出，“捕获”太阳能会提高大气温度，使气候变暖并产生“温室效应”。 CO2是各种碳氢化合物燃烧后所产生的基本性产物。因为人口增长和世界经济的快速增长，更多的二氧化碳被释放到大气中。 根据这些数据，过去100年来，由于使用化石燃料造成的大量砍伐以及大规模温室气体二氧化碳的人性化，从工业时代的280 ppm增加到目前的360 ppm。 每年0.4，约1.5 ppm的增长。 这一比例正在增加，这意味着世界平均气温上升0.83C，接近过去100年平均气温上升的记录。 根据目前的

10、树木捕获率和化石燃料燃烧的增加，大气CO 2在50年内将会翻倍，中纬度表面温度从2升高到3，并将极地温度将会升高6至10。 (2) 酸雨酸雨是指pH值小于5.65的大气将入，比如常见的雾、露、霜，酸雨也是大气污染的一种现象。酸雨的风险，主要是破坏森林生态系统，改变土壤的特征和结构，破坏水生生态系统，腐蚀建筑物，是伤生物呼吸系统和皮肤。大气中不同酸性物质形成的不同酸都会导致酸雨的形成。通常，如果酸雨，6070的硫酸，硝酸占5，30是盐酸，有机酸占2。 SO2和NOX是形成酸雨的主要物质。根据相关统计数据显示，人为地排放到大气中的二氧化硫的量大约是1.3亿吨/年，其中煤炭的燃烧产生的9000多万吨

11、左右，占约76 。当大量SO2进入大气时，在一定的氧化剂或催化剂存在下发生化学反应，并形成硫酸。在干燥条件下，SO2通过光化学过程氧化成SO3，然后转化为H2SO4，但该反应非常缓慢。空气污染中的氮氧化物主要是NO和NO2。人为NOx排放主要是由化石燃料的燃烧引起的。在化石燃料燃烧过程中，NO占95以上，但进入大气后大部分NO转化为NO2。在大气中，NOX向HNO3硝酸的转化包括以下过程类型：表1-1 NOX转化为HNO3硝酸过程（1）慢过程2NO + O2 2NO2NO + O3 NO2 + O2（2）快过程，O3参与反应NO + O3 NO2 + O23NO2 + H2O 2NO3- +

12、NO + 2H+（3）NO2和O3以高浓度混合时，生成五氧化二氮（N2O5）2NO2 + O3 N2O5 + O2N2O5 + H2O 2NO3- + 2H+（4）NO2在雾和水中，在铁、锰金属或SO2等催化剂条件下：4NO2 + 2H2O + O2 4NO3- + 4H+以上四个过程与空气污染物种类以及大气的气象条件有较大的关系。NO2除了本身直接反应形成HNO3外，当它与SO2同时存在时，还可以作为氧化剂使SO2向SO3转化，然后形成硫酸，最后形成酸雨。1.1.2 柴油机的主要污染物的危害当前世界上应用较多的动力装备是内燃机，因为内燃机有较高热效率，同时具有较大的功率以及较长的寿命。它在各

13、个行业都发挥着不可替代的作用，但内燃机行业的水平是该国发展的标志之一。 内燃机使用传统的化石燃料，其排放是最重要的污染源之一。 内燃机的有害废气包括在燃料，曲轴箱氦，油蒸发燃料，内燃机的燃料箱，燃烧废气等燃烧之后排出的废气，排出的废气的燃烧是污染源之一，同时也是最主要的污染源。柴油机所排放的为其当中除氮气（N2）、氧气（O2）、二氧化碳（CO2）、氢气（H2）以及水蒸汽（H2O）之外，其它都是有毒成分。包括氮氧化物NOX、碳氢化合物HC以及含氧碳氢化合物（醛、酮、烯等）、一氧化碳CO、二氧化硫SO2以及碳烟等等。柴油机所排放的尾气当中的CO是一种无色无味的有毒气体，容易与体内的血红蛋白化合物结

14、合，引起缺氧状态，抑制生理功能，留下后遗症并可导致死亡。 因此，碳氢化合物的总数称为碳氢化合物，废气中含有200多种碳氢化合物，对苯并氧化物，硝基，甲醛，眼睛和呼吸器官等致癌物质有很强的刺激作用。 有。 丙烯醛和有害的碳氢化合物如乙烯可能会损害正常浓度下的植物生长。 碳氢化合物是一种重要的污染物，会导致光化学污染，并给许多现代城市带来许多混乱。另外，HC与NOX在大气阳光的作用下，产生光化学烟雾，它的直接作用不容忽视。高浓度的NOX能导致中枢神经的瘫痪及痉挛，另外，NO在大气中被氧化成NO2后也会造成较大的伤害，因为NO是废气中臭味的主要成分之一。生活在NO浓度超过100ppm的环境中的正常人

15、会导致肺水肿和死亡。含有高浓度NO的气氛也会影响人的心脏，肝脏，肾脏和造血组织，最终导致死亡。柴油机废气表明它含有许多有害成分，直接威胁到人们的生命和健康，污染了人类赖以生存的环境。 因此，必须采取有效可行的措施，减少污染物排放，保护环境，保护人类健康。 几年前，世界各国都有各种关于内燃机排放的法规。事实上，关于内燃机的排放情况，有较多的国家对其进行了不同的规定，如下图所示： 图1-2 加利福尼亚的废气排放法规 2 柴油机主要排放物的生成机理2.1 氮氧化物(NOX)的生成机理氮氧化物包括NO，NO2，N2O3，N2O，N2O5，N2O4以及NO3，其中对环境危害性最大的是NO和NO2。通常提

16、到的氮氧化物（NOX）污染，主要指的是NO和NO2。在内燃机排气中，NO2的浓度比NO低得多，大约只占5%。所以对NOX的研究主要还是针对NO。柴油机在燃烧中也会产生大量的NOX。另外，在柴油机的燃烧过程中，NO生成途径主要根据不同的生产机理分为三个，即热NO，燃料NO和快速NO。热NO主要是因为空气中的N 2在火焰的高温下被氧化。燃料NO是含氮燃料燃烧的产物，快速NO主要是由于燃料中的碳氢化合物，HC和C在燃烧过程中分解。它是由空气中的原子或基团与N 2之间的化学反应形成的氮化物，并且氮化物在火焰中与O，OH等快速反应产生NO。一般车辆的柴油的氮含量是在与几乎不发生，即，当烃是大的，氧气浓度

17、相对低时，基本上燃烧过程的燃烧的情况下低，相对富含快速NO柴油发动机可以忽略不计。燃油NO和高速NO。因此，柴油机废气中的NOx主要是燃烧室中被称为热NO的高温高压空气中的N 2和O 2的燃烧产物。通常，在所有生命中产生热NO的过程是延长的捷尔杜维奇反应机制。该机制表明，柴油发动机的废气中的NO是由于氮气和氧气之间的化学反应，而不是燃料燃烧。当燃烧室中存在过量氧气并且膨胀以及排气量小时形成。分解后，释放到大气中，然后与氧气形成NO2和其他氮氧化物。其主要的反应方程式如下所示：根据燃烧处于平衡的假设，反应式2-1至2-3在平衡时的反应速率分别为：式中-e表示组成成分的平衡浓度。O、OH和H的浓度

18、可下列不分平衡反应计算：由此可将上式(2-6)中O2、N2、OH、O等浓度均用其平衡浓度代替，经化简，最后得到NO的生成速率方程: (2-13)通过化学平衡计算可以获得相应组分的平衡浓度值，并且可以计算反应速率R1，R2和R3。因此，该等式仅包含NO变量，可以通过积分时间来求解。积分范围从燃烧开始到冷冻温度。由于在柴油发动机的燃烧室中燃烧期间认为N 2的浓度基本恒定，因此产生的NO x的量主要取决于峰值火焰温度，氧气浓度和停留时间。其产生条件如下。其一，燃烧室中存在过量的氧气。柴油发动机的燃烧室中的富氧燃烧过程提供了产生NOx的条件。过量空气越多，NOx生成的可能性就越高。其二，燃烧过程的高温

19、，柴油机燃烧过程的最高温度可达到1000K。其三，高温持续很长时间。2.2 未燃碳氢化物（HC）生成机理如果燃油在气缸内并没有进行完全燃烧，存在一定的未完全燃烧物，这便是未燃碳氢化合物，未燃碳氢化合物所包括的物质较多，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经过燃烧而形成的再生化合物等。其它部分是从润滑油，另一部分，或部分混合物太暗，或者过薄，或它们的混合物过冷，或骤冷，在汽缸中燃烧的燃料的少量我无法烘烤它。用于柴油发动机的燃烧是异质燃烧，空气过剩率是比较大的，该气体混合物是过于丰富且瞬时过量仍然存在的现象。例如，在注射的尾部和核心处，混合物通常是富含的。当注射速率太高并且在注射结

20、束之前到达燃烧室的壁时，产生附着在壁上的燃料。由于蒸发太慢，会发生不完全燃烧和火焰抑制。如果喷射压力太低，则针阀由于惯性而滞后并且从喷嘴压力室和喷嘴中剩余的燃料滴落。或者，在落入燃烧室后，与空气混合不均匀，导致局部过度浓缩。另外，燃料的粘度或表面张力高，也影响喷雾的质量，混合物部分或过度浓缩。在爆燃期间，燃烧室中的一些燃料形成超过燃烧可燃性极限的贫混合物。例如，活塞的端部间隙区，靠近未连接到附近的锥体的顶部相邻的喷射和面积喷嘴火肖氏更深阀坑区的齿隙区，更多的燃料。很容易形成稀薄的稀释混合物。在空气 - 燃料混合物和汽缸壁的燃烧室附近，尽管混合比燃烧极限内的其它壁面，热损失是大的，被引入火焰是困

21、难的，因为它是靠近冷壁和间隙。气体中的燃料不会被氧化。这种现象称为壁冷效应。柴油发动机冷启动，卸载和部分装载是不可避免的。谢苗诺夫为了了解碳氢燃料的氧化，假设了两条线路，即线路需要高的活化能，所需的条件便是较高的温度，燃料激活后与OH基反应：另外，还有一些其他的方式，比如裂解，还包括裂解产物的氧化。具体公式如下所示：线路的反应活化能较低，可能会产生较多的自由基，同时也有一些较为稳定的产物，之后开始进行反应，其反应是吸热反应，反应速率较慢，诱导期很长，当产生R与HO自由基后，进行下列反应：R + O RO (2-24)RO R/CHO + R/O (2-25)RO + RH ROOH + R (

22、2-26)R + O 烯烃 HO (2-27)HO + RH HO + R (2-28)ROOH RO + OH (2-29)RCHO + O RCO + H (2-30)反应式（2-24）的活化能近乎为零，所以反应较快，反应式（2-25）和（2-27）会生成稳定的产物醛和烯烃。无论是低温燃烧还是高温燃烧，燃料的氧化都可视为不可逆的化学反应。不同之处在于大多数燃料分子在低温燃烧过程中转化为烯烃，因此释放的热量很少。燃料分子在短时间内被氧化成最终产品，释放热量，几乎同时发生燃料消耗和能量释放。实际上，无论混合物是火还是火焰燃烧，都有限制和限制来抑制燃烧。通常，火焰燃烧的边界超过火焰的极限，并且随

23、着温度升高，极限已经扩大。燃烧室中的燃料不能通过低温氧化或低温燃烧经受高温燃烧阶段，并且最终总是未燃烧的碳氢化合物离开汽缸。由于HC的排放浓度受负载的影响很大，负载越小，浓度越高，负载越高。主要是在低负荷时，气缸空气 - 燃料混合物稀薄，喷雾质量差，燃烧温度低，不促进燃烧反应。在高负荷下，注射芯的雾化质量差并且氧化反应不充分，因此在一些区域中燃料的比例增加并且HC的浓度升高。随着压缩比的增加，燃烧室的纵横比减小，壁冷却现象减少，并且HC排出量减少。2.3 一氧化碳（CO）生成机理CO是在烃类燃料燃烧期间产生的中间产物，并且生产率主要受燃料 - 空气当量比的影响。 最后将烃氧化以产生CO 2。

24、在碳氢化合物和空气的预混火焰中，CO的浓度在火焰区域迅速达到其最大值。 此时，CO产生的主要机制可能是由反应过程引起的。其过程如下所示：R代表烃基。CO在燃烧过程中生成以后，在混合气达到一定温度，而且也有氧化剂存在，在这样的情况下，CO便会依照另一种反应机理进行反应，不过该种反应机理相对来说比较慢，但是仍然可以生成CO2，具体的反应式为：反应速率常数为：KCO6.761010exp(T/1102) cm3/(gmol)依据光谱测量的结果，二氧化碳的燃烧火焰是蓝色的火焰继续氧化CO只有CO2，完全燃烧过程中的火焰变为红色。燃料的氧化速率主要取决于氧浓度，工作流体的温度和化学反应所需的时间。在空间

25、和瞬时的燃烧过程中，当存在合适的缺乏或快速氧化剂的反应条件下在短时间内局部突然低或低的气体的燃烧温度，CO不能形成CO2继续燃烧，它被排放到机器外面。在CO注入结束后大约10，通过燃料和空气的不均匀混合以及不完全燃烧达到最大值。然后，由于混合状态的改善，大量的CO被氧化，浓度逐渐降低，并最终接近排气水平。因此，可以根据以下简化的平衡方程计算CO的浓度变化。其平衡方程式如下所示：假定燃烧由CO2、CO、O2、H2O、H2、OH、H、O、N2、NO、N等11种成分参与，通过使用由五个质量平衡和六个化学平衡方程组成的非线性方程，并通过将组分的平衡浓度值和反应常数值代入方程（2-36），得到平衡浓度，

26、CO浓度值 变化率。CO排放浓度受负载，过量空气比和注入推进的影响。 在低负荷时，温度越低，随着负荷减小，混合气体越薄，CO失去其温度集中状态并且不能继续氧化，因此CO的浓度高。 在高负荷下，过量空气不足，氧气局部耗尽，CO未完全燃烧并且不能形成最终产物CO2，并且CO浓度突然升高。 中等负荷时CO浓度最低。2.4 硫氧化物（SOX）生成机理与氮氧化物不同，硫氧化物仅源自燃料中硫的氧化。 当燃料燃烧时，几乎所有的硫（约95）都释放到空气中，并且5的硫在灰或颗粒中以硫酸盐的形式保留。 燃料中的硫，无论是有机的还是无机的，在燃烧过程中首先被氧化，且其氧化物为111SO2，SO2可以进一步被氧原子或

27、氧分子氧化成SO3：假设反应的时间比较长，所有的SO2都会被氧化成SO3。但实际上，内燃机中只有1%至5%的SO2被氧化。燃烧过程中生成的SO3随燃烧温度和空气的增加而增加。排气中的SO3，和水蒸气通过下面的可逆反应生成硫酸，但是当温度达到450时，硫酸分解为SO3和水蒸气。另外，一些硫酸在燃料中形成碱性物质和中性硫酸盐，并且根据排气管内的温度和湿度冷凝在颗粒或其他物质的表面上。 因此，发动机的排气温度最低（露点），排气温度不得低于该温度，因此不能避免硫酸的冷凝。浓硫酸和酸性颗粒的液滴具有强腐蚀性，对设备和人的健康产生不利影响。 释放到空气中的SO2对人体健康有害并形成形成雾的酸性颗粒PM 2

28、.5。2.5 颗粒状物质（PM）生成机理废气颗粒中包括可溶有机成分（SOF）和不可溶性有机成分两部分，前者主要是未燃烧燃料中的HC和润滑油颗粒，后者主要是烟灰。通常，SOF占总颗粒的15至30，但观察到的总体变化范围要大得多（10至90）。发动机负荷越小，SOF比越大，这与温度条件的影响一致。烟灰的H / C原子比为0.1至0.2，SOF为1.2至1.6。在不同条件下，SOF的平均相对分子量为360-400，介于柴油（200）和润滑油（440-490）之间。 80的燃料生成材料进入烟灰，20进入SOF。因为混合物的形成和燃烧的固有特性的，柴油发动机通常已经发现，具有大约1微米或更小的粒子在内燃

29、发动机的排气气体中的直径，其直径为约2微米。柴油机废气的粒度分布如图2-1所示。峰值粒度分布出现在0.1m。因此，它们可能在大气中漂浮很长时间，并且这些颗粒经常吸附具有致病作用的物质。呼吸时，吸入和吸附到气管和肺壁更容易，这对人类健康构成直接威胁。1. SOF排气颗粒中的可溶性有机成分，它是来自未燃烧燃料的裂化产物，被泵送到未完全燃烧的燃烧室，并且它在高温下变成燃料。 其化学成分非常接近燃料，其碳原子为C3至C43。 其成分是酸，碱，烷烃，芳烃，含氧化合物，醚不溶物和过量物质，其中主要是烷烃。 排放取决于柴油发动机的类型，速度，负载和使用的燃料。 通常，负载越小，SOF比越低。 转速越低，SO

30、F的比例越低。 图2-1 柴油机排气的颗粒粒径的分布图2. Soot废气中的烟灰颗粒是在某些高温条件下柴油发动机燃烧而xogmcjemg，碳基颗粒部分分解和破裂，主要发生在扩散火焰（局部温度）。由于柴油发动机的非均匀燃烧（非均匀燃烧），尤其是非均相燃烧形成对燃料的独特化学反应，以形成新形成的碳颗粒并冷凝形成颗粒核，这决定了烟灰生产的必然性。 图2-2 烃类燃料燃烧过程中生成颗粒的进程如图2-2所示，显示了燃烧过程中产生的颗粒过程。烃燃料燃烧有两种途径，因为烃燃料的燃烧具有两个条件，即低燃烧温度和高燃烧温度（两种局部温度）。或在升高的温度（包括部分无氧）的烯属化合物的无氧中在高温下的情况下在无氧

31、状态的氧，产生原子碳，或脱硫至基于碳的燃烧，即进行脱氢。氢气转化为炔烃，最后脱氢形成碳基燃烧。烃裂解形成原子，所需温度非常高，局部火焰温度可高于3500K。然而，在约2300K，烃类逐步脱氢。当脱氢成炔烃时，它聚合形成不饱和的高碳含烃基团，最终形成碳基颗粒。如果燃烧过程中的局部温度是低的（例如，附近的冷壁燃料），烃的部分不燃烧，在最终产品中，燃烧中间体（醛，酮，苯酚等）不完全燃烧，或者可以进行聚合。它是一种分子量大的烃。最后，它也变成碳基颗粒或碳基颗粒上的附聚物。当温度（包括局部温度）和时间缩短燃烧期间增加时，液体的HC的聚集过程被转化为热解脱氢过程，最终出现在油烟形式的微粒。柴油发动机中烟灰

32、产生的有效时间非常短（以毫秒计算）。因此，烟灰基本上是在高温和缺氧的快速反应中产生的。在低温区域的缓慢反应过程中，仅产生一些助剂以形成烟灰。在燃烧的早期阶段，氧气不会严重地存在于燃烧室中并且温度不高，因此颗粒也相对较小。在快速燃烧和主燃烧阶段，温度逐渐升高，燃料火焰被燃烧火焰包围，导致氧气不足，颗粒越多。在燃烧过程中结束时，因为在气缸内的氧气浓度和温度降低时，所述颗粒的氧化燃烧速率逐渐平缓逐渐降低，在燃烧结束氧化物颗粒基本上停止。 3 柴油机废气排放控制的几项措施3.1 从柴油机机内进行控制3.1.1 喷油提前角对排放的影响（1） 喷油提前角对排放物NOX的影响 图3-1 16喷油提前角时NO

33、X排放 图3-2 12喷油提前角时NOX排放燃料喷射量的提前角对延迟时段，连续燃烧时段和燃料供应量具有一定的影响。 然而，这些因素也影响NOx排放浓度。 作为优化的燃料喷射点的燃料喷射点对于NOx排放是极其重要的。 延迟喷射可以减少NOx排放，但必须适当调整燃烧系统的其他参数，同时考虑减少燃料消耗和其他排放的因素。使用GT软件对16V280ZJ柴油机进行模拟计算喷油提前角分别为12和16两个位置时，柴油机尾气中的NOX的排放情况,如图3-1和图3-2所示。然而与此同时，喷油提前角的减小却增加其他尾气成分的排放。表3-1 不同的喷油角度下NOX等排放物的排放比较PPM计量NOXNO2含量(g/k

34、w-h)PPM碳烟含量碳烟(g/kw-h)NOX in ppm2510.75NOX in ppm2074.07NO2(g/kw-h)16.68NO2(g/kw-h)14.02Soot in ppm0.18Soot in ppm0.16Soot(g/kw-h)991.05Soot(g/kw-h)912.51（2） 喷油提前角及喷注贯穿距离对HC排放浓度的影响HC排放浓度，存在一个最佳的喷射提前值A1，在该点的最低HC排放浓度。如果是A1或更高，则HC浓度增加。负载越低，HC排放浓度的锐度越大，作为A的函数。如图3-3所示，从A1，在燃料喷射的气缸中的压力和温度增加了喷油提前A是低的。当射流穿透速

35、率过大，接近或高于温度的燃料是下壁比所述气缸的中心将被喷洒。因此，燃料的雾化质量降低，并且蒸发速率减慢。延迟时间变长，稀（超稀）混合物量增加，并且HC排气浓度增加。燃料喷射前向角对HC排放的影响是燃气燃烧质量对HC排放浓度的影响。当喷射提前角太小时，i和HC浓度突然增加。这是因为，停滞时间过长，上止点后，不产生点火点，降低了最高燃烧温度和压力下，在高温和高压的燃烧时间减少，燃烧期间未燃烧的烃不会产生。中间产物的完全燃烧增加，HC浓度增加。 图3-3 喷油提前角对HC浓度和滞燃期的影响燃料渗透距离对HC排放浓度也有很大影响。 燃料穿透距离越大，在燃烧之前喷射在燃烧室壁上的油越多，并且燃烧室中间的

36、燃料太小。 由于冷壁上的油膜蒸发太慢，这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烧，并且它以燃烧中间体的形式排出机器外。 因此，由于注入穿透距离太大，HC排放浓度不可避免地增加。 如图3-4所示，当喷射前沿恰好到达火前的燃烧室壁时，由此引起的未燃烧的HC浓度相当低。 如果注射的自由范围远远超过壁，则未燃烧的HC急剧增加。 图3-4 未燃碳氢（HC）浓度受喷注贯穿距离S的影响（3） 喷油提前角对排放CO的影响随着喷射前进角减小，CO排放浓度增加。这是因为燃料喷射量减少，延迟时间也减少，并且爆燃期间的燃料喷射量减少。然而，火灾后喷射的燃料量增加，参与混合的燃料量减少并参与。燃烧是圆柱

37、体的相对高的平均温度，但燃烧产物混合，带来显著局部缺氧，为了缩短在同时高温下的燃烧时间，其导致一个CO，燃料的扩散随着燃料喷射量增加而增加，但增加。大家都知道，但推迟喷油可以显著改善NOx排放，其他废气中CO，HC，烟尘，柴油发动机的经济性带来了很大的损失。因此，不可能不断地减少燃料喷射量。喷油提前有一个理想的临界范围，以确保它在该范围内调整时，压缩比和喷射压力可以通过调整满足的效果。3.1.2 压缩比对排放的影响使用GT软件模拟提前角为12o时，选择三种不同的压缩比用于模拟运行计算，以便比较不同压缩比下的排放和经济性。柴油发动机的压缩比直接影响点火延迟时间。 降低压缩比有利于点火延迟，降低的

38、峰值压力，降低的最高燃烧温度，减少的NOx排放和增加的PM。 如果压缩相对较低，则柴油机会很难掌握。 压缩比对NOX的影响更复杂。 在选择不同的压缩比时，有必要综合考虑多个因素。表3-2 不同压缩比计算方案压缩比指示功率进气压力进气温度喷油提前角1（on）2（on）3（on）12.712.215.5120012001200202020656565105010501050300300300-12-12-12225225225330330330450450450根据这3幅图片能够得出，不同压缩比对NOX的排放量有着明显的影响，但使用过低压缩比时，NOX的排放量也比较低，但随着压缩比的增大，NOX的

39、排放量随之增加。 图3-5 不同压缩比的NOX排放（12.7：1） 图3-6 不同压缩比的NOX排放（12.2：1） 图3-7 不同压缩比的NOX排放(15.5:1)3.1.3 进气压力与温度对排放的影响改变进气的压力和温度，就相当于直接改变了进入燃烧室内的气流强度与涡流效果，因此对柴油机排放物的生成有着重要的影响。（1）对NOX排放量的影响 柴油机的燃烧室的气流运动的越强，使喷入气缸内的燃油破碎、雾化、加热、蒸发以及空气的混合全都会加速，近从而缩短了滞燃期，同时加速了燃烧，促进了燃烧温度、压力的升高，造成NOX的排放浓度增加。 虚线-增压 ； 实线-自然吸气图3-8 增压对NOX排放浓度的影

40、响 1-增压；2-增压中冷；3-非增压图3-9 增压、增压中冷和自然吸气对NOX排放率的对比（2）对HC排放量的影响柴油发动机的燃烧室中的气流的涡流强度也具有HC排放的最佳值。 如果涡电流强度大，则燃料喷射的穿透率受损，喷射涡流以大角度吹出，油束的穿透变得不充分，并且相邻喷射梁之间的干涉重叠。混合物的异质性更严重并导致HC排放增加。如果涡流强度小，由涡流，蒸发和混合引起的燃料雾化不充分，燃烧过程延迟，最高温度和最大压力降低，未燃烧的碳氢化合物和燃烧中间体增加。（3）对CO排放浓度的影响气流的强度与燃烧系统的结构有关，并且对CO排放浓度具有显着影响。 当燃烧室中的涡度比增加时，燃烧速度由于气流的

41、移动而增加，并且最大压力和最大温度上升同时抑制CO的产生。但是，如果燃烧室中的氧浓度不足，则燃烧后，CO排放量增加，使得混合气体的浓度变得不均匀。 结 论通过对柴油机的尾气排放进行分析仿真计算，针对有害排放物的生成机理以及循环利用等等实际方式，近而验证实际理论中针对柴油机有害排放物的控制措施。对仿真计算的结果进行分析后，可以得到以下结论：（1）关于内燃机的尾气排放的成分以及各个成分的生成机理的分析，与现实生活中人类的正常生成生活的不利影响，人类对于环境污染的重视程度越来越深。（2）提高气缸的压缩比能够增加绝对循环效率。若喷油定时被推迟，柴油机燃烧的最高压力会降低，提高气缸的压缩比能够补偿因推迟

42、喷油定时而引起的燃油燃烧效率的损失，既可保证经济性又满足排放指标。（3）降低缸内初始的燃烧温度，降低NOX的排放量。当进气管温度降低后，燃烧室缸内的燃烧温度也会降低，也可以降低NOX的排放量。（4）影响柴油机的排放因素很多，柴油机的结构、燃烧室的结果、工作条件以及使用燃料的品质等对柴油机的排放均有着重要的影响，并不是朝某个方向改变某个因素或某几个因素就能都达到最优的排放效果。然而改善不同有害排放物的各种措施，往往相互制约着，所以需要从各个方面采取措施用以控制柴油机燃烧过程中的排放指标。（5）机车柴油机的电控燃油喷射系统技术现在仍然处于起步发展阶段，但是电喷与原来的机械式的相比较，拥有着很明朗的

43、前程，能够提高柴油机的运行稳定性，降低燃油消耗，同时可以从个角度降低尾气的排放。 致 谢岁月匆匆，时光荏苒，大学生活已接近了尾声经过了近几个月的不断的努力，最终完成了我的毕业论文。在这个过程中，非常的感谢指导教师谢旭方老师。这篇文章从一开始的选题到最终的完成，全程都倾注了谢老师的不可计数的心血，给了我许许多多的支持和帮助，而且非常耐心的等待和指导。我不是很清楚谢老师有多么渊博而丰富的知识储备，就像一口井中的水一样无法估测，但我知道他精益求精的工作作为，孜孜不倦的教人为师之德，而且严以律己并以宽大的包容对待人让我深刻的体会到什么叫朴实无华、平易近人，也许这就是他的人格魅力，我相信在日后的生活、学

44、习和工作中，他就是我最好的榜样！经过了此次的毕业设计，我学到了很多平时课本上学不到的东西，而且在查阅相关资料的收集和自己亲自来分析判断问题的能力均有了不小的提升，我觉得这将会为自己日后的工作、学习和生活打下一定的基础。同时，我也非常的感谢和我一起做毕业设计的老师们、同学们、朋友们，在这个过程中也给了不小的帮助，无论是一开始的借阅资料还是到后来的计算结果分析，他们都是一样的努力。非常感谢他们的付出。同样也要感谢我的家人，谢谢你们二十多年来对我的关爱和支持。一直坚持要我读书读到现在，在这里特别感谢我的爸妈，是你们养育了我，并让我拥有了乐观向上、不断积极进取的性格。当然，我也有必要感谢一下我的母校，

45、感谢为我们所提供的学习、生活环境，在这个环境中我学会了很多的东西，也让我结实了很多的良师益友。这几年的生活将会是我一生之中，都难以忘怀的美好回忆，同时也是我的一款巨大财富。祝福所有人，一生幸福平安！ 参 考 文 献1 周保龙.内燃机学第二版M.北京:机械工业出版社,2005.2 蒋德明,黄佐华.内燃机替代燃料燃烧学M.西安:西安交通大学出版社,2007.3 解茂昭.内燃机计算燃烧学M.大连：大连理工大学出版社，2005.4 魏春源，张卫正，葛蕴珊.高等内燃机学M.北京：北京理工大学出版社,2001.5 蒋德明.内燃机燃烧与排放学M.西安:西安交通大学出版社，2001.6 Hewson J C,

46、 Bollig M. Reduced mechanisms for NOX emissions from hydrocarbon diffusion flames. Twenty-six Symposium (International)on Combustion ,1996:217121797 陆家祥.柴油机涡轮增压技术M.北京:机械工业出版社,1999.8 魏春源,张卫正.高等内燃机学M.北京:理工大学出版社,2000.9 刘巽俊.内燃机的排放与控制M.北京:机械工业出版社,2003.10 杨建华,龚金科,吴义虎.内燃机性能提高技术M.北京：人民交通出版社,1999.11 何学良.内燃机燃

47、烧学M.北京：机械工业出版社,1990.12 刘永长.内燃机原理M.武汉：华中理工大学出版社,1992.13 周松，肖友洪，朱元清.内燃机排放与污染控制M.北京:北京航空航天大学出版社，2010.14 李晓村.内燃机车柴油机M.北京:中国铁道出版社,2010.15 李晓村.内燃机车M.北京：中国铁道出版社,2007.16 龚金科.汽车排放污染及控制M.北京:人民交通出版社,2005.17 姚春德.内燃机先进技术与原理M.天津:天津大学出版社,2010.18 铁道部大连机车车辆工厂.东风4型内燃机车M.大连:大连理工大学出版社,1993.19 内燃机车.第6期(总第388期).20 王尚勇，杨青.柴油机电子控制技术.机械工业出版社.2005.31