康軼男

摘 要：加強(qiáng)機(jī)車(chē)柴油機(jī)排放控制的研究工作對(duì)于環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文介紹了機(jī)車(chē)柴油機(jī)排放的有害污染物的組成，較全面的論述了降低有害物排放的措施，并對(duì)我國(guó)機(jī)車(chē)柴油機(jī)排放研究提出建議。

關(guān)鍵詞：機(jī)車(chē)柴油機(jī)；排放；控制技術(shù)；環(huán)保

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.047

近年來(lái)，全球環(huán)境狀況日益惡化，現(xiàn)代工業(yè)要進(jìn)一步發(fā)展必須走可持續(xù)發(fā)展之路，即注重環(huán)境保護(hù)，減少環(huán)境污染。內(nèi)燃機(jī)車(chē)的發(fā)展也不例外，評(píng)價(jià)現(xiàn)代機(jī)車(chē)柴油機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)就是排放物的排放水平。在我國(guó)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中，內(nèi)燃牽引發(fā)揮著重要的作用。至2015年底，我國(guó)鐵路全路配屬機(jī)車(chē)約19763臺(tái)，其中內(nèi)燃機(jī)車(chē)約8150臺(tái)，占41.2%。目前，內(nèi)燃機(jī)車(chē)柴油機(jī)的研究應(yīng)考慮其對(duì)環(huán)境的影響，如何實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)車(chē)技術(shù)的節(jié)能環(huán)保是鐵路現(xiàn)代化發(fā)展的一個(gè)主要方向。

1 機(jī)車(chē)柴油機(jī)排放物的組成

機(jī)車(chē)柴油機(jī)排放的有害污染物主要成分包括：氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）、碳?xì)洌℉C）化合物和顆粒物質(zhì)（PM）。其中，氮氧化物和顆粒物排放量較多，一氧化碳和碳?xì)浠衔锏呐欧帕枯^少。

2 機(jī)車(chē)柴油機(jī)排放控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 以優(yōu)化燃燒為目的的機(jī)內(nèi)凈化措施

（1）延遲噴油定時(shí)：這種方法可促使參與預(yù)混合燃燒的燃油量的減少，確保初始放熱率降低，使燃燒室內(nèi)的最高燃燒溫度降低，最終使NOx的生成受到抑制。一般情況下，如果氮氧化物的排放減少，可能會(huì)增加顆粒物和燃油消耗率。因此，如果要采取相應(yīng)的措施降低氮氧化物的排放時(shí)，應(yīng)綜合考慮顆粒物和燃油消耗率的水平是否控制在合理范圍內(nèi)，以上因素應(yīng)綜合考慮，不應(yīng)只顧一個(gè)方面，應(yīng)統(tǒng)籌考慮，兩者兼顧。

（2）米勒循環(huán)（Miller循環(huán)）：一般情況下，柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)入燃燒過(guò)程中進(jìn)氣門(mén)才關(guān)閉。而米勒循環(huán)是將關(guān)閉的時(shí)間點(diǎn)提前到下止點(diǎn)前。以上改變方式的應(yīng)用，會(huì)造成氣缸內(nèi)工質(zhì)發(fā)生一定程度的膨脹，降低壓縮壓力和燃燒溫度，進(jìn)而可使NOx排放量減少。

（3）廢氣再循環(huán)技術(shù)（EGR）：這種技術(shù)主要是借助EGR閥按一定比例將增壓器渦輪前的部分廢氣引到進(jìn)氣系統(tǒng)，基于以上條件下，廢氣和增壓空氣充分混合，可起到稀釋空氣的作用，從而使NOX的生成有效減低。有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果顯示，15%的廢氣再循環(huán)可使進(jìn)氣中的氧濃度從21%降到18%。當(dāng)柴油機(jī)在75%負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，NOX排放量減少70%；在最大持續(xù)功率工況下，NOX排放減少60%。

（4）高效增壓+中冷技術(shù)：采用高效增壓器配套的柴油機(jī)，可使工作循環(huán)溫度降低，從而起到降低NOX排放的作用，通過(guò)以上技術(shù)也有利于高柴油機(jī)功率和效率的進(jìn)一步提升。與高效增壓相配合，可發(fā)揮對(duì)中冷水溫降低的作用，即使參與燃燒的空氣溫度降低，使NOX生成受到抑制。

（5）電子控制燃油噴射技術(shù)：這種技術(shù)是目前機(jī)車(chē)柴油機(jī)節(jié)能減排較常采用的技術(shù)。目前，共軌式燃油電子噴射系統(tǒng)是較為先進(jìn)的系統(tǒng)，其主要優(yōu)勢(shì)在于可實(shí)現(xiàn)高壓噴射；噴油壓力獨(dú)立于柴油機(jī)工作轉(zhuǎn)速，從而使柴油機(jī)低速、低負(fù)荷性能得以改善；噴油定時(shí)可實(shí)現(xiàn)靈活控制：可提前對(duì)部分負(fù)荷供油，以起到加速燃燒的作用；可延遲大負(fù)荷供油，使氮氧化物的排放得以減少。

2.2 以排氣后處理為目的的機(jī)外凈化措施

（1）選擇性催化還原（SCR）：目前這種技術(shù)歐洲應(yīng)用較為廣泛。該系統(tǒng)的工作原理是以氨氣作為還原劑，借助催化劑的作用，使柴油機(jī)排氣中有害的NOX向氮?dú)饧八D(zhuǎn)化，氮?dú)夂退畬?duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有影響，從而可以起到減少環(huán)境污染、保護(hù)環(huán)境的作用。該方法中氨氣的獲取主要采用向排氣管中噴射尿素水溶液的方法。但這種措施的實(shí)現(xiàn)，要求具備存儲(chǔ)和供給尿素的地面基礎(chǔ)設(shè)施和避免冬季水基尿素溶液凍結(jié)的專(zhuān)業(yè)設(shè)備，這對(duì)鐵路機(jī)車(chē)是一個(gè)比較大的考驗(yàn)，因此實(shí)施起來(lái)有一定的難度。

（2）顆粒過(guò)濾器（DPF）：目前，國(guó)內(nèi)外常用的顆粒過(guò)濾器的過(guò)濾材料主要有泡沫陶瓷、壁流式蜂窩陶瓷、編織陶瓷纖維和多孔金屬等。其中壁流式蜂窩陶瓷是目前綜合性能較好的過(guò)濾體，過(guò)濾效率可達(dá)90%以上。顆粒過(guò)濾器至今仍未研究出簡(jiǎn)單可靠的再生技術(shù)。

（3）氧化催化劑（DOC）：其主要用于對(duì)排氣中的HC、CO及顆粒物的可溶性有機(jī)物（SOF）進(jìn)行處理，在250℃以上的排氣環(huán)境中，具有良好的凈化作用。對(duì)于液態(tài)HC，由于其燃燒溫度較低，使用氧化催化劑可使其減少90%以上。

2.3 排放技術(shù)的應(yīng)用

目前，國(guó)內(nèi)外主要應(yīng)用兩條排放控制技術(shù)路線，即“優(yōu)化燃燒+選擇性催化還原”技術(shù)路線和“廢氣再循環(huán)+顆粒過(guò)濾器/氧化催化劑”技術(shù)路線，在后一技術(shù)路線中，“廢氣再循環(huán)+顆粒過(guò)濾器”技術(shù)路線應(yīng)用更為廣泛。

3 對(duì)我國(guó)機(jī)車(chē)柴油機(jī)排放控制工作方向的建議

總之，加強(qiáng)對(duì)我國(guó)機(jī)車(chē)柴油機(jī)排放控制的研究工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在很長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期內(nèi)，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)車(chē)柴油機(jī)排放控制的研究工作應(yīng)注重以下幾個(gè)方面：①逐步完善我國(guó)內(nèi)燃機(jī)車(chē)排放法規(guī)，確保我國(guó)內(nèi)燃機(jī)車(chē)柴油機(jī)研究工作取得突破性進(jìn)展的同時(shí)減少其對(duì)環(huán)境的污染。②系統(tǒng)檢測(cè)和分析我國(guó)鐵路現(xiàn)有和新造柴油機(jī)的排放水平，全面掌握相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，綜合分析，以制定有針對(duì)性的措施加以改進(jìn)和治理，減少其污染物的排放。③加快研制相應(yīng)的排放檢測(cè)設(shè)備，完善檢測(cè)條件。還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研究，為環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)力量。

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