李栋
兰州工业学院，甘肃平凉 744000
摘要：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。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。本文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。
关键字：内燃机车；柴油机；尾气；处理
引言
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。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。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。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。
1柴油机主要排放物的生成机理
1.1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。
1.2未燃碳氢化物（HC）生成机理
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。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。
1.3一氧化碳（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—空气当量比的处理。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。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。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。CO排放浓度受负载，过量空气比和注入推进的处理。
1.4硫氧化物（SOX）生成机理
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SO2，SO2可以进一步被氧原子或氧分子氧化成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。
2颗粒状物质（PM）生成机理
2.1SOF
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。一般情况下，负载越小，SOF比越低。转速越低，SOF的比例越低。
2.2Soot
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。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。
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。
3 内燃机车柴油机尾气处理控制途径
内燃机车柴油机有害废气是大气污染的主要来源之一。随着环境保护的日益重要，内燃机车柴油机有害废气的治理已成为世界内燃机车柴油机发展的一个重要方向。
3.1高压共轨喷射系统
降低柴油机废气的主要处理途径是提高废气处理水平，而喷油系统的性能是影响柴油机处理排气过程的主要因素。传统的柱塞泵脉冲喷射系统难以优化。高压共轨喷射系统的诞生并迅速发展。它被公认为20世纪三大突破之一（另外两个突破是汽油直喷技术和二甲醚替代燃料）。高压共轨喷射系统是在直喷技术、预喷射技术和电控技术基础上发展起来的一种新概念的喷射系统。共轨燃油喷射泵不再是带有共轨泵和带有共轨压力调节器的共轨燃油喷射泵。通过对力波的分析，将高压油管送至喷油器，通过电磁阀对喷油器的作用来控制喷油的开始和结束。
3.2废气再循环系统
废气再循环系统是将内燃机车柴油机产生的一小部分废气送回气缸。由于内燃机车柴油机富氧，当返回缸内的废气与新鲜空气混合时，缸内氧浓度降低，废气处理速度减慢，废气处理温度降低，减少的氮氧化物（NOx）等有害物质产生。
3.3增压中冷技术
增压是提高内燃机车气缸内空气密度的一种方法。中冷是为了降低压缩空气的温度。从而缩短了点火延迟期，使贫燃区积累的燃料相对较低，降低了碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）有害成分的升力。
3.4微粒捕集器
内燃机车柴油机微粒捕集器可以捕获排气中的颗粒，使其不能从发动机排出，然后利用催化剂、氧化剂、废气处理器对废气进行分解。该装置可将柴油机排气中的有害颗粒物降低70%-90%。捕捉粒子的材料和结构有很多种。常用单片陶瓷、金属丝网、泡沫陶瓷、陶瓷纤维、编织纤维环。
3.5催化净化设备
本研究涉及内燃机车上装有催化净化装置的柴油机。该催化剂能加速柴油机排气中有害成分向无害成分的转化。催化净化有两种方法。一种是催化氧化，它利用铂、钯、金、钴、镍等金属及其氧化物作为催化剂，将有害的一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）氧化成无害的二氧化碳（CO2）和水蒸气（H2O）。另一种是利用碱金属和钴铬合金作为催化剂，将氮氧化物（NOx）中的有害成分还原为氮（N2）和氧（O2）。
3.6采用代用燃料
目前，国际石油产品消费量逐年增加，石油资源日益枯竭。在国际油价居高不下的情况下，寻找和研究替代燃料以减少有害废气的处理是另一个途径。二甲氧基亚甲基（DME）是一种很有前途的烯烃替代品。其化学式为CH3-O-CH3，最初用于喷雾工业。随着丹麦公司的创新，工业生产成本明显降低，达到与内燃机车柴油机相同的价格水平。二甲醚可以由煤、天然气甚至生物制成。当使用甲醛时，使用柴油时，NOx值可降低50%。
结论
如果喷油定时被推迟，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。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。处理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处理。
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