柴油机尾气的生成机理是什么?

Question

柴油机尾气的生成机理是什么?

Answer 1

车用柴油机主要排放物为PM(颗粒状物质)和NOx,而CO和HC排放较低.控制柴油机尾气排放主要是控制颗粒物质PM和NO生成,降低PM和NOx的直接排放.柴油机与同等功率的汽油机相比,微粒和NOx是排放中两种最主要的污染物.目前,世界各国都在致力于减少柴油机颗粒排放的技术研究,并且已经取得了实质性的进展.由于柴油机排气微粒与NOx的生成机理不同,因此减少微粒的同时又增加了NOx的排放,同时微粒的减少又使得催化剂中毒得以有效的扼制,从而使采用机外催化技术净化NOx成为可能.现代柴油机尾气排放控制通常采取以下方法.
柴油机NOx排放的危害.柴油机排出的NOx中,NO约占90%,NO2只是其中很少的一部分.NO无色无味、毒性不大,但高浓度时能导致神经中枢的瘫痪和痉挛,而且NO排入大气后会逐渐被氧化为NO2.NO2是一种有刺激性气味、毒性很强(毒性大约是NO的5倍)的红棕色气体,可对人的呼吸道及肺造成损害,严重时能引起肺气肿.当浓度高达100×10-6体积浓度以上时,会随时导致生命危险.NOx和HC在太阳光作用下会生成光化学烟雾,NOx还会增加周围臭氧的浓度,而臭氧则会破坏植物的生长.此外,NOx还对各种纤维、橡胶、塑料、电子材料等具有不良影响.
基于上述原因,柴油机排放物中的NOx对环境的严重污染引起了世界范围的普遍关注,因此各国限制其排放的法规亦越来越严格.
柴油机尾气排放物的生成机理.迄今为止人们已经对NOx的生成机理进行了大量的研究,但尚未达成共识.比较容易接受的是策尔多维奇机理.该机理认为：柴油机排放中的NO并非来自燃油的燃烧,而是来自氮气与氧气的反应,它是在氧气过剩的情况下由于燃烧室的持续高温而形成的,在膨胀和排气时有少量的分解,排到大气后遇氧形成NOx和其它氮氧化物.
柴油机燃烧过程中喷射各区均可以生成NO,其生成浓度与局部温度、局部氮原子和氧原子的浓度、燃烧产物的冷却速度和滞留时间(即高温下所占燃烧循环的时间量)等因素有关.从理论上讲,柴油机NOx排放的形成是无法避免的,但通过控制燃烧过程的最高温度和富氧空气在高温中的滞留时间等可以加以限制.