柴油發電機排放污染物的主要影響因素
1、進氣溫度
進氣溫度的升高,將引起柴油發電機壓縮溫度及局部反應溫度升高,這有利于NO的生成。同時,在高速中等負荷下,隨著進氣溫度升高,滯燃期縮短,燃燒溫度提高,促進HC的氧化同時減少淬熄現象,于是HC排放量減少。
2、柴油發電機負荷
燃油燃燒時,其中的C首先生成CO,在有足夠的氧、溫度及重組反應時間條件下,CO會繼續被氧化成CO2。小負荷時,柴油發電機噴油量少,缸內氣體溫度低、氧化作用弱,因此CO排放濃度高。隨著負荷增加,混合氣空燃比減小,氣體溫度增加,氧化作用加強,CO排放逐漸減小。當負荷增大到一定程度后,由于氧濃度低和噴油后期供油量增加,反應時間變短,CO排放又增加。
NOX的生成主要受氧氣含量、燃燒溫度以及燃燒產物在高溫中停留時間三者影響。小負荷時,混合氣空燃比較大,雖然混合氣中有充足的氧氣,但燃燒室內溫度較低,因此NOX排放量也較低;當負荷增加時,燃燒室內氣體燃燒溫度增加,NOX排放量變大;但隨著負荷進一步加大,空燃比不斷減小,燃燒室中氧濃度不斷減小,NOX的生成再度受到抑制。圖2所示的是負荷對NOX排放的影響。
圖2 負荷對NOX排放的影響
柴油發電機負荷增大時,油束心部和沉積于壁面上的燃油量增多,而稀熄火區的油量減少。噴油定時和噴油速率保持不變的情況下,負荷增大則噴油持續時間增長,使后噴入的燃油反應時間減短,同時空燃比低氧濃度小,使HC氧化反應速率降低;但負荷增大時燃燒室內溫度增高,這又促使HC氧化,并且后者影響更大,因此HC排放量隨負荷增大而減小。
3、柴油發電機轉速
柴油發電機轉速的變化,會使與燃燒有關的氣體流動、燃油霧化與混合氣質量發生變化。這些變化對CO、NOX以及HC的排放都會產生影響。轉速變化對直噴柴油機NOX和HC排放的影響不明顯,但對CO排放的影響較大。柴油發電機在低速特別是怠速空轉時,缸內溫度低,噴油速度低,燃料霧化差,燃燒不完全,CO排放量高。柴油發電機在高速時,充量系數較低,短時間內組織良好混合氣較困難,燃燒不易完善,故CO排放量高。因此CO排放量在某一轉速下最低,隨著轉速降低或增高CO排放量都會增高。圖4所示為6135型低增壓茶游記轉速對排放物的影響。
4、供油系統參數及結構
(1)噴油提前角
噴油提前角對NOX、HC及PM排放影響較大。如果噴油提前角過大,燃油在較低的溫度和壓力下噴入氣缸,使滯燃期延長,噴注中稀火焰區的混合氣變濃,會導致NO排放量增加;同時較多的燃油蒸汽和小油粒被氣流帶走,形成一個較寬的稀熄火區,并且此時燃油與壁面碰撞增加,會導致HC排放增加。此外,混合氣自燃著火后,缸內壓力和溫度急劇上升,這樣油束其他區域的NO生成量也增加。過分推遲噴油,最高燃燒壓力降低,較多的油得不到足夠的反應時間,燃油經濟性變差并產生后燃現象,排氣冒煙,HC排放增加。
(2).噴油速率
提高噴油速率,縮短噴油延續時間,則在固定噴油終點時可推遲噴油,從而能降低NOX的排放。但噴油速率過高及尾噴油量增加都會使HC排放量增加。
(3)噴油器的結構和性能
直噴式柴油發電機噴油器在一定范圍內隨噴孔數的增加可降低碳煙排放,但過多的噴孔則由于貫穿力不足而影響效果。減小噴孔直徑會使燃油噴霧顆粒細化,可降低微粒物的排放。
其他條件不變時噴孔直徑會直接決定噴入氣缸內燃油量的多少。噴孔直徑大的柴油發電機有更多燃油進入氣缸內參與燃燒,因此燃燒室內氧濃度降低,NOX排放隨之減小。圖3所示的是不同噴孔直徑噴油器柴油機NOX排放的實驗結果。
圖3 不同噴油孔直徑對NOX排放的影響