第一篇：工程機(jī)械柴油機(jī)尾氣控制技術(shù)現(xiàn)狀與展望

柴油機(jī)具有高熱效率、大功率等特點(diǎn)，有著良好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，在工程機(jī)械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如壓路機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)、推土機(jī)等都是以柴油機(jī)作為動(dòng)力。雖然柴油機(jī)具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是其所排放的尾氣中有害成分較多，主要有HC、CO、SO、NO和PM(微粒)。尤其是在施工現(xiàn)場(chǎng)，由于工程機(jī)械和運(yùn)輸車輛來往比較頻繁，加之通風(fēng)條件的限制，這些工程機(jī)械排放的有害氣體嚴(yán)重超標(biāo)且會(huì)彌漫于整個(gè)上作面，極大地危害了施工人員的身體健康和施工的正常進(jìn)行，因此，對(duì)柴油機(jī)排放的尾氣進(jìn)行控制和凈化具有十分重要的意義。

1燃料方面的控制措施

1.1代用燃料

采用代用燃料將是控制柴油機(jī)和汽油機(jī)排放的重要方法之一，并且由于化石燃料有限，尋找代用燃料更成為當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)研究的熱門話題。目前，代用燃料主要有天然氣、壓縮天然氣(CNG)、液化天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)、氫氣、甲醇、乙醇、二甲醚(DEM)，碳酸二甲酯(DMC)及生物柴油等，其中甲醇、天然氣、液化石油氣被認(rèn)為是最有前途的清潔能源的代用燃料。其中CNG，LPG，甲醇一汽油汽車在我國(guó)得到了政府的大力支持并得到迅速發(fā)展。

甲醇可從天然氣、煤及生物質(zhì)等原料中提取；乙醇主要是含糖和淀粉的農(nóng)作物發(fā)酵后制得。利用醇類燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性可接近或超過柴油機(jī)和汽油機(jī)，排氣的有害成分少，是一種很有發(fā)展前景的燃料。但是，甲醇和乙醇燃燒時(shí)會(huì)放出甲醛和乙醛等有害成分，因而在使用上受到限制。

二甲醚(DEM)是近年來倍受關(guān)注的柴油機(jī)代用燃料，它可從煤、天然氣和生物物質(zhì)廢料中制得。DEM的自燃性很好，可作為單燃料直接代替柴油；能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)高效、柔和壓縮燃燒，具有與柴油機(jī)相同或略高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性能；最突出的優(yōu)點(diǎn)是DEM能夠徹底消除排煙和實(shí)現(xiàn)超低排放，NOx排放比柴油機(jī)低30%以上，若同時(shí)采用廢氣再循環(huán)時(shí)，可將NO排放進(jìn)一步降低到一般柴油機(jī)的50%達(dá)到PM和NO的同時(shí)降低。

碳酸二甲酯(DMC)中含有53.3%的氧，燃燒所產(chǎn)生的碳煙和顆粒比純柴油低；據(jù)報(bào)道，保加利亞生物燃料和再生能源協(xié)會(huì)通過加工使用過的食用油，來生產(chǎn)生物柴油，年產(chǎn)量可達(dá)300噸。它實(shí)際上是甲基酯菜籽油或甲基酯植物油，生產(chǎn)原料為向日葵、大豆等等。市場(chǎng)售價(jià)每升為0.5美元的這種生物柴油，可以替代柴油，也可與柴油混合使用。而且，它完全由可再生原料提煉而成，在燃燒過程中產(chǎn)生的二氧化碳量大大低于普通柴油，對(duì)環(huán)境的污染比普通柴油小得多。目前，已有美國(guó)、德國(guó)、巴西、阿根廷等投入生產(chǎn)。

另外也有一種生物柴油，是以廢餐飲油等為原料制成的液體燃料。其基本制作過程為：垃圾油加入反應(yīng)罐后，通過一種微酸性催化劑技術(shù)，使得其醇解和酯化可同時(shí)進(jìn)行，反應(yīng)速度也明顯加快。另外，通過一種金屬鹽處理劑，解決了利用廢舊動(dòng)植物油脂生產(chǎn)柴油殘留酸值高的關(guān)鍵問題。這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)都降低了生物柴油的生產(chǎn)成本，使得生物柴油從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)了生產(chǎn)車間。1.2燃油的改性

1.2.1提高十六烷值。柴油的十六烷值越高，著火延遲期越短，點(diǎn)火質(zhì)量越好；各種污染物的排放一般隨柴油十六烷的增加而下降，十六烷值不足，著火延遲期縮短，點(diǎn)火質(zhì)量差，預(yù)混合燃燒量過多，運(yùn)轉(zhuǎn)粗暴，噪聲加大，黑煙和NO排放增加。增加柴油的十六烷值，能有效地降低發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣顆粒PM、CO和NO的排放。

1.2.2降低芳香烴在燃油中的含量。芳香烴的密度比較大，著火性比較差，燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生更多的碳黑，使尾氣中的CO，HC，NO以及PM都有所增加。因此，降低芳香烴的含量可以有效地控制有害污染物的排放。

1.2.3降低燃油中的含S量。在燃燒過程中柴油中的S有1%~3%轉(zhuǎn)化為硫酸鹽排出；其余的主要轉(zhuǎn)化為SO，Van Beckhoven研究發(fā)現(xiàn)：在直噴柴油機(jī)中，燃油中S份從0.30降低0.05wt%，微粒排放量將降低10%~30%。Bartlett報(bào)道說在所有輕型柴油機(jī)中，燃油中硫份從0.30降低0.05wt%，微粒排放量將降低大約7%。

1.2.4降低密度。柴油密度、粘度是柴油重要的理化指標(biāo)，它們將影響柴油的噴霧質(zhì)量，進(jìn)而影響柴油機(jī)的排放情況。降低柴油的密度，可使HC和排放中的顆粒物減少。燃料密度從840kg/m3減少到800kg/m3，微粒排放物將減少13%。

1.2.5利用燃油添加劑。經(jīng)常使用的有十六烷值改進(jìn)添加劑、消除積炭添加劑和消煙劑等，但是這些添加劑使用后的作用并不理想，有的還有負(fù)面影響。比如應(yīng)用較多的消煙添加劑，將金屬鋇、鎂、鋅等可溶性堿化鹽或中性鹽作為消煙添加劑，加入少量后可顯著降低柴油機(jī)的排氣煙度，但微粒的排放量反而增加，且這些金屬對(duì)人體有害，現(xiàn)在已不推薦使用。

通過以上分析可以看出，柴油機(jī)燃料方面的控制措施主要有以下幾種：采用代用燃料；提高燃料的十六烷值；選擇適當(dāng)?shù)牟裼驼扯龋档筒裼偷谋砻鎻埩Γ唤档兔芏龋粶p少柴油中的含硫量和芳香烴含量。這些技術(shù)措施都有助丁降低柴油機(jī)尾氣有害排放物。

2柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)主要是改善油氣混合氣，防止局部過量空氣系數(shù)超過0.9(這有利于NO的生產(chǎn))和低于0.6(這有利于碳煙的生產(chǎn))。降低微粒和碳煙的排放與改善燃燒過程是一致的，使柴油機(jī)達(dá)到混合均勻、燃燒充分、工作柔和、啟動(dòng)可靠、排放較少的要求。但是這些減少措施往往會(huì)增加NO的排放，這為柴油機(jī)的排放控制造成了特殊的困難。因此在確定尾氣凈化措施時(shí)，需要從目前先進(jìn)的凈化技術(shù)出發(fā)，根據(jù)機(jī)器性能，采取多種措施綜合使用，才能達(dá)到凈化的目的。

2.1采用新的燃燒方式

傳統(tǒng)的柴油機(jī)燃燒分為預(yù)混合燃燒和擴(kuò)散燃燒兩個(gè)部分。主要燃燒是λ≈l處的擴(kuò)散燃燒，火焰溫度高，極易產(chǎn)生NOx，采用稀薄的均勻混合氣可解決這一問題。美國(guó)西南研究院提出的均勻充量壓縮燃燒系統(tǒng)(HCCI)和日本ACE研究所的預(yù)混稀薄燃燃燒過程(PREDIC)等均是采用這種思路。采用預(yù)混稀薄燃燃燒方式減少或消除了擴(kuò)散燃燒，稀混合氣可降低燃燒溫度，可大幅度降低NOx，比一般柴油機(jī)降低98%；由于氣缸內(nèi)混合氣均勻，無局部過濃混合氣，可使PM排放比一般柴油機(jī)降低27%，預(yù)混稀薄燃燒方式目前還處于研究階段，離實(shí)用還有一定距離，但是前景非常可觀。

2.2噴油系統(tǒng)的改進(jìn)

2.2.1噴油規(guī)律改進(jìn)

合理的噴油規(guī)律應(yīng)該是：初期噴油速率不宜過高，以抑制NOx生成；中期應(yīng)急速噴油，提高噴油速率和噴油壓力，以加速擴(kuò)散燃燒速度，防止PM升高和熱效率的惡化；后期要迅速結(jié)束噴射，避免燃燒不完全及PM增加。

在沒有電控燃油噴射條件下，通過改變油泵凸輪形狀，對(duì)噴油規(guī)律加以改進(jìn)，傳統(tǒng)凸輪為切線凸輪，改進(jìn)凸輪為凹弧型凸輪，其供油規(guī)律具有初期低、中期急速及補(bǔ)燃期不拖長(zhǎng)的特征。通過在某6105柴油機(jī)上驗(yàn)證試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后，NOx降低6%~13%，PM降低80/15%，但燃油經(jīng)濟(jì)性略有惡化

為了實(shí)現(xiàn)先緩后急的噴油規(guī)律，也可使用雙彈簧噴油器即為雙開啟壓力噴油器，在油壓上升時(shí)首先克服第一級(jí)較軟的彈簧壓力，使針閥略微頂起，由于流通面積很小，燃油噴射的速率較低；當(dāng)油壓升高到克服第二級(jí)彈簧壓力時(shí)開始主噴射。

2.2.2提高噴油壓力和減小噴孔直徑

提高噴油壓力和減少噴孔直徑可以使燃油的噴霧顆粒進(jìn)一步細(xì)化，以增大燃油和空氣接觸的表面積，加速燃油和空氣的混合，明顯地降低顆粒PM中碳的排放。高壓噴射會(huì)導(dǎo)致NOx的增加，如采用推遲噴油時(shí)間和EGR等方法，以達(dá)到控制顆粒PM和NOx排放的目的。高壓噴射系統(tǒng)需要和燃燒室良好匹配，以避免過多的燃油噴射到氣缸的冷表面上，減少HC和顆粒PM中有機(jī)可溶物SOF排放；高壓噴射技術(shù)對(duì)噴油系統(tǒng)提出了十分苛刻的要求。要求整個(gè)系統(tǒng)有極高的強(qiáng)度、剛度和密封性。此種措施也必須和其他改進(jìn)方法相結(jié)合才能達(dá)到更好的效果。

提高噴油壓力可以有效地降低柴油機(jī)的微粒排放；減少燃油平均滴徑，促進(jìn)混合氣形成；降低發(fā)動(dòng)機(jī)最大壓力升高率、降低燃燒噪聲。

2.2.3噴油正時(shí)與噴油速率的配合

控制柴油機(jī)的噴油正時(shí)是控制柴油機(jī)排放的重要手段，推遲噴油正時(shí)是降低柴油機(jī)排放中NOx濃度的簡(jiǎn)單而有效的措施之一。NOx對(duì)噴油正時(shí)的影響非常敏感，當(dāng)噴油正時(shí)與設(shè)定值相差1℃A時(shí)，NOx將提高15%左右。為了減少NOx的排放，噴油正時(shí)正在逐步推遲，向上止點(diǎn)方向靠近。目前采用電控噴射的噴油正時(shí)已減少到上止點(diǎn)前5℃A左右。噴油速率對(duì)有害氣體的排放有較大的影響，在實(shí)用中，常把推遲噴油正時(shí)與提高噴油速率同時(shí)使用，使單獨(dú)使用推遲噴油正時(shí)引起的CO升高受到抑制，從而使CO和NOx排放均得到降低。

2.2.4先導(dǎo)噴射及多次噴射

在主噴射之前噴入少量的燃油，以降低NOx和噪聲，主噴射要求噴油速率快、噴油壓力高，促進(jìn)混合氣形成，以縮短緩燃期，保證良好的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，形成先導(dǎo)噴射(預(yù)噴射)＋主噴射的模式。為了同時(shí)降低NOx和PM的排放也可采用多次噴射的方法，即先導(dǎo)噴射和主噴射結(jié)束后再噴入少量的燃油形成過后噴射，過后噴射可促進(jìn)碳煙的氧化，降低PM的排放。采用過后噴射會(huì)加大HC排放和耗油增加。在不同工況下要獲得良好的效果，先導(dǎo)噴射油量、過后噴射油量以及各次噴射的間隔角度和時(shí)刻的控制精度都有嚴(yán)格的要求，這對(duì)于機(jī)械式噴油系統(tǒng)是很難想象的，只有電控高壓共軌噴油系統(tǒng)才能勝任。

2.3進(jìn)氣系統(tǒng)的改進(jìn)

目前，柴油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是，提高噴油壓力、降低渦流強(qiáng)度，以減少進(jìn)氣的壓力損失，配合多氣門小孔徑噴油器來獲得良好的混合氣。

2.3.1采用增壓中冷技術(shù)

廢氣渦輪增壓可提高進(jìn)氣壓力、增大空氣的供給量，提高了氣缸內(nèi)平均有效壓力、過量空氣系數(shù)和整個(gè)循環(huán)的平均溫度，使燃油燃燒完全，可使柴油機(jī)顆粒狀物質(zhì)的排放量降低50%左右，并減少了CO和HC的排放。增壓后，燃油消耗率下降，CO和HC也會(huì)進(jìn)一步降低。同時(shí)使進(jìn)氣溫度提高而使燃燒溫度增加，致使增壓后NOx比非增壓要高。對(duì)此可采用增壓中冷的方法使進(jìn)氣溫度降低，以控制NOx的惡化。據(jù)資料介紹，進(jìn)氣溫度降低0~5℃，最高燃燒溫度和排氣溫度可降低1~3℃利用中冷技術(shù)，NOx的排放量可降低60%/-70%。所以采用增壓中冷是降低車用柴油機(jī)排氣排放物的有效措施之一。

2.3.2多氣門設(shè)計(jì)

采用多氣門設(shè)計(jì)主要是為了擴(kuò)大進(jìn)排氣門的總流通總面積，提高進(jìn)氣充量，使柴油的燃燒更徹底；實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣渦流比可變。在實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)時(shí)，它對(duì)柴油機(jī)排放亦產(chǎn)生較大影響。該影響來自兩個(gè)方面，一是采用4氣門技術(shù)時(shí)有利于噴油器布置在氣缸軸線附近，使油氣混合均勻，燃燒及早結(jié)束，有利于降低NOx、另外，4氣門使燃燒室凹坑內(nèi)產(chǎn)生較大渦流，減少渦流死區(qū)，有利于降低PM。二是可關(guān)閉部分通道，形成與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的進(jìn)氣渦流強(qiáng)度。變渦流比影響，研究人員對(duì)某6108柴油機(jī)進(jìn)行了渦流比變化對(duì)NOx，PM的影響試驗(yàn)，該機(jī)為4氣門結(jié)構(gòu)，與雙進(jìn)氣門配合的雙進(jìn)氣道為長(zhǎng)螺旋氣道和短切向氣道，切向氣道渦流近于零，并可節(jié)流，以此實(shí)現(xiàn)渦流比可變。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，關(guān)閉切向氣道，即可獲高渦流比，從而提高低速時(shí)的混合氣質(zhì)量，改善柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放。

2.4優(yōu)化燃燒系統(tǒng)

優(yōu)化燃燒系統(tǒng)指的是供油系統(tǒng)、進(jìn)氣流動(dòng)和燃燒室的形狀的最佳匹配。單獨(dú)看來，采用何種強(qiáng)度的渦流、何種程度的高壓噴油、何種形式的燃燒室，沒有最佳方案。但三者的最佳配合就是最優(yōu)組合。例如，當(dāng)噴油壓力較低需要借助高強(qiáng)度氣流運(yùn)動(dòng)來加速油氣混合，在重型車用柴油機(jī)上，采用較高的噴油壓力和較多的噴孔數(shù)，可以使進(jìn)氣渦流降低。中央帶凸起的燃燒室氣流運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，且可維持較長(zhǎng)的時(shí)間，這對(duì)加速擴(kuò)散燃燒有利。中央帶凸起的燃燒室燃燒過程急速，主燃期較短，適當(dāng)延遲供油定時(shí)可在油耗率和煙度變化不大的前提下大幅度降低NOx排放。

目前，直噴式柴油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是，提高噴油壓力；增加噴油器的噴孔數(shù)，減少孔徑；根據(jù)柴油機(jī)工況優(yōu)化噴油定時(shí)，使噴油正時(shí)不僅隨轉(zhuǎn)速而且能隨負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)。采用分隔式燃燒室，由于火焰高峰溫度較低，不利于NOx的生成；碳煙大部分在副燃燒室中產(chǎn)生，進(jìn)入主燃燒室后，大部分被氧化，有效地減少顆粒和HC排放，分隔式燃燒室比同規(guī)格的直噴式燃燒室NOx的排放量低1/3-1/2。新開發(fā)的燃燒系統(tǒng)采用強(qiáng)烈持續(xù)的后期擾動(dòng)，可有效降低碳煙和微粒的排放，幾近似于無煙。這又為進(jìn)一步采用廢氣再循環(huán)或推遲噴油提前角來降低NOx排放創(chuàng)造了條件。

2.5應(yīng)用柴油機(jī)電控技術(shù)

采用電子控制不僅可以提高噴油定時(shí)和噴油量的控制精度，而且在EGR、放氣閥或可變幾何渦輪增壓等空氣控制部件也可以用電子控制技術(shù)進(jìn)行柔性或精確控制。控制系統(tǒng)最理想的方案應(yīng)是能使燃油經(jīng)濟(jì)性和廢氣排放均獲得優(yōu)化。

電子控制柴油機(jī)高壓噴射技術(shù)(如電控高壓共軌噴射)的應(yīng)用可使柴油機(jī)通過最佳噴油正時(shí)、最佳噴油率和預(yù)噴射，與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷之間的關(guān)系進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，采用先導(dǎo)噴射及多次噴射技術(shù)，先導(dǎo)噴射油量、過后噴射油量以及各次噴射的間隔角度和時(shí)刻的控制精度都有嚴(yán)格的要求，這些顯然只有在電控高壓共軌系統(tǒng)中才能良好地實(shí)現(xiàn)。大大降低了顆粒排放，并且發(fā)動(dòng)機(jī)過渡工況的排放性能也可得到顯著改善。電控高壓噴射控制對(duì)噴油規(guī)律進(jìn)行控制，能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況實(shí)現(xiàn)最佳噴油，同時(shí)通過控制預(yù)混合燃燒與擴(kuò)散燃燒的比例，可同時(shí)降低有害排放和控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比，有利于實(shí)現(xiàn)有效的機(jī)外凈化措施。共軌式電控噴射技術(shù)是目前最先進(jìn)的柴油機(jī)電控噴射技術(shù)，共軌系統(tǒng)的開發(fā)、應(yīng)用與研究工作在國(guó)外報(bào)道較多，然而在國(guó)內(nèi)，這方面的研究還處于起步階段。

2.6采用廢氣再循環(huán)(EGR)

廢氣再循環(huán)(EGR)是再保證內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性不降低的前提下，將一部分排氣導(dǎo)入進(jìn)氣系統(tǒng)中，和新鮮混合氣混合后再進(jìn)入氣缸參加燃燒，通過降低燃燒室燃燒的最高溫度來降低NOx的排放。利用廢氣再循環(huán)(EGR)來降低NOx，的排放，需要與電子控制結(jié)合，根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度傳感器及啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)，由ECU對(duì)EGR率和EGR時(shí)機(jī)進(jìn)行控制，保證在對(duì)柴油機(jī)性能影響不大的條件下，降低尾氣中NOx的排放。

目前，EGR在汽油機(jī)上的應(yīng)用比較成功，而在柴油機(jī)上卻不盡人意。主要原因在于，柴油機(jī)排放中大量的PM和其他有害排放物直接引入氣缸會(huì)增加活塞環(huán)和缸套的磨損，還會(huì)稀釋潤(rùn)滑油并加速其變質(zhì)。柴油機(jī)采用EGR相當(dāng)于將一定數(shù)量的CO和水蒸氣添加到進(jìn)氣空氣中而成為一種稀釋劑，EGR率增大還使進(jìn)氣工質(zhì)的密度和O濃度下降，致使缸內(nèi)可燃混合氣的燃燒速度和燃燒溫度均有所降低，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性下降，HC，CO和PM排放增加。發(fā)動(dòng)機(jī)處于中小負(fù)荷工況時(shí)，采用EGR的效果十分顯著。當(dāng)EGR率為30%左右時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的排放及綜合性能較好：采用較大的EGR率降低NOx排放效果更加明顯，且發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的下降并不突出。發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷工況時(shí)，若采用EGR，則會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性明顯下降，另外，還會(huì)增加活塞環(huán)和缸套的磨損及加速潤(rùn)滑油的變質(zhì)。因此大負(fù)荷工況時(shí)不宜采用EGR。

渦輪增壓柴油機(jī)在30%~50%負(fù)荷以上的工況下.平均排氣壓力低于平均進(jìn)氣壓力。故排氣再循環(huán)難以實(shí)現(xiàn)。為此，各國(guó)學(xué)者提出了多種在增壓柴油機(jī)上實(shí)現(xiàn)排氣再循環(huán)的方案。主要有：通過調(diào)整正時(shí)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部EGR；在進(jìn)氣管或排氣管內(nèi)裝節(jié)流閥，通過節(jié)流來降低進(jìn)氣壓力或提高排氣壓力；通過輔助裝置或活塞本身的壓力將廢氣壓入進(jìn)氣管；通過在進(jìn)氣管加裝文曲利管(Venturi Pipe)，降低EGR接頭處的進(jìn)氣壓力；利用壓力波動(dòng)等。其中采用文曲利管EGR系統(tǒng)能較方便地在高工況下實(shí)現(xiàn)排氣再循環(huán).并且附加泵氣損失少、成本不高、有很大的優(yōu)越性。

2.7防止機(jī)油的泄漏

柴油機(jī)尾氣排放中PM除了燃油燃燒生成外，機(jī)油產(chǎn)生的PM也占相當(dāng)部分。PM可分為可溶性有機(jī)物(SOF)和不可溶有機(jī)物(IOF)兩部分，兩者所占的比例大約為39%和61%。在SOF中，由機(jī)油產(chǎn)生的PM占絕大部分，約占PM總量的29%；機(jī)油除產(chǎn)生SOF外也產(chǎn)生IOF，來自機(jī)油的PM總計(jì)占PM總量34%。同時(shí)，竄入燃燒室中不完全燃燒的機(jī)油隨尾氣排出，是形成柴油機(jī)排放的藍(lán)煙的重要組成部分。因此，必須盡量防止和減少機(jī)油竄入燃燒室，這應(yīng)通過改進(jìn)潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少裙部間隙，優(yōu)化活塞、活塞環(huán)和氣缸表面的設(shè)計(jì)，提高氣缸套圓度及改進(jìn)進(jìn)氣門挺桿的密封等措施，減少?gòu)臍忾T推桿泄漏的機(jī)油等措施來實(shí)現(xiàn)。

2.8加水燃燒

在柴油中加入少量的水，形成“油包水”形式的乳化燃料，燃燒時(shí)液態(tài)水受熱變?yōu)槠麘B(tài)時(shí)，吸收汽化潛熱，使燃燒溫度和壓力下降，以致在提高燃油蒸發(fā)速度的同時(shí)，減少了熱裂反應(yīng)，從而抑制NOx的生成，同時(shí)，由于液態(tài)水受熱變?yōu)槠麘B(tài)會(huì)形成“爆炸”，具有進(jìn)一步霧化的作用，使燃料和空氣進(jìn)一步混合，減少PM的排放。

實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)噴水量等于燃油量時(shí)，NOx＋HC的排放將降低50%左右，而功率僅僅降低4%，降低排放效果較好。但是，進(jìn)氣管噴水會(huì)造成進(jìn)氣管、氣缸腐蝕增加，油底殼易積水，并要求噴水量能隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的改變而調(diào)節(jié)，這在設(shè)計(jì)和l結(jié)構(gòu)上存在一定的困難。

3柴油機(jī)尾氣后處理技術(shù)

柴油機(jī)尾氣中氧含量較高，HC和CO的含量比汽油機(jī)低的多，其主要有害物是NOx和碳煙，因此柴油機(jī)尾氣凈化的重點(diǎn)是降低NOx和減少碳煙。措施為用選擇性還原催化轉(zhuǎn)化器在富氧條件下還原NOx，用氧化催化轉(zhuǎn)化器降低HC和CO的排放量和顆粒PM狀物質(zhì)中的有機(jī)成分；用微粒過濾裝置收集柴油機(jī)排氣中的顆粒狀物質(zhì)等。

3.1 NOx的后處理措施

去除NOx的最理想的方法是將NO催化分解為N和O，但是在O和SO作用下催化劑很快失活，因而這種方法的實(shí)用前景渺茫。目前，柴油機(jī)尾氣NOX凈化研究主要從選擇性催化還原和吸附一催化還原兩條技術(shù)路線入手，碳素纖維還原技術(shù)。

選擇性催化還原最重要的是確定還原劑和催化劑。研究者對(duì)NH3選擇性催化還原柴油機(jī)排氣NOX也進(jìn)行過嘗試，結(jié)果表明其凈化率可達(dá)65%以上.但是，這種方法只適合于固定式柴油機(jī)排氣的凈化處理，對(duì)于運(yùn)行工況多變的柴油車，因存在NH3泄漏問題而不適用。1990年，1wamoto和Held分別報(bào)道在Cu/ZSM一5催化劑上，HC能選擇性催化還原NOx，到目前為止，研究過的催化劑可分為負(fù)載型貴金屬、負(fù)載型金屬氧化物和離子交換的沸石三大類。拓寬催化劑或催化劑一還原劑組合的活性溫度范圍，提高催化劑在S02和水熱環(huán)境中的穩(wěn)定性是今后的努力方向。

吸附一催化還原NO是在稀燃階段將NOx吸附儲(chǔ)存起來，而在短暫的富燃階段，NOx釋放并被排氣中的HC還原。吸附還原型三元催化劑的活性成分是貴金屬和堿土金屬(或稀土金屬)，影響吸附一還原催化劑性能的主要因素是吸附劑在柴油機(jī)尾氣溫度下吸附NO的容量及其抗SO2和CO2毒害能力，提高這兩方面的性能是今后的努力目標(biāo)。吸附一催化還原已被日本汽車生產(chǎn)廠家證明適用于部分新車型的NOX凈化，但這種方法在一定程度上犧牲了燃料的經(jīng)濟(jì)性，還要求燃料含S量非常低。對(duì)于超低S燃料，現(xiàn)有吸附一催化還原技術(shù)可將NOX降低90%。適用于S高含量燃料的吸附一催化技術(shù)目前尚在開發(fā)之中。對(duì)于同時(shí)凈化PM和NO的技術(shù)，部分研究結(jié)果表明，在鈣鈦和貴金屬催化劑上碳粒能還原NOx。最近，日本豐田公司開發(fā)出一種連續(xù)式同時(shí)催化凈化PM和NOX并對(duì)NO和HC也具有較好的凈化作用，所以有望在同一種催化劑上同時(shí)凈化PM，NO，CO和HC，即開發(fā)出所謂的“四效催化劑”，其開發(fā)成功無疑將極大地推動(dòng)柴油機(jī)尾氣控制技術(shù)的進(jìn)步。

采用碳素纖維加載低電壓技術(shù)，可有效減少NOx的排放。碳素纖維具有催化活性，能促進(jìn)廢氣中的NO與C或HC進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，隨著電壓的升高，可使NOX排放明顯降低。目前，該技術(shù)正處于研究階段，尚未取得突破性進(jìn)展，同時(shí)該技術(shù)凈化效果的發(fā)揮必須以微粒的有效消除為基礎(chǔ)。對(duì)不同基材的活性碳素纖維采用硝酸浸漬，并以此作為直接還原劑，以達(dá)到脫除NO的目的。如采用硝酸浸漬的瀝青基、粘膠基、聚丙稀晴基等為原材料制成的活性碳素纖維。不過，這些研究仍處于試驗(yàn)室階段。

3.2 PM的后處理技術(shù)

3.2.1加裝氧化催化轉(zhuǎn)化器

柴油機(jī)PM后處理技術(shù)包括催化氧化和過濾。柴油機(jī)加裝氧化催化轉(zhuǎn)換器是一種有效的機(jī)外凈化排氣中的可燃?xì)怏w和可溶性SOF有機(jī)組分的常用措施。采取此措施(以鉑Pt、鈀Pd貴重金屬作為催化劑)能使HC、CO減少50%，顆粒PM減少50%~70%，其中的多環(huán)芳烴和硝基多環(huán)芳烴也有明顯減少。

但是，氧化催化器的缺點(diǎn)是會(huì)將排氣中的SO2氧化為SO，生成硫酸霧或固態(tài)硫酸鹽顆粒，額外增加顆粒物質(zhì)排放量。美國(guó)最近針對(duì)新型柴油機(jī)進(jìn)行的一項(xiàng)示范研究表明，當(dāng)使用S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為368×10-6的柴油時(shí)，催化氧化可使瞬態(tài)工況條件下的PM排放降低23%~29%，HC降低52%~58%?若改用S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54×10-6的柴油，PM可降低13%。所以，柴油機(jī)氧化催化器一般適用于含硫量較低的柴油燃料；并要保證催化劑及載體、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況、發(fā)動(dòng)機(jī)特性、廢氣的流速和催化轉(zhuǎn)換器的大小以及廢氣流入轉(zhuǎn)換器的進(jìn)口溫度等正常，使凈化效果達(dá)到最佳。

3.2.2采用微粒捕集器

微粒捕集器由微粒過濾器和再生裝置組成。微粒捕集器通過其中有極小孔隙的過濾介質(zhì)(濾芯)捕集柴油機(jī)排氣中的固態(tài)碳粒和吸附可溶性有機(jī)成分的碳煙。

微粒捕集器的工作主體是濾芯，目前常用的過濾材料有：金屬絲網(wǎng)、陶瓷纖維、泡沫陶瓷和壁流式蜂窩陶瓷等。濾芯決定過濾器的過濾效率、工作可靠性、使用壽命以及再生技術(shù)的使用和再生效果。濾芯應(yīng)滿足較高的性能指標(biāo)：具有較高的過濾效率，具有大的過濾面積?耐熱沖擊性好，具有較強(qiáng)的機(jī)械性能指標(biāo)，熱穩(wěn)定性好，能承受較高的熱負(fù)荷?具有較小的熱膨脹系數(shù)?通過性好，流通阻力小?在外形尺寸相同的情況下，背壓小，背壓增長(zhǎng)率低，適應(yīng)再生能力強(qiáng)?質(zhì)量輕。目前，最常使用的過濾材料為堇青石(其主要成分為MgO.AlO.SiO)和碳化硅晶體SiC。

微粒捕集器對(duì)碳的過濾效率較高，可達(dá)到60%。在過濾過程中，會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)排氣背壓升高，當(dāng)排氣背壓達(dá)到16~20kPa時(shí)，柴油機(jī)性能開始惡化，因此必須定期地除去顆粒，使過濾器恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)，即過濾器再生。微粒捕集器的再生方式可分為“被動(dòng)”再生和“主動(dòng)”再生：“被動(dòng)”方式即為催化再生，是在過濾器載體上浸漬催化劑或在燃油中加入添加劑來降低顆粒的氧化反應(yīng)的活化能，降低碳粒的起燃溫度來實(shí)現(xiàn)顆粒過濾器的再生；“主動(dòng)”再生方式又稱為“熱再生”，即外加能量(熱能)的再生方式，利用外部熱源使積存在過濾體內(nèi)的微粒升溫、自燃，以減少過濾器內(nèi)的微粒PM。根據(jù)外加能量的形式可分為：全負(fù)荷再生、噴油助燃再生、電加熱再生、電自加熱再生和微波再生等。隨后又開發(fā)出CRT(連續(xù)再生捕集器)系統(tǒng)、節(jié)流再生、逆向噴氣再生、振動(dòng)再生等幾種非加熱再生方式。

就目前而言，在再生過濾器的研究中需進(jìn)一步解決的問題有：降低再生溫度，進(jìn)一步降低再生所需要的能量。在柴油機(jī)的排氣溫度下使其能有效地再生，達(dá)到減少能量損耗和簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)的目的：對(duì)于使用氣壓制動(dòng)的車輛，逆向噴氣再生技術(shù)是今后的一個(gè)發(fā)展方向。但其結(jié)構(gòu)和能量的來源以及可靠性都有待于進(jìn)一步深入研究。連續(xù)再生將是以后一個(gè)重要的發(fā)展方向，但就中國(guó)而言，由于受柴油中的硫含量太高的影響(要求為50×10)，國(guó)內(nèi)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)受化工技術(shù)的影響不能使用。

在各種柴油機(jī)微粒捕捉器再生技術(shù)中，除連續(xù)再生外，都要對(duì)再生時(shí)機(jī)進(jìn)行判斷，即進(jìn)行再生控制，再生控制系統(tǒng)是微粒捕捉器不可缺少的部分。現(xiàn)代自動(dòng)捕集器系統(tǒng)已經(jīng)具備在線診斷系統(tǒng)形式的電子監(jiān)測(cè)，并同時(shí)控制再生過程，除了簡(jiǎn)單地監(jiān)測(cè)背壓，還用復(fù)雜的運(yùn)算來確定煙塵裝載量。最新開發(fā)的煙塵傳感器(如測(cè)電導(dǎo)率)可連續(xù)監(jiān)控排氣的清潔度，保證了捕集器在正確的時(shí)機(jī)進(jìn)行再生。

3.2.3靜電式微粒收集器

柴油機(jī)排氣微粒中有70%~80%呈帶電狀態(tài)，每個(gè)帶電微粒約帶1~5個(gè)基本正電荷或負(fù)電荷，整體呈電中性。目前利用附加強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)呈帶電特性的碳煙微粒進(jìn)行靜電吸附，并取得了一定的試驗(yàn)成果。但目前的問題是設(shè)備體積過大，成本太高，在車輛上使用最困難的是高壓電的供給及收集中防止二次分散及反電暈等問題。但是隨著技術(shù)的發(fā)展也是極有前景的。

3.2.4電壓捕集技術(shù)

在柴油機(jī)排氣管的上下游分別裝金屬網(wǎng)，網(wǎng)間加約50V直流電壓。一般上游的金屬網(wǎng)網(wǎng)格較大，加負(fù)電壓；下游的金屬網(wǎng)網(wǎng)格較密，加正電壓。當(dāng)微粒經(jīng)過上游金屬網(wǎng)時(shí)帶上負(fù)電，經(jīng)過下游帶正電的金屬網(wǎng)時(shí)被吸附，從而達(dá)到微粒凈化的目的，這種方法裝置簡(jiǎn)單且過濾效率高。

3.2.5脈沖電暈等離子體化學(xué)處理技術(shù)

此種技術(shù)利用5-20eV的高能電子轟擊反應(yīng)器中的氣體分子NOx，SO，O，HO等。經(jīng)過激活、分解、電離等過程產(chǎn)生很強(qiáng)的自由基COH，HO，原子氧(O)和臭氧等，強(qiáng)氧化物迅速氧化掉碳粒、NOx和SO在水的作用下生成硝酸和硫酸，加入適當(dāng)?shù)奶砑觿?NH等)則生成相應(yīng)的銨鹽，可通過濾清器和靜電除塵收集產(chǎn)物，從而達(dá)到減少污染的目的。但由于本過程產(chǎn)生了新的鹽類和其它化學(xué)成份，有可能形成二次污染，目前尚處于理論研究和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的應(yīng)用。

3.2.6靜電旋風(fēng)技術(shù)

研究人員對(duì)靜電旋風(fēng)技術(shù)捕集去除柴油機(jī)PM的效果進(jìn)行了探索性研究。結(jié)果表明，借助高壓脈沖靜電作用不僅能較好地捕集柴油機(jī)排氣PM，而且尾氣中的HC和NOx也有一定的去除作用。靜電旋風(fēng)捕集器具有排氣阻力小、清灰簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。

4結(jié)束語

4.1燃料方面

目前的發(fā)展方向是采用代用燃料，提高石油冶煉技術(shù)，研制新型柴油添加劑，消除柴油中的硫，減少燃油中的芳烴成分，降低柴油中不飽和烴的含量，提高柴油的品質(zhì)，從源頭上解決尾氣排放的問題。

4.2機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

柴油機(jī)尾氣排放控制的發(fā)展方向?qū)⑹遣捎枚喾N措施綜合應(yīng)用。運(yùn)用電子控制技術(shù)，通過對(duì)柴油機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用增壓中冷、EGR來達(dá)到最優(yōu)配合。

4.3尾氣后處理技術(shù)

催化劑、氧化劑和還原劑是發(fā)展的方向，此外微粒捕集器的再生技術(shù)以及去除微粒的非過濾技術(shù)也有待于發(fā)展。

第二篇：工程機(jī)械柴油機(jī)尾氣控制技術(shù)現(xiàn)狀與展望

工程機(jī)械柴油機(jī)尾氣控制技術(shù)現(xiàn)狀與展望

柴油機(jī)具有高熱效率、大功率等特點(diǎn)，有著良好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，在工程機(jī)械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如壓路機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)、推土機(jī)等都是以柴油機(jī)作為動(dòng)力。雖然柴油機(jī)具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是其所排放的尾氣中有害成分較多，主要有HC、CO、SO、NO和PM（微粒）。尤其是在施工現(xiàn)場(chǎng)，由于工程機(jī)械和運(yùn)輸車輛來往比較頻繁，加之通風(fēng)條件的限制，這些工程機(jī)械排放的有害氣體嚴(yán)重超標(biāo)且會(huì)彌漫于整個(gè)上作面，極大地危害了施工人員的身體健康和施工的正常進(jìn)行，因此，對(duì)柴油機(jī)排放的尾氣進(jìn)行控制和凈化具有十分重要的意義。1 燃料方面的控制措施 1.1 代用燃料

采用代用燃料將是控制柴油機(jī)和汽油機(jī)排放的重要方法之一，并且由于化石燃料有限，尋找代用燃料更成為當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)研究的熱門話題。目前，代用燃料主要有天然氣、壓縮天然氣（CNG）、液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）、氫氣、甲醇、乙醇、二甲醚（DEM），碳酸二甲酯（DMC）及生物柴油等，其中甲醇、天然氣、液化石油氣被認(rèn)為是最有前途的清潔能源的代用燃料。其中CNG，LPG，甲醇一汽油汽車在我國(guó)得到了政府的大力支持并得到迅速發(fā)展。

甲醇可從天然氣、煤及生物質(zhì)等原料中提取；乙醇主要是含糖和淀粉的農(nóng)作物發(fā)酵后制得。利用醇類燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性可接近或超過柴油機(jī)和汽油機(jī)，排氣的有害成分少，是一種很有發(fā)展前景的燃料。但是，甲醇和乙醇燃燒時(shí)會(huì)放出甲醛和乙醛等有害成分，因而在使用上受到限制。

二甲醚（DEM）是近年來倍受關(guān)注的柴油機(jī)代用燃料，它可從煤、天然氣和生物物質(zhì)廢料中制得。DEM的自燃性很好，可作為單燃料直接代替柴油；能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)高效、柔和壓縮燃燒，具有與柴油機(jī)相同或略高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性能；最突出的優(yōu)點(diǎn)是DEM能夠徹底消除排煙和實(shí)現(xiàn)超低排放，NOx排放比柴油機(jī)低30%以上，若同時(shí)采用廢氣再循環(huán)時(shí)，可將NO排放進(jìn)一步降低到一般柴油機(jī)的50%達(dá)到PM和NO的同時(shí)降低。

碳酸二甲酯（DMC）中含有53.3%的氧，燃燒所產(chǎn)生的碳煙和顆粒比純柴油低；據(jù)報(bào)道，保加利亞生物燃料和再生能源協(xié)會(huì)通過加工使用過的食用油，來生產(chǎn)生物柴油，年產(chǎn)量可達(dá)300噸。它實(shí)際上是甲基酯菜籽油或甲基酯植物油，生產(chǎn)原料為向日葵、大豆等等。市場(chǎng)售價(jià)每升為0.5美元的這種生物柴油，可以替代柴油，也可與柴油混合使用。而且，它完全由可再生原料提煉而成，在燃燒過程中產(chǎn)生的二氧化碳量大大低于普通柴油，對(duì)環(huán)境的污染比普通柴油小得多。目前，已有美國(guó)、德國(guó)、巴西、阿根廷等投入生產(chǎn)。

另外也有一種生物柴油，是以廢餐飲油等為原料制成的液體燃料。其基本制作過程為：垃圾油加入反應(yīng)罐后，通過一種微酸性催化劑技術(shù)，使得其醇解和酯化可同時(shí)進(jìn)行，反應(yīng)速度也明顯加快。另外，通過一種金屬鹽處理劑，解決了利用廢舊動(dòng)植物油脂生產(chǎn)柴油殘留酸值高的關(guān)鍵問題。這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)都降低了生物柴油的生產(chǎn)成本，使得生物柴油從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)了生產(chǎn)車間。1.2 燃油的改性

1.2.1提高十六烷值。柴油的十六烷值越高，著火延遲期越短，點(diǎn)火質(zhì)量越好；各種污染物的排放一般隨柴油十六烷的增加而下降，十六烷值不足，著火延遲期縮短，點(diǎn)火質(zhì)量差，預(yù)混合燃燒量過多，運(yùn)轉(zhuǎn)粗暴，噪聲加大，黑煙和NO排放增加。增加柴油的十六烷值，能有效地降低發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣顆粒PM、CO和NO的排放。（十六烷值不能太高，太高，柴油燃燒時(shí)易裂解）

1.2.2降低芳香烴在燃油中的含量。芳香烴的密度比較大，著火性比較差，燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生更多的碳黑，使尾氣中的CO，HC，NO以及PM都有所增加。因此，降低芳香烴的含量可以有效地控制有害污染物的排放。1.2.3降低燃油中的含S量。在燃燒過程中柴油中的S有1%~3%轉(zhuǎn)化為硫酸鹽排出；其余的主要轉(zhuǎn)化為SO，Van Beckhoven研究發(fā)現(xiàn)：在直噴柴油機(jī)中，燃油中S份從0.30降低0.05wt%，微粒排放量將降低10%~30%。Bartlett報(bào)道說在所有輕型柴油機(jī)中，燃油中硫份從0.30降低0.05wt%，微粒排放量將降低大約7%。

1.2.4降低密度。柴油密度、粘度是柴油重要的理化指標(biāo)，它們將影響柴油的噴霧質(zhì)量，進(jìn)而影響柴油機(jī)的排放情況。降低柴油的密度，可使HC和排放中的顆粒物減少。燃料密度從840kg/m3減少到800kg/m3，微粒排放物將減少13%。1.2.5利用燃油添加劑。經(jīng)常使用的有十六烷值改進(jìn)添加劑、消除積炭添加劑和消煙劑等，但是這些添加劑使用后的作用并不理想，有的還有負(fù)面影響。比如應(yīng)用較多的消煙添加劑，將金屬鋇、鎂、鋅等可溶性堿化鹽或中性鹽作為消煙添加劑，加入少量后可顯著降低柴油機(jī)的排氣煙度，但微粒的排放量反而增加，且這些金屬對(duì)人體有害，現(xiàn)在已不推薦使用。

通過以上分析可以看出，柴油機(jī)燃料方面的控制措施主要有以下幾種：采用代用燃料；提高燃料的十六烷值；選擇適當(dāng)?shù)牟裼驼扯龋档筒裼偷谋砻鎻埩Γ唤档兔芏龋粶p少柴油中的含硫量和芳香烴含量。這些技術(shù)措施都有助丁降低柴油機(jī)尾氣有害排放物。柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)主要是改善油氣混合氣，防止局部過量空氣系數(shù)超過0.9（這有利于NO的生產(chǎn)）和低于0.6（這有利于碳煙的生產(chǎn)）。降低微粒和碳煙的排放與改善燃燒過程是一致的，使柴油機(jī)達(dá)到混合均勻、燃燒充分、工作柔和、啟動(dòng)可靠、排放較少的要求。但是這些減少措施往往會(huì)增加NO的排放，這為柴油機(jī)的排放控制造成了特殊的困難。因此在確定尾氣凈化措施時(shí)，需要從目前先進(jìn)的凈化技術(shù)出發(fā)，根據(jù)機(jī)器性能，采取多種措施綜合使用，才能達(dá)到凈化的目的。

2.1采用新的燃燒方式

傳統(tǒng)的柴油機(jī)燃燒分為預(yù)混合燃燒和擴(kuò)散燃燒兩個(gè)部分。主要燃燒是λ≈l處的擴(kuò)散燃燒，火焰溫度高，極易產(chǎn)生NOx，采用稀薄的均勻混合氣可解決這一問題。美國(guó)西南研究院提出的均勻充量壓縮燃燒系統(tǒng)（HCCI）和日本ACE研究所的預(yù)混稀薄燃燃燒過程（PREDIC）等均是采用這種思路。采用預(yù)混稀薄燃燃燒方式減少或消除了擴(kuò)散燃燒，稀混合氣可降低燃燒溫度，可大幅度降低NOx，比一般柴油機(jī)降低98%；由于氣缸內(nèi)混合氣均勻，無局部過濃混合氣，可使PM排放比一般柴油機(jī)降低27%，預(yù)混稀薄燃燒方式目前還處于研究階段，離實(shí)用還有一定距離，但是前景非常可觀。2.2噴油系統(tǒng)的改進(jìn) 2.2.1噴油規(guī)律改進(jìn)

合理的噴油規(guī)律應(yīng)該是：初期噴油速率不宜過高，以抑制NOx生成；中期應(yīng)急速噴油，提高噴油速率和噴油壓力，以加速擴(kuò)散燃燒速度，防止PM升高和熱效率的惡化；后期要迅速結(jié)束噴射，避免燃燒不完全及PM增加。在沒有電控燃油噴射條件下，通過改變油泵凸輪形狀，對(duì)噴油規(guī)律加以改進(jìn)，傳統(tǒng)凸輪為切線凸輪，改進(jìn)凸輪為凹弧型凸輪，其供油規(guī)律具有初期低、中期急速及補(bǔ)燃期不拖長(zhǎng)的特征。通過在某6105柴油機(jī)上驗(yàn)證試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后，NOx降低6%~13%，PM降低80/15%，但燃油經(jīng)濟(jì)性略有惡化

為了實(shí)現(xiàn)先緩后急的噴油規(guī)律，也可使用雙彈簧噴油器即為雙開啟壓力噴油器，在油壓上升時(shí)首先克服第一級(jí)較軟的彈簧壓力，使針閥略微頂起，由于流通面積很小，燃油噴射的速率較低；當(dāng)油壓升高到克服第二級(jí)彈簧壓力時(shí)開始主噴射。

2.2.2提高噴油壓力和減小噴孔直徑

提高噴油壓力和減少噴孔直徑可以使燃油的噴霧顆粒進(jìn)一步細(xì)化，以增大燃油和空氣接觸的表面積，加速燃油和空氣的混合，明顯地降低顆粒PM中碳的排放。高壓噴射會(huì)導(dǎo)致NOx的增加，如采用推遲噴油時(shí)間和EGR等方法，以達(dá)到控制顆粒PM和NOx排放的目的。高壓噴射系統(tǒng)需要和燃燒室良好匹配，以避免過多的燃油噴射到氣缸的冷表面上，減少HC和顆粒PM中有機(jī)可溶物SOF排放；高壓噴射技術(shù)對(duì)噴油系統(tǒng)提出了十分苛刻的要求。要求整個(gè)系統(tǒng)有極高的強(qiáng)度、剛度和密封性。此種措施也必須和其他改進(jìn)方法相結(jié)合才能達(dá)到更好的效果。

提高噴油壓力可以有效地降低柴油機(jī)的微粒排放；減少燃油平均滴徑，促進(jìn)混合氣形成；降低發(fā)動(dòng)機(jī)最大壓力升高率、降低燃燒噪聲。2.2.3噴油正時(shí)與噴油速率的配合

控制柴油機(jī)的噴油正時(shí)是控制柴油機(jī)排放的重要手段，推遲噴油正時(shí)是降低柴油機(jī)排放中NOx濃度的簡(jiǎn)單而有效的措施之一。NOx對(duì)噴油正時(shí)的影響非常敏感，當(dāng)噴油正時(shí)與設(shè)定值相差1℃A時(shí)，NOx將提高15%左右。為了減少NOx的排放，噴油正時(shí)正在逐步推遲，向上止點(diǎn)方向靠近。目前采用電控噴射的噴油正時(shí)已減少到上止點(diǎn)前5℃A左右。噴油速率對(duì)有害氣體的排放有較大的影響，在實(shí)用中，常把推遲噴油正時(shí)與提高噴油速率同時(shí)使用，使單獨(dú)使用推遲噴油正時(shí)引起的CO升高受到抑制，從而使CO和NOx排放均得到降低。

2.2.4先導(dǎo)噴射及多次噴射

在主噴射之前噴入少量的燃油，以降低NOx和噪聲，主噴射要求噴油速率快、噴油壓力高，促進(jìn)混合氣形成，以縮短緩燃期，保證良好的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，形成先導(dǎo)噴射（預(yù)噴射）＋主噴射的模式。為了同時(shí)降低NOx和PM的排放也可采用多次噴射的方法，即先導(dǎo)噴射和主噴射結(jié)束后再噴入少量的燃油形成過后噴射，過后噴射可促進(jìn)碳煙的氧化，降低PM的排放。采用過后噴射會(huì)加大HC排放和耗油增加。在不同工況下要獲得良好的效果，先導(dǎo)噴射油量、過后噴射油量以及各次噴射的間隔角度和時(shí)刻的控制精度都有嚴(yán)格的要求，這對(duì)于機(jī)械式噴油系統(tǒng)是很難想象的，只有電控高壓共軌噴油系統(tǒng)才能勝任。2.3進(jìn)氣系統(tǒng)的改進(jìn)

目前，柴油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是，提高噴油壓力、降低渦流強(qiáng)度，以減少進(jìn)氣的壓力損失，配合多氣門小孔徑噴油器來獲得良好的混合氣。2.3.1采用增壓中冷技術(shù)

廢氣渦輪增壓可提高進(jìn)氣壓力、增大空氣的供給量，提高了氣缸內(nèi)平均有效壓力、過量空氣系數(shù)和整個(gè)循環(huán)的平均溫度，使燃油燃燒完全，可使柴油機(jī)顆粒狀物質(zhì)的排放量降低50%左右，并減少了CO和HC的排放。增壓后，燃油消耗率下降，CO和HC也會(huì)進(jìn)一步降低。同時(shí)使進(jìn)氣溫度提高而使燃燒溫度增加，致使增壓后NOx比非增壓要高。對(duì)此可采用增壓中冷的方法使進(jìn)氣溫度降低，以控制NOx的惡化。據(jù)資料介紹，進(jìn)氣溫度降低0~5℃，最高燃燒溫度和排氣溫度可降低1~3℃利用中冷技術(shù)，NOx的排放量可降低60%/-70%。所以采用增壓中冷是降低車用柴油機(jī)排氣排放物的有效措施之一。2.3.2多氣門設(shè)計(jì)

采用多氣門設(shè)計(jì)主要是為了擴(kuò)大進(jìn)排氣門的總流通總面積，提高進(jìn)氣充量，使柴油的燃燒更徹底；實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣渦流比可變。在實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)時(shí)，它對(duì)柴油機(jī)排放亦產(chǎn)生較大影響。該影響來自兩個(gè)方面，一是采用4氣門技術(shù)時(shí)有利于噴油器布置在氣缸軸線附近，使油氣混合均勻，燃燒及早結(jié)束，有利于降低NOx、另外，4氣門使燃燒室凹坑內(nèi)產(chǎn)生較大渦流，減少渦流死區(qū)，有利于降低PM。二是可關(guān)閉部分通道，形成與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的進(jìn)氣渦流強(qiáng)度。變渦流比影響，研究人員對(duì)某6108柴油機(jī)進(jìn)行了渦流比變化對(duì)NOx，PM的影響試驗(yàn)，該機(jī)為4氣門結(jié)構(gòu)，與雙進(jìn)氣門配合的雙進(jìn)氣道為長(zhǎng)螺旋氣道和短切向氣道，切向氣道渦流近于零，并可節(jié)流，以此實(shí)現(xiàn)渦流比可變。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，關(guān)閉切向氣道，即可獲高渦流比，從而提高低速時(shí)的混合氣質(zhì)量，改善柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放。2.4優(yōu)化燃燒系統(tǒng)

優(yōu)化燃燒系統(tǒng)指的是供油系統(tǒng)、進(jìn)氣流動(dòng)和燃燒室的形狀的最佳匹配。單獨(dú)看來，采用何種強(qiáng)度的渦流、何種程度的高壓噴油、何種形式的燃燒室，沒有最佳方案。但三者的最佳配合就是最優(yōu)組合。例如，當(dāng)噴油壓力較低需要借助高強(qiáng)度氣流運(yùn)動(dòng)來加速油氣混合，在重型車用柴油機(jī)上，采用較高的噴油壓力和較多的噴孔數(shù)，可以使進(jìn)氣渦流降低。中央帶凸起的燃燒室氣流運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，且可維持較長(zhǎng)的時(shí)間，這對(duì)加速擴(kuò)散燃燒有利。中央帶凸起的燃燒室燃燒過程急速，主燃期較短，適當(dāng)延遲供油定時(shí)可在油耗率和煙度變化不大的前提下大幅度降低NOx排放。

目前，直噴式柴油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是，提高噴油壓力；增加噴油器的噴孔數(shù)，減少孔徑；根據(jù)柴油機(jī)工況優(yōu)化噴油定時(shí)，使噴油正時(shí)不僅隨轉(zhuǎn)速而且能隨負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)。采用分隔式燃燒室，由于火焰高峰溫度較低，不利于NOx的生成；碳煙大部分在副燃燒室中產(chǎn)生，進(jìn)入主燃燒室后，大部分被氧化，有效地減少顆粒和HC排放，分隔式燃燒室比同規(guī)格的直噴式燃燒室NOx的排放量低1/3－1/2。新開發(fā)的燃燒系統(tǒng)采用強(qiáng)烈持續(xù)的后期擾動(dòng)，可有效降低碳煙和微粒的排放，幾近似于無煙。這又為進(jìn)一步采用廢氣再循環(huán)或推遲噴油提前角來降低NOx排放創(chuàng)造了條件。2.5應(yīng)用柴油機(jī)電控技術(shù)

采用電子控制不僅可以提高噴油定時(shí)和噴油量的控制精度，而且在EGR、放氣閥或可變幾何渦輪增壓等空氣控制部件也可以用電子控制技術(shù)進(jìn)行柔性或精確控制。控制系統(tǒng)最理想的方案應(yīng)是能使燃油經(jīng)濟(jì)性和廢氣排放均獲得優(yōu)化。

電子控制柴油機(jī)高壓噴射技術(shù)（如電控高壓共軌噴射）的應(yīng)用可使柴油機(jī)通過最佳噴油正時(shí)、最佳噴油率和預(yù)噴射，與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷之間的關(guān)系進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，采用先導(dǎo)噴射及多次噴射技術(shù)，先導(dǎo)噴射油量、過后噴射油量以及各次噴射的間隔角度和時(shí)刻的控制精度都有嚴(yán)格的要求，這些顯然只有在電控高壓共軌系統(tǒng)中才能良好地實(shí)現(xiàn)。大大降低了顆粒排放，并且發(fā)動(dòng)機(jī)過渡工況的排放性能也可得到顯著改善。電控高壓噴射控制對(duì)噴油規(guī)律進(jìn)行控制，能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況實(shí)現(xiàn)最佳噴油，同時(shí)通過控制預(yù)混合燃燒與擴(kuò)散燃燒的比例，可同時(shí)降低有害排放和控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比，有利于實(shí)現(xiàn)有效的機(jī)外凈化措施。共軌式電控噴射技術(shù)是目前最先進(jìn)的柴油機(jī)電控噴射技術(shù)，共軌系統(tǒng)的開發(fā)、應(yīng)用與研究工作在國(guó)外報(bào)道較多，然而在國(guó)內(nèi)，這方面的研究還處于起步階段。2.6采用廢氣再循環(huán)（EGR）

廢氣再循環(huán)（EGR）是再保證內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性不降低的前提下，將一部分排氣導(dǎo)入進(jìn)氣系統(tǒng)中，和新鮮混合氣混合后再進(jìn)入氣缸參加燃燒，通過降低燃燒室燃燒的最高溫度來降低NOx的排放。利用廢氣再循環(huán)（EGR）來降低NOx，的排放，需要與電子控制結(jié)合，根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度傳感器及啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)，由ECU對(duì)EGR率和EGR時(shí)機(jī)進(jìn)行控制，保證在對(duì)柴油機(jī)性能影響不大的條件下，降低尾氣中NOx的排放。

目前，EGR在汽油機(jī)上的應(yīng)用比較成功，而在柴油機(jī)上卻不盡人意。主要原因在于，柴油機(jī)排放中大量的PM和其他有害排放物直接引入氣缸會(huì)增加活塞環(huán)和缸套的磨損，還會(huì)稀釋潤(rùn)滑油并加速其變質(zhì)。柴油機(jī)采用EGR相當(dāng)于將一定數(shù)量的CO和水蒸氣添加到進(jìn)氣空氣中而成為一種稀釋劑，EGR率增大還使進(jìn)氣工質(zhì)的密度和O濃度下降，致使缸內(nèi)可燃混合氣的燃燒速度和燃燒溫度均有所降低，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性下降，HC，CO和PM排放增加。發(fā)動(dòng)機(jī)處于中小負(fù)荷工況時(shí)，采用EGR的效果十分顯著。當(dāng)EGR率為30%左右時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的排放及綜合性能較好：采用較大的EGR率降低NOx排放效果更加明顯，且發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的下降并不突出。發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷工況時(shí)，若采用EGR，則會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性明顯下降，另外，還會(huì)增加活塞環(huán)和缸套的磨損及加速潤(rùn)滑油的變質(zhì)。因此大負(fù)荷工況時(shí)不宜采用EGR。

渦輪增壓柴油機(jī)在30%~50%負(fù)荷以上的工況下.平均排氣壓力低于平均進(jìn)氣壓力。故排氣再循環(huán)難以實(shí)現(xiàn)。為此，各國(guó)學(xué)者提出了多種在增壓柴油機(jī)上實(shí)現(xiàn)排氣再循環(huán)的方案。主要有：通過調(diào)整正時(shí)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部EGR；在進(jìn)氣管或排氣管內(nèi)裝節(jié)流閥，通過節(jié)流來降低進(jìn)氣壓力或提高排氣壓力；通過輔助裝置或活塞本身的壓力將廢氣壓入進(jìn)氣管；通過在進(jìn)氣管加裝文曲利管（Venturi Pipe），降低EGR接頭處的進(jìn)氣壓力；利用壓力波動(dòng)等。其中采用文曲利管EGR系統(tǒng)能較方便地在高工況下實(shí)現(xiàn)排氣再循環(huán).并且附加泵氣損失少、成本不高、有很大的優(yōu)越性。

2.7防止機(jī)油的泄漏

柴油機(jī)尾氣排放中PM除了燃油燃燒生成外，機(jī)油產(chǎn)生的PM也占相當(dāng)部分。PM可分為可溶性有機(jī)物（SOF）和不可溶有機(jī)物（IOF）兩部分，兩者所占的比例大約為39%和61%。在SOF中，由機(jī)油產(chǎn)生的PM占絕大部分，約占PM總量的29%；機(jī)油除產(chǎn)生SOF外也產(chǎn)生IOF，來自機(jī)油的PM總計(jì)占PM總量34%。同時(shí)，竄入燃燒室中不完全燃燒的機(jī)油隨尾氣排出，是形成柴油機(jī)排放的藍(lán)煙的重要組成部分。因此，必須盡量防止和減少機(jī)油竄入燃燒室，這應(yīng)通過改進(jìn)潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少裙部間隙，優(yōu)化活塞、活塞環(huán)和氣缸表面的設(shè)計(jì)，提高氣缸套圓度及改進(jìn)進(jìn)氣門挺桿的密封等措施，減少?gòu)臍忾T推桿泄漏的機(jī)油等措施來實(shí)現(xiàn)。2.8加水燃燒

在柴油中加入少量的水，形成“油包水”形式的乳化燃料，燃燒時(shí)液態(tài)水受熱變?yōu)槠麘B(tài)時(shí)，吸收汽化潛熱，使燃燒溫度和壓力下降，以致在提高燃油蒸發(fā)速度的同時(shí)，減少了熱裂反應(yīng)，從而抑制NOx的生成，同時(shí)，由于液態(tài)水受熱變?yōu)槠麘B(tài)會(huì)形成“爆炸”，具有進(jìn)一步霧化的作用，使燃料和空氣進(jìn)一步混合，減少PM的排放。

實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)噴水量等于燃油量時(shí)，NOx＋HC的排放將降低50%左右，而功率僅僅降低4%，降低排放效果較好。但是，進(jìn)氣管噴水會(huì)造成進(jìn)氣管、氣缸腐蝕增加，油底殼易積水，并要求噴水量能隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的改變而調(diào)節(jié)，這在設(shè)計(jì)和l結(jié)構(gòu)上存在一定的困難。3 柴油機(jī)尾氣后處理技術(shù)

柴油機(jī)尾氣中氧含量較高，HC和CO的含量比汽油機(jī)低的多，其主要有害物是NOx和碳煙，因此柴油機(jī)尾氣凈化的重點(diǎn)是降低NOx和減少碳煙。措施為用選擇性還原催化轉(zhuǎn)化器在富氧條件下還原NOx，用氧化催化轉(zhuǎn)化器降低HC和CO的排放量和顆粒PM狀物質(zhì)中的有機(jī)成分；用微粒過濾裝置收集柴油機(jī)排氣中的顆粒狀物質(zhì)等。

3.1 NOx的后處理措施

去除NOx的最理想的方法是將NO催化分解為N和O，但是在O和SO作用下催化劑很快失活，因而這種方法的實(shí)用前景渺茫。目前，柴油機(jī)尾氣NOX凈化研究主要從選擇性催化還原和吸附一催化還原兩條技術(shù)路線入手，碳素纖維還原技術(shù)。

選擇性催化還原最重要的是確定還原劑和催化劑。研究者對(duì)NH3選擇性催化還原柴油機(jī)排氣NOX也進(jìn)行過嘗試，結(jié)果表明其凈化率可達(dá)65%以上.但是，這種方法只適合于固定式柴油機(jī)排氣的凈化處理，對(duì)于運(yùn)行工況多變的柴油車，因存在NH3泄漏問題而不適用。1990年，1wamoto和Held分別報(bào)道在Cu/ZSM一5催化劑上，HC能選擇性催化還原NOx，到目前為止，研究過的催化劑可分為負(fù)載型貴金屬、負(fù)載型金屬氧化物和離子交換的沸石三大類。拓寬催化劑或催化劑一還原劑組合的活性溫度范圍，提高催化劑在S02和水熱環(huán)境中的穩(wěn)定性是今后的努力方向。

吸附一催化還原NO是在稀燃階段將NOx吸附儲(chǔ)存起來，而在短暫的富燃階段，NOx釋放并被排氣中的HC還原。吸附還原型三元催化劑的活性成分是貴金屬和堿土金屬（或稀土金屬），影響吸附一還原催化劑性能的主要因素是吸附劑在柴油機(jī)尾氣溫度下吸附NO的容量及其抗SO2和CO2毒害能力，提高這兩方面的性能是今后的努力目標(biāo)。吸附一催化還原已被日本汽車生產(chǎn)廠家證明適用于部分新車型的NOX凈化，但這種方法在一定程度上犧牲了燃料的經(jīng)濟(jì)性，還要求燃料含S量非常低。對(duì)于超低S燃料，現(xiàn)有吸附一催化還原技術(shù)可將NOX降低90%。適用于S高含量燃料的吸附一催化技術(shù)目前尚在開發(fā)之中。

對(duì)于同時(shí)凈化PM和NO的技術(shù)，部分研究結(jié)果表明，在鈣鈦和貴金屬催化劑上碳粒能還原NOx。最近，日本豐田公司開發(fā)出一種連續(xù)式同時(shí)催化凈化PM和NOX并對(duì)NO和HC也具有較好的凈化作用，所以有望在同一種催化劑上同時(shí)凈化PM，NO，CO和HC，即開發(fā)出所謂的“四效催化劑”，其開發(fā)成功無疑將極大地推動(dòng)柴油機(jī)尾氣控制技術(shù)的進(jìn)步。

采用碳素纖維加載低電壓技術(shù)，可有效減少NOx的排放。碳素纖維具有催化活性，能促進(jìn)廢氣中的NO與C或HC進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，隨著電壓的升高，可使NOX排放明顯降低。目前，該技術(shù)正處于研究階段，尚未取得突破性進(jìn)展，同時(shí)該技術(shù)凈化效果的發(fā)揮必須以微粒的有效消除為基礎(chǔ)。對(duì)不同基材的活性碳素纖維采用硝酸浸漬，并以此作為直接還原劑，以達(dá)到脫除NO的目的。如采用硝酸浸漬的瀝青基、粘膠基、聚丙稀晴基等為原材料制成的活性碳素纖維。不過，這些研究仍處于試驗(yàn)室階段。3.2 PM的后處理技術(shù)

3.2.1加裝氧化催化轉(zhuǎn)化器 柴油機(jī)PM后處理技術(shù)包括催化氧化和過濾。柴油機(jī)加裝氧化催化轉(zhuǎn)換器是一種有效的機(jī)外凈化排氣中的可燃?xì)怏w和可溶性SOF有機(jī)組分的常用措施。采取此措施（以鉑Pt、鈀Pd貴重金屬作為催化劑）能使HC、CO減少50%，顆粒PM減少50%~70%，其中的多環(huán)芳烴和硝基多環(huán)芳烴也有明顯減少。

但是，氧化催化器的缺點(diǎn)是會(huì)將排氣中的SO2氧化為SO，生成硫酸霧或固態(tài)硫酸鹽顆粒，額外增加顆粒物質(zhì)排放量。美國(guó)最近針對(duì)新型柴油機(jī)進(jìn)行的一項(xiàng)示范研究表明，當(dāng)使用S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為368×10－6的柴油時(shí)，催化氧化可使瞬態(tài)工況條件下的PM排放降低23%~29%，HC降低52%~58%若改用S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54×10－6的柴油，PM可降低13%。所以，柴油機(jī)氧化催化器一般適用于含硫量較低的柴油燃料；并要保證催化劑及載體、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況、發(fā)動(dòng)機(jī)特性、廢氣的流速和催化轉(zhuǎn)換器的大小以及廢氣流入轉(zhuǎn)換器的進(jìn)口溫度等正常，使凈化效果達(dá)到最佳。

3.2.2采用微粒捕集器

微粒捕集器由微粒過濾器和再生裝置組成。微粒捕集器通過其中有極小孔隙的過濾介質(zhì)（濾芯）捕集柴油機(jī)排氣中的固態(tài)碳粒和吸附可溶性有機(jī)成分的碳煙。

微粒捕集器的工作主體是濾芯，目前常用的過濾材料有：金屬絲網(wǎng)、陶瓷纖維、泡沫陶瓷和壁流式蜂窩陶瓷等。濾芯決定過濾器的過濾效率、工作可靠性、使用壽命以及再生技術(shù)的使用和再生效果。濾芯應(yīng)滿足較高的性能指標(biāo)：具有較高的過濾效率，具有大的過濾面積耐熱沖擊性好，具有較強(qiáng)的機(jī)械性能指標(biāo)，熱穩(wěn)定性好，能承受較高的熱負(fù)荷具有較小的熱膨脹系數(shù)通過性好，流通阻力小在外形尺寸相同的情況下，背壓小，背壓增長(zhǎng)率低，適應(yīng)再生能力強(qiáng)質(zhì)量輕。目前，最常使用的過濾材料為堇青石（其主要成分為MgO.AlO.SiO）和碳化硅晶體SiC。

微粒捕集器對(duì)碳的過濾效率較高，可達(dá)到60%。在過濾過程中，會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)排氣背壓升高，當(dāng)排氣背壓達(dá)到16~20kPa時(shí)，柴油機(jī)性能開始惡化，因此必須定期地除去顆粒，使過濾器恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)，即過濾器再生。微粒捕集器的再生方式可分為“被動(dòng)”再生和“主動(dòng)”再生：“被動(dòng)”方式即為催化再生，是在過濾器載體上浸漬催化劑或在燃油中加入添加劑來降低顆粒的氧化反應(yīng)的活化能，降低碳粒的起燃溫度來實(shí)現(xiàn)顆粒過濾器的再生；“主動(dòng)”再生方式又稱為“熱再生”，即外加能量（熱能）的再生方式，利用外部熱源使積存在過濾體內(nèi)的微粒升溫、自燃，以減少過濾器內(nèi)的微粒PM。根據(jù)外加能量的形式可分為：全負(fù)荷再生、噴油助燃再生、電加熱再生、電自加熱再生和微波再生等。隨后又開發(fā)出CRT（連續(xù)再生捕集器）系統(tǒng)、節(jié)流再生、逆向噴氣再生、振動(dòng)再生等幾種非加熱再生方式。

就目前而言，在再生過濾器的研究中需進(jìn)一步解決的問題有：降低再生溫度，進(jìn)一步降低再生所需要的能量。在柴油機(jī)的排氣溫度下使其能有效地再生，達(dá)到減少能量損耗和簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)的目的：對(duì)于使用氣壓制動(dòng)的車輛，逆向噴氣再生技術(shù)是今后的一個(gè)發(fā)展方向。但其結(jié)構(gòu)和能量的來源以及可靠性都有待于進(jìn)一步深入研究。連續(xù)再生將是以后一個(gè)重要的發(fā)展方向，但就中國(guó)而言，由于受柴油中的硫含量太高的影響（要求為50×10），國(guó)內(nèi)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)受化工技術(shù)的影響不能使用。

在各種柴油機(jī)微粒捕捉器再生技術(shù)中，除連續(xù)再生外，都要對(duì)再生時(shí)機(jī)進(jìn)行判斷，即進(jìn)行再生控制，再生控制系統(tǒng)是微粒捕捉器不可缺少的部分。現(xiàn)代自動(dòng)捕集器系統(tǒng)已經(jīng)具備在線診斷系統(tǒng)形式的電子監(jiān)測(cè)，并同時(shí)控制再生過程，除了簡(jiǎn)單地監(jiān)測(cè)背壓，還用復(fù)雜的運(yùn)算來確定煙塵裝載量。最新開發(fā)的煙塵傳感器（如測(cè)電導(dǎo)率）可連續(xù)監(jiān)控排氣的清潔度，保證了捕集器在正確的時(shí)機(jī)進(jìn)行再生。3.2.3靜電式微粒收集器

柴油機(jī)排氣微粒中有70%~80%呈帶電狀態(tài)，每個(gè)帶電微粒約帶1~5個(gè)基本正電荷或負(fù)電荷，整體呈電中性。目前利用附加強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)呈帶電特性的碳煙微粒進(jìn)行靜電吸附，并取得了一定的試驗(yàn)成果。但目前的問題是設(shè)備體積過大，成本太高，在車輛上使用最困難的是高壓電的供給及收集中防止二次分散及反電暈等問題。但是隨著技術(shù)的發(fā)展也是極有前景的。3.2.4電壓捕集技術(shù)

在柴油機(jī)排氣管的上下游分別裝金屬網(wǎng)，網(wǎng)間加約50V直流電壓。一般上游的金屬網(wǎng)網(wǎng)格較大，加負(fù)電壓；下游的金屬網(wǎng)網(wǎng)格較密，加正電壓。當(dāng)微粒經(jīng)過上游金屬網(wǎng)時(shí)帶上負(fù)電，經(jīng)過下游帶正電的金屬網(wǎng)時(shí)被吸附，從而達(dá)到微粒凈化的目的，這種方法裝置簡(jiǎn)單且過濾效率高。3.2.5脈沖電暈等離子體化學(xué)處理技術(shù)

此種技術(shù)利用5－20eV的高能電子轟擊反應(yīng)器中的氣體分子NOx，SO，O，HO等。經(jīng)過激活、分解、電離等過程產(chǎn)生很強(qiáng)的自由基COH，HO，原子氧（O）和臭氧等，強(qiáng)氧化物迅速氧化掉碳粒、NOx和SO在水的作用下生成硝酸和硫酸，加入適當(dāng)?shù)奶砑觿∟H等）則生成相應(yīng)的銨鹽，可通過濾清器和靜電除塵收集產(chǎn)物，從而達(dá)到減少污染的目的。但由于本過程產(chǎn)生了新的鹽類和其它化學(xué)成份，有可能形成二次污染，目前尚處于理論研究和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的應(yīng)用。3.2.6靜電旋風(fēng)技術(shù)

研究人員對(duì)靜電旋風(fēng)技術(shù)捕集去除柴油機(jī)PM的效果進(jìn)行了探索性研究。結(jié)果表明，借助高壓脈沖靜電作用不僅能較好地捕集柴油機(jī)排氣PM，而且尾氣中的HC和NOx也有一定的去除作用。靜電旋風(fēng)捕集器具有排氣阻力小、清灰簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。4 結(jié)束語 4.1燃料方面

目前的發(fā)展方向是采用代用燃料，提高石油冶煉技術(shù)，研制新型柴油添加劑，消除柴油中的硫，減少燃油中的芳烴成分，降低柴油中不飽和烴的含量，提高柴油的品質(zhì)，從源頭上解決尾氣排放的問題。

4.2機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

柴油機(jī)尾氣排放控制的發(fā)展方向?qū)⑹遣捎枚喾N措施綜合應(yīng)用。運(yùn)用電子控制技術(shù)，通過對(duì)柴油機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用增壓中冷、EGR來達(dá)到最優(yōu)配合。4.3尾氣后處理技術(shù)

催化劑、氧化劑和還原劑是發(fā)展的方向，此外微粒捕集器的再生技術(shù)以及去除微粒的非過濾技術(shù)也有待于發(fā)展。

第三篇：工程機(jī)械液壓控制技術(shù)的研究進(jìn)展與展望

工程機(jī)械液壓控制技術(shù)的研究進(jìn)展與展望

摘 要：近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)工程機(jī)械液壓的控制性能要求也越來越高，因此，在現(xiàn)代工程機(jī)械中液壓傳動(dòng)和控制技術(shù)也扮演著越來越重要的角色。對(duì)于液壓控制技術(shù)，如何能更有效的提高工程機(jī)械整機(jī)的控制性能以及可靠性等問題，成為當(dāng)今工程機(jī)械液壓控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本文以液壓控制技術(shù)的概念和特點(diǎn)為切入點(diǎn)，對(duì)液壓控制技術(shù)的發(fā)展前景和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)；展望

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.102

0 前言

現(xiàn)如今，睡著科學(xué)技術(shù)的不斷提高以及經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，液壓傳動(dòng)控制技術(shù)對(duì)工業(yè)發(fā)展的影響也越來越大，在一定程度上它對(duì)工程機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)起了決定性的作用。在實(shí)際工程控制過程中，如何充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)控制技術(shù)從而提高工程機(jī)械的性能，成為當(dāng)今工程控制領(lǐng)域急需解決的重要問題之一，對(duì)此我們需要對(duì)工程機(jī)械液壓傳動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行全面的了解，進(jìn)而對(duì)其做深入的研究。只有我們對(duì)該技術(shù)做了深入的了解之后才能更好的將液壓控制技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程機(jī)械液壓控制過程當(dāng)中。下面就以下幾個(gè)方面對(duì)其作前要分析。工程機(jī)械液壓控制技術(shù)的概念及特點(diǎn)

在現(xiàn)代工程機(jī)械的發(fā)展過程中，液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)作為最重要的組成部分，發(fā)揮著重要的作用。

（1）液壓控制技術(shù)的涵義。目前，液壓控制技術(shù)是工程機(jī)械領(lǐng)域最為常見的控制系統(tǒng)，包括液壓傳動(dòng)技術(shù)和控制技術(shù)，在技術(shù)研究過程中，作為液壓控制系統(tǒng)的核心技術(shù)，兩者彼此協(xié)調(diào)、促進(jìn)及影響，從而保證了工程安全性可可靠性。所謂的液壓控制技術(shù)就是在實(shí)際工程控制過程中通過電子機(jī)械，利用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，從而促使液壓油工作，并且通過控制閥門來對(duì)液壓油進(jìn)行更加協(xié)調(diào)合理的控制，從而使液壓缸通過不同的路徑和動(dòng)作來完成液壓控制過程中的各項(xiàng)任務(wù)。

（2）液壓控制技術(shù)的特點(diǎn)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，液壓控制技術(shù)的特點(diǎn)可概括為如下四點(diǎn)：1）在狹窄的空間內(nèi)，液壓控制技術(shù)能實(shí)現(xiàn)大功率以及滿足多方位執(zhí)行器集中操作的性能要求；2）液壓控制以發(fā)動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)力時(shí)，歲系統(tǒng)中各種能源的利用率較好，從而也更好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)能源的綜合利用；3）在實(shí)際應(yīng)用中，液壓控制技術(shù)不受地形以及地理位置的影響，無論環(huán)境多么惡劣，他都能順利的進(jìn)行工作；4）液壓控制系統(tǒng)屬于環(huán)境友好型系統(tǒng)，即在生產(chǎn)過程中，不會(huì)對(duì)外界的生態(tài)環(huán)境造成破壞，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等的協(xié)調(diào)發(fā)展。液壓控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）電子控制自動(dòng)化。目前，常見的液壓機(jī)械工作時(shí)均以電子控制系統(tǒng)為核心，首要目標(biāo)就是提高它的性能、效能以及安全性能，其次就是更大程度的加大對(duì)各種能源的利用率。面對(duì)多路閥，實(shí)際工作中最為常見的控制方式就是利用電液比例來控制。該方式不僅提高了機(jī)械的工作效率及性能，還能完成遠(yuǎn)程操作這一要求。電子控制自動(dòng)化還體現(xiàn)在電子泵技術(shù)上，工作原理就是將變量泵的壓力、流動(dòng)參數(shù)和流量通過電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，并且利用過程中檢測(cè)到的流量、壓力信號(hào)來進(jìn)行負(fù)荷控制，最終提高變量泵的工作性能。

（2）智能化。整體上來看，盡管目前我國(guó)對(duì)液壓控制技術(shù)的智能化研究還處于初級(jí)階段，但該技術(shù)對(duì)工程機(jī)械的發(fā)展起了推動(dòng)作用，對(duì)其工作性能也產(chǎn)生了極為重要的影響。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，智能控制系統(tǒng)能夠較大幅度的提高工程機(jī)械的控制效率。例如無人挖掘機(jī)，由先進(jìn)的液壓控制、通信以及圖像處理等技術(shù)，在很大程度上改善了現(xiàn)場(chǎng)人員的工作環(huán)境。在工作過程中無人挖掘機(jī)能夠利用高級(jí)的控制方法，穩(wěn)定性這一問題能得到有效的解決，在啟動(dòng)和停止時(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象也會(huì)大大地減弱，避免了機(jī)械因此而受到損壞的問題。

（3）節(jié)能。現(xiàn)如今，能源不斷減少，可用資源對(duì)人類來說更加可貴，節(jié)能已經(jīng)成為全球共同關(guān)注的話題之一，當(dāng)然，在工程機(jī)械領(lǐng)域，機(jī)械節(jié)能已經(jīng)成為該領(lǐng)域相關(guān)人員主要研究的核心內(nèi)容，機(jī)械節(jié)能包括液壓系統(tǒng)的節(jié)能和從發(fā)動(dòng)機(jī)到液壓系統(tǒng)的整體功率適應(yīng)兩部分。展望

在以后的機(jī)械控制研究領(lǐng)域內(nèi)，主要針對(duì)液壓控制技術(shù)在電子控制、節(jié)能、可靠性以及安全性等方面的研究，應(yīng)進(jìn)行更深一步的探究和開發(fā)。

電子控制方面，由于電子控制自動(dòng)化是提高工程機(jī)械權(quán)值的重要方面，所以，設(shè)計(jì)者應(yīng)該從用戶者的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而滿足用戶多方面的需求。

在節(jié)能上，研究者仍需進(jìn)一步提高元器件的單體效率，隨著研究的深入，提高元器件單體效率的難度變得越來越大，因此，我們須將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到如何提高發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)整體最佳效率的匹配上。最為重要的是研發(fā)新的實(shí)用性的節(jié)能液壓元件，如二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和相關(guān)野鴨變壓器、自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)等。與此同時(shí)，還應(yīng)注重能源和能量回收技術(shù)的開發(fā)。目前，動(dòng)力混合系統(tǒng)在汽車上已得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)也將逐漸應(yīng)用于工程機(jī)械上。

在工程機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)，對(duì)機(jī)械的可靠性和安全性要求不斷提高，因此，如何讓提高機(jī)械的耐振性、耐熱性、耐水性和相關(guān)元器件的可靠性，將成為今后的一大研究熱點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性的研究也應(yīng)當(dāng)重視起來，其中包括對(duì)機(jī)械啟動(dòng)和停止時(shí)刻的產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲的控制，以及針對(duì)液壓油如何將其可生物分解得技術(shù)的探究等。

在機(jī)械振動(dòng)控制上，液壓主動(dòng)懸架技術(shù)逐漸應(yīng)用于工程機(jī)械，事實(shí)證明，在實(shí)際的工程中也漸漸得到廣泛應(yīng)用。然而對(duì)于機(jī)械噪聲的控制，實(shí)際工程中大多數(shù)仍然利用液壓元件的某些特性來實(shí)現(xiàn)降低噪聲這一要求。隨著對(duì)流體動(dòng)力學(xué)仿真、噪聲數(shù)值的模擬和試驗(yàn)的分析設(shè)計(jì)方法的不斷涌出，建立起一套液壓元件的低噪聲的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，從而使得液壓元件上午噪聲評(píng)價(jià)能在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行，這將成為工程機(jī)械領(lǐng)域又一重點(diǎn)研究方向。結(jié)束語

近年來，國(guó)內(nèi)工程機(jī)械得到迅猛發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓展，本文主要針對(duì)工程機(jī)械液壓控制技術(shù)的研究進(jìn)展與展望進(jìn)行了淺要分析，對(duì)于當(dāng)前的研究進(jìn)展，主要從電子控制自動(dòng)化、智能化、節(jié)能和環(huán)保等方面做了前要分析，然后在此基礎(chǔ)上對(duì)工程機(jī)械液壓控制技術(shù)的未來發(fā)展方向進(jìn)行展望。

參考文獻(xiàn)：

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第四篇：網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)現(xiàn)狀與展望

計(jì)算機(jī)前沿講座論文

《網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)現(xiàn)狀與展望》

班級(jí)： 計(jì)算機(jī)民本（12-1）

姓名：吐爾遜阿依.達(dá)吾提 學(xué)號(hào)： 5011107127 講師： 李鵬 日期： 2011-12-02

塔里木大學(xué)教務(wù)處制

網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)現(xiàn)狀與展望

1、引言

安全問題是伴隨人類社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展而日顯其重要性的。信息技術(shù)革命不僅給人們帶來工作和生活上的方便，同時(shí)也使人們處于一個(gè)更易受到侵犯和攻擊的境地。例如，個(gè)人隱私的保密性就是在信息技術(shù)中使人們面對(duì)的最困難的問題之一。在“全球一村”的網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，傳統(tǒng)的物理安全技術(shù)和措施不再足以充分保證信息和系統(tǒng)的安全了。

近年來，世界各國(guó)相繼提出自己的信息高速公路計(jì)劃──國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施NII(National Information Infrastructure)，同時(shí)，建立全球的信息基礎(chǔ)設(shè)施GII(Global Information Infrastructure)也已被提上了議事日程。問題在于，僅從物理通信基礎(chǔ)的角度來看，這種基礎(chǔ)設(shè)施因主要涉及技術(shù)問題而相對(duì)容易解決得多。然而，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。以將影響人類未來生活方式的電子商務(wù)應(yīng)用來說，它不僅涉及技術(shù)問題，而且更多地與社會(huì)、生活、道德、法律等相關(guān)，更有甚者，有些問題可能是道德和法律都無能為力的，這個(gè)時(shí)侯，人們又想到了技術(shù)，寄期望于技術(shù)能解決一切問題。不幸的是，當(dāng)前的技術(shù)離我們的目標(biāo)還有一定的距離。

在信息技術(shù)領(lǐng)域，信息安全和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全是兩個(gè)相互依賴而又很難分開的問題。保證信息安全的一個(gè)必要條件是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全，而保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全的一個(gè)必要條件也是實(shí)現(xiàn)信息安全。這或許就是此問題是如此之難的原因。如果說兩者有什么基本的共同之處的話，那就是在于兩者的實(shí)現(xiàn)都是通過“存取控制”或“訪問控制”來作為最后一道安全防線(如果不考慮基于審計(jì)或其它信息的攻擊檢測(cè)方法的話)。在這道防線之前，自然就是“身份鑒別”或“身份認(rèn)證”。為此，各種“授權(quán)”或“分配”技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了。從根本上說，操作系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)庫(kù)安全和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全的基本理論是相通的。由于此問題的復(fù)雜性，以及在當(dāng)前的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，在某種意義上說計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全為操作系統(tǒng)安全和數(shù)據(jù)庫(kù)安全提供了一個(gè)基礎(chǔ)，在本文中我們主要討論計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全的問題。

2、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全研究的現(xiàn)狀

人類社會(huì)發(fā)展歷程中，必須與各種困難作頑強(qiáng)的斗爭(zhēng)。這些困難對(duì)他們生存的威脅不僅來自自然災(zāi)害如風(fēng)、雨、雷、電等，還來自野獸或異族的攻擊。在石器時(shí)代，雖然人類可以有了簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工具甚至武器，但人們對(duì)山洞的依賴性可能怎么強(qiáng)調(diào)都不會(huì)過分。這個(gè)時(shí)期的身份“鑒別”或“認(rèn)證”技術(shù)可能只需要山洞的看門人認(rèn)識(shí)其每一個(gè)成員即可。到了中世紀(jì)，人們不僅可以有金屬制的更為強(qiáng)有力的裝備，同時(shí)也有了更為堅(jiān)固的城堡。這個(gè)時(shí)期的身份“鑒別”或“認(rèn)證”技術(shù)可能需要每一個(gè)成員佩帶一個(gè)特殊的標(biāo)志。在當(dāng)代，人類有了諸如原子彈這種大規(guī)模殺傷性武器的同時(shí)，人們也試圖實(shí)現(xiàn)諸如“太空防御”計(jì)劃這種“反武器”，與此相應(yīng)的是，用于身份“鑒別”或“認(rèn)證”的技術(shù)也從傳統(tǒng)的物理身份發(fā)展到了 1

基于計(jì)算、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)特征的數(shù)字身份。

縱觀整個(gè)人類社會(huì)發(fā)展史，可以清楚地看到，安全技術(shù)是“矛”和“盾”的對(duì)立統(tǒng)一，兩者相輔相承，相互促進(jìn)。所謂“道高一尺，魔高一丈”，緊接其后的“魔高一尺，道高一丈”，就是當(dāng)前這種相互刺激的寫照。

2.1基于密碼術(shù)的網(wǎng)絡(luò)安全

密碼術(shù)在歷史上對(duì)軍事、國(guó)防和外交的重要性是不言而喻的，尤其是在第二次世界大戰(zhàn)中，盟軍成功破譯德國(guó)和日本密碼系統(tǒng)為早日結(jié)束這埸戰(zhàn)爭(zhēng)起了相當(dāng)大的作用。然而，到那時(shí)為止的密碼術(shù)在很大程度上是一門藝術(shù)而非科學(xué)，它過分依賴于密碼設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性甚至“小聰明”。

在本世紀(jì)30年代，Shannon成功地建立了通信保密系統(tǒng)的數(shù)學(xué)原理，從此，密碼術(shù)的研究開始進(jìn)入一個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的時(shí)代。盡管不實(shí)用，畢競(jìng)?cè)藗兛吹搅舜嬖谕昝辣Ｃ艿拿艽a系統(tǒng)。但真正使密碼術(shù)為廣大民間人士作囑目的里程碑是70年代由IBM最先發(fā)表而由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局和商業(yè)部采用的DES(Data Encryption Standard)──這是傳統(tǒng)的對(duì)稱密鑰體制的里程碑，以及幾年之后由Diffie和Hellman發(fā)表的基于離散對(duì)數(shù)求解困難性的公鑰密碼系統(tǒng)，Rivest、Shamir和Adleman發(fā)表了基于大合數(shù)因子分解困難性的公鑰密碼系統(tǒng)RSA──開創(chuàng)了密碼學(xué)研究的新紀(jì)元。

應(yīng)該注意到，實(shí)用的密碼系統(tǒng)的建立是基于當(dāng)前計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，同時(shí)也是基于計(jì)算機(jī)科學(xué)理論中的計(jì)算復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性研究成果的。由于眾所周知的原因，當(dāng)前的計(jì)算密碼學(xué)成果都是基于尚未證明的假設(shè)即P和NP不是同一個(gè)集合的。而且，由于復(fù)雜性理論研究本身的復(fù)雜性，當(dāng)前的復(fù)雜性成果是基于最壞情形復(fù)雜性而不是平均情形復(fù)雜性的，這又使我們感到了問題的嚴(yán)重性。然而，無論如何可以自慰的是，越來越有理由使我們相信我們所基于的復(fù)雜性假設(shè)是正確的。而且，最近的有關(guān)研究成果表明，人們?cè)诨谄骄鶑?fù)雜性的密碼系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)方面有期望會(huì)取得突破。當(dāng)前已取得的成果主要是基于傳統(tǒng)的“數(shù)的幾何”這門學(xué)科中的與格有關(guān)的計(jì)算難題而構(gòu)造出來的，基于一個(gè)自然問題的密碼系統(tǒng)還有待進(jìn)一步的工作。

自從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和系統(tǒng)被人們使用一開始，密碼術(shù)就被應(yīng)用到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信息的機(jī)密性、完整性，并用于用戶身份的鑒別或認(rèn)證。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的各個(gè)層次，都成功的應(yīng)用過密碼術(shù)。但是，一個(gè)明顯的趨勢(shì)是，安全機(jī)制已從傳統(tǒng)的通信子網(wǎng)(如鏈路層或物理層)上升到資源子網(wǎng)(如應(yīng)用層或會(huì)話層)。一個(gè)重要的原因是，由于當(dāng)前條件下存在多種異構(gòu)的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。在這方面，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)表的一系列網(wǎng)絡(luò)安全框架起了指導(dǎo)作用。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的一個(gè)典型特征是，先有應(yīng)用或平臺(tái)后有標(biāo)準(zhǔn)，這種市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)帶來的一個(gè)直接結(jié)果是，各層都有相應(yīng)的安全機(jī)制。下面我們將從協(xié)議棧的低層到高層分別介紹已有的安全機(jī)制。由于TCP/IP已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在以下的討論中，我們基于TCP/IP協(xié)議棧而不是ISO/OSI的標(biāo)準(zhǔn)的七層模式。

2.1.1網(wǎng)絡(luò)層安全機(jī)制

安全的IP層已成為網(wǎng)絡(luò)安全研究中的重點(diǎn)之一。安全的IP層應(yīng)該提供報(bào)文鑒別機(jī)制以實(shí)現(xiàn)信息完整性，提供數(shù)據(jù)加密機(jī)制以實(shí)現(xiàn)信息的機(jī)密性，還要提供路由加密機(jī)制來對(duì)付通信量分析的攻擊。關(guān)于IP層的數(shù)據(jù)完整性(通過MD5報(bào)文摘要算法實(shí)現(xiàn))機(jī)制和數(shù)據(jù)機(jī)密性(通過對(duì)稱的或非對(duì)稱的密碼算法實(shí)現(xiàn))機(jī)制實(shí)現(xiàn)已在RFC 1826和RFC 1825中討論，該兩份文檔基本上給出了一個(gè)可行的方案。在RFC 1826中定義了鑒別頭AH(Authentication Header)來實(shí)現(xiàn)報(bào)文完整性，在RFC 1825中定義了封裝安全載荷頭ESP(Encapsulation Security Payload)來實(shí)現(xiàn)報(bào)文機(jī)密性。

IP的功能和實(shí)現(xiàn)決定了通信量分析攻擊是IP網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)固有的脆弱點(diǎn)，因?yàn)镮P數(shù)據(jù)分組中的路由信息對(duì)攻擊方是可讀的。通信量分析指攻擊方通過分析協(xié)議實(shí)體間報(bào)文頻率、長(zhǎng)度等信息，并據(jù)此推斷出有用信息。為了對(duì)付通信量分析的攻擊，一種最簡(jiǎn)單的方法即所謂的通信量填充機(jī)制，但這種方法顯然會(huì)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬，更進(jìn)一步，這種方法僅能用于當(dāng)某兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信量突然減少時(shí)這種情況。如果與此相反，通信量填充就無能為力了。

我們已有工作成果表明，不僅在鏈路層或物理層實(shí)現(xiàn)抗通信量分析攻擊,而且可在IP層本身解決此問題。有關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)就不在這里介紹了。有趣的是，網(wǎng)絡(luò)層防火墻的有效性也依賴于IP層的安全性。

2.1.2 會(huì)話層安全機(jī)制

到目前為止最引人注目的會(huì)話層安全機(jī)制是Netscape公司提出的安全套接字層SSL(Secure Socket Layer)。SSL提供位于TCP層之上的安全服務(wù)。它使用的安全機(jī)制包括通過對(duì)稱密碼算法和非對(duì)稱密碼算法來實(shí)現(xiàn)機(jī)密性、完整性、身份鑒別或認(rèn)證。SSL已用于瀏覽器和www.tmdps.cnmunication Technology)。

2.1.3 應(yīng)用層安全機(jī)制

在人們注重于會(huì)話層安全機(jī)制的同時(shí)，應(yīng)用層安全機(jī)制也受到了同樣的重視。從類似于電子商務(wù)這種應(yīng)用的角度出發(fā)，已提出了兩種實(shí)用的應(yīng)用。就安全電子郵件而言，因特網(wǎng)工程任務(wù)組IETF(Internet Engineering Task Force)在1993年提出了加強(qiáng)保密的電子郵件方案PEM(Privacy-Enhanced Mail)。但是，由于多種原因，該方案并未得到廣泛支持。后來，由于RSA數(shù)據(jù)安全公司的介入，在1995年提出了S/MIME協(xié)議(Secure/Multipurpose Internet Mail Extensions)。從World-Wide Web角度來看，人們提出了三種安全的HTTP協(xié)議或協(xié)議簇。第一個(gè)是HTTPS，它事實(shí)上就是基于SSL來實(shí)現(xiàn)安全的HTTP。第二個(gè)是SHTTP(Secure HTTP)，是CommerceNet在1994年提出的，其最初的目的是用于電子商務(wù)。該協(xié)議后來也提交給了因特網(wǎng)工程任務(wù)組IETF的WEB事務(wù)安全工作組討論。象SSL一樣，SHTTP提供了數(shù)據(jù)機(jī)密性、數(shù)據(jù)完整性和身份鑒別或認(rèn)證服務(wù)。二者的不同之處在于，SHTTP是HTTP的一個(gè)擴(kuò)展，它把安全機(jī)制嵌入到HTTP中。顯然，由于SHTTP較之SSL更面向應(yīng)用，3

因此實(shí)現(xiàn)起來要復(fù)雜一些。在早期，各廠商一般只選擇支持上述兩個(gè)協(xié)議之一，但現(xiàn)在許多廠商對(duì)兩者都支持。第三個(gè)是安全電子交易(Secure Electronic Transaction)SET。這是一個(gè)龐大的協(xié)議，它主要涉及電子商務(wù)中的支付處理。它不僅定義了電子支付協(xié)議，還定義了證書管理過程。SET是由Visa和MasterCard共同提出的。

2.1.4基于密碼術(shù)的網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu)

綜合本節(jié)的討論，我們可以從下圖中看出當(dāng)前已提出和實(shí)現(xiàn)的在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各層實(shí)現(xiàn)的安全機(jī)制。

2.2 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身的網(wǎng)絡(luò)安全

我們認(rèn)為，基于密碼術(shù)的安全機(jī)制不能完全解決網(wǎng)絡(luò)中的安全問題的一個(gè)主要原因在于，盡管密碼算法的安全強(qiáng)度是很強(qiáng)的，但當(dāng)前的軟件技術(shù)不足以證明任一個(gè)軟件恰好實(shí)現(xiàn)的是該軟件的規(guī)格說明所需要的功能。由于象操作系統(tǒng)這種核心的系統(tǒng)軟件的正確性也不能形式地證明，因此不能保證任何重要的軟件中沒有安全漏洞。事實(shí)告訴我們，那些被黑客們發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)軟件中的安全漏洞恰好成了他們使用的攻擊點(diǎn)。在本節(jié)中我們不討論這種原因?qū)е碌陌踩珕栴}。這種安全漏洞或許只有等到形式的軟件開發(fā)和正確性證明技術(shù)取得突破后，才能得到很好地解決。

基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身的網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制方面，主要是防火墻技術(shù)。常用的主要有網(wǎng)絡(luò)層防火墻和應(yīng)用層防火墻兩種。

目前常用的網(wǎng)絡(luò)層防火墻主要工作在IP層，通過分析IP包頭來決定允許或禁止某個(gè)信息包通過該防火墻，如路由器過濾就是一種最常見的類型。

應(yīng)用層防火墻是主要是通過應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)或服務(wù)代理來實(shí)現(xiàn)的。即當(dāng)來自內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求到達(dá)應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)時(shí)，它代理內(nèi)部主機(jī)與外部公共網(wǎng)上的服務(wù)器建立連接，進(jìn)而轉(zhuǎn)發(fā)來自外部服務(wù)器的請(qǐng)求響應(yīng)。這種代理對(duì)內(nèi)部主機(jī)來說可以是透明的，對(duì)外部服務(wù)器來說也可以是透明的。

由于目前已有許多介紹防火墻的文章，本文不擬介紹有關(guān)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

2.3 問題

盡管到目前為止人們已實(shí)現(xiàn)了許多安全機(jī)制，但安全問題仍然倍受懷疑和關(guān)注。事實(shí)上，象電子商務(wù)這種應(yīng)用是否會(huì)得到充分的推廣，將在很大程度上取決于人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制的信心。雖然目前有關(guān)計(jì)算機(jī)犯罪中，非技術(shù)因素導(dǎo)致的損失大于技術(shù)因素(如黑客或密碼分析)的損失，但對(duì)于安全技術(shù)和機(jī)制的要求將越來越高。這種需求將不僅驅(qū)動(dòng)理論研究的進(jìn)展，還必將促進(jìn)實(shí)際安全產(chǎn)品的進(jìn)一步發(fā)展。

3.展望

對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全本質(zhì)的認(rèn)識(shí)卻還處于一個(gè)相當(dāng)原始的階段，其表現(xiàn)形式是基于密碼術(shù)的網(wǎng)絡(luò)安全和基于防火墻的網(wǎng)絡(luò)安全尚不能完美地結(jié)合成一種更加有效的安全機(jī)制。我們期望，如果能夠提出一個(gè)合理的數(shù)學(xué)模型，將會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的研究和可實(shí)際應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)的開發(fā) 4

起非常大的促進(jìn)作用。

從實(shí)用的角度出發(fā)，目前人們已提出了一些基于人工智能的網(wǎng)絡(luò)安全檢測(cè)專家系統(tǒng)。這方面，SRI(Stanford Research Institute)和Purdue大學(xué)已做了許多工作。同時(shí)，基于主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)安全檢測(cè)的安全系統(tǒng)的研究也已起步，在這方面，Internet Security Systems也已有一些產(chǎn)品問世。

參考文獻(xiàn)

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第五篇：輔助生殖技術(shù)現(xiàn)狀與展望

輔助生殖技術(shù)現(xiàn)狀與展望

1978年7月25日，隨著世界首例試管嬰兒Louise Brown的誕生，揭開了人類輔助生殖技術(shù)(ART)研究的序幕，此后，體外受精(IVF)技術(shù)不斷成功用于多種不孕癥的治療。目前，世界上已有超過400萬的嬰兒通過該技術(shù)出生，IVF技術(shù)發(fā)明人Robert Edwards博士也因此獲得了2010諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。ART對(duì)于人類的重要意義得到了充分的肯定。在中國(guó)生殖醫(yī)學(xué)工作者的共同努力下，中國(guó)ART在近30年里也飛速發(fā)展。

一、中國(guó)ART的發(fā)展現(xiàn)狀

中國(guó)內(nèi)地首例試管嬰兒于1988年3月在北京大學(xué)(原北京醫(yī)科大學(xué))第三醫(yī)院誕生。隨后首例贈(zèng)胚試管嬰兒于1988年6月在中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院(原湖南醫(yī)科大學(xué))誕生。1995年2月，中國(guó)首例凍融胚胎試管嬰兒誕生。目前，中國(guó)內(nèi)地已經(jīng)有百余個(gè)生殖醫(yī)學(xué)中心能夠開展常規(guī)體外受精一胚胎移植(IVF．ET)技術(shù)，且能保持穩(wěn)定的成功率。中國(guó)ART衍生技術(shù)的應(yīng)用范圍和技術(shù)水平已接近國(guó)際先進(jìn)水平。

1992年，在比利時(shí)誕生了人類首例卵母細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)單精子注射(ICSI)的試管嬰兒。1996年4月，中國(guó)首例ICSI試管嬰兒在中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院誕生。目前，無論是來自自然射精的精液，還是取自附睪、睪丸、逆行射精膀胱內(nèi)的精子行ICSI，甚至是精細(xì)胞ICSI，都獲得了成功。然而，ICSI技術(shù)避開了人類生殖的自然選擇過程，有可能會(huì)增加后代出生缺陷的發(fā)生率。已有研究表明，Y染色體長(zhǎng)臂基因或基因簇微缺失與無精或嚴(yán)重少弱精有關(guān)。此外，嚴(yán)重少精子癥、弱精子癥患者染色體異常包括嵌合體比例較正常人群高。因此，ICSI手術(shù)應(yīng)嚴(yán)格掌握適應(yīng)證，并重視術(shù)前的遺傳學(xué)咨詢及檢查。1989年，英國(guó)學(xué)者Handyside成功地采用PCR技術(shù)分析卵裂球的性別構(gòu)成，完成了世界首例植人前遺傳學(xué)診斷(PGD)，開創(chuàng)了產(chǎn)前診斷的新紀(jì)元。中國(guó)首例PGD于1999年在中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院完成。隨著熒光原位雜交(FISH)技術(shù)在植入前診斷染色體非整倍體及胚胎性別獲得成功后，多重PER、熒光PCR和多色FISH等技術(shù)，特別是1999年以來開展的間期核轉(zhuǎn)換、全基因組擴(kuò)增和比較基因組雜交技術(shù)相繼用于PGD，促進(jìn)了PGD技術(shù)的應(yīng)用。目前中國(guó)有2O余家PGD中心能夠進(jìn)行相應(yīng)的研究和臨床應(yīng)用，技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。冷凍技術(shù)在中國(guó)生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展始于20世紀(jì)80年代。1981年，中國(guó)首個(gè)人類精子庫(kù)在中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院(原湖南醫(yī)科大學(xué))創(chuàng)立，并于2004年向社會(huì)開放自存精子服務(wù)。隨著女性生育年齡的推遲、癌癥患者的增加，女性生育能力保留的需求也日益增加。卵母細(xì)胞及卵巢組織冷凍技術(shù)逐步應(yīng)用于臨床。2006年1月，我國(guó)首例、國(guó)際上第2例“三凍(凍卵、凍精、凍胚胎，再解凍移植入母體子宮內(nèi))”試管嬰兒在北京大學(xué)第三醫(yī)院誕生。目前，國(guó)內(nèi)開展卵母細(xì)胞冷凍的中心有30余家，盡管2011年應(yīng)用卵母細(xì)胞冷凍技術(shù)治療的患者僅有300余例，但臨床妊娠率也達(dá)到了30％ 的較高水平。

但是，在取得這些成績(jī)的同時(shí)，也存在著多胎妊娠率高，促排卵藥物的過度使用，配子捐贈(zèng)在臨床應(yīng)用時(shí)倫理規(guī)范和法律制度不夠健全等相關(guān)問題。

二、中國(guó)ART的管理現(xiàn)狀

自2001年，衛(wèi)生部制定和頒布了一系列法規(guī)，如2001年衛(wèi)生部第l4號(hào)部長(zhǎng)令發(fā)布《人類輔助生殖技術(shù)管理辦法》，2003年頒布《衛(wèi)生部人類輔助生殖技術(shù)與人類精子庫(kù)技術(shù)規(guī)范、基本標(biāo)準(zhǔn)和倫理原則》、《衛(wèi)生部人類輔助生殖技術(shù)與人類精子庫(kù)評(píng)審、審核和審批管理程序》，2007年頒布《衛(wèi)生部關(guān)于加強(qiáng)人類輔助生殖技術(shù)和人類精子庫(kù)設(shè)置規(guī)劃和監(jiān)督管理的通知》，并公布北京大學(xué)第三醫(yī)院等12家醫(yī)療機(jī)構(gòu)成為人類ART及人類精子庫(kù)培訓(xùn)基地。截至2011年，中華醫(yī)學(xué)會(huì)生殖醫(yī)學(xué)分會(huì)調(diào)查的數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)內(nèi)地31個(gè)省、自治區(qū)和直轄市共有178家ART治療中心，覆蓋除西藏外的3O個(gè)省級(jí)行政區(qū)域，年開展ART治療超過18萬個(gè)周期，臨床妊娠率近5年來穩(wěn)定在40％左右。這些法規(guī)的頒布和實(shí)施，對(duì)嚴(yán)防ART商業(yè)化，引導(dǎo)中國(guó)ART沿著健康、實(shí)用的軌道發(fā)展起了重要作用。特別是《人類輔助生殖技術(shù)規(guī)范》中，明確規(guī)定每周期移植胚胎總數(shù)不得超過3個(gè)，其中35歲以下婦女第1次助孕周期移植胚胎數(shù)不得超過2個(gè)，在一定程度上有效控制了多胎妊娠的發(fā)生。但是，進(jìn)一步減少ART的合并癥，還有待于技術(shù)水平的提高和法律法規(guī)的完善。

近年來，雖然國(guó)家行政管理部門加大管理和執(zhí)法力度，但是仍有一些未經(jīng)批準(zhǔn)的單位違規(guī)開展人類ART和人類精子庫(kù)技術(shù)工作。已被批準(zhǔn)的單位，有的未嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和倫理原則的規(guī)定，違反《人類輔助生殖技術(shù)規(guī)范》中“對(duì)于多胎妊娠必須實(shí)施減胎術(shù)，避免雙胎，嚴(yán)禁三胎和三胎以上妊娠分娩”的規(guī)定；有的超出批準(zhǔn)范圍開展業(yè)務(wù)。這些導(dǎo)致ART在一定層面的濫用，多胎妊娠等并發(fā)癥的增加，給家庭和社會(huì)增加了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。2013年2月5日，衛(wèi)生部、總后勤部衛(wèi)生部聯(lián)合啟動(dòng)了人類ART管理專項(xiàng)整治行動(dòng)，重點(diǎn)查處醫(yī)療機(jī)構(gòu)未經(jīng)批準(zhǔn)擅自開展ART和運(yùn)行人類精子庫(kù)的行為；醫(yī)療機(jī)構(gòu)超出批準(zhǔn)范圍開展ART的行為；非法買賣配子、合子、胚胎的行為；實(shí)施代孕技術(shù)的行為；違規(guī)采供精、使用不具有“人類精子庫(kù)批準(zhǔn)證書”機(jī)構(gòu)提供的精子的行為；在開展人類ART過程中擅自進(jìn)行性別選擇的行為；醫(yī)療機(jī)構(gòu)工作人員參與非法ART的行為；非法銷售、濫用促排卵藥物的行為；其他違反《人類輔助生殖技術(shù)管理辦法》、《人類精子庫(kù)管理辦法》、《軍隊(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)開展人類輔助生殖技術(shù)管理辦法》及相關(guān)規(guī)定的行為。并針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)和突出問題進(jìn)行重點(diǎn)治理，加快修訂和完善相關(guān)法律法規(guī)、技術(shù)規(guī)范。隨著活動(dòng)的開展和深入將有效地促進(jìn)我國(guó)ART管理水平，促進(jìn)ART質(zhì)量控制與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的制定、ART管理信息系統(tǒng)的建立、國(guó)家級(jí)質(zhì)量控制中心的設(shè)立、ART質(zhì)控與評(píng)估的開展。

三、中國(guó)ART的科學(xué)研究現(xiàn)狀

2010年，經(jīng)教育部批準(zhǔn)北京大學(xué)第三醫(yī)院、山東大學(xué)省立醫(yī)院和浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院分別籌建了輔助生殖、生殖內(nèi)分泌、生殖遺傳3個(gè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，這是我國(guó)生殖醫(yī)學(xué)研究發(fā)展史上一件尤為重要的事情。圍繞當(dāng)前國(guó)際及國(guó)內(nèi)重大的生殖醫(yī)學(xué)問題，這些重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室組織全國(guó)各地生殖中心與科研院所承擔(dān)了“雌性生育力維持調(diào)節(jié)機(jī)制研究及生殖資源庫(kù)建立”、“排卵障礙相關(guān)疾病發(fā)生機(jī)制研究”、“輔助生殖誘發(fā)胚胎源性疾病的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和機(jī)制研究”等重大研究項(xiàng)目，緊密追蹤輔助生殖相關(guān)研究的前沿方向，以創(chuàng)新ART、提高輔助生殖的效率、明確輔助生殖的風(fēng)險(xiǎn)與安全性為主攻研究方向，采用臨床與基礎(chǔ)相結(jié)合的研究手段，推動(dòng)我國(guó)生殖醫(yī)學(xué)研究快速、穩(wěn)定、健康的發(fā)展。通過這些全國(guó)性大型的合作研究項(xiàng)目的開展，有利于解決女性生殖健康相關(guān)疾病的發(fā)生機(jī)制、提出女性生育能力保護(hù)的策略、進(jìn)一步完善ART風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及各項(xiàng)臨床標(biāo)準(zhǔn)的建立、促進(jìn)分子與細(xì)胞遺傳學(xué)診斷方法的改善與相關(guān)評(píng)價(jià)體系的建立。

四、中國(guó)ART的展望

回顧過去的30年，控制性超促排卵、冷凍保存、ICSI、改良的胚胎培養(yǎng)技術(shù)、經(jīng)陰道取卵技術(shù)、配子捐贈(zèng)等技術(shù)的發(fā)展成就了生殖醫(yī)學(xué)的今天。展望未來，我們必須進(jìn)一步加深對(duì)ART的安全性研究，ART的改進(jìn)及人文關(guān)懷研究，重視生育能力保留問題，發(fā)展PGD技術(shù)，開展干細(xì)胞在ART及再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究，體外培養(yǎng)的研究，加強(qiáng)對(duì)輔助生殖機(jī)構(gòu)的監(jiān)管，推進(jìn)ART規(guī)范化培訓(xùn)，建立我國(guó)健康、安全、高效的ART平臺(tái)。

1．ART的安全性研究：輔助生殖本身非生理性的特征，引發(fā)了相應(yīng)的“生殖安全性問題”。其可能與高流產(chǎn)率、早產(chǎn)、先天性畸形、低出生體質(zhì)量、遺傳性疾病、染色體異常、表觀遺傳學(xué)修飾異常、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常等成年期疾病發(fā)生有聯(lián)系。為解決此問題有必要建立長(zhǎng)期隨訪和報(bào)告制度。同時(shí)，提高胚胎培養(yǎng)水平、胚胎篩選能力、囊胚培養(yǎng)能力，提倡單胚胎移植，減少多胎妊娠也將是未來幾年內(nèi)ART管理的重要環(huán)節(jié)。

2．ART的改進(jìn)及人文關(guān)懷問題：常規(guī)IVF治療過程需要一定的刺激時(shí)間，多次的注射，頻繁就診及監(jiān)測(cè)，造成患者壓力和焦慮情緒增加，迫使一些患者退出治療。有必要開發(fā)性價(jià)比更適合我國(guó)目前發(fā)展中國(guó)家國(guó)情的ART。郎景和院士多次強(qiáng)調(diào)，醫(yī)師要加強(qiáng)人文修養(yǎng)，給予患者的首先是關(guān)愛、幫助、慰藉，要充分考慮心理因素和社會(huì)因素對(duì)患者健康和疾病的影響。對(duì)于接受ART治療的患者更應(yīng)該給予更多的人文關(guān)懷。

3．生育能力保留問題：隨著生育年齡后延及婦科惡性腫瘤的治療，女性保留生育能力受到越來越多的重視，人卵母細(xì)胞冷凍、卵巢組織冷凍為她們帶來了希望，也成為生殖醫(yī)學(xué)重要的研究方向。加強(qiáng)生育能力保留相關(guān)基礎(chǔ)機(jī)制的研究，才能使我國(guó)的生殖醫(yī)學(xué)研究處于國(guó)際領(lǐng)先行列。

4．遺傳性疾病PGD的研究和應(yīng)用：隨著高齡、反復(fù)自然流產(chǎn)、反復(fù)IVF失敗女性的增多，使需要應(yīng)用PGD的患者也在增加。同時(shí)，隨著與疾病有關(guān)基因的研究的深入及數(shù)據(jù)的積累使得植入前基因診斷成為現(xiàn)實(shí)。如BRCA1、2基因與乳腺癌和(或)卵巢上皮性癌的發(fā)生相關(guān)，對(duì)于有乳腺癌和(或)卵巢上皮性癌家族史的個(gè)體，上述兩種基因的植入前篩查將有助于排除攜帶這兩種基因的后代。目前對(duì)于某些隱性遺傳病，我們通常采用產(chǎn)前診斷。現(xiàn)在的技術(shù)完全可以做到在一張芯片上同時(shí)檢測(cè)500個(gè)基因，如果某一隱性基因純合子與一種嚴(yán)重的疾病有關(guān)聯(lián)，我們可以用該方法在胚胎植入前進(jìn)行篩選、排除。多基因診斷芯片的開發(fā)與應(yīng)用有望成為PGD研究的一個(gè)重要方向。但是我們同時(shí)也要明確，PGD是一把雙刃劍，目前雖然對(duì)PGD兒童進(jìn)行的流行病學(xué)調(diào)查未提示胚胎活檢影響生長(zhǎng)發(fā)育，但模型動(dòng)物的結(jié)果給我們敲響了警鐘。隨著囊胚玻璃化冷凍技術(shù)的成熟，囊胚期活檢可能取代卵裂期胚胎活檢成為今后的發(fā)展方向。

5．干細(xì)胞在ART及再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：克隆羊多利的誕生開創(chuàng)了體細(xì)胞生殖的先河。多利羊只具有單親的遺傳物質(zhì)，它的出現(xiàn)是生殖醫(yī)學(xué)發(fā)展史上的一大飛躍，克服了誘導(dǎo)基因組融合并保證胚胎的正常發(fā)育等一系列科學(xué)難題。如今這種研究思路已被用于各種哺乳動(dòng)物模型中。如果我們能實(shí)現(xiàn)體細(xì)胞生殖，那么我們就不會(huì)像現(xiàn)在這樣依賴于精卵捐贈(zèng)，與之伴隨的社會(huì)和法律爭(zhēng)議也可迎刃而解。2012年10月，13本京都大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在Science發(fā)表論文，成功從小鼠的人工誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞)中培育出卵母細(xì)胞，并使其體外受精后產(chǎn)下健康后代。該研究團(tuán)隊(duì)2012年成功從小鼠的iPS細(xì)胞中制造出具有生殖功能的精子。這兩項(xiàng)研究成果如果能用于人類，則可通過人體的皮膚細(xì)胞制造出iPS細(xì)胞，再用iPS細(xì)胞制造出的精子和卵母細(xì)胞進(jìn)行體外受精，使無法產(chǎn)生精子或卵母細(xì)胞的夫妻獲得繼承自身遺傳基因的后代。

人類胚胎干細(xì)胞是目前再生醫(yī)學(xué)研究中的關(guān)鍵問題之一，優(yōu)化多種成體干細(xì)胞分離純化和體外培養(yǎng)技術(shù)，改進(jìn)干細(xì)胞定向誘導(dǎo)分化的條件，建立骨髓等來源的成體干細(xì)胞定向誘導(dǎo)分化技術(shù)，并對(duì)誘導(dǎo)細(xì)胞的免疫表型、分化調(diào)控、生物學(xué)特征、體內(nèi)外功能、臨床應(yīng)用安全性評(píng)估等進(jìn)行了系統(tǒng)研究，已為干細(xì)胞治療的臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。積極推動(dòng)干細(xì)胞臨床標(biāo)準(zhǔn)的制定和干細(xì)胞研究相關(guān)人員的培訓(xùn)應(yīng)成為干細(xì)胞技術(shù)研究良性發(fā)展的必要元素之一。6．在體外受精并培養(yǎng)胚胎至成熟技術(shù)的研究：英國(guó)作家Aldous Huxley在其1932年出版的《美麗新世界》小說中將體外受精視為科幻，如今體外受精技術(shù)已成為現(xiàn)實(shí)。他當(dāng)時(shí)還描述了另外一個(gè)概念—— 體外培養(yǎng)，即在體外受精并培養(yǎng)胚胎至成熟。自從該書出版后，世界各地學(xué)者開展了一系列體外培養(yǎng)的嘗試，20世紀(jì)50年代13本的研究者曾成功地在體外培育出一只發(fā)展至妊娠中期的羊胚；二戰(zhàn)后，Johns Hopkins大學(xué)也有學(xué)者在體外嘗試培養(yǎng)嚙齒目動(dòng)物胚胎并取得了一定成就，但隨著主要研究人員的退休，該項(xiàng)目也中斷了。根據(jù)目前一些國(guó)家法律的規(guī)定，在實(shí)驗(yàn)室中培育人類胚胎的時(shí)限是兩個(gè)星期，也導(dǎo)致該技術(shù)進(jìn)展緩慢。一旦這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，對(duì)代孕的需求以及與代孕技術(shù)有關(guān)的爭(zhēng)議會(huì)逐漸退出歷史舞臺(tái)。但也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)的倫理爭(zhēng)議，比如參與克隆技術(shù)研究的科學(xué)家可以不用代孕母親而完成他們的實(shí)驗(yàn)；還將對(duì)勞動(dòng)女性的勞動(dòng)保障及健康保險(xiǎn)產(chǎn)生沖擊，意味著女性不再需要產(chǎn)假；父母的職責(zé)也會(huì)因此發(fā)生變化；父母與子女的聯(lián)系可能因此削弱。

7．規(guī)范、完善ART的管理及培訓(xùn)：我們還要積極借鑒國(guó)外ART監(jiān)督管理的經(jīng)驗(yàn)和做法，研究中國(guó)ART發(fā)展?fàn)顩r及監(jiān)督管理過程中存在的問題，規(guī)范和整頓ART與人類精子庫(kù)技術(shù)的市場(chǎng)行為，保證其安全有效、規(guī)范有序、合理合法地開展，使其逐步走人規(guī)范化和法制化的軌道。另外，生殖醫(yī)學(xué)是近年來發(fā)展迅速的獨(dú)立學(xué)科，又是一門跨學(xué)科的學(xué)科，包括胚胎學(xué)、生物學(xué)、婦產(chǎn)科學(xué)、男科學(xué)、心理學(xué)、倫理學(xué)和法律學(xué)等，許多從業(yè)人員沒有得到相關(guān)的專業(yè)訓(xùn)練，目前還缺乏相應(yīng)的教材。將生殖醫(yī)學(xué)納入規(guī)范的2～3年的專業(yè)培訓(xùn)體系將能更好地推動(dòng)生殖醫(yī)學(xué)的持續(xù)健康發(fā)展。