一、 选题的依据、目的和意义：

我国作为一个科技快速进步的发展中国家，国民生产总值的增长与科技进步紧密相连。我国是传统的农业大国，另外，我国的工业发展也十分迅速，一些劳动密集型产业的产品大量出口，成为国民经济重要来源之一^[1]，伴随着对农业生产和工业制造等多方面的需要，非道路用柴油机的使用量也在逐年上升^[2]。从我国目前的柴油机使用量分析，非道路用柴油机保有量占柴油机总量的半数以上，而非道路用柴油机的排放量占20%以上，近年来非道路用柴油机数量保持每年增量200万左右，而非道路用柴油机主要的排放污染物氮氧化物的排放达到两百万吨左右。非道路用柴油机主要应用于非道路移动机械、船舶动力装置、铁路机车，占柴油机总产量的60%以上。道路用柴油机由于汽车产业的发展需要，技术突破层出不穷，相比于非道路用柴油机技术进步更快，相关排放法规出台更严密^[3]。非道路用柴油机的污染物排放技术相对落后，其减排技术有着大面积的空白，但也同时意味着具有更大的减排潜力。根据《中国机动车管理年报（2017）》，2015年非道路用内燃机二氧化硫排放84.4万吨，HC70.4万吨，氮氧化物563.9万吨，PM47.2万吨，非道路用柴油机主要的排放污染物主要是氮氧化物、颗粒物和碳氢^[4]。柴油机的过量空气系数大、压缩比高、燃油混合不充分、工作粗暴，导致氮氧化物大量生成，排放到空气中生成二氧化氮，影响空气质量并造成光化学污染。氮氧化物反应生成的臭氧对植被造成负面影响，而颗粒物和碳氢同样是大气污染物，成为影响空气质量，伤害人体健康的负面因素。

二、 国内外研究现状及发展趋势：

目前，我国国内的内燃机发展面临性能和排放方面的要求，对发动机的要求随着产业发展而不断上升，各企业和研究机构不断有新的研究成果，并应用于投放市场的新产品上，与此同时，过去的数十年生态环境一直让位于经济和科技的发展而遭受破坏，环保法规要求逐步提高车用和非道路用柴油机的排放要求，各研发部门不断加紧研发以满足2014年以来发布的我国第三阶段排放要求^[5]，并为第四阶段的排放限值做准备。

对非道路用柴油机排放主要的措施分为机体内改进和机体外改进，内部改进的措施主要针对柴油机的进气系统、燃油系统、燃烧系统进行优化。^[6]进气系统的优化方式可采用切向气道来降低节流损失或增大气门直径或采取增压中冷等措施。燃油系统的优化方法有：改进喷油嘴的形状与布置，增大喷油锥角和喷油压力，以促进燃油的混合，改进喷油的规律，。燃烧系统的优化有改善燃烧室形状，改进配气正时等方法^[7]。由外部进行的改进主要成果包括：（1）氧化催化转化器 （DOC）；（2）颗粒氧化催化转化器（POC）；（3）颗粒捕集器（DPF）；（4）选择性催化还原（SCR）^[8]。目前我国的非柴油机优化研究要落后于国外的研究，一方面是产业起步较慢，一方面是科技本身落后。国外对柴油机排放改进主要的研究方向是使用混合的生物燃料或乙醇燃油等替代燃料来降低排放，另外，国外也广泛研究排放后处理技术如SCR等来降低NO_X等污染物的排放量^[9]。

国内，对于非道路用柴油机的研究成果相对落后。中国一拖集团有限公司的酒建刚等人对EGR系统和SCR系统提出比较合适的改进举措，并且重点研究了均质混合气压燃（HCCI）提高柴油机经济性和排放性的可能性^[7]，天津大学的韩文涛研究了柴油机排气管路布置及排气条件对SCR性能影响^[12]，武汉理工大学与江苏江动集团对直喷395E柴油机的供油提前角、喷油器喷孔直径和启喷压力、喷油器安装倾角等喷油系统参数及燃烧室几何形状进行优化设计, 排放性能试验研究表明达到了美国EPA第四阶段非道路用柴油机排放标准的要求，北京航空航天大学对自然吸气直喷385柴油机的喷孔直径、喷孔锥角及喷油泵柱塞直径参数进行优化, 改善燃烧过程来获取降低NOx和微粒排放的方法和途径, 并达到了美国EPA Tier2非道路用发动机排放标准的要求。重庆理工大学黄永新研究了“深喷”控制技术^[14]。国外，欧美许多国家在非道路车辆排放研究上相比国内有着很大的优势,瑞士的非道路车辆基本上都已经安装了DPF及SCR系统,绝大部分欧美国家NO_X、PM的排放限值远低于国内标准, 而美国康明斯生产的柴油机利用自己的DPF-SCR系统使得NO_X和PM排放分别降低到0.4g·kWh和0.02g·kWh。Mohamed F. Al-Dawody,S.K. Bhatti等人研究了优化控制策略对于非道路用柴油机排放优化的影响^[16]，Mari Pietikauml;inen等人研究了SCR系统对于降低柴油机排放的影响^[17]，Amir-Hasan Kakaee等学者对人工神经网络和多重角度优化降低重型柴油机排放做了研究^[18]。另外，国外许多学者如M.H. Mat Yasin,Talal Yusaf,R.等对生物燃油降低排放方面做了广泛的研究。