大众都不会的技术 先进清洁柴油机技术解析

● 机外尾气处理技术层面

　　氮氧化物后处理净化技术

　　1、SCR（Selective Catalytic Reduction）选择性催化还原

　　选择性催化还原SCR最开始是应用在锅炉、焚烧炉和发电厂等地方上降低氮氧化物NOx，近年才逐步进入汽车领域。选择性催化还原剂采用氨类物质（氨气、氨水和尿素）或各种碳氢化合物（柴油和乙醇）。催化剂采用一些金属结合物或人造沸石等。其反应原理是尿素在高温作用下产生氨气，便后氨气与氮氧化物发生还原反应，生成水和氮气。

　　催化剂作用是降低反应的活化能，使反应温度降低至合适区间（250℃～500℃）从而去除排气中绝大部分的NOx，同时降低部分HC和CO排放。现在部分机内净化能力较低的柴油机则采用此技术，但需要按时添加尿素，增加使用成本。一般是发动机内部无法让氮氧化物NOx达到排放标准才采用此技术。

　　2、选择性非催化还原

　　这种方式更多适合与富氧工作的柴油机，即低速柴油机。同样是通过高温排气中加入氨类物质作为还原剂，与NOx生成氮气和水。这种方式可以省去催化剂的贵金属，但其工作温度范围较为狭窄，只在826℃-1126℃工作。只能在柴油机燃烧时喷入氨水，便能获得降低NOx的效果。

　　3、等离子辅助催化还原

　　采用等离子技术（即电子、离子、自由基和中性粒子等导电体，整体保持中性）将NO和HC氧化为二氧化氮和高氧化性含CH的还原剂，然后二氧化氮在还原剂作用下二氧化氮还原成氮气。这项技术重要的是对燃料含硫量并没有要求，可以同时减少氮氧化物NOx、微粒PM、碳氢化合物HC排放。这是一种很有潜力的技术。

　　氧化催化技术

　　1、DOC（Diesel oxidation catalytic）柴油机氧化催化器

　　由于柴油排气中含氧量较高，可通过氧化催化器进行处理，消耗微粒中的可溶性有机成分SOF来降低微粒排放，同时让碳氢化合物HC和一氧化碳CO在催化剂作用下与氧气结合，生成无害的二氧化碳和谁。催化剂采用的是和汽油机三元催化相同的铂（Pt）、钯（Pd）等贵金属和稀土金属。

　　DOC柴油机氧化催化器工作温度在200～350℃，可以降低微粒中SOF达到40%～90%以上，降低微粒排放，也可使一氧化碳CO降低30%左右，碳氢化合物HC降低50%左右，此外同时可降低芳烃和醛类的排放，使得柴油机尾气臭味减少。然而氧化催化的转化效率受柴油中的硫含量和排气温度影响。若硫含量变多，容易产生过多的硫酸盐，造成微粒增多。因此，只有用低硫柴油才能保证氧化催化效果。柴油硫含量不应超过质量分数0.5%。从实用性来看，乘用车柴油机使用氧化催化器效果较好，但前提条件是柴油机自身的氮氧化物NOx排放要少。

　　2、POC（Particles oxidation Catalyst）微粒氧化催化器

　　POC微粒氧化催化器是一种针对柴油机排放污染物中的微粒后处理设计，需要配合柴油机氧化催化器DOC使用。POC微粒氧化催化器工作温度在200℃～500℃之间，依靠DOC产生的二氧化氮和柴油机排放的二氧化氮，在POC内部中微粒与二氧化氮燃烧，从而有效去除排气中的微粒。POC对微粒的转化效率达到60%以上，是一种较为经济适用的后处理方案。

　　微粒捕集技术

　　DPF（Diesel particulate filter）柴油机微粒捕集器。

　　DPF柴油机微粒捕集器是国际上公认的微粒排放后处理最佳方式。其主要工作方式是排气通过微粒捕集器是，过滤体将排气中的微粒捕集与过滤体内并适时燃烧，从而达到净化排气的目的。过滤机理主要采用扩散机理、拦截机理、惯性机理和综合过滤机理。扩散机理如同河流三角洲沉积沙一样，采用布朗运动作用微粒扩散至壁面和微孔附近，微粒直径越小，排气温度越高，作用越明显；拦截机理就是采用过滤孔进行拦截，大于孔直径的微粒不能通过；惯性碰撞机理利用微粒惯性流动，但气流出现流线弯曲时，微粒因惯性存在继续直着前行，碰撞到过滤体。

　　过滤体主要采用壁流式蜂窝陶瓷、金属基过滤材料和复合过滤材料。壁流式蜂窝陶瓷对未来过滤效率达到90%以上；金属基过滤效率只有50～70%，但导热性好，快速进入工作状态。复合材料将是未来主要过滤体，结合了陶瓷材料的高效率和金属材料的快速进入工作状态特点。

　　事实上捕集微粒过后会集聚，导致排气背压增加堵塞，导致柴油机动力性、经济性变差，必须及时去除沉积的微粒，这恢复微粒捕集器性能的过程为再生。由于柴油机排气中微粒绝大部分为可燃物，其通常在560℃以上便开始燃烧。然而，一般柴油机排气温度低于500℃，正常情况下较难烧掉，因此需要额外的方法进行处理。现在可行的技术有主动再生系统和被动再生系统，主动再生系统有：喷油助燃再生系统、电加热助燃再生系统、微波加热助燃再生系统、红外线加热助燃再生系统，这类主要通过外部辅助加热把微粒进行清除。被动再生系统有：大负荷再生、排气节流再生、催化再生、燃料添加剂再生等，这类再生效果较为一般。DPF使用上无需再添加任何东西，动力损失方面较小，整车的燃油经济性不会受到大的影响。

　　现代柴油机都采用综合的尾气处理技术，并不是只是采用单一的尾气处理。可以采用SCR+DOC+DPF组合技术进行处理。SCR处理氮氧化物NOx，DOC处理一氧化碳CO、碳氢化合物HC排放和部分微粒，DPF处理微粒PM排放，从而让柴油机可达到欧V乃至美国标准。另外一种综合处理技术是四元催化转化器，采用LNT稀燃NOx催化转化器、DPF微粒捕集器和DOC柴油氧化催化器，综合处理尾气中的HC、CO、NOx和PM。事实上优秀的柴油机其机内净化能力越高，所需的机外净化技术越少，使用成本越低。现实上究竟有没有这些车存在呢？答案非常肯定有的，而且还在中国上市，不过只在台湾和香港地区，欲望知详情，请继续观看下文。

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