排放后处理技术.doc

1、排放后处理技术（一）为满足欧 4 和欧 5 排放标准的要求，欧洲重型载货车制造商目前采取的措施主要有 SCR（选择性催化还原） 、EGR 和 DPF 等方法。废气再循环（EGR）EGR 是废气再循环技术的简称，该系统的作用就是将柴油机产生的废气的一部分送回气缸。废气被送回气缸的数量由 ECU 进行控制。ECU 根据发动机的转速、负荷、温度、进气流量、排气温度控制电磁阀适时地打开，进气歧管真空度经电磁阀真空膜室膜片拉杆将 EGR 阀打开，排气中少部分废气经 EGR 阀进入进气系统，与混合气混合进入气缸参与燃烧。少部分废气进入气缸参与混合气燃烧。但是由于再循环的废气具有惰性，不参加化学反应，使进入

2、缸内的混合气被稀释，氧气浓度降低，从而也使可燃混合气的发热量降低；另外由于废气中的 CO2及水蒸气的热容量较大，增大了混合气的比热容，降低了缸内的高峰温度这两者都使柴油机燃烧过程的着火延迟期增加，燃烧速度变慢，缸内最高燃烧温度下降，而破坏了 NOx 生成所需要的高温富氧的条件，故抑制了 NOx 的生成，降低了柴油机 NOx 的排放量。但是，过度的废气参与再循环，将会影响混合气的着火性能，从而影响发动机的动力性，特别是在发动机怠速、低速小负荷及冷机时，由 ECU 控制废气不参与再循环，以免发动机性能受影响；当发动机超过一定转速、负荷及达到一定的温度时，ECU 控制少部分废气参与再循环，而且，参与

3、再循环的废气量根据发动机转速、负荷、温度及废气温度的不同而不同，以达到废气中 NOx 最低。以斯堪尼亚重卡柴油机为例，配置了 EGR 和涡轮气体混合装置，将符合质量要求的废气返回到发动机中，使 NOx 降低了 30%，碳油微粒降低了 80%，从而达到了欧标准。2007 年斯堪尼亚又推出可满足欧 5 标准的全新 EGR 发动机平台,在这些新的发动机上,斯堪尼亚采用 EGR 技术,无需任何后处理装置即可达到欧 5 排放标准。选择性催化还原系统（SCR）SCR 是一种机外净化系统。其基本原理是在热的尾气中添加 32.5%的尿素溶剂（AdBlue）作为还原剂。尿素溶液通过一个加热的管道从尿素罐中吸取，

4、然后通过压缩空气使之均匀吹入尾气中，尿素溶液在尾气中被汽化，并释放出氨气，然后在 SCR 系统的催化器中使 NOx加速转换成纯净的氮气和水蒸汽。由于转换率高达 80%，因此可大大降低颗粒物的排放，另外还降低油耗。据戴克的测试结果表明，SCR 技术与欧 3 标准的汽车相比，能够节省 3%5%的燃油，NO x的排放可低于欧 4 限值。 SCR 技术的最大优点在于，不仅可以达到欧 4 限值，而且只要增加还原剂的剂量，还可满足欧 5标准。另外，SCR 催化器还具有不需要维护，对柴油含硫无特别要求的优点。目前，绝大多数制造商认为采用 SCR 技术是满足欧 4 和欧 5 标准行之有效的方法。在欧洲 7 家

5、商用车制造商中有 5 家（戴克、沃尔沃、雷诺、依维柯、达夫）在全部采用 SCR 技术。曼和斯堪尼亚则采用 SCR 和 EGR 两条路并行的技术路线。如：曼公司的直列发动机在应对欧 4 和欧 5 排放时采用 SCR和 EGR 两种方法，V 型排列发动机只采用 SCR 方法。据说，奔驰公司已开始着手下一代 SCR 系统的研发工作，目标是将目前的控制型 SCR 催化器将变成调节型催化器，最终目的是使其排出的氨气尽可能少，直至为零。换句话说，就是借助于AdBlue，尽可能消除废气中的氮气含量。 SCR 工作原理EGR 系统排放后处理技术（二）为满足欧 4 和欧 5 排放标准的要求，欧洲重型载货车制造商

6、目前采取的措施主要有 SCR（选择性催化还原） 、EGR 和 DPF 等方法。DPF(柴油微粒过滤器)DPF 系统是由能够高效捕捉 PM 的耐热过滤器和将捕集到过滤器的颗粒通过酸化处理等去除的过滤再生装置组成。如果从现状、功能、实用性和可靠性等方面进行综合评价的话，目前最好的 DPF 装置是陶瓷壁的 DPF 装置。DPF 的主要功能是捕集 PM，降低压力损失，它应具有耐热冲击性和耐热性的性能。从再生方法来看，目前 DPF 采用的再生方法主要分强制再生和连续再生。陶瓷蜂窝网连续再生式捕集器（CRT）连续再生式捕集器（CRT）是一种深受大家宠爱的微粒捕集器，它也是一种机外净化系统。该系统能不停地捕

7、集碳油微粒，并通过控制发动机和加速共轨的喷射，提高排出废气的温度而使捕集到的碳油微粒重新燃烧。但是，实际上连续再生式捕集器（CRT）也存在许许多多的不足。例如，系统连续工作所要求的温度并非能在任何情况下都能得到调节，此外，串联的氧化催化转化器对硫含量比较敏感，如果硫含量过高，就会朝着按完全相反的方向调节，从而使 CO 和 HC 自由通过而依附在硫氧化物上，并立即形成二氧化硫(SO 2)，最后形成硫。这不仅助长了微粒的生成，而且还会堵塞捕集器，并可能缩短系统的使用寿命。不仅如此，机油里聚集的烟灰，随着时间的推移，必然会逐渐堵塞微粒捕集器。微粒捕集器堵塞后会使废气背压提高，从而使油耗增加。此外，在

8、油耗方面，专家认为，采用废气再循环氧化催化转化器和微粒捕集器方式来满足欧 5 标准与采用 SCR 系统相比，油耗至少差 5%。但是，欧 5 要求从根本上消除微粒。如果从根本上消除微粒来考虑，专家们认为采用连续再生式CRT 捕集器是不可行的。目前，依维柯的欧、欧发动机上除采用了 EGR、SCR、AdBlue 系统外，在总质量大于 5t 的车辆上还配置了 CRT 系统。PM-Kat 微粒分离器系统PM-KAT 是一种微粒分离器系统。该系统（PM-KAT）的工作原理是通过波浪形的金属层在尾气中形成涡流。这些金属层又被包覆在烧结金属毛毡中，颗粒物在毛毡中被沉积下来。在 PM-Kat 系统中使用了铂金材

9、料的预氧化催化器，NO 经过氧化变成异常活跃的 NO2，然后在颗粒物分离器的中央区域将颗粒中的碳重新转化为 CO2。与普通的 CRT 微粒捕集器相比，PM-Kat 颗粒分离器系统最主要的优点在是，预氧化催化器不会受到油燃烧后所产生的烟灰的损害，从而不会被堵塞，也不需要维护。但这种装置也存在着缺点：PM-Kat 只能使用无硫或低硫柴油（硫含量低于 50ppm，在德国已成为标准） ，另外，据曼公司介绍，使用该装置后，油耗将增加 2% 3%。德国曼公司在应对欧 4 排放标准时采用的方法是 PM-KAT+ARG(微粒分离器+废气再循环)。通过PM-KAT 分离器来减少微粒的排放，利用 AGR 技术来降

10、低尾气中 NOx的含量。德国曼公司是世界上唯一一家采用废气再循环和 PM（颗粒分离器）-Kat 技术相结合来达到欧 4标准的汽车公司。曼公司说，它们的这种方法是目前各种应对欧 4 排放标准方案中一种经济性较高的方案。曼公司的 PM-KAT 系统排放后处理技术（三）NOX 吸附还原型催化剂90 年代丰田公司发现了有关汽油发动机的排气净化催化剂的 NOx吸附能，对汽油稀燃比发动机进行展开的同时，对在柴油发动机的上的应用也开始了研究。NO x吸附还原型催化剂，在稀空气氛围中（氧气共存条件下）的催化剂通过共存的氧气将 NO 酸化成 NO2， 再使其和盐基进行反应，作为硝酸盐吸附到催化剂上。然后，通过发

11、动机控制和向排气管添加燃料，将排放气体变成稀空气氛围（氧 0） ，吸附在催化剂上的硝酸盐进行分解、还原，直到将 NOX还原成氮气为止。NOX吸附还原型催化剂的反应装置NOX吸附还原型催化剂，虽不是必需的具有特殊性的还原剂，但通过燃料中的硫磺成分 NOx吸附还原型催化剂虽被解毒, NOx降低效果却下降了。现在，通过限定使用硫磺成分为 10ppm 的燃料，将使用的 NOX、PM 同时低减系统（DPNR）作为商用车用低减系统正在进行实用化推广。今后，通过推进降低燃料中的硫磺成分，降低润滑油中的硫磺成分的研究，会不断促进 NOx吸附还原型催化系统在市场上的推广使用。同时降低 NOX、PM 的 DPNR

12、 系统结构酸化催化剂酸化催化剂是 80 年代末开始，以将颗粒中的 SOF 从主体中减少为目的进行的开发。酸化催化剂是由贵金属白金和金属酸化物氧化铝等构成。当时，燃料中的硫磺成分约 2000ppm,具有强酸化力的酸化催化剂形成硫酸盐，相反致使颗粒增加。1994 年时燃料中的硫磺成分降低到 500ppm 的同时，通过开发可控制酸化力的酸化催化剂技术，颗粒的降低已成为可能。酸化力弱的催化剂中碳氢化合物等相关标准中未规定物质的减少效果较低，后来在 2002 年，国内燃料中的硫磺成分规定为 50ppm 能够提高酸化力，使碳氢化合物类物质也大大减少。今后会以减少排出气体中的碳氢化合物、气味为目的，承担部分后处理装置的形式进行的搭载技术将不断扩大。