淺析尾氣后處理技術在熱試臺架上的應用

張玉龍

摘要：隨著排放要求升級，發動機尾氣排放控制日益嚴格。而發動機在熱試臺架上進行綜合性能檢測時也會造成大量的尾氣排放，因此對發動機在熱試臺架上測試時的尾氣排放依然需要進行處理。

關鍵詞：熱試臺架；發動機；后處理技術

1.概述

眾所周知，隨著中國國內汽車數量的日益增多，汽車所產生的尾氣排放已逐漸成為造成大氣污染的主要原因之一。所以提高汽車排放標準、降低汽車尾氣排放必然是大勢所趨。汽車所產生的尾氣來自于發動機燃燒室內燃料的不完全燃燒，其主要產生的尾氣成分主要有：碳煙顆粒物（PM）及有害氣體（主要為NOx、CO、HC）。在整車狀態時，發動機一般都會配置三元催化器及顆粒捕集器等部件，用于發動機已產生尾氣的后處理。

但是，在發動機的生產階段，發動機本身的三元催化器及顆粒捕集器等部件往往是不安裝的。發動機在熱試臺架上做點火試驗時，基本上等于燃燒室所產生的尾氣直接排放出去。且發動機在做點火試驗時需要檢測發動機在各種轉速及工況下的運轉狀況，某階段的排放量會非常高。即使這些尾氣都會按照排放標準通過高空排煙管排出，但依然對大氣環境存在一定的破壞。因此為熱試臺架配置后處理設備也顯得尤為重要。

2.尾氣中有害氣體成分分析

根據燃燒理論，進入汽車燃燒室的成分是空氣和燃油，汽車發動機可燃混合氣在燃燒過程中產生的排放尾氣中含有一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、二氧化硫、碳顆粒、二氧化碳等氣體和其他雜質粉塵等。其中碳顆粒、一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物含量較大，其產生的影響因素也較多。

2.1顆粒物

顆粒物的主要成分是碳，主要是由于燃油燃燒不充分所產生的，是大氣PM2.5的來源之一。顆粒物是柴油機排放氣體中的主要組成部分，而汽油機的排放量相對較少，故一般僅在柴油機試驗臺架上實施后處理措施。

由于顆粒物是燃燒不充分所產生的固體顆粒物，除了高溫灼燒進行處理以外，無法通過其他的化學手段進行轉化。但顆粒物燃燒需要較高的溫度，對于能耗及設備使用安全等方面存在較大的隱患，故一般采用物理吸附的方式進行處理。

2.2氮氧化合物（NOx）

NOx是在發動機燃燒過程中產生的，其中NO成分占比例較大，而少量成分是NO2，他們是N2在燃燒高溫下的產物。

2.3CO、HC

CO主要是由于發動機內部缺氧和低溫引起的不完全燃燒而產生的，一般烴燃料的燃燒反應過程為：

CmHn+（2/m）O2→mCO+（n/2）H2

3.目前常用尾氣后處理技術說明

3.1簡介

針對發動機在試驗臺架上產生的主要有害氣體成分，目前均有常用的技術進行處理。其中，減少顆粒物含量可采用DPF顆粒捕集技術；針對HC、CO等可采用DOC氧化技術；而對于NOx，則可采用SCR選擇性還原技術。同時這也是在整車上常用的尾氣后處理技術。下面將重點介紹這幾種技術的工作原理。

3.2碳煙顆粒捕集器（DPF）

碳煙顆粒捕集器DPF，是采用陶瓷材料制成的，它可以將排放廢氣中顆粒物質排入大氣之前將其攔截捕捉。其軸向具有平行蜂窩孔道，相鄰的蜂窩孔道兩端面交替錯位，堵孔道壁上均布微孔結構的蜂窩陶瓷，捕集幾何面積大，捕集效果好。柴油機的廢氣從入口進入過濾體，然后由入口通道的壁流面流入出口通道，再從出口通道排出。柴油機的尾氣在通過通道壁時，它利用蜂窩陶瓷孔壁上的孔隙截留、捕捉柴油機尾氣中的碳煙顆粒，以完成尾氣排放碳煙顆粒凈化工作，可減少柴油發動機所產生的煙塵達95%以上。如圖2所示。

但經過一塊時間的使用后，DPF模塊孔道內會由于過濾產生大量的碳堆積，導致過濾微孔氣體通過性及過濾效率下降。所以，在使用一段時間后，須定期通過壓縮空氣反向吹掃對DPF進行清潔。

3.4DOC

鉻鎳合金DOC凈化單元，模塊呈蜂窩狀，其表層涂覆有以鉑金為主的氧化型催化劑。DOC貴金屬氧化型催化劑主要目的是降低碳氫化合物（HC）、一氧化碳（CO）的排放。其氧化原理與汽油機三元催化器氧化HC和CO的原理基本一樣。DOC可以使有毒的HC部分減少75-90%，CO減少75-90%。化學反應原理如下：

CO+1/2O2→CO2

4HC+5O2→4CO2+2H2O

C+O2→CO2

3.5SCR

SCR，選擇性催化還原技術，該種技術也是目前在整車上普遍使用的技術。該技術是指向尾氣中噴入適量的尿素（實則是其中的氨產生作用），尿素在貴金屬催化劑的作用下，與尾氣中的氮氧化合物發生反應，轉化為無害的氮氣和水，具體反應原理如圖3所示。去除率可達到75%。尿素在系統的控制下，可實現精確噴射。具體工作原理如圖4所示。

目前SCR中反應催化劑多選用的為釩基催化劑。該催化劑制作工藝較成熟，成本相對較低，應用比較廣泛。其最佳的反應溫度為300℃-450℃，在該溫度范圍，催化劑才能保證比較高的催化效率。

4.總結

DPF+DOC+SCR是目前在整車尾氣處理上常用的技術，也可應用于臺架上發動機的尾氣后處理，其處理原理一致。通過以上三種模塊串聯的方式，可依次對發動機尾氣中的各氣體成分進行處理，大幅降低發動機熱試過程中污染物的排放量，切實起到環境保護的作用。

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