提車用柴油機排放物控制策略分析

吳卓男

（山東華源萊動內燃機有限公司，山東 萊陽 265200）

1 車用柴油發動機排放污染物危害

車用柴油機的排放物中有CO、NOX、HC、SOX、PM、和醛類等，這些排放物對空氣的污染很大，但是由于這些混合氣的形成方式不同，柴油機和汽油機也有一些差別，所以柴油機產生的廢氣中CO和HC的含量遠低于汽油機，但是二者燃燒的影響因素差別還是不大的，像柴油的辛烷值、壓縮比、轉速、負荷等都可以影響柴油機的燃燒。

1.1 國內現行排放標準

當前有關汽車和農機的柴油發動機的排放物標準較少，也沒有專門的針對性標準所以只能參考國家的重型柴油車和輕型柴油車排放物相關標準，也就是與輕型車有關的國家標準GB 18352.1.2001、GB 18352.1.2002，和與重型柴油車有關的國家標準GB 17691.1.2001、GB 3847.1999、GB 14761.93、GB/T 384717.2005。當然為了統一規范，2005年我國又公布了我國柴油車的污染物排放限值（CO＜4，HC＜1.1，NOX＜7，微粒＜0.15），進一步規范了我國柴油車生產標準。

1.2 歐洲的排放標準

歐洲自1992年公布了重型柴油車的排放限制標準以來，隨著全球環境問題的日益突出，就多次降低了柴油機排放物中CO、NOX、HC、PM的排放限值，在歐盟的標準中其ICO限值就從4.5下調到了歐VI的0.2，HC則從1992年的1.1降低到0.005，而氮氧化合物則是降到了歷史最低水平2.0，并且在歐VI中還規定了PM 限值為0.02。可見不光是中國在加強對車用柴油機的排放物控制，世界各國都在這樣做。

2 車用柴油發動機排放物生成機理及影響因素

2.1CO和HC的生成

當柴油機里的燃料燃燒不完全時就會產生HC和CO，CO主要是當柴油機供氧不足時引起的，CO2在高溫下被還原成CO。而如果采用排氣后處理技術，也就是通過增壓+高壓噴射+電控+排氣后處理技術處理柴油機的排放物后。其排放物中的氮氧化合物、微粒、PM含量都出現明顯的下降，可見排氣后處理技術是可在柴油機里推廣的。

含氮化合物主要包含了 NO、NO2、N2O4、N2O、NO、N2O5等一系列化合物，這些化合物基本上都是大氣的主要污染物之一。這其中NO2是在高溫條件下NO與氧氣發生氧化反應而產生的。當然NO的生成量是直接受柴油機在燃燒過程中溫度的高低影響的。所以，總結的柴油機中可以影響NOX生成的因素是溫度、氧濃度及滯留時間。

2.2 碳煙的產生

在寒冷的冬季，當氣缸溫度過低時，柴油在發動機內是不能完全燃燒的這就會導致白煙的生成，而它生成的白煙直徑在1 μm以上。而黑煙的生成則是因為混合氣不良，在燃燒室中，局部供氧不足導致烷烴分子燃燒不完全，它們裂解聚合后就會產生黑煙。最后藍煙則是由于潤滑油對柴油機密封不行，機油漏入燃燒室，在不完全燃燒的情況下，就會產生直徑低于1μm的液態排放物，也就形成了藍煙。

3 車用柴油機排放物控制方法

3.1 車用柴油機機內凈化技術

在當代很多汽車都采用了廢氣再循環技術（EGR），這樣既能降低燃燒溫度，又能縮短NO在柴油機里的滯留時間。當然現在EGR技術還在完善中，其主要研究方向就是如何提升柴油車的EGR率及冷卻EGR系統，同時廢氣在再循環時如溫度過高，就會加熱進氣，導致燃燒惡化，增加微粒的排放量，因此EGR技術還需完善。

3.2 外凈化技術

國內應用較廣的后處理技術主要有3種，分別是：可用于過濾和除去碳煙微粒的微粒捕集器（DPF）；能降低NOX排放的NOX吸附器及新興的SCR后處理技術。

3.3 微粒捕捉器

柴油機微粒捕捉器能有效過濾和除去碳煙微粒、PM等雜質。其材質有陶瓷纖維、金屬纖維、陶瓷蜂窩載體、金屬蜂窩載體等，當然也有為了控制成本和使用方便就用紙濾芯的過濾器。

3.4NOX吸附器

NOX吸附器處理的主要對象就是氮氧化合物，因為NO有毒性，而它生成的NO2更是有刺激氣味，因此被作為車用柴油機的主要處理對象，同時NOX還是造成光化學煙霧的罪魁禍首。但是由于技術限制，像早就在汽油機上使用的三元催化劑卻遲遲未應用到柴油機上，因此對柴油機尾氣中的NOX控制還不是太過理想。

3.5 SCR后處理技術

SCR技術其實就是把車用尿素噴入發動機的燃燒室中，尿素會在高溫下釋放大量NH3，而NH3又可以將尾氣中NOX還原成N2和N2O的技術。在這個反應過程中尿素不參與反應，當尿素溶液進入柴油機的燃燒室后發生的反應可以分為三步其實就是以下的化學反應：

將這3步分為3個過程首先是蒸發過程，其次是熱解過程；最后是HNCO的水解過程。在熱解過程中，就會產生NH3，同時HNCO的水解也會產生NH3，因此尿素的利用率還是很高的。但在現實中，SCR系統在排氣溫度較低時的使用會被抑制，因此，此技術也需進一步改良。

3.6 柴油機機內凈化和機外凈化方法對比分析

如果采用機內凈化，就需提升柴油機的功率來進行增壓，這樣就會增加柴油機的質量，增加安裝難度。而在采用機外凈化時，就需要安裝微粒捕捉器。由于微粒捕捉器對生產工藝要求較高，價格昂貴，這樣就會使柴油機的成本提升。而且微粒捕捉器在過濾過程中易堵塞，紙質過濾器過濾效果又不好，在實際使用中問題較多。最后新興的SCR技術使用尿素作為添加劑使NOx生成N2、N2O，催化效率高，無副產物，同時還能降低車用柴油機的成本。因此選用 SCR后處理技術來處理當前柴油車的排放物較為合理。

4結語

總的來說，機內控制技術增加了柴油機質量，使發動機功率消耗增多，降低了發動機的輸出功率，增加柴油機的油耗。機外處理技術缺乏價格便宜，性能優良的吸附器載體，此外還可能產生副產物，使排放物成分更復雜。而應用SCR技術時，催化效果較好，無副產物且能有效的降低各種排放物的濃度，達到節能減排的目標，雖然該技術的催化劑容易失效，但有改進的可能性，所以該方法仍是最佳的選擇。本文通過對車用柴油機排放物控制現狀的分析，和對機內、機外凈化技術的對比分析，以及SCR技術的前景展望，為車用柴油機排放物的控制提供了一些有價值的參考，希望在環境問題日益突出的當下，可以研究出更好的車用柴油機排放物控制技術。