提车用柴油机排放物控制策略分析

吴卓男

（山东华源莱动内燃机有限公司，山东 莱阳 265200）

1 车用柴油发动机排放污染物危害

车用柴油机的排放物中有CO、NOX、HC、SOX、PM、和醛类等，这些排放物对空气的污染很大，但是由于这些混合气的形成方式不同，柴油机和汽油机也有一些差别，所以柴油机产生的废气中CO和HC的含量远低于汽油机，但是二者燃烧的影响因素差别还是不大的，像柴油的辛烷值、压缩比、转速、负荷等都可以影响柴油机的燃烧。

1.1 国内现行排放标准

当前有关汽车和农机的柴油发动机的排放物标准较少，也没有专门的针对性标准所以只能参考国家的重型柴油车和轻型柴油车排放物相关标准，也就是与轻型车有关的国家标准GB 18352.1.2001、GB 18352.1.2002，和与重型柴油车有关的国家标准GB 17691.1.2001、GB 3847.1999、GB 14761.93、GB/T 384717.2005。当然为了统一规范，2005年我国又公布了我国柴油车的污染物排放限值（CO＜4，HC＜1.1，NOX＜7，微粒＜0.15），进一步规范了我国柴油车生产标准。

1.2 欧洲的排放标准

欧洲自1992年公布了重型柴油车的排放限制标准以来，随着全球环境问题的日益突出，就多次降低了柴油机排放物中CO、NOX、HC、PM的排放限值，在欧盟的标准中其ICO限值就从4.5下调到了欧VI的0.2，HC则从1992年的1.1降低到0.005，而氮氧化合物则是降到了历史最低水平2.0，并且在欧VI中还规定了PM 限值为0.02。可见不光是中国在加强对车用柴油机的排放物控制，世界各国都在这样做。

2 车用柴油发动机排放物生成机理及影响因素

2.1CO和HC的生成

当柴油机里的燃料燃烧不完全时就会产生HC和CO，CO主要是当柴油机供氧不足时引起的，CO2在高温下被还原成CO。而如果采用排气后处理技术，也就是通过增压+高压喷射+电控+排气后处理技术处理柴油机的排放物后。其排放物中的氮氧化合物、微粒、PM含量都出现明显的下降，可见排气后处理技术是可在柴油机里推广的。

含氮化合物主要包含了 NO、NO2、N2O4、N2O、NO、N2O5等一系列化合物，这些化合物基本上都是大气的主要污染物之一。这其中NO2是在高温条件下NO与氧气发生氧化反应而产生的。当然NO的生成量是直接受柴油机在燃烧过程中温度的高低影响的。所以，总结的柴油机中可以影响NOX生成的因素是温度、氧浓度及滞留时间。

2.2 碳烟的产生

在寒冷的冬季，当气缸温度过低时，柴油在发动机内是不能完全燃烧的这就会导致白烟的生成，而它生成的白烟直径在1 μm以上。而黑烟的生成则是因为混合气不良，在燃烧室中，局部供氧不足导致烷烃分子燃烧不完全，它们裂解聚合后就会产生黑烟。最后蓝烟则是由于润滑油对柴油机密封不行，机油漏入燃烧室，在不完全燃烧的情况下，就会产生直径低于1μm的液态排放物，也就形成了蓝烟。

3 车用柴油机排放物控制方法

3.1 车用柴油机机内净化技术

在当代很多汽车都采用了废气再循环技术（EGR），这样既能降低燃烧温度，又能缩短NO在柴油机里的滞留时间。当然现在EGR技术还在完善中，其主要研究方向就是如何提升柴油车的EGR率及冷却EGR系统，同时废气在再循环时如温度过高，就会加热进气，导致燃烧恶化，增加微粒的排放量，因此EGR技术还需完善。

3.2 外净化技术

国内应用较广的后处理技术主要有3种，分别是：可用于过滤和除去碳烟微粒的微粒捕集器（DPF）；能降低NOX排放的NOX吸附器及新兴的SCR后处理技术。

3.3 微粒捕捉器

柴油机微粒捕捉器能有效过滤和除去碳烟微粒、PM等杂质。其材质有陶瓷纤维、金属纤维、陶瓷蜂窝载体、金属蜂窝载体等，当然也有为了控制成本和使用方便就用纸滤芯的过滤器。

3.4NOX吸附器

NOX吸附器处理的主要对象就是氮氧化合物，因为NO有毒性，而它生成的NO2更是有刺激气味，因此被作为车用柴油机的主要处理对象，同时NOX还是造成光化学烟雾的罪魁祸首。但是由于技术限制，像早就在汽油机上使用的三元催化剂却迟迟未应用到柴油机上，因此对柴油机尾气中的NOX控制还不是太过理想。

3.5 SCR后处理技术

SCR技术其实就是把车用尿素喷入发动机的燃烧室中，尿素会在高温下释放大量NH3，而NH3又可以将尾气中NOX还原成N2和N2O的技术。在这个反应过程中尿素不参与反应，当尿素溶液进入柴油机的燃烧室后发生的反应可以分为三步其实就是以下的化学反应：

将这3步分为3个过程首先是蒸发过程，其次是热解过程；最后是HNCO的水解过程。在热解过程中，就会产生NH3，同时HNCO的水解也会产生NH3，因此尿素的利用率还是很高的。但在现实中，SCR系统在排气温度较低时的使用会被抑制，因此，此技术也需进一步改良。

3.6 柴油机机内净化和机外净化方法对比分析

如果采用机内净化，就需提升柴油机的功率来进行增压，这样就会增加柴油机的质量，增加安装难度。而在采用机外净化时，就需要安装微粒捕捉器。由于微粒捕捉器对生产工艺要求较高，价格昂贵，这样就会使柴油机的成本提升。而且微粒捕捉器在过滤过程中易堵塞，纸质过滤器过滤效果又不好，在实际使用中问题较多。最后新兴的SCR技术使用尿素作为添加剂使NOx生成N2、N2O，催化效率高，无副产物，同时还能降低车用柴油机的成本。因此选用 SCR后处理技术来处理当前柴油车的排放物较为合理。

4结语

总的来说，机内控制技术增加了柴油机质量，使发动机功率消耗增多，降低了发动机的输出功率，增加柴油机的油耗。机外处理技术缺乏价格便宜，性能优良的吸附器载体，此外还可能产生副产物，使排放物成分更复杂。而应用SCR技术时，催化效果较好，无副产物且能有效的降低各种排放物的浓度，达到节能减排的目标，虽然该技术的催化剂容易失效，但有改进的可能性，所以该方法仍是最佳的选择。本文通过对车用柴油机排放物控制现状的分析，和对机内、机外净化技术的对比分析，以及SCR技术的前景展望，为车用柴油机排放物的控制提供了一些有价值的参考，希望在环境问题日益突出的当下，可以研究出更好的车用柴油机排放物控制技术。