第七章 车用柴油机后处理净化
SCR技术在柴油机尾气后处理上的应用
SCR技术在柴油机尾气后处理上的应用1. 引言1.1 SCR技术在柴油机尾气后处理上的应用SCR技术在柴油机尾气后处理上的应用是一种先进的尾气净化技术，可以有效降低柴油机尾气中的氮氧化物（NOx）排放。
SCR技术通过在尾气中加入尿素溶液，利用催化剂将尾气中的NOx转化为无害的氮气和水蒸气，从而实现尾气的净化。
SCR技术在柴油机尾气后处理中发挥着至关重要的作用，不仅能够满足环保法规对尾气排放的要求，还可以提高柴油机的燃烧效率和性能。
在现代柴油机尾气净化领域，SCR技术已经被广泛应用。
无论是商用车辆、工程机械还是发电设备，都可以通过装配SCR系统来实现尾气排放的降低。
尤其是在需要高效、长时间运行和高负荷工作的柴油机领域，SCR技术更是不可或缺的一项技术。
SCR技术在柴油机尾气后处理上的应用具有显著的环保和经济效益，可以有效减少有害气体排放，提高柴油机的燃烧效率，并延长柴油机的使用寿命。
随着环保法规的不断加强和科技水平的不断提升，SCR技术在柴油机尾气后处理领域的应用前景将会更加广阔。
2. 正文2.1 介绍SCR技术的原理和工作机制SCR技术（Selective Catalytic Reduction）是一种用于降低柴油机尾气中氮氧化物（NOx）排放的成熟技术。
其原理是通过在尾气中喷射尿素水溶液（也称为尿素溶液）或氨气，并将其与尾气中的NOx化合物在SCR催化剂上发生化学反应，将NOx还原成无害的氮气和水蒸气。
SCR技术的工作机制可以分为两个主要步骤：尿素水溶液或氨气在SCR催化剂上催化分解，生成氨气（NH3）；生成的氨气与尾气中的NOx在SCR催化剂上发生化学反应，将NOx转化为氮气和水蒸气。
反应的整个过程在SCR催化剂的加速作用下进行，从而有效降低柴油机尾气中的NOx排放。
SCR技术的原理和工作机制既简单又高效，是目前公认最有效的降低柴油机尾气NOx排放的方法之一。
通过合理设计SCR系统，可以实现高效净化尾气，保护环境同时确保柴油机性能和燃油经济性。
汽车排放及控制技术知识点汇总
第一章绪论一名词解释和填空题1)大气污染：随着人类社会发展，人类活动或自然过程使得某些物质进入大气，当他们呈现足够的浓度，达到足够的时间，就可能危害到人体的舒适和健康，危害到生态环境的平衡2)大气污染的一般分类：局部污染、区域性污染、全球污染3)大气污染源分为天然污染源和人为污染源。
4)汽车排放的主要污染物有CO、NO X、HC、光化学烟雾、微粒二、论述汽车排放污染物的种类、特点和危害1)一氧化碳：无色无臭，有毒气体；使血液输氧能力降低2)碳氢化合物：包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化物；饱和烃危害不大，不饱和烃危害很大3)氮氧化物：是NO和NO2的总称，百分之九十五为NO；NO无色无味，毒性不大，NO2是红棕色气体，对呼吸道强烈刺激，产生酸雨、烟雾。
4)光化学烟雾：是排入大气氮氧化物和碳氢化合物受太阳紫外线作用产生的一种具有刺激性的浅蓝的烟雾，包含：臭氧、醛类、硝酸酯类；刺激眼睛和上呼吸到粘膜5)微粒：微粒越小，越不容易沉积，越容易深入肺部；其次物化活性越高，加剧了生理效应的发生和发展。
第二章汽车排放污染物的生成机理和影响因素一名词解释和填空题1)可燃混合气均匀，CO排量几乎取决于可燃混合气的空燃比或过量空气系数2)柴油机φa大，CO排放比汽油机低，由于柴油与空气混合不均匀，燃烧空间总存在局部缺氧和低温的地方，低负荷尽管φa很大，CO排放量反而上升。
3)影响CO生成的因素中：进气温度、进气管真空度升高，CO排放量升高；大气压力、怠速转速升高，CO排放量降低。
4)淬熄层：火焰接近气缸壁，缸壁附近混合气温度低，使气缸壁薄薄的边界层内的温度降低到混合气自燃温度以下，导致火焰熄灭，边界层的混合气未燃烧或未完全燃烧直接进入排气形成未燃HC，此边界层成为淬熄层5)体积淬熄：发动机在在某些工况下，火焰前峰面到达燃烧室壁面之前，由于燃烧室压力和温度下降太快，可能使火焰熄灭6)排气管HC氧化的条件：管内有足够的氧气、排气温度高于600度、停留时间大于50ms7)汽油机HC生成区主要在缸壁四周，排放峰值主要是排气门刚打开和排气过程结束8)绝热温度：混合气燃烧释放的全部热量减去因自身加热和组成变化所消耗的热量而达到的最高燃烧温度9)柴油机微粒包括白烟、蓝烟、黑烟。
柴油发动机尾气后处理技术
217中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.01 （下）汽车行业的蓬勃发展使汽车尾气问题愈加严重，尤其是柴油发动机尾气排放物，如氮氧化物给人们的生命健康造成的威胁不断加大，同时，尾气排放还会造成大气污染，给人们的生产生活都带来了不良的影响。
因此，针对以上存在的这些问题，本文对柴油发动机尾气后处理技术开展了深入分析，其能够有效控制尾气排放量。
这一排放控制技术将会对柴油发动机尾气的处理等发挥重要意义。
柴油发动机尾气后处理技术原新涛（广西玉柴机器股份有限公司，广西 玉林 537000）摘要：我国经济高速发展带来的弊端主要是环境污染问题越来越严重，大气污染严重、空气质量下降等使得人们身体健康面临较大威胁，为了能够改善环境污染问题，提升空气质量等需要引起相关部门的重视，针对柴油发动机尾气的排放等制定严格标准和规范。
而尾气后处理技术的应用和推广后，不仅能够使柴油发动机尾气排放达到标准要求，还能够提升柴油发动机尾气排放的控制效果。
基于此，针对于当前该技术发展的情况，本文在对柴油发动机尾气后处理技术开展有效的分析后，对存在的故障或者故障排除的方法等进行探究，总结了当前柴油发动机尾气后处理技术的发展趋势。
关键词：柴油发动机；尾气排放后处理技术；尾气控制中图分类号：U464.172;X734.2 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2021）01（下）-0217-031 尾气后处理技术的相关概述汽车排放标准的不同主要与汽车生产注册的时间或者年限等有直接关系。
现阶段，我国汽车尾气排放标准在与欧洲等国家进行对比时，其内容较为相似。
而对于柴油发动机尾气排放而言，要想达到国家尾气排放标准，需要重视对氮氧化合物和颗粒的排放控制。
我国现阶段的排放标准与欧洲排放标准较为类似，并且欧Ⅳ～欧Ⅵ的排放标准要求呈现了温以及相关燃料数量具有十分密切的联系。
车用国四柴油机后处理系统介绍
第一章
一、SCR系统结构概况
第一章
二、SCR系统整车布置图
SCR系统组成（博世)
1.控制单元ECU (EDC17系统)
2.尿素泵 3.尿素喷嘴 4.SCR排气连接管 5.尿素箱总成 6.加热冷却水管路 7.尿素液力管路 8.信号线 9.SCR催化转化器 10.传感器 …………
液位浮子
液位传感器
能够监测尿素溶液温度
能够通过发动机热水对尿素 溶液加热
能够监测液位高度，满液位 和零液位、空罐时向ECU发 出报警信号
加热水管
滤网
第二章
④ 尿素管、冷却水管接口
尿素出口3/8”
水管接 口φ14
尿素溶液接口 指示箭头
水管接口 φ14
尿素进口5/16”
第二章
⑤ 冷却水加热电磁阀
第三章
② 电器件、针脚性能参数
部件
尿素泵 对应ECU 针脚编 针脚 号
工作时对 T15上电，但SCR 开路电压
地电压（ 系统不工作时的常 （V）
V）
态电压值（V）
开路时，常态 电阻
压力 2
传感
器
3
4
尿素 8
泵电
机
9
10
换向 11
阀
12
K24（电 源正） K78（信 号线） K77（电 源负）
K07
1
5
3
回流管
压力管
4
2
吸液管
10
排温传 感器
6
7 8
9
第二章
第一章 SCR系统概要 第二章 尿素箱 第三章 尿素泵 第四章 喷嘴 第五章 SCR箱 第六章 加热系统 第七章 环境温度传感器与排温传感器 第八章 故障排除 第九章 后处理知识拓展
柴油发动机尾气后处理技术的运用研究
柴油发动机尾气后处理技术的运用研究摘要：近年来，我国经济迅速发展，但与此同时，我国也面临着严重的环境污染问题，这是最严重的问题。
为了解决一系列环境问题，主要是因为内燃机排放量低于标准，政府制定了内燃机排放标准和减少污染。
为此，有关技术人员必须对柴油机进行改造，使其排气符合排放标准。
本文件主要分析了SCR技术在柴油机废气处理方面的现状并分析了未来的趋势。
关键词：柴油发动机；排放；控制技术随着社会的发展和对生产力的需求的增加，柴油发动机已成为越来越受欢迎的重要生产和运输来源。
合理利用柴油发动机运行过程中产生的废气是人类和环境安全的责任这是一个重要的改进柴油机本身。
随着相关标准的提高现有的EGR技术不再符合相关的排放要求SCR技术的传播和应用是科学发展的正确步骤。
1、相关概述SCR基本原则。
这一技术主要用于加热和再生时注射和修复尿素，从而能够处理物质，因此，由于加热，氮氧化物的排放转化为氮和水，以便最终达到既定的排放标准。
该系统包括尿素水箱、各种测量仪器、喷雾器和相关的传感器。
按照排气后工作原则，先将烟道混合，然后再配尿素，喷雾器将尿素溶液喷淋，然后尿素会在高温下分解成氨，然后在催化剂中还原为氮氧化物最后是氮，大量的氨，自然，将转换为氮。
防止泄漏。
这一技术的主要优点是它不会对硫磺敏感，特别是100升。
然后，它的尾矿处理需要5升尿素在水溶液。
该系统主要通过电池满足其基本的电力需求，只有在有电的情况下才能加热；然后，相应的阀门取代空气，以确保气体的化学反应具有一定的空间和时间。
在这一系统中，污染物的排放可减少到最低限度，因此，技术人员应当能够根据系统的基本运行目标和要求合理地操作该系统。
为了明确界定该系统的运作原则，必须提高其运作效率，为了确保符合目前的排放标准。
然而，目前这一技术主要适用于长途卡车，这些内燃机本身费用相对较高，需要大量的安装设施因此难以在某些内燃机上使用。
今后需要简化和整合其设备以确保其在各种运输工具上的使用。
探讨柴油机尾气后处理技术及电气系统验证
探讨柴油机尾气后处理技术及电气系统验证柴油机作为一种广泛应用的发动机，因其高效、耐用等特点而备受欢迎。
但是，柴油机的尾气中含有有害物质如氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）等，对环境和人类健康造成威胁，因此需要通过尾气后处理技术进行净化。
目前，柴油机尾气后处理技术主要包括选择性催化还原（SCR）技术、颗粒物捕集器（DPF）技术、氧化催化反应（DOC）技术等。
SCR技术是通过加入尿素溶液使NOx在催化剂上还原为氮和水，从而减少NOx排放；DPF技术利用陶瓷或金属纤维过滤器过滤颗粒物，通过定期再生去除PM；DOC技术则是利用铂、钯等催化剂在高温下将有害物质转化为无害物质。
另外，近年来，随着电气化和智能化技术的发展，电气系统验证也成为了尾气后处理技术的重要组成部分，主要是通过模拟、仿真、测试等方法验证尾气后处理系统在各种情况下的性能和安全性。
这些技术使得柴油机尾气后处理系统不仅能够高效净化尾气，还能满足低能耗、低排放等现代化要求。
然而，柴油机尾气后处理技术的应用还存在一些问题。
例如，SCR技术需要配合尿素添加剂，增加了使用成本；DPF技术需要定期进行再生，可能造成燃油的浪费；DOC技术则不能有效去除PM。
此外，电气化和智能化技术对高技术人才的需求也较高，增加了成本和管理难度。
总的来说，柴油机尾气后处理技术的发展是必要的，有望在未来实现低能耗、低污染的环保发展目标。
同时，应该进一步完善现有技术，并积极推行电气化和智能化技术，提高整体性能和管理效率。
为了解决柴油机尾气排放问题，各国政府和企业陆续推出了各种尾气排放标准和限制措施。
例如，欧洲引入了欧洲二、三、四、五、六标准，要求柴油机汽车NOx、PM等有害物质的排放量不断降低。
美国也制定了EPA标准，对排放有严格规定，不符合标准的车辆将被检查和处罚。
随着环保意识的不断提高，世界范围内的尾气排放标准和限制措施也将不断加强。
除了政策要求之外，企业也在尝试各种尾气后处理技术以满足用户需求。
柴油机排放后处理技术
柴油机排气后处理技术进入二十世纪九十年代以来，能源危机和环境污染两大问题，严重危害人类社会的可持续发展，日益受到各国政府和民间的重视。
随着汽车工业的发展，汽车保有量的增加，对能源和环境的压力日益加剧，新的排放法规的要求日趋严格，研究开发低排放、低油耗的汽车新技术势在必行[1]。
柴油机作为一种高效节能的动力机械，在军车动力中占据这越来越重要的地位。
为了保持柴油机卓越的燃油经济性，同时又能满足越来越严格的排放法规要求，电控燃油喷射、可变截面涡轮增压器和废气再循环、排气后处理等技术被相继采用，并逐渐成为先进柴油机的通用技术标准。
然而，随着排放法规的日益严格，机内净化技术实现起来已经愈有难度且成本较高，排气后处理技术成为了减少尾气污染的重要手段。
本文章主要介绍柴油机主要污染物生成机理，柴油机排气后处理技术的相关情况。
一柴油机排放主要污染物生成机理柴油机排放的主要污染物有：NO x、微粒。
1.NOx的生成机理感兴趣的氮氧化物是指NO，N2O（燃气轮机）和NO2，其中常见的是NO和NO2，它们统称为NOx。
在燃烧后的排气过程中，更加稳定的NO几乎总是超过其它氮氧化物占主要地位。
NO的生成途径以确定有两种：1.高温途径即在已燃区产生的NO称为热NO；2.瞬发途径。
即在火焰区产生的NO称为瞬发NO；氮氧化合物是在燃烧过程中由燃烧空气中的氮或来自化石燃料中的含氮有机物（主要是在重油和煤中）生成的。
若NOx排放受到热力学平衡约束条件控制的话，则氮氧化物的浓度在排气温度下将小于1×10-6。
当燃烧产物的温度下降，NOx浓度开始降低，但在火焰温度下，供NOx分解的时间在通常的燃烧设备中都太短，难以达到平衡状态，以及氮氧化合物在数十到数千（与燃烧的情况有关）10-6的浓度下被激冷。
这样，NOx生成和分解的化学过程是由化学动力学而不是热力学控制的。
NO和NO2浓度是彼此被另一个快速活性基反应连系在一起的：NO2和O，H和OH反应生成NO，而NO和HO2反应生成NO2。
汽车排放及控制技术试题答案
一、填空题1、汽车排放的污染物主要有_ 一氧化碳_、氮氧化合物_、_ 碳氢化合物__和__微粒____。
2、柴油机氮氧化物的生成主要受三个要素的影响,分别是_ 喷油定时_、 放热规律___和 负荷与转速的影响_。
3、三元催化转化器的起燃特性有两种评价方法,对于催化剂常用__ 起燃温度 __来评价,而对于整个催化转化系统则用__ 起燃时间 _来评价。
4、微粒捕集器的过滤机理存在四种,即_ 扩散机理、 拦截机理_、 惯性碰撞机理_、 重力沉积机理_。
5、电控柴油喷射系统已发展了三代，第一代是 位置控制_ 系统，第二代是_ 时间控制__系统，第三代是 电控高压共轨 系统。
6、目前控制汽油机氮氧化物排放最主要的措施是_ 废气再循环技术_。
7、常用排放污染物取样系统有 直接取样系统___、_稀释取样系统_和_定容取样系统_。
8、汽油发动机中未燃HC 的生成主要来源于_ 燃烧室未燃燃料、 窜入曲轴箱的未燃燃料和 燃油系统蒸发的燃油蒸汽_ 三种途径。
9、缸内直接喷射汽油机与其它汽油机相比，最大区别是_ 汽油喷射的位置_。
10、EGR 率是指 ×100%+返回废气量进气量返回废气量11、为使三元催化转化器的净化效率达到80%以上，其过量空气系数(Φa) “窗口”应达到的要求是“窗口”很窄，宽度只有_ 0.01~0.02__。
12、生成氮氧化物的三个要素是_ 混合气浓度_、 温度_和 氧浓度_。
13、目前微粒捕集器被动再生的方法主要有 化学催化的方法_。
14、排气成分分析中，CO 和CO2用_ 不分光红外线气体分析仪_测量，NO 用_ 化学发光分析仪_测量，HC 用 _ 氢火焰离子型分析仪_测量，氧多用 顺磁分析仪_测量。
15、烟度的测量方法主要有两类： 滤纸法__和 消光度法__。
16、目前,各国正纷纷开发各种代用燃料以解决未来石油能源枯竭的问题,其中最主要的代用燃料是 天然气__、液化石油气_、醇类燃料__和 植物油__。
柴油机排放后处理技术
柴油机排气后处理技术进入二十世纪九十年代以来，能源危机和环境污染两大问题，严重危害人类社会的可持续发展，日益受到各国政府和民间的重视。
随着汽车工业的发展，汽车保有量的增加，对能源和环境的压力日益加剧，新的排放法规的要求日趋严格，研究开发低排放、低油耗的汽车新技术势在必行[1]。
柴油机作为一种高效节能的动力机械，在军车动力中占据这越来越重要的地位。
为了保持柴油机卓越的燃油经济性，同时又能满足越来越严格的排放法规要求，电控燃油喷射、可变截面涡轮增压器和废气再循环、排气后处理等技术被相继采用，并逐渐成为先进柴油机的通用技术标准。
然而，随着排放法规的日益严格，机内净化技术实现起来已经愈有难度且成本较高，排气后处理技术成为了减少尾气污染的重要手段。
本文章主要介绍柴油机主要污染物生成机理，柴油机排气后处理技术的相关情况。
一柴油机排放主要污染物生成机理柴油机排放的主要污染物有：NO x、微粒。
1.NOx的生成机理感兴趣的氮氧化物是指NO，N2O（燃气轮机）和NO2，其中常见的是NO和NO2，它们统称为NOx。
在燃烧后的排气过程中，更加稳定的NO几乎总是超过其它氮氧化物占主要地位。
NO的生成途径以确定有两种：1.高温途径即在已燃区产生的NO称为热NO；2.瞬发途径。
即在火焰区产生的NO称为瞬发NO；氮氧化合物是在燃烧过程中由燃烧空气中的氮或来自化石燃料中的含氮有机物（主要是在重油和煤中）生成的。
若NOx排放受到热力学平衡约束条件控制的话，则氮氧化物的浓度在排气温度下将小于1×10-6。
当燃烧产物的温度下降，NOx浓度开始降低，但在火焰温度下，供NOx分解的时间在通常的燃烧设备中都太短，难以达到平衡状态，以及氮氧化合物在数十到数千（与燃烧的情况有关）10-6的浓度下被激冷。
这样，NOx生成和分解的化学过程是由化学动力学而不是热力学控制的。
NO和NO2浓度是彼此被另一个快速活性基反应连系在一起的：NO2和O，H和OH反应生成NO，而NO和HO2反应生成NO2。
第七章车用柴油机后处理净化教材
2019/6/13
第七章 车用柴油机后处理净化
7/57
过滤机理
通过对多种柴油机排气微 粒捕集途径的研究比较， 宜采用多孔介质或纤维过 滤材料对排气进行过滤， 目前应用最多的是壁流式 蜂窝陶瓷。一个好的过滤 体应该是过滤效率高且压 力损失低。
微粒捕集示意图
2019/6/13
第七章 车用柴油机后处理净化
2019/6/13
第七章 车用柴油机后处理净化
26/57
微波加热再生系统
利用微波独具的选择加热特性来再生微粒捕集器。 微粒可以以60%～70%的能量效率吸收频率为2～ 10GHz的微波，由于陶瓷的损耗系数很低，所以 微波并不会加热陶瓷过滤体。
再生过程中过滤体内部温度梯度小，再生过程易 于控制。微波再生效率高，没有二次污染。
2-拦截机理微粒； 3-惯性沉积机理微粒
2019/6/13
第七章 车用柴油机后处理净化
10/57
扩散机理
微粒的尺寸越小，排气 温度越高，则布朗运动 越剧烈，扩散沉积作用 越明显。
不同直径微粒的扩散捕集效率
当微粒直径小于1μm时，需要考虑微粒的扩散作用，当 微粒的直径小于0.1μm时，扩散作用已经十分显著。
8/57
过滤机理的分类
2019/6/13
第七章 车用柴油机后处理净化
9/57
扩散机理
• 在排气气流中，微粒由于受到气 体分子热运动的碰撞而作布朗运
动，使微粒的运动轨迹与流体的 流线不一致。
• 初始排气中的微粒浓度分布是均 匀的，但是，当流场中出现捕集 物后，捕集物对微粒的运动起到 了汇聚的作用，从而造成排气中 微粒分布的浓度梯度，引起微粒 的扩散输运，使微粒脱离原来的 微粒沉积的三种机理 运动轨迹向捕集物运动而被捕集。 1-扩散机理微粒；
柴油车后处理技术及应用
第十页，共38页
1、SCR催化剂
由于SCR是带温度窗口的催化反应，催化剂的性能在低
温和高温段存在问题，所以发展的焦点是在低温段和高温段
同时，扩大催化剂的温度窗口，提高催化剂性能。
第十一页，共38页
SCR催化剂
• 负载的氧化物催化剂：Mn，Ni等氧化物负载催化剂，
低温活性好（150℃左右），高温活性有待提高。
溢出对人体的危害和催化剂报废后的处理困难。
• 高温下N2O的形成 ，N2O是较稳定的破坏臭氧层的温
室气体。
• SO2氧化为SO3的高活性 ，SO2氧化为SO3后与NH3 和
H2O反应生成NH4HSO4,，(NH4)2S2O7， 和 H2SO4，腐
蚀和阻塞催化剂 。
第十四页，共38页
钒化合物对人及动物有中度或高度毒性。其毒性作用
由于其毒性，若是报废后不回收处理（处理无效益）或者处
理不好，将会造成严重污染。特别是在我国社会管理程度不
是很高的情况下，使用V2O5-TiO2-WO3(Mo2O3) SCR催化剂
将会造成严重的环境问题。
由于已有无毒，性能比V2O5-TiO2-WO3(Mo2O3) SCR催
化剂优异得多的SCR催化剂，淘汰已成必然。
柴油车后处理技术
及应用
第一页，共38页
内容
一、柴油机尾气的特征及后处理的难度
二、Urea-SCR
三、DOC
四、DPF和POC
五、值得注意的几个问题
六、醇类燃料（含氧燃料）车尾气净化
第二页，共38页
一、柴油机尾气的特征及后处理的难度
1、尾气的危害和净化前景
•
汽车尾气：HC，CO，NOx和颗粒物（PM）等污染
汽车排放污染及控制
喷油控制 反馈控制
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY 在排气管上加装氧传感器，根据 排气管中氧的含量，测定进入发 动机燃烧室混合气的空燃比值， 并输入给ECU。ECU将此信号与 ECU ECU 设定的目标空燃比值进行比较， 不断修正喷油量，使空燃比保持 在设定目标值附近。
1. 喷油时刻的控制
对于多点喷射发动机，ECU以曲轴转角传感器的信号为依据 进行喷油时刻的控制，使各缸喷油器能在设定的时刻喷油。 喷油时刻控制方式有三种：同时喷射、分组喷射和顺序 喷射。
2. 喷油量的控制
喷油量的控制，其目的是使发动机燃烧混合气的空 燃比符合各工况的需要。
第4章 车用汽油机机内净化 章
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY
第4章 车用汽油机机内净化
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
第4章 车用汽油机机内净化 章
冷起动及暖机阶段排放控制 喷油控制对排放的影响
SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY SDJT UNIVERSITY
为了减小汽油喷射发动机冷起动和暖机 阶段排放， 阶段排放 ，要对开环控制的空燃比进行精确 的标定，不要过量供给燃油。 的标定，不要过量供给燃油。 冷起动阶段： 冷起动阶段：混合气浓度一般要低于化 油器式发动机。 油器式发动机。 暖机阶段：不要提供太浓的混合气。 暖机阶段：不要提供太浓的混合气。
柴油车排放达标及其治理措施
柴油车排放达标及其治理措施编者按：本文根据车用柴油机排放的主要产物及其影响，阐述了柴油机异常排放烟度时的工况和相关因素；介绍了控制现代柴油车排放的新技术--共轨电控燃油喷射柴油机排气净化技术，以及国家对柴油车排放治理的措施。
车用柴油机排放的主要产物及其影响与汽油机相比，现代车用柴油机具有两大优点：动力性较高，经济性较好；具有高效率、低油耗、长寿命、使用可靠等特点。
20世纪30年代，世界各国开始将柴油机用于重型车，50年代开始用于轻型车，90年代柴油机轿车有了很大发展。
柴油车比汽油车省油三分之一，排放的污染物相对较少。
目前，欧洲轿车消费市场上，柴油轿车占40%以上。
我国的柴油车发展较晚，但很迅速。
到2022年全国汽车产量为325万辆，其中柴油车99.8万多辆，约占汽车总量的30%。
随着柴油汽车社会拥有量的迅速增大，柴油车排放对环境的污染问题也引起人们的高度重视。
柴油机工作时排放的产物可分为两类：一类是可见物，即颗粒状物，如碳粒、重碳氢化物、硫酸盐、油气、水气及灰分等，“墨斗鱼”是人们对尾气排放严重超标的重型柴油车的形象称呼。
这类产物中，有些为致癌物质，它们污染环境、阻碍视线。
另一类是一般肉眼看不见的物质，如一氧化碳(co)、氮氧化合物(NOx)和二氧化硫(S02)、碳氢化合物(HC)等。
CO对人体有害，而且在大气中不易自净；S02有难闻的刺鼻气味；HC、NO在一定气候条件下，经太阳光的作用会形成毒性很强的光化学烟雾；NOx和SOx易溶于水形成酸雨。
显然，柴油机工作时排出的燃烧产物不仅会对人类生存环境造成污染与破坏，而且由于柴油燃烧不完全，还会造成能的浪费。
碳烟越浓，排放的可燃物越多，对环境的污染越严重，能的浪费就越大。
控制的重点是氮氧化物和颗粒污染物。
一项调查结果显示，在全国机动车的排放污染物分担率中，柴油车占氮氧化物的43%，占颗粒悬浮物的83%。
柴油机的异常排放烟度工况为了保护环境，减少能浪费，发达国家从50年代后期先后制定了各种限制汽车排放和柴油机排气烟度的有关规定与标准，从国家法规的角度约束汽车与柴油机有害物质的排放。
柴油机的尾气处理技术
柴油机的尾气处理技术作者：朱清霞来源：《科技资讯》 2014年第10期朱清霞(清远市技师学院广东清远 511517)摘要:本文简要介绍了柴油机的发展趋势,与汽油机相比,柴油机有不可取代的优势,并阐述了尾气主要成分和我们现在对柴油机主要污染物的处理技术。
关键词:柴油机尾气污染物中图分类号:TK421 文献标识码:A 文章编号：1672-3791(2014)04(a)-0124-01随着生活水平的日渐提高,汽车的使用越来越普及。
大气污染的问题越来越突出,汽车污染成为了大气污染的主要来源之一,污染问题影响了人们的健康生活,不仅会制约汽车的发展,也牵制着国家的发展。
与汽油车相比,柴油车具有良好的动力性,经济性和热效率高等优点,柴油机在各种动力装置和车辆上得到日益广泛的应用。
据有关机构预测,在2001年至2014的15间,全球的汽车市场总规模将增长39%,其中汽油车增长23%,柴油车增长97%。
由于柴油机具有较高的热效率,原油资源日渐短缺,柴油机的节油效果得到美国、日本、韩国等发达国家的高度重视,柴油机应用在轿车上将成为一种趋势。
与汽油机相比,柴油机的有害气体HC,CO排放量相当低,一般只有汽油机的几十分之一,柴油机的NOx排放量和汽油机处于同一个数量级,而微粒排放是汽油机的30～50倍。
在工作过程中柴油机主要会释放两类物质:一种是可见产物,也就是颗粒物,像碳粒、重碳氢化合物、硫酸盐、油气、水汽及灰分等,第二种是不可见物质,像一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NOx)和二氧化硫(SO2)、碳氢化合物(HC)等。
CO是对人体有害的一种气体,不会在大气中自净;气味难闻刺鼻的是SO2;在地理条件合适的情况下,HC、NO在太阳光下会产生光化学烟雾,该物质毒性强烈;NOｘ和SO2易溶于水形成酸雨。
显然,柴油机工作排出的燃烧产物不仅会对人类生存环境造成污染与破坏,而且由于柴油燃烧不完全,造成了能源的浪费。
碳烟越浓,排放的可燃物越多,对环境造成的污染越严重,能源的浪费就越大。
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第七章 车用柴油机后处理净化
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拦截机理 当微粒接近过滤表面， 一旦微粒与过滤表面的 距离小于或等于其半径， 即微粒直径大于或等于 过滤微孔直径时，微粒 就被拦截捕集，过滤体 起了筛子的作用，这就 是拦截机理。
拦截机理
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第七章
车用柴油机后处理净化
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惯性碰撞机理与综合过滤机理
被动再生 系统
被动再生系统利用柴油机排气自身的能量使微粒 燃烧，达到再生微粒捕集的效果。
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第七章 车用柴油机后处理净化
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主动再生系统
主动 再生 系统
喷油 助燃 再生 系统
电加 热再 生系 统
微波 加热 再生 系统
红外 加热 再生 系统
反吹 再生 系统
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微粒捕集器 （DPF）
微粒捕集器的关 键技术是过滤材 料的选择与过滤 体的再生，其中 又以后者尤为重 要。
柴油机微粒捕集器
本节主要介绍微粒捕集器的过滤机理、过 滤体材料及其结构、过滤体再生等三个方 面的问题。
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第七章
车用柴油机后处理净化
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再生技术
除去微粒捕集器内 沉积的微粒的过程 称为再生。
微粒捕集器
在微粒捕集器再生过程的研究中，经常要涉 及过滤体中已经沉积的微粒质量或过滤体负 载量以及再生效果两个概念。
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过滤体负载量
过滤体负载量用无量纲的负载参数M表征
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电加热再生系统
电加热再生在微粒捕集器 工作一段时间后，采用电 热丝或其它电加热方法， 周期性地对微粒捕集器加 热使微粒燃烧。
蜂窝陶瓷再生加热电阻丝结构 1-回形电阻丝；2-螺旋形电阻丝
电加热再生系统的功率一般在3～6kW之间，结构 简单，使用方便、安全可靠，但再生时热量利用率 和再生速率低，消耗能量较多。
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扩散机理
• 在排气气流中，微粒由于受到气 体分子热运动的碰撞而作布朗运 动，使微粒的运动轨迹与流体的 流线不一致。
• 初始排气中的微粒浓度分布是均 匀的，但是，当流场中出现捕集 物后，捕集物对微粒的运动起到 了汇聚的作用，从而造成排气中 微粒分布的浓度梯度，引起微粒 微粒沉积的三种机理 的扩散输运，使微粒脱离原来的 运动轨迹向捕集物运动而被捕集。 1-扩散机理微粒；
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概述 随着排放法规的进一步严格，仅仅靠机内 净化技术是不够的，必须同时采取机外净 化技术。目前，国内外研究的微粒机外净 化主要有等离子净化、静电分离、溶液清 洗、离心分离及微粒捕集器等。
针对柴油机排气中含有的大量微粒，研制开 发柴油机微粒捕集器成为柴油机后处理的热 点。
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微波加热再生系统
利用微波独具的选择加热特性来再生微粒捕集器。 微粒可以以60%～70%的能量效率吸收频率为2～ 10GHz的微波，由于陶瓷的损耗系数很低，所以 微波并不会加热陶瓷过滤体。
再生过程中过滤体内部温度梯度小，再生过程易 于控制。微波再生效率高，没有二次污染。
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过滤机理
通过对多种柴油机排气微 粒捕集途径的研究比较， 宜采用多孔介质或纤维过 滤材料对排气进行过滤， 目前应用最多的是壁流式 蜂窝陶瓷。一个好的过滤 体应该是过滤效率高且压 力损失低。
微粒捕集示意图
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过滤机理的分类
惯性碰撞机理一般把 微粒理想化为只有质 量而没有体积的质点。 当气流转折时，微粒 仍有足够的动量按原 运动方向继续对着捕 集物前进而偏离流线， 使一些微粒碰撞到捕 集物而被捕集。
综合过滤机理认为在 微粒的过滤过程中， 扩散、拦截和惯性碰 撞通常是组合在一起 同时起作用的，但这 三种机理并不是完全 独立的。
美国RYPOS TPAP金 属纤维毡过滤体结构
目前研究较多的结构形式主要是泡沫合金、金属丝网及 金属纤维毡。
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复合基过滤材料
由于陶瓷基过滤材料与金属基过滤材料 都有不可避免的缺陷，目前正在研究陶 瓷和金属复合基增强型过滤材料，且主 要集中在纤维毡结构上。
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燃油添加剂再生
在燃油中加入金属催化剂（如金属铈 Ce)，添加剂与燃油一起在气缸内参与 燃烧，燃烧后生成的金属氧化物对微 粒起催化作用，降低微粒起燃温度， 从而在较低的排气温度下不需外部能 源，过滤体能自行再生。
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第七章
车用柴油机后处理净化
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再生方法
当吸附达到饱和时，也需要再生吸附器使其能 够继续正常工作。
可通过人为调整发动机的工作状况，使其产生 富燃条件，使硝酸盐分解释放出 NOx，NOx再 与HC和CO在贵金属催化器下被还原为N2.
MNO3 MO NO 0.5O2
一般微粒捕集器允许最大负载参数Mmax＝3～5，要 求再生效率ηr ＝70%～80%。
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再生系统
根据原理和再生能量来源的不同 主动再生系统是通 过外加能量将气流 温度提高到微粒的 起燃温度使捕集的 微粒燃烧，达到再 生过滤的目的。
再生系统
主动再生 系统
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第七章
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红外加热再生系统
在柴油机微粒捕集器 的再生过程中，加热 器的辐射能量主要集 中在红外波段。在红 外再生过程中，首先 由加热器加热具有较 强辐射能力的红外涂 层，再由红外涂层通 过辐射方式加热过滤 器中捕捉到的微粒物。
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被动再生系统 大负荷再 生 被动再生 系统 排气节流 再生 催化再生 燃油添加 剂再生
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大负荷再生
柴油机的排气温度是随其工况变化而变化 的。在高速大负荷运行时，排气温度可以 达到500℃以上，在此温度下，沉积在过滤 器内的微粒可以自行燃烧，从而达到过滤 器再生的目的。
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过滤体材料及其结构
高的微粒过滤 效率
低的排气阻力 对过滤材料的 要求
高的机械强度 和抗振动性能 抗高温氧化性 的耐热冲击性 与耐腐蚀性
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壁流式蜂窝陶瓷
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陶瓷基过滤材料 陶瓷基过滤材料通常由氧化物或碳化物组成 ，具有多孔结构，在700℃以上能保持热稳 定，比表面积大于1m2/g ，主要结构包括蜂 窝陶瓷、泡沫陶瓷及陶瓷纤维毡。
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带再生燃烧器的微粒捕集器
带再生燃烧器的微粒捕集 器串连在排气管中，结构 简单，如图 (a)所示。 如在过滤体前设置一旁 通排气管，如图 (b)所示。 在柴油机排气系统中安 装两套微粒捕集器，如 图(c)所示。
DPF在排气系统中的布置
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NO CO 0.5N2 CO2
(2c 0.5h) NO Cc Hh (c 0.25h) N2 0.5hH2O cCO2
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富氧状况下NOx吸附催化原理
以含碱金属钡（ Ba ） 作为吸附剂为例 ，在 富 氧 状 况 下 ， Pt 催 化 剂使 NO 氧化成 NO2 ， NO2 进 一 步 与 吸 附 剂 中的钡生成硝酸钡而 被捕集。 富氧状况下NOX吸附催化原理
M p1 / pe
Δp1 —沉积或负载微粒后的排气背压；
Δpe —洁净的捕集器在同一工况下的排气背压。
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再生效率
再生效果用无量纲的再生效率ηr表征：
r (p1 pr ) /(p1 pe )
Δpr—捕集器再生后的排气背压。
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反吹再生系统
反吹再生过程的最大特点是能将过滤体与微 粒燃烧分开，因此该系统不存在过滤体由于 与微粒燃烧而产生破裂和烧熔等问题，也解 决了不燃物质在过滤器内累积的问题。 当过滤体需要再生时，高压气流从需要再生 的微粒捕集器的排气出口端高速喷入，逆向 流动的气流将微粒从过滤体表面清除并落入 微粒漏斗。收集在漏斗里的微粒由漏斗内的 电加热器燃烧。
催化再生器
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催化再生
反应方程式
NO O NO2 NO2 C NO CO
应用催化再生的主要缺点： • 固体微粒与催化剂的接触反应极不均匀，很难进行完全 再生。 • 由于柴油机排气中的微粒含量很大，随着时间的推移， 催化剂的作用会逐渐减弱甚至完全消失，即催化剂中毒。