柴油机颗粒物排放的控制策略
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研究表明，ＳＯＬ和ＳＯＦ都可导致癌症。生物活体试 验表明，碳烟颗粒是导致肿块形成的主要原因。可溶 性有机物中的一些物质，特别是环芳香烃ＰＡＨ和含氮 的多环芳香烃Ｎｉｔｒｏ ＰＡＨ则有更大的致癌作用。另外， 碳烟颗粒除了对人体健康不利之外，也是肉眼可见的 黑色物质，悬浮在空气中，既影响能见度，又污染空 气，对环境危害极大。
第２期
客车技术与研究 ＢＵＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＲＥＳＥＡＲＣＨ
Ｎｏ ． ２ ２０１０
５９
柴油机颗粒物排放的控制策略
张冯军
（辽宁曙光汽车集团股份有限公司，辽宁 丹东 １１８０００）
摘 要：分析柴油机颗粒排放的组成、危害及生成机理；介绍为达到欧Ⅳ标准，国内外目前在柴油 机结构、燃油、机油和排放后处理等方面采取的控制策略。
中含硫量为０．１５％～０．３％。这些硫９８％燃烧生成ＳＯ２ ， 残留部分为硫酸盐，后者将给柴油机的排气增加 ０．０４～０．０５ ｇ／ｋＷ·ｈ的硫化物微粒。吸附在碳粒上的碳 氢以及游离态的液态碳氢可溶于有机溶剂，所以称之 为可溶性有机物ＳＯＦ。可溶性有机物（ＳＯＦ）主要来源 于未燃烧油和机油。其中，机油对可溶性有机物生成 的数量有显著影响。在可溶性有机物中由机油产生的 比例一般高达６０％～７０％。碳烟、可溶有机物、ＳＯＸ 统 称为柴油机的颗粒排放物。
我国的车用柴油机机油规格完全是参照欧洲的。 我国典型的柴油机机油有金版威龙ＣＩ－４、世纪龙ＣＨ－ ４、威龙ＣＦ－４等，能适合进口、国产柴油车的选择， 可满足国Ⅳ的排放要求。 ２．３ 机内机外控制技术
要达到国Ⅳ排放要求，需要组合采用以下多种机 内和机外控制技术。 ２．３．１ 四气门技术和可变涡轮比控制
胀冲程开始时的扰动。上海交通大学通过适当强化燃
油系统和改变燃烧室结构，使Ｄ６１１４柴油机实现了混合
气快速形成和改变燃烧，从而使ＳＯＸ和ＰＭ排放显著降 低，燃油经济性明显提高，见表４。
表４ 柴油机排放和油耗测试结果
ＳＯＸ
ＣＯ
ＨＣ
ＰＭ 标定工况
（％） （％） （％） （％） 油耗（％）
新型燃烧系统 （供油提前角１１℃Ａ）
且在增压器和进气管之间装配中间冷却器，以保证增压
度和控制燃烧温度，使滞燃期缩短，在稀烯火焰熄灭区
内积压的燃油量较少，从而可减少ＨＣ和ＮＯＸ的生成。用 于再循环排气的温度一般应控制在１６０℃以上。
２．３．３ 优化燃烧室结构 不论有无涡轮系，均倾向于采用缩口型燃烧室，
有利于在上止点附近保持较长时间的紊流，并增加膨
降低２８
降低２５
升高２７
降低３２
降低２．４
新型燃烧系统 （供油提前角９．５℃Ａ）
降低１１
降低２７
降低４６
降低１３
升高０．８
２．３．４ 高压喷射与喷油规律定型技术 高喷射压力有助于在整个喷油持续期内提供较高
的混合势能，从而改善雾化和混合的品质，尤其是改 善扩散燃烧阶段雾化和混合的品质，抑制此时碳烟的 生成，促进此时局部碳烟的氧化。
２ 柴油机颗粒排放的控制策略
我国ＧＢ １７６９１—２００５排放标准规定，轻型汽车和 重型汽车的型式核准分别从２０１０年７月１日和２０１０年１月 １日起实施国Ⅳ排放标准。从２０１１年１月１日起，不满足 国Ⅳ排放标准的重型汽车将不得销售、注册。由于目 前我国实施条件还不成熟，所以延迟执行时间。国Ⅳ 排放标准使我国汽车制造业面临巨大的挑战，要使产 品符合法规要求就必须更新技术 、改进工艺、改造设
随着油品的改进和强化，机油的台架试验也不断 充实完善。欧洲有评定缸套抛光的试验台架，如Ｅ１、 Ｅ２、 Ｅ３级 机 油 用 ＯＭ３６４Ａ台 架 和 Ｅ４、 Ｅ５级 机 油 用
ＯＭ４４１ＬＡ台架。评定机油烟炱造成的粘度增长，美国 采用ＡＰＩ油品等级中的Ｔ－７、Ｔ－８（Ｅ）方法；欧洲采用 Ｔ－８（Ｅ）和ＸＵＤＩＩＢＴＥ分别评定重负荷柴油机机油和小 轿车柴油机机油。评定磨损，欧洲对Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、 Ｅ４、Ｅ５用ＯＭ６０２Ａ台架来评定阀系磨损，同时Ｅ５还用 Ｔ－９来评定磨损。Ｅ５中也包括Ｍ１１台架试验，苛刻程度 大大增加。
上海交通大学在提高燃油品质方面进行了柴油含 氧添加剂的研究。该研究选择含氧量高、沸点高、与 柴 油 互 溶 性 好 、 无 毒 的 柴 油 添 加 剂 ＤＭＣ（ 碳 酸 二 甲 脂）为对象，在上海巴士四汽公交公司实车测试了纯 柴油和柴油中添加１０％（质量百分比）ＤＭＣ时的碳烟排 放及燃料经济性。测试结果表明，含１０％ＤＭＣ柴油的自 由加速烟度达到国Ⅳ排放标准，如表１所示，发动机热 效率也明显提高。
第２期
张冯军：柴油机颗粒物排放的控制策略
６１
影响喷油器合理布置这两方面的缺点。采用四气门的
优点是：增大进气流通面积，加大循环进气量，提高
柴油机的转速和功率；在结构上为喷油器的正中布置
创造了条件，使喷射的油束与空气能均匀地混合，提
高了燃烧效率；为可变涡流进气创造条件，可以根据
不同工况选择不同涡流比。
２．３．２ 涡轮增压与中冷技术
采 用 废 气 再 循 环 技 术 （ ＥＧＲ）可 以 降 低 排 气 中
ＮＯＸ的浓度，但也造成混合气中氧含量减少而惰性气体 增加，使燃烧缓慢，品质变坏，同时排气再循环率较大
时，混合气温度过高，会引起燃油消耗和微粒增加。此
时，可通过涡轮增压来增加进入气缸内的空气密度，并
为了提高充气效率和在燃烧室中实现混合均匀的 混合气分布，在直喷式柴油机中倾向于采用四气门技 术。如德国大众Ａｕｄｉ首创和发展的ＴＤＩ柴油机（涡轮增 压直喷式）以及最新推出的Ａｕｄｉ ３．３ Ｌ Ｖ８ ２６５ ｋＷ直喷 式柴油机全部采用四气门。要使柴油机达到国Ⅳ排放 标准，必须克服传统的两气门产生较强的进气截流及
关键词：柴油机；颗粒排放物；控制；策略
中图分类号：Ｕ４６４．１７２
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００６－３３３１（２０１０）０２－００５９－０４
Ａｂｓｔｒａｃｔ： The author analyzes the composition, harm and formation mechanism of the diesel engine particulate emission, introduces the control strategies which are adopted for the Euro Ⅳ emissinon regulation from the structure of diesel
engine, fuel, oil, emission post-treatment of current home and overseas. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： diesel engine; particulate emissions; control; strategy
随着汽车保有量迅速增加，能源短缺、全球变暖 和大气污染日益受到关注。柴油机的高效率和由此带 来的低燃油消耗率、低ＣＯ２排放使世界范围内的车用发 动机出现柴油机化趋势。由于柴油机混合气形成和燃 烧的固有特点，排气中主要的有害排放物是ＮＯＸ和微粒 ＰＭ，这是国内外目前控制的重点。
目前电控高压共轨系统（ＣＲＳ）在我国部分柴油 汽车上得到应用。该系统可以顺利实现德尔塔、靴型 和预喷型三种喷射规律。可实现预、主、后三次喷 射，具有实现国Ⅳ、国Ⅴ的升级潜力。第三代高压共
轨系统可达到２００ ＭＰａ的喷油压力。当喷油压力达到 １４０ ＭＰａ时，就能使燃油分布均匀，加速油气混合的速 度，改善燃烧条件，减少碳烟微粒的生成量。
表２ 美国柴油机汽车排放标准与机油的关系
单位：ｇ／ｋｍ
年份 １９８７
柴油机排放限值
ＮＯＸ
ＰＭ
８．１
０．８１
机油品级别 ＣＥ
Baidu Nhomakorabea１９９１
６．７５
０．３４
ＣＦ－４
１９９４
６．７５
０．１３
ＣＧ－４
１９９８
５．４
０．１３
ＣＨ－４
２００２
２．７
０．１３
ＣＩ－４
２００７
０．２７
０．０１３
ＰＣ－１０
表３ 欧洲柴油机汽车排放标准与机油的关系
１ 柴油机的颗粒排放物及其危害
柴油机的有害排放物包括复杂的有机物和无机 物，具气、液、固三相。有机物（主要是碳氢）来源 于未燃燃油和机油，也有一些是不完全燃烧产物；无 机物包括硫化物、碳粒和含氮的化合物。气相排放物 包括ＮＯＸ、ＣＯ、ＣＯ２、ＳＯ２和气态碳氢。固相排放物是 微小的球状碳粒（直径１０～８０μｍ），称之为固态物 ＳＯＬ，一般也可称为碳烟Ｓｏｏｔ。碳烟是柴油机在高压燃 烧条件下局部高温、缺氧、裂解并脱氢而成的以碳为 主要成分的固态小颗粒，一般占整个颗粒排放物的 ５０％～８０％。柴油的不均质、异相燃烧，特别是燃料分 子往往被高温火焰或燃烧产物包围这一特点，决定了 碳烟生成的必然性。随着燃烧过程的继续，大部分碳 烟会被氧化。液相排放物是碳氢和ＳＯＸ，其中碳氢的 Ｈ、Ｃ原子比例从２∶１到９∶１，包括醛、烷烃、烯烃 （直链或支链）和芳香烃（单环和多环）。在碳粒表 面吸咐有一些液态碳氢和液态的ＳＯＸ，另一些碳氢则为 气态。硫化物主要来源于燃油中的硫成分，一般柴油
单位：ｇ／ｋｍ
年份 １９８９
柴油机排放限值
ＮＯＸ
ＰＭ
１４．０
０．５
机油品级别
１９９２（欧Ⅰ） ８．０
０．３６ Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５
１９９６（欧Ⅱ） ７．０
０．１５ Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５
２０００（欧Ⅲ） ５．０
０．１０
Ｅ４ 、Ｅ５
２００５（欧Ⅳ） ３．５
０．０２
Ｅ４ 、Ｅ５
２００８（欧Ⅴ） ２．０
０．０２
Ｅ５
表１ 城市柴油客车上使用含氧添加剂的 自由加速烟度（ＦＳＵ）变化
车辆序号 １ ２ ３
平均
原车（纯柴油） １０％ＤＭＣ
６．３
３．２
５．４
３．０
４．９
３．０
５．５３
３．０７
变化率，％ －４９．２ －４４．４ －３８．７ －４４．１
２．２ 机油的升级换代 机动车排放法规对车用发动机新技术的应用提出
了新的要求，也对车用机油的性能提出了更高的要 求。目前美国、欧洲的排放法规是当今国际上主要的 两个排放法规体系，其标准分别见表２和表３。
６０
客车技术与研究
２０１０年 ４ 月
备、提高试验能力。从技术的角度来看，控制柴油汽 车排放主要有以下途径。 ２．１ 提高燃油品质
燃油油品是降低排放的基础，燃油中含硫量高会 增加汽车尾气排放。硫是燃烧过程中形成可溶性有机 物、硫化物、硫酸与硫酸盐的根源，碳烟微粒主要是 由未充分燃烧的燃油所产生的。一些研究结果表明， 柴油中含硫量每降低１．０×１０－３，排气中总的微粒排放降 低的幅度为０．０２２ ２～０．０４３ ９ ｇ／ｋＷ·ｈ。目前我国柴油标 准中燃油含硫量为２．０×１０－３，国内最好的车用燃料平均 含硫量在５．０×１０－４左右，而欧美已达到低于１．５×１０－４ 的 水平（欧Ⅳ标准油品的含硫量为５×１０－６）。因此，针 对我国目前油品的现状，为配合国Ⅳ排放标准的实 施，既要制定与排放标准相匹配的新燃油标准，又要 致力提高燃油品质，以满足排放法规的要求。
基于以下原因，共轨系统是满足排放法规的最佳 高压喷射系统：
１）喷射压力和正时可自由调节。 ２）可自由控制预喷射和主喷射。 ３）喷油规律与柴油机工作的不均衡性无关。 ４）泵驱动系统中的最大转矩低。 喷油规律定型技术可精确地设计柴油机的燃烧进 程，使之服从于低排放柴油机燃烧的规律与要求，从 而达到降低排放的目的。 ２．３．５ 选择性催化还原技术（ＳＣＲ） 重型车用国Ⅳ柴油机常用尿素ＳＣＲ技术，其主要还 原剂是氨（ＮＨ３）。尿素溶液在排气热量下分解产生氨 使ＮＯＸ还原：ＣＯ（ＮＨ２）２＋ Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２，ＣＯ（ＮＨ２）２→ ２ＮＨ２＋ＣＯ，４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ，４ＮＨ３ ＋２ＮＯ２＋ Ｏ２→３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ。经过优化后的ＳＣＲ系统，在瞬态工况 和稳态工况下都具有很好的排放性能，其净化率可达 ９０％以上。使用ＳＣＲ技术不仅可以使ＮＯＸ 达标，同时还 能降低微粒和油耗，使发动机具有良好的燃油经济性 与排放性能。使用经验表明，尿素溶液（Ａｄｂｌｕｅ）的 消耗量并不大，是燃油消耗量的４％左右。如果有些地 区没有加注站，也可随车储备。 ２．３．６ 微粒捕获器的应用 柴油机微粒捕获器（ＤＰＦ）可去除排气中几乎全部 基础碳烟微粒与大部分有机碳，是公认最有效的机外 控制装置，也是近年来国内外研究的热点。它着眼于 将排气中的微粒收集起来，使其不能排放出去，以达 到净化尾气的目的。ＤＰＦ的核心包括过滤材料和过滤体 再生技术。目前对过滤材料的研究已取得较大突破； 而对过虑体再生技术的研究是当前面临的最大挑战。 微粒捕获器过滤材料要求有高的过滤效率、低的 排气流动阻力、较高的机械强度和抗振动能力以及抗 高温氧化性的耐热冲击性与耐腐蚀性，其中过滤效率 和流动阻力是一对矛盾，必须综合权衡。过滤材料目 前有陶瓷基、金属基和复合基三大类。
第２期
客车技术与研究 ＢＵＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＲＥＳＥＡＲＣＨ
Ｎｏ ． ２ ２０１０
５９
柴油机颗粒物排放的控制策略
张冯军
（辽宁曙光汽车集团股份有限公司，辽宁 丹东 １１８０００）
摘 要：分析柴油机颗粒排放的组成、危害及生成机理；介绍为达到欧Ⅳ标准，国内外目前在柴油 机结构、燃油、机油和排放后处理等方面采取的控制策略。
中含硫量为０．１５％～０．３％。这些硫９８％燃烧生成ＳＯ２ ， 残留部分为硫酸盐，后者将给柴油机的排气增加 ０．０４～０．０５ ｇ／ｋＷ·ｈ的硫化物微粒。吸附在碳粒上的碳 氢以及游离态的液态碳氢可溶于有机溶剂，所以称之 为可溶性有机物ＳＯＦ。可溶性有机物（ＳＯＦ）主要来源 于未燃烧油和机油。其中，机油对可溶性有机物生成 的数量有显著影响。在可溶性有机物中由机油产生的 比例一般高达６０％～７０％。碳烟、可溶有机物、ＳＯＸ 统 称为柴油机的颗粒排放物。
我国的车用柴油机机油规格完全是参照欧洲的。 我国典型的柴油机机油有金版威龙ＣＩ－４、世纪龙ＣＨ－ ４、威龙ＣＦ－４等，能适合进口、国产柴油车的选择， 可满足国Ⅳ的排放要求。 ２．３ 机内机外控制技术
要达到国Ⅳ排放要求，需要组合采用以下多种机 内和机外控制技术。 ２．３．１ 四气门技术和可变涡轮比控制
胀冲程开始时的扰动。上海交通大学通过适当强化燃
油系统和改变燃烧室结构，使Ｄ６１１４柴油机实现了混合
气快速形成和改变燃烧，从而使ＳＯＸ和ＰＭ排放显著降 低，燃油经济性明显提高，见表４。
表４ 柴油机排放和油耗测试结果
ＳＯＸ
ＣＯ
ＨＣ
ＰＭ 标定工况
（％） （％） （％） （％） 油耗（％）
新型燃烧系统 （供油提前角１１℃Ａ）
且在增压器和进气管之间装配中间冷却器，以保证增压
度和控制燃烧温度，使滞燃期缩短，在稀烯火焰熄灭区
内积压的燃油量较少，从而可减少ＨＣ和ＮＯＸ的生成。用 于再循环排气的温度一般应控制在１６０℃以上。
２．３．３ 优化燃烧室结构 不论有无涡轮系，均倾向于采用缩口型燃烧室，
有利于在上止点附近保持较长时间的紊流，并增加膨
降低２８
降低２５
升高２７
降低３２
降低２．４
新型燃烧系统 （供油提前角９．５℃Ａ）
降低１１
降低２７
降低４６
降低１３
升高０．８
２．３．４ 高压喷射与喷油规律定型技术 高喷射压力有助于在整个喷油持续期内提供较高
的混合势能，从而改善雾化和混合的品质，尤其是改 善扩散燃烧阶段雾化和混合的品质，抑制此时碳烟的 生成，促进此时局部碳烟的氧化。
２ 柴油机颗粒排放的控制策略
我国ＧＢ １７６９１—２００５排放标准规定，轻型汽车和 重型汽车的型式核准分别从２０１０年７月１日和２０１０年１月 １日起实施国Ⅳ排放标准。从２０１１年１月１日起，不满足 国Ⅳ排放标准的重型汽车将不得销售、注册。由于目 前我国实施条件还不成熟，所以延迟执行时间。国Ⅳ 排放标准使我国汽车制造业面临巨大的挑战，要使产 品符合法规要求就必须更新技术 、改进工艺、改造设
随着油品的改进和强化，机油的台架试验也不断 充实完善。欧洲有评定缸套抛光的试验台架，如Ｅ１、 Ｅ２、 Ｅ３级 机 油 用 ＯＭ３６４Ａ台 架 和 Ｅ４、 Ｅ５级 机 油 用
ＯＭ４４１ＬＡ台架。评定机油烟炱造成的粘度增长，美国 采用ＡＰＩ油品等级中的Ｔ－７、Ｔ－８（Ｅ）方法；欧洲采用 Ｔ－８（Ｅ）和ＸＵＤＩＩＢＴＥ分别评定重负荷柴油机机油和小 轿车柴油机机油。评定磨损，欧洲对Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、 Ｅ４、Ｅ５用ＯＭ６０２Ａ台架来评定阀系磨损，同时Ｅ５还用 Ｔ－９来评定磨损。Ｅ５中也包括Ｍ１１台架试验，苛刻程度 大大增加。
上海交通大学在提高燃油品质方面进行了柴油含 氧添加剂的研究。该研究选择含氧量高、沸点高、与 柴 油 互 溶 性 好 、 无 毒 的 柴 油 添 加 剂 ＤＭＣ（ 碳 酸 二 甲 脂）为对象，在上海巴士四汽公交公司实车测试了纯 柴油和柴油中添加１０％（质量百分比）ＤＭＣ时的碳烟排 放及燃料经济性。测试结果表明，含１０％ＤＭＣ柴油的自 由加速烟度达到国Ⅳ排放标准，如表１所示，发动机热 效率也明显提高。
第２期
张冯军：柴油机颗粒物排放的控制策略
６１
影响喷油器合理布置这两方面的缺点。采用四气门的
优点是：增大进气流通面积，加大循环进气量，提高
柴油机的转速和功率；在结构上为喷油器的正中布置
创造了条件，使喷射的油束与空气能均匀地混合，提
高了燃烧效率；为可变涡流进气创造条件，可以根据
不同工况选择不同涡流比。
２．３．２ 涡轮增压与中冷技术
采 用 废 气 再 循 环 技 术 （ ＥＧＲ）可 以 降 低 排 气 中
ＮＯＸ的浓度，但也造成混合气中氧含量减少而惰性气体 增加，使燃烧缓慢，品质变坏，同时排气再循环率较大
时，混合气温度过高，会引起燃油消耗和微粒增加。此
时，可通过涡轮增压来增加进入气缸内的空气密度，并
为了提高充气效率和在燃烧室中实现混合均匀的 混合气分布，在直喷式柴油机中倾向于采用四气门技 术。如德国大众Ａｕｄｉ首创和发展的ＴＤＩ柴油机（涡轮增 压直喷式）以及最新推出的Ａｕｄｉ ３．３ Ｌ Ｖ８ ２６５ ｋＷ直喷 式柴油机全部采用四气门。要使柴油机达到国Ⅳ排放 标准，必须克服传统的两气门产生较强的进气截流及
关键词：柴油机；颗粒排放物；控制；策略
中图分类号：Ｕ４６４．１７２
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００６－３３３１（２０１０）０２－００５９－０４
Ａｂｓｔｒａｃｔ： The author analyzes the composition, harm and formation mechanism of the diesel engine particulate emission, introduces the control strategies which are adopted for the Euro Ⅳ emissinon regulation from the structure of diesel
engine, fuel, oil, emission post-treatment of current home and overseas. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： diesel engine; particulate emissions; control; strategy
随着汽车保有量迅速增加，能源短缺、全球变暖 和大气污染日益受到关注。柴油机的高效率和由此带 来的低燃油消耗率、低ＣＯ２排放使世界范围内的车用发 动机出现柴油机化趋势。由于柴油机混合气形成和燃 烧的固有特点，排气中主要的有害排放物是ＮＯＸ和微粒 ＰＭ，这是国内外目前控制的重点。
目前电控高压共轨系统（ＣＲＳ）在我国部分柴油 汽车上得到应用。该系统可以顺利实现德尔塔、靴型 和预喷型三种喷射规律。可实现预、主、后三次喷 射，具有实现国Ⅳ、国Ⅴ的升级潜力。第三代高压共
轨系统可达到２００ ＭＰａ的喷油压力。当喷油压力达到 １４０ ＭＰａ时，就能使燃油分布均匀，加速油气混合的速 度，改善燃烧条件，减少碳烟微粒的生成量。
表２ 美国柴油机汽车排放标准与机油的关系
单位：ｇ／ｋｍ
年份 １９８７
柴油机排放限值
ＮＯＸ
ＰＭ
８．１
０．８１
机油品级别 ＣＥ
Baidu Nhomakorabea１９９１
６．７５
０．３４
ＣＦ－４
１９９４
６．７５
０．１３
ＣＧ－４
１９９８
５．４
０．１３
ＣＨ－４
２００２
２．７
０．１３
ＣＩ－４
２００７
０．２７
０．０１３
ＰＣ－１０
表３ 欧洲柴油机汽车排放标准与机油的关系
１ 柴油机的颗粒排放物及其危害
柴油机的有害排放物包括复杂的有机物和无机 物，具气、液、固三相。有机物（主要是碳氢）来源 于未燃燃油和机油，也有一些是不完全燃烧产物；无 机物包括硫化物、碳粒和含氮的化合物。气相排放物 包括ＮＯＸ、ＣＯ、ＣＯ２、ＳＯ２和气态碳氢。固相排放物是 微小的球状碳粒（直径１０～８０μｍ），称之为固态物 ＳＯＬ，一般也可称为碳烟Ｓｏｏｔ。碳烟是柴油机在高压燃 烧条件下局部高温、缺氧、裂解并脱氢而成的以碳为 主要成分的固态小颗粒，一般占整个颗粒排放物的 ５０％～８０％。柴油的不均质、异相燃烧，特别是燃料分 子往往被高温火焰或燃烧产物包围这一特点，决定了 碳烟生成的必然性。随着燃烧过程的继续，大部分碳 烟会被氧化。液相排放物是碳氢和ＳＯＸ，其中碳氢的 Ｈ、Ｃ原子比例从２∶１到９∶１，包括醛、烷烃、烯烃 （直链或支链）和芳香烃（单环和多环）。在碳粒表 面吸咐有一些液态碳氢和液态的ＳＯＸ，另一些碳氢则为 气态。硫化物主要来源于燃油中的硫成分，一般柴油
单位：ｇ／ｋｍ
年份 １９８９
柴油机排放限值
ＮＯＸ
ＰＭ
１４．０
０．５
机油品级别
１９９２（欧Ⅰ） ８．０
０．３６ Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５
１９９６（欧Ⅱ） ７．０
０．１５ Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５
２０００（欧Ⅲ） ５．０
０．１０
Ｅ４ 、Ｅ５
２００５（欧Ⅳ） ３．５
０．０２
Ｅ４ 、Ｅ５
２００８（欧Ⅴ） ２．０
０．０２
Ｅ５
表１ 城市柴油客车上使用含氧添加剂的 自由加速烟度（ＦＳＵ）变化
车辆序号 １ ２ ３
平均
原车（纯柴油） １０％ＤＭＣ
６．３
３．２
５．４
３．０
４．９
３．０
５．５３
３．０７
变化率，％ －４９．２ －４４．４ －３８．７ －４４．１
２．２ 机油的升级换代 机动车排放法规对车用发动机新技术的应用提出
了新的要求，也对车用机油的性能提出了更高的要 求。目前美国、欧洲的排放法规是当今国际上主要的 两个排放法规体系，其标准分别见表２和表３。
６０
客车技术与研究
２０１０年 ４ 月
备、提高试验能力。从技术的角度来看，控制柴油汽 车排放主要有以下途径。 ２．１ 提高燃油品质
燃油油品是降低排放的基础，燃油中含硫量高会 增加汽车尾气排放。硫是燃烧过程中形成可溶性有机 物、硫化物、硫酸与硫酸盐的根源，碳烟微粒主要是 由未充分燃烧的燃油所产生的。一些研究结果表明， 柴油中含硫量每降低１．０×１０－３，排气中总的微粒排放降 低的幅度为０．０２２ ２～０．０４３ ９ ｇ／ｋＷ·ｈ。目前我国柴油标 准中燃油含硫量为２．０×１０－３，国内最好的车用燃料平均 含硫量在５．０×１０－４左右，而欧美已达到低于１．５×１０－４ 的 水平（欧Ⅳ标准油品的含硫量为５×１０－６）。因此，针 对我国目前油品的现状，为配合国Ⅳ排放标准的实 施，既要制定与排放标准相匹配的新燃油标准，又要 致力提高燃油品质，以满足排放法规的要求。
基于以下原因，共轨系统是满足排放法规的最佳 高压喷射系统：
１）喷射压力和正时可自由调节。 ２）可自由控制预喷射和主喷射。 ３）喷油规律与柴油机工作的不均衡性无关。 ４）泵驱动系统中的最大转矩低。 喷油规律定型技术可精确地设计柴油机的燃烧进 程，使之服从于低排放柴油机燃烧的规律与要求，从 而达到降低排放的目的。 ２．３．５ 选择性催化还原技术（ＳＣＲ） 重型车用国Ⅳ柴油机常用尿素ＳＣＲ技术，其主要还 原剂是氨（ＮＨ３）。尿素溶液在排气热量下分解产生氨 使ＮＯＸ还原：ＣＯ（ＮＨ２）２＋ Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２，ＣＯ（ＮＨ２）２→ ２ＮＨ２＋ＣＯ，４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ，４ＮＨ３ ＋２ＮＯ２＋ Ｏ２→３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ。经过优化后的ＳＣＲ系统，在瞬态工况 和稳态工况下都具有很好的排放性能，其净化率可达 ９０％以上。使用ＳＣＲ技术不仅可以使ＮＯＸ 达标，同时还 能降低微粒和油耗，使发动机具有良好的燃油经济性 与排放性能。使用经验表明，尿素溶液（Ａｄｂｌｕｅ）的 消耗量并不大，是燃油消耗量的４％左右。如果有些地 区没有加注站，也可随车储备。 ２．３．６ 微粒捕获器的应用 柴油机微粒捕获器（ＤＰＦ）可去除排气中几乎全部 基础碳烟微粒与大部分有机碳，是公认最有效的机外 控制装置，也是近年来国内外研究的热点。它着眼于 将排气中的微粒收集起来，使其不能排放出去，以达 到净化尾气的目的。ＤＰＦ的核心包括过滤材料和过滤体 再生技术。目前对过滤材料的研究已取得较大突破； 而对过虑体再生技术的研究是当前面临的最大挑战。 微粒捕获器过滤材料要求有高的过滤效率、低的 排气流动阻力、较高的机械强度和抗振动能力以及抗 高温氧化性的耐热冲击性与耐腐蚀性，其中过滤效率 和流动阻力是一对矛盾，必须综合权衡。过滤材料目 前有陶瓷基、金属基和复合基三大类。