柴油机尾气后处理技术基础介绍
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DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
DPF (Diesel Particulate Filter)
¾ DPF的功能 降低PM排放，过滤效率90% ¾ DPF技术的难点在于再生技术 主动再生： 燃烧器再生 HC+DOC再生 电加热再生（应用工程机械） 被动再生 CRT再生技术
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
0.05
Low Oxi. 2% (w/o DOC) Mid. Oxi. 20%
High Oxi.60%
0.04
Linear (Mid. Oxi. 20%)
0.6
SCR (Selective Catalytic Reaction)
在排气管中喷入尿素作为还原剂 催化器保证化学反应速度及还原反 应的选择性 有利于改善油耗 欧洲卡车欧4的主流技术
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
柴油机尾气的组成
21% 78%
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
NGK堇青石蜂窝陶瓷载体的参数
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
堇青石蜂窝陶瓷载体的物理特性（6.5/400）
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
催化转化器载体的选择
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
排放法规
Torque
Full load curve
2 (8%) 6 (5%) 5 (5%)
8 (9%)
10 (8%)
4 (10%) 75% load 12 (5%)
3 (10%) 50% load 13 (5%)
1 (15%) idle
250
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
典型的凃敷方法
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
密封衬垫的结构
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
密封衬垫的作用
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
封装方式
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
典型柴油机颗粒的来源
颗粒物
柴油 （66%）
润滑油 （34%）
干碳烟
soot （43%）
硫酸盐
SO4.nH2O （13%）
可溶燃油 可溶润滑油 不可溶润滑油 （10%） （29%） （10%）
可溶性有机物39% SOF (soluble organic fraction)
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
性能 ¾ 作为DPF被动再生系统的前级将NO氧化为NO2,提高再生温
度，NO2氧化C颗粒
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
DOC的面临的问题
¾ 尾气中的SO2的氧化问题 通过催化剂载体的改性和催化剂的制备来解决
¾ 催化剂的硫中毒 实际上是载体的硫中毒进而影响催化剂，通过耐硫载体和催 化剂的制备解决，在实际工作中，催化剂是可以通过高温热 解，恢复催化剂的活性。（中毒后可再生）
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
后处理基础知识
¾ 后处理主要结构 ¾ 载体 ¾ 涂层和催化剂 ¾ 衬垫 ¾ 封装
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
后处理主要结构
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
催化转化器载体的结构
1mil=1/1000inch=0.0254mm 1inch=25.4mm cpsi：cells per square inch
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
催化剂的组成：载体，助剂和活性组分
（1）载体： 起负载和分散活性组分和助剂 作用的物质，大多数具有 多孔性。
（2）活性组分： 主要起催化化学反应作用的物质
（3）助剂： 起辅助催化化学反应的物质。
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
蒸发温度
碳氢化合物的蒸发特性
碳氢化合物的蒸发特性 主要取决于碳原子数
分子中碳原子数
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
注意的问题
在排气管道中SOF成分通常为气态，在测量时需要冷却到52 ℃，只有碳原子数小于5的有机物为气态，其余成分为液态附 着在碳粒表面。 通常认为碳原子数大于20的碳氢化合物来源于机油。 在DPF过滤系统中，SOF也能被部分捕集，这种捕集作用受 温度的影响很大，排气温度较低时沉积在壁面的碳氢成分将 在排温升高时重新挥发出来，并排向大气。
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
NOx
NO的生成机理： 1、高温途径，即在已燃区产生的NO称热NO（Thermal NO） 2、瞬发途径，即在火焰区产生的NO称为瞬发NO（Prompt NO） NO2的生成机理： 在柴油机中，NO2与NO之比可达10％～30％，一般认为NO在火焰区可以迅
NGK推荐DOC/SCR所用的载体
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
催化剂
¾ 催化剂：加速化学反应而自身不被消耗的物质 ¾ 催化剂针对的化学反应：
理论上可行但实际上进行很慢 或者根本不进行 的化学反应。
对于此类化学反应，若找到了合适的催化剂，则反 应就可以适当的或很快的速率进行。
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
CO
生成机理
CO是烃基燃料在缺氧或低温情况下燃烧不完全的产物，其 生成过程按烃类链反应机理进行：
当混合气达到一定的温度，且在氧存在的条件下，将会继 续反映生成CO2,反应式为
CO在喷油结束后10oCA时，由于燃油与空气的混合不均匀, 燃烧不完全而达到最大值，后因燃烧情况的改善，CO被大量 的氧化，其浓度逐渐的减小。
7 (5%)
9 (10%)
25% load
11 (5%)
A
B
C Engine speed
100
Torque [%]
200
50
150
0
100
-50
50
-100
Hale Waihona Puke Baidu
0
-150
0 Urban 600 Rural 1200 Motorway 1800
Time [sec]
Engine speed [%]
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
速转变成NO2。 NO+HO2 NO2+OH
NO2又会通过下列反应转变为NO NO2+O NO+O2
生成后的NO2通过与较冷的气体混合而冻结，NO2才能保存下来。化学 平衡计算表明，在一般火焰温度下，已燃气中NO2含量与NO相比可以忽 略不计。柴油机在大部分工况下，这个比值在0.1以下，但在小负荷下此 比值最高可达0.3左右。因此在柴油机低负荷运转时NO2/NO比值较高。 从形成机理来看，NOX形成的三个必要条件为：高温、富氧和高温持续 时间，控制其中之一均能较好的降低柴油机NOX排放。 发动机排气中摩尔比（体积比）NO:NO2=9:1
0.001
Aver.2#/2%
PM by oil ash
0.0005
0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Sulfur (wt.ppm)
0
0
10
20
30
40
50
60
Sulfur (wt.ppm)
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
Sulfate (g/kWh) Sulfate (g/kWh)
S含量对颗粒的影响－带DOC（强，中，低 氧化性）
Sulfate Make with Sulfur 1.2
1
Low Oxi.2% (w/o DOC)
Mid. Oxi. 20%
0.8
High Oxi.60%
Sulfate Make with Sulfur 0.06
0.02
0.01
Sulfate Make with Sulfur
0.003
0.0025
Hyd.ratio 1#/1% S conv.
0.002
Hyd.ratio 1#/3% S conv.
Hyd.ratio 2#/1% S conv.
0.0015
Hyd.ratio 2#/3% S conv.
Aver.1#/2%
柴油机尾气后处理技术
基础开发室性能组
李兴民 2009.4
内容
尾气后处理技术简介 柴油机尾气的组成 后处理基础知识 典型后处理布置方案
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
尾气后处理技术简介
为什么要采用尾气后处理技术？ 为了满足越来越苛刻的环保法 规要求，仅仅依靠发动机本体 的技术措施已经不能满足法规 的要求，专门针对发动机尾气 采用物理、化学方法进行净化 处理的方法叫做发动机尾气后 处理技术
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
HC
HC的生成机理 柴油机排气中未燃HC是由原始燃油分子或被分解的燃油分子 、再化合的中间产物组成，其中一部分来自润滑油，另一部 分主要是由于混合气的不均匀（局部过浓或过稀）和壁面的 冷激效应，使缸内的燃料不能燃烧或只能部分燃烧而引起的 。其中，后者占极大部分。
尾气后处理主要技术路线
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
DOC (Diesel Oxidation Catalyst)
DOC的功能 1、降低HC和CO 效率达到85%； 2、去除PM中的部分SOF ，降低PM效率可达10-30%； 3、将NO氧化为NO2 DOC的应用 1、乘用车单独应用，降低HC和CO； 2、与DPF或POC连用，提升再生温度，NO2氧化C颗粒； 3、作为SCR系统前级，调整NO和NO2比例
柴油机颗粒的组成
柴油机颗粒是由固体碳烟，在碳的外面 吸收了一层可溶于有机物的碳氢化合物 和可溶于水的硫酸盐三部分组成
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
颗粒物大小分布
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
典型发动机不同转速负荷颗粒物组成
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
催化剂载体材料和制备
催化剂载体材料 (1)高性能稀土储氧材料 (2)耐高温高比表面材料均为多孔性颗粒材料，
颗粒大小:微米（µm ）尺度 微孔大小: 几十纳米（nm)左右
催化剂的制备: (1)将贵金属和助剂是用特殊的方法装进载体材料的纳
米孔内 (2)将装有贵金属和助剂的载体(催化剂)涂覆在金属或
陶瓷基体上即得到成品催化剂
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
Sulfate (g/kWh)
Sulfate (g/kWh)
S含量对颗粒的影响－不带DOC
Sulfate Make with Sulfur
0.06 0.05 0.04 0.03
Hyd.ratio 1#/1% S conv. Hyd.ratio 1#/3% S conv. Hyd.ratio 2#/1% S conv. Hyd.ratio 2#/3% S conv. Aver.1#/2% Aver.2#/2% PM by oil ash
DOC工作原理
乙醛 多环芳香烃
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
DOC的主要作用
¾ 氧化HC和CO ¾ 氧化颗粒物中的可溶性有机物部分（SOF） ¾ 小部分氧化颗粒物中的碳颗粒部分 ¾ 涂覆在DPF表面，氧化颗粒物 ¾ 作为SCR催化剂的前级将NO氧化为NO2,增加SCR催化剂的
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
POC (Particulate Oxidation Catalyst)
¾ POC的功能 降低PM排放，过滤效率50% ¾ POC的优点 1、没有堵塞的风险 2、完全被动再生（CRT），不
需要ECU控制，不需要额外 设备 3、装车尺寸小，易于布置 ¾ POC的缺点 1、要求低含硫燃油 2、相对于DPF转化效率低
典型后处理布置方案
¾ 氧化催化转化器-DOC ¾ 颗粒捕集器(PM-cat/POC/PDPF) ¾ 颗粒过滤器(DPF/WF-DPF) ¾ 选择性催化还原（SCR）
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Diesel Oxidation Catalyst-DOC
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DPF (Diesel Particulate Filter)
¾ DPF的功能 降低PM排放，过滤效率90% ¾ DPF技术的难点在于再生技术 主动再生： 燃烧器再生 HC+DOC再生 电加热再生（应用工程机械） 被动再生 CRT再生技术
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
0.05
Low Oxi. 2% (w/o DOC) Mid. Oxi. 20%
High Oxi.60%
0.04
Linear (Mid. Oxi. 20%)
0.6
SCR (Selective Catalytic Reaction)
在排气管中喷入尿素作为还原剂 催化器保证化学反应速度及还原反 应的选择性 有利于改善油耗 欧洲卡车欧4的主流技术
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
柴油机尾气的组成
21% 78%
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NGK堇青石蜂窝陶瓷载体的参数
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
堇青石蜂窝陶瓷载体的物理特性（6.5/400）
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
催化转化器载体的选择
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
排放法规
Torque
Full load curve
2 (8%) 6 (5%) 5 (5%)
8 (9%)
10 (8%)
4 (10%) 75% load 12 (5%)
3 (10%) 50% load 13 (5%)
1 (15%) idle
250
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
典型的凃敷方法
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
密封衬垫的结构
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密封衬垫的作用
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封装方式
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典型柴油机颗粒的来源
颗粒物
柴油 （66%）
润滑油 （34%）
干碳烟
soot （43%）
硫酸盐
SO4.nH2O （13%）
可溶燃油 可溶润滑油 不可溶润滑油 （10%） （29%） （10%）
可溶性有机物39% SOF (soluble organic fraction)
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
性能 ¾ 作为DPF被动再生系统的前级将NO氧化为NO2,提高再生温
度，NO2氧化C颗粒
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
DOC的面临的问题
¾ 尾气中的SO2的氧化问题 通过催化剂载体的改性和催化剂的制备来解决
¾ 催化剂的硫中毒 实际上是载体的硫中毒进而影响催化剂，通过耐硫载体和催 化剂的制备解决，在实际工作中，催化剂是可以通过高温热 解，恢复催化剂的活性。（中毒后可再生）
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
后处理基础知识
¾ 后处理主要结构 ¾ 载体 ¾ 涂层和催化剂 ¾ 衬垫 ¾ 封装
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
后处理主要结构
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
催化转化器载体的结构
1mil=1/1000inch=0.0254mm 1inch=25.4mm cpsi：cells per square inch
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
催化剂的组成：载体，助剂和活性组分
（1）载体： 起负载和分散活性组分和助剂 作用的物质，大多数具有 多孔性。
（2）活性组分： 主要起催化化学反应作用的物质
（3）助剂： 起辅助催化化学反应的物质。
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蒸发温度
碳氢化合物的蒸发特性
碳氢化合物的蒸发特性 主要取决于碳原子数
分子中碳原子数
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
注意的问题
在排气管道中SOF成分通常为气态，在测量时需要冷却到52 ℃，只有碳原子数小于5的有机物为气态，其余成分为液态附 着在碳粒表面。 通常认为碳原子数大于20的碳氢化合物来源于机油。 在DPF过滤系统中，SOF也能被部分捕集，这种捕集作用受 温度的影响很大，排气温度较低时沉积在壁面的碳氢成分将 在排温升高时重新挥发出来，并排向大气。
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NOx
NO的生成机理： 1、高温途径，即在已燃区产生的NO称热NO（Thermal NO） 2、瞬发途径，即在火焰区产生的NO称为瞬发NO（Prompt NO） NO2的生成机理： 在柴油机中，NO2与NO之比可达10％～30％，一般认为NO在火焰区可以迅
NGK推荐DOC/SCR所用的载体
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催化剂
¾ 催化剂：加速化学反应而自身不被消耗的物质 ¾ 催化剂针对的化学反应：
理论上可行但实际上进行很慢 或者根本不进行 的化学反应。
对于此类化学反应，若找到了合适的催化剂，则反 应就可以适当的或很快的速率进行。
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CO
生成机理
CO是烃基燃料在缺氧或低温情况下燃烧不完全的产物，其 生成过程按烃类链反应机理进行：
当混合气达到一定的温度，且在氧存在的条件下，将会继 续反映生成CO2,反应式为
CO在喷油结束后10oCA时，由于燃油与空气的混合不均匀, 燃烧不完全而达到最大值，后因燃烧情况的改善，CO被大量 的氧化，其浓度逐渐的减小。
7 (5%)
9 (10%)
25% load
11 (5%)
A
B
C Engine speed
100
Torque [%]
200
50
150
0
100
-50
50
-100
Hale Waihona Puke Baidu
0
-150
0 Urban 600 Rural 1200 Motorway 1800
Time [sec]
Engine speed [%]
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
速转变成NO2。 NO+HO2 NO2+OH
NO2又会通过下列反应转变为NO NO2+O NO+O2
生成后的NO2通过与较冷的气体混合而冻结，NO2才能保存下来。化学 平衡计算表明，在一般火焰温度下，已燃气中NO2含量与NO相比可以忽 略不计。柴油机在大部分工况下，这个比值在0.1以下，但在小负荷下此 比值最高可达0.3左右。因此在柴油机低负荷运转时NO2/NO比值较高。 从形成机理来看，NOX形成的三个必要条件为：高温、富氧和高温持续 时间，控制其中之一均能较好的降低柴油机NOX排放。 发动机排气中摩尔比（体积比）NO:NO2=9:1
0.001
Aver.2#/2%
PM by oil ash
0.0005
0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Sulfur (wt.ppm)
0
0
10
20
30
40
50
60
Sulfur (wt.ppm)
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Sulfate (g/kWh) Sulfate (g/kWh)
S含量对颗粒的影响－带DOC（强，中，低 氧化性）
Sulfate Make with Sulfur 1.2
1
Low Oxi.2% (w/o DOC)
Mid. Oxi. 20%
0.8
High Oxi.60%
Sulfate Make with Sulfur 0.06
0.02
0.01
Sulfate Make with Sulfur
0.003
0.0025
Hyd.ratio 1#/1% S conv.
0.002
Hyd.ratio 1#/3% S conv.
Hyd.ratio 2#/1% S conv.
0.0015
Hyd.ratio 2#/3% S conv.
Aver.1#/2%
柴油机尾气后处理技术
基础开发室性能组
李兴民 2009.4
内容
尾气后处理技术简介 柴油机尾气的组成 后处理基础知识 典型后处理布置方案
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
尾气后处理技术简介
为什么要采用尾气后处理技术？ 为了满足越来越苛刻的环保法 规要求，仅仅依靠发动机本体 的技术措施已经不能满足法规 的要求，专门针对发动机尾气 采用物理、化学方法进行净化 处理的方法叫做发动机尾气后 处理技术
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HC
HC的生成机理 柴油机排气中未燃HC是由原始燃油分子或被分解的燃油分子 、再化合的中间产物组成，其中一部分来自润滑油，另一部 分主要是由于混合气的不均匀（局部过浓或过稀）和壁面的 冷激效应，使缸内的燃料不能燃烧或只能部分燃烧而引起的 。其中，后者占极大部分。
尾气后处理主要技术路线
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DOC (Diesel Oxidation Catalyst)
DOC的功能 1、降低HC和CO 效率达到85%； 2、去除PM中的部分SOF ，降低PM效率可达10-30%； 3、将NO氧化为NO2 DOC的应用 1、乘用车单独应用，降低HC和CO； 2、与DPF或POC连用，提升再生温度，NO2氧化C颗粒； 3、作为SCR系统前级，调整NO和NO2比例
柴油机颗粒的组成
柴油机颗粒是由固体碳烟，在碳的外面 吸收了一层可溶于有机物的碳氢化合物 和可溶于水的硫酸盐三部分组成
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颗粒物大小分布
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典型发动机不同转速负荷颗粒物组成
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催化剂载体材料和制备
催化剂载体材料 (1)高性能稀土储氧材料 (2)耐高温高比表面材料均为多孔性颗粒材料，
颗粒大小:微米（µm ）尺度 微孔大小: 几十纳米（nm)左右
催化剂的制备: (1)将贵金属和助剂是用特殊的方法装进载体材料的纳
米孔内 (2)将装有贵金属和助剂的载体(催化剂)涂覆在金属或
陶瓷基体上即得到成品催化剂
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Sulfate (g/kWh)
Sulfate (g/kWh)
S含量对颗粒的影响－不带DOC
Sulfate Make with Sulfur
0.06 0.05 0.04 0.03
Hyd.ratio 1#/1% S conv. Hyd.ratio 1#/3% S conv. Hyd.ratio 2#/1% S conv. Hyd.ratio 2#/3% S conv. Aver.1#/2% Aver.2#/2% PM by oil ash
DOC工作原理
乙醛 多环芳香烃
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DOC的主要作用
¾ 氧化HC和CO ¾ 氧化颗粒物中的可溶性有机物部分（SOF） ¾ 小部分氧化颗粒物中的碳颗粒部分 ¾ 涂覆在DPF表面，氧化颗粒物 ¾ 作为SCR催化剂的前级将NO氧化为NO2,增加SCR催化剂的
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POC (Particulate Oxidation Catalyst)
¾ POC的功能 降低PM排放，过滤效率50% ¾ POC的优点 1、没有堵塞的风险 2、完全被动再生（CRT），不
需要ECU控制，不需要额外 设备 3、装车尺寸小，易于布置 ¾ POC的缺点 1、要求低含硫燃油 2、相对于DPF转化效率低
典型后处理布置方案
¾ 氧化催化转化器-DOC ¾ 颗粒捕集器(PM-cat/POC/PDPF) ¾ 颗粒过滤器(DPF/WF-DPF) ¾ 选择性催化还原（SCR）
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD
Diesel Oxidation Catalyst-DOC
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