大眾都不會的技術 先進清潔柴油機技術解析

● 機外尾氣處理技術層面

　　氮氧化物后處理凈化技術

　　1、SCR（Selective Catalytic Reduction）選擇性催化還原

　　選擇性催化還原SCR最開始是應用在鍋爐、焚燒爐和發電廠等地方上降低氮氧化物NOx，近年才逐步進入汽車領域。選擇性催化還原劑采用氨類物質（氨氣、氨水和尿素）或各種碳氫化合物（柴油和乙醇）。催化劑采用一些金屬結合物或人造沸石等。其反應原理是尿素在高溫作用下產生氨氣，便后氨氣與氮氧化物發生還原反應，生成水和氮氣。

　　催化劑作用是降低反應的活化能，使反應溫度降低至合適區間（250℃～500℃）從而去除排氣中絕大部分的NOx，同時降低部分HC和CO排放。現在部分機內凈化能力較低的柴油機則采用此技術，但需要按時添加尿素，增加使用成本。一般是發動機內部無法讓氮氧化物NOx達到排放標準才采用此技術。

　　2、選擇性非催化還原

　　這種方式更多適合與富氧工作的柴油機，即低速柴油機。同樣是通過高溫排氣中加入氨類物質作為還原劑，與NOx生成氮氣和水。這種方式可以省去催化劑的貴金屬，但其工作溫度范圍較為狹窄，只在826℃-1126℃工作。只能在柴油機燃燒時噴入氨水，便能獲得降低NOx的效果。

　　3、等離子輔助催化還原

　　采用等離子技術（即電子、離子、自由基和中性粒子等導電體，整體保持中性）將NO和HC氧化為二氧化氮和高氧化性含CH的還原劑，然后二氧化氮在還原劑作用下二氧化氮還原成氮氣。這項技術重要的是對燃料含硫量并沒有要求，可以同時減少氮氧化物NOx、微粒PM、碳氫化合物HC排放。這是一種很有潛力的技術。

　　氧化催化技術

　　1、DOC（Diesel oxidation catalytic）柴油機氧化催化器

　　由于柴油排氣中含氧量較高，可通過氧化催化器進行處理，消耗微粒中的可溶性有機成分SOF來降低微粒排放，同時讓碳氫化合物HC和一氧化碳CO在催化劑作用下與氧氣結合，生成無害的二氧化碳和誰。催化劑采用的是和汽油機三元催化相同的鉑（Pt）、鈀（Pd）等貴金屬和稀土金屬。

　　DOC柴油機氧化催化器工作溫度在200～350℃，可以降低微粒中SOF達到40%～90%以上，降低微粒排放，也可使一氧化碳CO降低30%左右，碳氫化合物HC降低50%左右，此外同時可降低芳烴和醛類的排放，使得柴油機尾氣臭味減少。然而氧化催化的轉化效率受柴油中的硫含量和排氣溫度影響。若硫含量變多，容易產生過多的硫酸鹽，造成微粒增多。因此，只有用低硫柴油才能保證氧化催化效果。柴油硫含量不應超過質量分數0.5%。從實用性來看，乘用車柴油機使用氧化催化器效果較好，但前提條件是柴油機自身的氮氧化物NOx排放要少。

　　2、POC（Particles oxidation Catalyst）微粒氧化催化器

　　POC微粒氧化催化器是一種針對柴油機排放污染物中的微粒后處理設計，需要配合柴油機氧化催化器DOC使用。POC微粒氧化催化器工作溫度在200℃～500℃之間，依靠DOC產生的二氧化氮和柴油機排放的二氧化氮，在POC內部中微粒與二氧化氮燃燒，從而有效去除排氣中的微粒。POC對微粒的轉化效率達到60%以上，是一種較為經濟適用的后處理方案。

　　微粒捕集技術

　　DPF（Diesel particulate filter）柴油機微粒捕集器。

　　DPF柴油機微粒捕集器是國際上公認的微粒排放后處理最佳方式。其主要工作方式是排氣通過微粒捕集器是，過濾體將排氣中的微粒捕集與過濾體內并適時燃燒，從而達到凈化排氣的目的。過濾機理主要采用擴散機理、攔截機理、慣性機理和綜合過濾機理。擴散機理如同河流三角洲沉積沙一樣，采用布朗運動作用微粒擴散至壁面和微孔附近，微粒直徑越小，排氣溫度越高，作用越明顯；攔截機理就是采用過濾孔進行攔截，大于孔直徑的微粒不能通過；慣性碰撞機理利用微粒慣性流動，但氣流出現流線彎曲時，微粒因慣性存在繼續直著前行，碰撞到過濾體。

　　過濾體主要采用壁流式蜂窩陶瓷、金屬基過濾材料和復合過濾材料。壁流式蜂窩陶瓷對未來過濾效率達到90%以上；金屬基過濾效率只有50～70%，但導熱性好，快速進入工作狀態。復合材料將是未來主要過濾體，結合了陶瓷材料的高效率和金屬材料的快速進入工作狀態特點。

　　事實上捕集微粒過后會集聚，導致排氣背壓增加堵塞，導致柴油機動力性、經濟性變差，必須及時去除沉積的微粒，這恢復微粒捕集器性能的過程為再生。由于柴油機排氣中微粒絕大部分為可燃物，其通常在560℃以上便開始燃燒。然而，一般柴油機排氣溫度低于500℃，正常情況下較難燒掉，因此需要額外的方法進行處理。現在可行的技術有主動再生系統和被動再生系統，主動再生系統有：噴油助燃再生系統、電加熱助燃再生系統、微波加熱助燃再生系統、紅外線加熱助燃再生系統，這類主要通過外部輔助加熱把微粒進行清除。被動再生系統有：大負荷再生、排氣節流再生、催化再生、燃料添加劑再生等，這類再生效果較為一般。DPF使用上無需再添加任何東西，動力損失方面較小，整車的燃油經濟性不會受到大的影響。

　　現代柴油機都采用綜合的尾氣處理技術，并不是只是采用單一的尾氣處理。可以采用SCR+DOC+DPF組合技術進行處理。SCR處理氮氧化物NOx，DOC處理一氧化碳CO、碳氫化合物HC排放和部分微粒，DPF處理微粒PM排放，從而讓柴油機可達到歐V乃至美國標準。另外一種綜合處理技術是四元催化轉化器，采用LNT稀燃NOx催化轉化器、DPF微粒捕集器和DOC柴油氧化催化器，綜合處理尾氣中的HC、CO、NOx和PM。事實上優秀的柴油機其機內凈化能力越高，所需的機外凈化技術越少，使用成本越低。現實上究竟有沒有這些車存在呢？答案非常肯定有的，而且還在中國上市，不過只在臺灣和香港地區，欲望知詳情，請繼續觀看下文。

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