柴油发动机排气处理技术的最新成果

对柴油发动机而言，其排气处于富氧状态，致使NO_x无法像汽油发动机排气那样简单地仅用三元催化转化器就能与CO和HC一起同时得到净化，同时因缸内PM和NO_x的生成条件是相互矛盾的，使得两者的生成量呈现类似双曲线的关系，如图6-54所示。其原始排放难以同时降低，因此PM和NO_x成为柴油发动机排气净化的两大难点。

从欧洲执行柴油发动机排放标准的经验来看，欧Ⅲ机型尚能通过优化燃烧室、改进燃油喷射和增压中冷以及机内EGR等常规的技术就能在不采用任何特殊的排气后处理装置的情况下达标。然而欧Ⅳ和欧Ⅴ机型则必须采用机内和机外净化相结合的技术措施才能达标。降低NO_x和PM排放达到欧Ⅳ和欧Ⅴ限值的技术路线不外乎有两种：①冷却EGR+DOC+DPF，即采用机外电动EGR阀和冷却EGR在机内将NO_x原始排放降低到欧Ⅳ和欧Ⅴ限值以内，但PM原始排放将有所增加，再采用氧化催化器DOC和颗粒捕集器DPF将PM降低到欧Ⅳ和欧Ⅴ限值以内；②SCR，即通过高压燃油喷射和改进燃烧过程在机内将PM原始排放降低到欧Ⅳ和欧Ⅴ限值以内，但NO_x原始排放将有所增加，再采用选择性催化还原SCR系统将NO_x降低到欧Ⅳ和欧Ⅴ限值以内。

图6-54 排气生成量呈现类似双曲线关系

柴油发动机颗粒捕集器（DPF）是降低颗粒排放的有效手段，但要将捕集后储存的颗粒PM除去（即DPF再生）却并不容易，这是这项技术措施在过去较长时间内未能实用化的主要原因。现在，这一问题的解决得益于在颗粒捕集器前段设置了氧化催化器（DOC）将排气中的一氧化氮NO变为具有高反应性的二氧化氮NO₂，从而能够在燃油消耗不明显增加的情况下DPF的连续再生成为可能，因此现在已成为欧洲欧Ⅳ和欧Ⅴ柴油发动机机型的标准配置。

目前，颗粒捕集器有两种：一种是陶瓷壁流式颗粒捕集器PFT，具有很高的颗粒捕集效率，完全能达到欧Ⅳ和欧Ⅴ的PM限值，当然排气背压也相应较高。为此，在欧Ⅳ阶段可应用另一种相对较新的技术即金属载体的通流式或部分流式颗粒捕集器PFT，其颗粒捕集效率稍逊于DPF，为50%～70%，且废气流动阻力相对较小，能将排气背压调整到合适的程度，并能够使用一般的低硫柴油（含硫量<350×10^-6）。(www.xing528.com)

另一方面，作为NO_x后处理装置，现已开始应用能同时降低NO_x和PM的后处理装置DPNR，这是在DPF装置上追加了NO_x吸附还原催化功能的后处理系统。小型紧凑而功能俱全的可供乘用车使用的SCR/AdBlue系统如图6-55和6-56所示，主要用于欧Ⅵ新车型并具有达到未来欧Ⅵ废气排放标准的潜力。

图6-55 控制系统

图6-56 SCR催化器的后处理系统排气装置