柴油车排放污染物的控制技术

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1、第一节柴油机排放的特点一、柴油机排气污染物的种类及特点柴油机排气的有害成分主要有CO'HCNO-、硫化物以及颗粒物、臭味气体等。由于沾油机使用的混合气的平均空燃比较理论空燃比大，故其C0及HC排放明显低于汽油机;但柴油机NO,的排放、颗粒物及臭味气体却十分突出11]9柴油机颗粒物的排量远髙于汽油机，这已被大量的试验证明。图6-1为柴油车与汽油车的微粒排放数量比较[2:,图中D和G分别表示柴油车和汽油车，D和G后面的字母a、b、c等表示车辆编号，试验车辆均满足日本2000年的排放标准。柴油车和汽油车的微粒排放平均浓度分别为2.13xlO8个/cm3和5.48xlO5个八.m

2、3,柴油车和汽油车的平均微粒排放数量分别为5.23x1014个/km和6.36x10"个/km。可见，柴油车排放的微粒数量远高于汽油车。另外，试验时环境大气中的微粒物平均浓度为2.92x如个/cm3,可见,汽油车的微粒排放浓度远大于环境大气。表6-1为装备柴油机的2t载重车与其他发动机的汽车排气中的污染物NO,和PM比较。柴油车排放的也远高于汽油车：如第二章听述,颗粒物的危害性很大,有致癌和致突变的嫌疑，因此柴油车排气的危害远高于其他汽车。225由于柴油中挥发性差的大分子碳氢化合物含量高于汽油，因此，柴油机排放的HC与汽油机有所不同：在柴油机燃烧过程中，喷雾中氧气不足使大

3、量的燃油分子髙温分解，并引起烃分子之间的化学反应，导致HC成分复杂、含有高沸点（多为高相对分子质量)的碳氢化合物成分多。图6-2为柴油机NM0G排放中不同C原子数的HC排放量比较,与使用普通柴油的发动机HC排放相比，安装了DPF并使用低硫柴油的发动机和使用低芳烃及低硫柴油的普通柴油机可降低绝大多数成分的碳氢化合物排放量。二、柴油机排气污染物控制的困难柴油车的排放特点是，危害很大的PM和N0，的排放远高于其他车辆，HC和C0的排放不多,问题不突出。因此柴油车的NO,和PM的降低一直是柴油机排放控制的重点，各个国家或地区的法规对这两类污染物的限制越来越严格（图6-3和图6-4

4、)。从1994年以来，欧盟各成员国及美国和日本的柴油轿车N0X和PM的限值分别沿着Eurol—Euro2—>Euro3—►Euro4—+Euro5、TieiO—Tierl~*Tier2(Bin9)—>Tier2(Bin5)和短期一》■长期新短期—新长期—新长期后的路线不断加严EUR06标准也已制定,这使柴油车的污染物控制面临空前的挑战。欧盟各成员国和日本的柴油载重车NO,和PM限值的路线与柴油轿车基本相同，美国的则与柴油轿车有较大差别。225225图6-5为普通柴油车NO,和PM之间的关系，接近双曲线关系。可见,使柴油机NO,下降的方法一般都导致PM上升，常把这种关系称为

5、trade-off关系，这更增大了柴油机排放控制难度。寻求NO,和PM同时下降的方法也就成了柴油机排放研究的一个难点。采用EGR和推迟喷射时刻等技术后，可使N0:降低，但PM的问题仍然存在，需要采用DPF装置;采用燃烧过程优化和喷射时刻控制技术可使PM问题基本解决，但N0-更为突出，故需要与SCR或NSR—起使用。因此，应对更严格的排放标准的对策应是燃烧过程优化、EGR和多种后处理技术的组合，如先通过燃烧过程改善，将微粒降低到足够低的水平,再采用选择还原催化(SCR)净化N0X;也可先采用冷却的EGR技术将NO,降低到足够低的水平，再采用颗粒过滤净化P!V^图6-5给出了

6、满足US2010、日本2009及EuroS等重型汽车排放标准的主要技术组合。由于欧盟各成员国、美国和日本标准对PM、N0,限值的差别，导致了控制排放的技术路线的不同,如，采用SCR技术可满足Eur03,而要满足US2002则需要采用D0C控制技术等。225