柴油機(jī)微粒排放控制技術(shù)研究進(jìn)展

王秀葉，劉志霞

（1.山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2.山東省高校機(jī)械工程創(chuàng)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250101；3.濰坊市技師學(xué)院，山東濰坊261000）

柴油機(jī)微粒排放控制技術(shù)研究進(jìn)展

王秀葉1，2，劉志霞3

（1.山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2.山東省高校機(jī)械工程創(chuàng)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250101；3.濰坊市技師學(xué)院，山東濰坊261000）

柴油機(jī)排放物中含有大量微粒，對(duì)環(huán)境影響嚴(yán)重，其中，PM2.5是形成霧霾天氣的主要原因。降低柴油機(jī)的排放，特別是降低其微粒排放是柴油機(jī)環(huán)保技術(shù)的主要研究方向。文章從燃料、機(jī)內(nèi)控制及微粒排放后處理技術(shù)方面，分析了柴油機(jī)微粒排放的影響因素及機(jī)內(nèi)的一些控制措施，闡述了國(guó)內(nèi)外目前研究柴油機(jī)微粒排放后處理裝置的廢氣再循環(huán)和選擇性催化還原等主要技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用情況，并對(duì)滿足未來(lái)超低排放法規(guī)的柴油機(jī)后處理技術(shù)進(jìn)行了展望。

柴油機(jī)；微粒；控制技術(shù)

0 引言

柴油機(jī)以其高的燃油經(jīng)濟(jì)性和可靠性、低維護(hù)成本等特點(diǎn)，在輕、重型車以及非道路機(jī)械等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛［1-3］。但是，柴油機(jī)微粒排放高（約為汽油機(jī)的30～100倍），排放的NOx和顆粒物對(duì)環(huán)境和人類身體健康的危害極大［4-6］。近幾年，隨著柴油車迅速發(fā)展，柴油車保有量持續(xù)上升，導(dǎo)致排氣污染越來(lái)越嚴(yán)重。為了減小汽車保有量急劇增長(zhǎng)對(duì)大氣環(huán)境的影響，我國(guó)政府也相繼采取了一系列政策措施，如制定出的排放日程表與鼓勵(lì)性措施相結(jié)合，對(duì)提前滿足下一階段排放標(biāo)準(zhǔn)的廠家生產(chǎn)的新車可以減免30%的消費(fèi)稅等。隨著霧霾天氣的日趨嚴(yán)重，大氣污染的治理已引起我國(guó)政府的高度重視，獎(jiǎng)罰的力度也必將加大，人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)和環(huán)保法規(guī)的越來(lái)越嚴(yán)格，降低柴油機(jī)的排放已經(jīng)逐漸成為人們共同關(guān)注的重要課題，其排放控制技術(shù)也必定會(huì)得到不斷發(fā)展。當(dāng)前柴油機(jī)排放研究的重點(diǎn)是降低NOx和PM排放，以滿足嚴(yán)格的排放法規(guī)的要求。

1 柴油機(jī)微粒排放的控制

燃油質(zhì)量和柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)因素是影響微粒的主要原因。柴油機(jī)微粒排放控制技術(shù)一般分為:前處理、機(jī)內(nèi)措施以及各類后處理系統(tǒng)。

1.1 前處理

柴油的組成成分以及柴油的品質(zhì)將直接影響柴油機(jī)燃燒過(guò)程和產(chǎn)物，C、O、H在柴油中的含量比，烷烴、環(huán)烷烴及芳香烴的含量以及炭分等物質(zhì)參數(shù)都將直接影響到柴油機(jī)燃燒排放。

對(duì)燃油和空氣在進(jìn)入氣缸燃燒前預(yù)先進(jìn)行處理，缸內(nèi)的燃燒反應(yīng)過(guò)程可以改變，從而降低有害排放量。前處理方法主要使燃油品質(zhì)得到改善，它包括:在柴油中加入消煙添加劑；降低燃油中的硫含量，以降低硫酸鹽引起的微粒增加；降低燃油比重，這將直接影響非直噴式柴油機(jī)的微粒排放，微粒排放量隨燃油比重的增加而增加；燃油的乳化，它可使油滴變得更加細(xì)小，有利于擴(kuò)散燃燒，有效降低微粒排放。雙燃料（代用燃料技術(shù)），由于燃?xì)?、二甲醚等燃料與柴油相比具有良好的可燃性、低污染性、甚至零排放等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在公交車上開(kāi)發(fā)使用了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，具體是以柴油為引燃燃料，再用天然氣以及液化石油氣、二甲醚等燃料當(dāng)作工作燃料。

1.2 機(jī)內(nèi)控制

對(duì)燃燒過(guò)程本身進(jìn)行改進(jìn)，降低燃燒室中的碳粒初始粒子的形成是關(guān)鍵，通過(guò)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)因素或增加附加裝置可以達(dá)到凈化微粒的目的。

1.2.1 燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化

碳煙微粒產(chǎn)生的根本原因在于非均質(zhì)的燃燒過(guò)程，均質(zhì)預(yù)混合燃燒可有效地控制其排放，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，可見(jiàn)燃燒過(guò)程對(duì)微粒產(chǎn)生的影響最大。通過(guò)以下措施，可以有效地降低碳煙微粒的排放。

（1）燃燒室形式和壓縮比的選擇

對(duì)直噴柴油機(jī)來(lái)說(shuō)縮小燃燒室口徑，會(huì)使缸內(nèi)擠流及紊流增強(qiáng)，加速油氣的混合，排煙減少。但同時(shí)由于燃燒速度以及混合率的提高，燃燒溫度反而升高，增加了NO排放量。壓縮比越高，整個(gè)循環(huán)過(guò)程中的缸內(nèi)溫度以及壓力就越高，并且增加了單位燃燒室容積的含氧量，致使NOx排放量上升，但是過(guò)低的壓縮比，又將造成柴油機(jī)動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性的雙降。

（2）高壓噴射

采用高壓燃油噴射裝置使油管壓力超過(guò)100 MPa，如高性能的直列泵、轉(zhuǎn)子式分配泵等噴油系統(tǒng)，可明顯改善吸入缸內(nèi)的柴油霧化和細(xì)化，使噴油霧化質(zhì)量更高、噴射時(shí)間更短，燃油與空氣以更快的速度混合，燃燒更充分，減少了高溫缺氧區(qū)域以及微粒的生成，從而改善缸內(nèi)燃燒過(guò)程，降低柴油機(jī)的碳煙微粒排放。采用高壓燃油噴射以及與燃燒室相匹配的噴油速率、噴油提前角，有利于柴油霧化和細(xì)化，使其蒸發(fā)速度加快，油滴與空氣的碰撞也進(jìn)一步加大，這樣可以使柴油與空氣混合的更充分，從而增加了高溫富氧區(qū)域，減少微粒的生成。

（3）采用四氣門及可變氣門技術(shù)

四氣門缸蓋中噴嘴垂直設(shè)置在其中間，可以使燃油均勻地分布，為燃油和空氣良好混合創(chuàng)造了有利的先決條件。采用四氣門技術(shù)主要是為了降低進(jìn)、排氣道阻力，增加空氣充量，使燃燒狀況明顯改善，從而減少微粒排放。

采用可變氣門技術(shù)能使氣門升程和配氣相位隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以根據(jù)不同工況的要求對(duì)進(jìn)氣量進(jìn)行精確的調(diào)整，使燃燒更加完善合理，從而使柴油機(jī)各工況的排放得到控制。

（4）可變渦輪噴嘴截面技術(shù)

把噴嘴面積設(shè)計(jì)成工況（轉(zhuǎn)速、負(fù)荷）的函數(shù)，使進(jìn)氣量隨工況、燃燒的需要而變化，使缸內(nèi)燃燒始終處于最佳狀態(tài)，從而使柴油機(jī)各工況下的排放得到控制。

（5）采用陶瓷材料

1.2.2 電控燃油噴射技術(shù)

利用電控技術(shù)能實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)隨工況變化各參數(shù)（如供油提前角、噴油壓力）可變控制，使柴油機(jī)的排放與燃油經(jīng)濟(jì)性之間的矛盾得到有效調(diào)和，在不同工況下的性能與排放得到明顯改善。例如電控噴油，在冷起動(dòng)、怠速及過(guò)渡工況時(shí)可以使柴油機(jī)精確地控制噴油量和噴油正時(shí)，使燃油很好地霧化。

目前的電控噴油技術(shù)主要有電控單體泵、電控泵噴嘴和電控共軌系統(tǒng)?？刂蒲b置被輸入各傳感器信號(hào)后，按照預(yù)定的噴油量與噴油時(shí)間控制脈譜圖，對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行控制。

（1）泵噴嘴

噴油嘴和噴油泵組成了泵噴嘴系統(tǒng)中一個(gè)單元。每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋上都裝有這樣一個(gè)單元，可以直接通過(guò)搖臂也可以間接的通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的推桿來(lái)驅(qū)動(dòng)。

（2）單體泵

由于橫向與豎向溫度應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響較小，所以本文僅考慮縱向溫度應(yīng)力產(chǎn)生的影響。邊跨跨中、中跨跨中處混凝土頂板上、下表面及鋼底板縱向溫度應(yīng)力的時(shí)間歷程分別如圖6與圖7所示。混凝土頂板上、下表面縱向溫度應(yīng)力的發(fā)展趨勢(shì)相反，并由上而下應(yīng)力值逐漸減小。在日照條件下，混凝土頂板上表面的伸長(zhǎng)由于受到混凝土板材料自身的約束，壓應(yīng)力隨著溫度的升高而逐漸增大；并在達(dá)到最大值后隨溫度下降而逐漸減小。鋼底板的溫度縱向應(yīng)力的發(fā)展隨溫度變化較為迅速，在10:00達(dá)到最大縱向壓應(yīng)力。

單體泵工作方式與泵噴嘴相同，單體泵是一種模塊式結(jié)構(gòu)的高壓噴射系統(tǒng)。與泵噴嘴系統(tǒng)主要的不同是，單體泵噴油嘴和油泵之間用一根較短的噴射油管連接在一起，單體泵系統(tǒng)中每個(gè)氣缸都設(shè)置了一個(gè)單柱塞噴油泵，是靠發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸驅(qū)動(dòng)。

（3）共軌系統(tǒng)

共軌式蓄壓器噴射系統(tǒng)中，控制裝置接收各傳感器的信號(hào)，并且借助于噴油器上的電磁閥，最終使柴油的噴油壓力、噴油點(diǎn)都合適的情況下，噴射出正確的噴油量，從而保證柴油機(jī)燃燒比、霧化和點(diǎn)火時(shí)間都能達(dá)到最佳，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)良好的經(jīng)濟(jì)性和污染排放的最少化。

共軌噴油系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要在于系統(tǒng)的各種參數(shù)均可靈活調(diào)節(jié)，比如噴油模式、噴油定時(shí)以及噴油壓力與噴油量之間，壓力的產(chǎn)生與燃油的噴射互不干涉也不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和噴油量的影響，具有一定壓力的燃油儲(chǔ)存在高壓蓄壓器（即所謂的“共軌”）內(nèi)，隨時(shí)準(zhǔn)備著進(jìn)行噴射。由駕車人確定噴油量，由電子控制單元計(jì)算噴射起點(diǎn)、噴射壓力和噴射持續(xù)時(shí)間，然后，控制裝置觸發(fā)電磁閥，此時(shí)所有氣缸的噴油器（噴油單元）都開(kāi)始進(jìn)行相應(yīng)地噴射。共軌系統(tǒng)不僅能獲得較高的噴射壓力、還能實(shí)現(xiàn)噴射壓力和噴油量的控制、實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和后噴，使得噴油特性形狀得到優(yōu)化，降低了柴油機(jī)噪聲，廢氣的排放量也大大減少。

1.2.3 渦輪增壓中冷技術(shù)

進(jìn)氣增壓可改善柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，但由于進(jìn)氣溫度升高等因素，提高了最高燃燒溫度，使NOx排量增加。增壓中冷在進(jìn)氣壓力增高的同時(shí)降低了進(jìn)氣溫度，有利于NOx和PM排放量的下降。

1.2.4 降低機(jī)油消耗量

機(jī)油油耗高是PM排放的生成源之一，在柴油機(jī)排放的微粒中未燃機(jī)油占很大比重，必須降低機(jī)油消耗量。這就需要從活塞、活塞環(huán)、缸套等零部件入手，不僅要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)而且還要進(jìn)行配合間隙的優(yōu)化研究，特別是熱變形條件下的研究，以達(dá)到機(jī)油消耗降低的目的。如缸套內(nèi)孔的表面粗糙度、珩磨網(wǎng)紋加工精度，活塞環(huán)的氣環(huán)和油環(huán)截面形狀、加工精度、活塞環(huán)徑向壓力分布，以及活塞外部形狀、回油措施、缸套與活塞的配合間隙等因素都會(huì)對(duì)機(jī)油消耗起著決定性的作用。

上述柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)得到了進(jìn)一步優(yōu)化，但在使用過(guò)程中磨損和老化等現(xiàn)象不可避免，導(dǎo)致其工作性能變差，微粒排放增加。因此，為了適應(yīng)越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)，必須通過(guò)后處理措施來(lái)進(jìn)一步限制柴油機(jī)的排放。

1.3 排氣后處理

機(jī)內(nèi)凈化及燃油品質(zhì)的改善能夠使PM排放得到大幅度的降低，但隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和排放法規(guī)的越來(lái)越嚴(yán)格，單靠機(jī)內(nèi)凈化措施不可能滿足嚴(yán)格的排放法規(guī)要求，后處理技術(shù)勢(shì)在必行［7］。原因主要有兩個(gè):（1）由于NO和PM的生成區(qū)域不同，會(huì)造成NOx與PM的折衷現(xiàn)象，使通過(guò)缸內(nèi)措施減少PM排放受到一定的限制；（2）PM排放的濃度降低，但隨著微粒粒徑減小而微粒的絕對(duì)個(gè)數(shù)并未減少，反而更易被人體吸收。

1.3.1 柴油機(jī)廢氣再循環(huán)

溫度高、富氧以及高溫階段持續(xù)的時(shí)間是NOx生成的要素。NOx主要形成于預(yù)混合燃燒階段。柴油機(jī)廢氣再循環(huán)（EGR）就是讓排出的少量廢氣再次參與燃燒，用來(lái)改變預(yù)混合燃燒時(shí)期各個(gè)組分的濃度比例，降低了燃燒時(shí)的溫度和壓力，達(dá)到減少NOx排放的目的。EGR雖然降低了NOx的排放，但由于廢氣中水蒸氣的含量較空氣高，并且含有少量的硫化物，過(guò)低的EGR溫度一方面會(huì)導(dǎo)致水蒸氣和硫化物的凝結(jié)，造成氣缸壁的腐蝕和磨損。另一方面會(huì)導(dǎo)致EGR冷卻器尺寸增大，成本增加。因此，EGR冷卻器的合理設(shè)計(jì)非常重要，尤其在高負(fù)荷的情況下，還會(huì)帶來(lái)油耗惡化以及顆粒排放增加等不利的影響。另外，EGR還降低了潤(rùn)滑油的有效性以及柴油機(jī)的耐久性。

大部分工況下，增壓中冷柴油機(jī)排氣平均壓力小于進(jìn)氣平均壓力。為了提高EGR率，需要采取克服壓力逆差的措施，使進(jìn)氣系統(tǒng)獲得足量的廢氣。如可以在柴油機(jī)進(jìn)氣管上加節(jié)氣門，以便在低負(fù)荷時(shí)通過(guò)進(jìn)氣節(jié)流，加大排氣管與進(jìn)氣管的壓力差；或與增壓器配合使用，可以靈活調(diào)節(jié)排氣壓力。

與普通的EGR相比，采用冷卻EGR有利于降低NOx排放及煙度，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有更進(jìn)一步的提高，是今后降低柴油機(jī)排放的一個(gè)重要的方向［8］。

1.3.2 選擇性催化還原

以氨或氨水、尿素作為還原劑的選擇性催化還原系統(tǒng)，可以降低柴油機(jī)排氣中絕大部分的NOx，也能降低部分HC［9-10］。與氨或氨水相比，尿素更便于攜帶，而且不具有氨或氨水的刺激味。以尿素為還原劑的選擇性催化還原（SCR）后處理技術(shù)，采用在排氣管噴射液體尿素與尾氣中的NOx在催化劑的作用下生成氮?dú)夂退?，以達(dá)到凈化尾氣的作用。

從理論上來(lái)講，1 mol的NH3能夠轉(zhuǎn)換成1 mol的NOx，但排氣溫度是催化劑較為敏感的問(wèn)題，溫度高，NOx轉(zhuǎn)化效率也高，因此在設(shè)計(jì)催化劑時(shí)，主要考慮低溫情況。SCR技術(shù)難點(diǎn)是解決液體尿素如何實(shí)現(xiàn)低溫結(jié)晶問(wèn)題。

1.3.3 氧化催化轉(zhuǎn)化器

氧化催化轉(zhuǎn)化器可以通過(guò)貴金屬氧化柴油機(jī)排放中大部分的HC、CO及PM中的可溶有機(jī)成分（SOF），使得微粒總排放量相應(yīng)地降低，但其能力有限，氧化催化轉(zhuǎn)化器（DOC）不能氧化固態(tài)碳顆粒，因此再生系統(tǒng)的技術(shù)相對(duì)較簡(jiǎn)單，成本較低［11-15］。目前，歐洲柴油轎車上大部分都裝有氧化催化轉(zhuǎn)換器。

氧化催化轉(zhuǎn)化器（DOC）的主要缺點(diǎn)在于貴金屬催化劑有將SO2轉(zhuǎn)化成微粒硫酸鹽的傾向，它可能導(dǎo)致硫酸鹽排放的增加，因此燃油中的硫含量就需要降低。目前低硫柴油在美國(guó)、歐洲、日本等已經(jīng)普遍使用。

1.3.4 微粒捕集器

微粒捕集器（DPF）是一種微粒過(guò)濾器。它安裝在排氣管上，并能通過(guò)燃燒達(dá)到清潔過(guò)慮器的系統(tǒng)，是目前國(guó)際上公認(rèn)的、最實(shí)用有效的微粒后處理技術(shù)［16-18］。近年來(lái)的研究已成功開(kāi)發(fā)出多種過(guò)濾器，它們都能通過(guò)收集固態(tài)的碳顆粒使得微粒排放大大降低，是一種效率最高的顆粒物凈化裝置［19］。但在使用過(guò)程中隨著過(guò)濾器內(nèi)微粒的增加，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣背壓升高，當(dāng)排氣背壓達(dá)到16～20 kPa時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)性能開(kāi)始惡化。因此目前過(guò)濾器的再生（即如何燒掉沉積在過(guò)濾器上的微粒）是過(guò)濾器關(guān)鍵問(wèn)題，過(guò)濾器經(jīng)再生后背壓降低，重新起到濾清作用。

國(guó)內(nèi)外研究的主要再生方法有:噴油助燃再生、微波加熱再生、電加熱再生、強(qiáng)制再生（即大負(fù)荷時(shí)，通過(guò)柴油機(jī)進(jìn)氣或排氣的強(qiáng)制節(jié)流來(lái)提高排氣溫度，從而使過(guò)濾體得到再生）、逆向噴氣再生及燃油添加劑再生等［20］。由于我國(guó)柴油中的含硫量較高，故一般的DPF連續(xù)再生和催化再生技術(shù)較難實(shí)現(xiàn)［21］。

微粒捕集器的結(jié)構(gòu)及濾芯的材料、柴油機(jī)的匹配等是微粒過(guò)濾器研究的主要問(wèn)題，其性能上不僅要求流通性好、過(guò)濾效率高而且要求耐高溫且通用性強(qiáng)。

目前，微粒捕集器（DPF）技術(shù)一般都是與柴油機(jī)廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)共同使用，通過(guò)EGR降低NOx，再通過(guò)DPF來(lái)降低PM［22］。面對(duì)愈發(fā)嚴(yán)格的排放法規(guī)，繼續(xù)減少NOx和PM存在更大困難，組合式排氣后處理的出現(xiàn)將成為必然。

1.3.5 其它后處理裝置

上述捕集氧化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴，并且技術(shù)上也不是很成熟，因此，一些新的后處理方法正在積極地探索之中，如利用靜電旋流分離凈化方法捕集柴油機(jī)微粒也是一種比較有效的方法，該裝置排氣背壓較小，而且成本低廉；用袋濾器捕集排氣微粒也有了一定的研究成效，它是依靠濾袋單元來(lái)完成捕集的，有一層濾料覆蓋在濾袋單元支撐骨架表面，在排氣經(jīng)過(guò)時(shí)捕捉其中的微粒，為提高袋濾器的過(guò)濾性能，已針對(duì)不同的濾料做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，其中，利用纖維作為過(guò)濾介質(zhì)的袋濾器，除塵效果明顯。另外，還有低溫等離子技術(shù)、脈沖電暈等離子體化學(xué)處理技術(shù)等目前也都處在進(jìn)一步地理論研究和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中。

2 排氣后處理主要技術(shù)分析與比較

在我國(guó)，汽車的發(fā)展一直以歐洲為標(biāo)桿，包括排放法規(guī)的制定，也大多采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)。如果采用電控技術(shù)后可以使柴油機(jī)達(dá)到國(guó)Ⅲ排放要求，而將要執(zhí)行的國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)尾氣排放技術(shù)又是一個(gè)考驗(yàn)，僅僅靠電控技術(shù)不能滿足要求。那么，上述的柴油機(jī)廢氣再循環(huán)（EGR）和選擇性催化還原（SCR）在技術(shù)和成本上誰(shuí)更有優(yōu)勢(shì)，誰(shuí)更適合中國(guó)國(guó)情？在此，有必要對(duì)EGR和SCR做一下分析比較。

EGR用在增壓柴油機(jī)上，為了減少排放一般采用較高的EGR率，它的提高可以降低柴油機(jī)NOx排放，但煙度排放增加［23］，如何來(lái)解決這一矛盾，正是降低柴油機(jī)排放的一個(gè)難點(diǎn)。進(jìn)排氣壓力差是另一個(gè)難點(diǎn)，在大部分工況下，增壓中冷柴油機(jī)的排氣平均壓力小于進(jìn)氣平均壓力，所以要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的廢氣再循環(huán)，必須采取措施克服壓力逆差，將足量的廢氣送入進(jìn)氣系統(tǒng)。

SCR是在高溫排氣中加入氨水、尿素等還原劑，和NOx反應(yīng)后，生成N2和H2O。尿素水溶液直接噴到發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣流中，尿素經(jīng)過(guò)熱解和水解后，產(chǎn)生還原所需要的氨。反應(yīng)在專門的催化劑中進(jìn)行，通過(guò)V2O5-TiO2等催化劑作用下，在含氧的廢氣中使得NOx還原為N2、H2O等。

表1 EGR與SCR下柴油機(jī)性能指標(biāo)比較

從表1中可以看出:應(yīng)用SCR技術(shù)，對(duì)燃油含硫量沒(méi)有嚴(yán)格的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)本身不用做大的改動(dòng)，同時(shí)還能提高燃油經(jīng)濟(jì)性，SCR油耗性領(lǐng)先EGR約8%的優(yōu)勢(shì)［24］。但由于需要增加SCR反應(yīng)箱和液體尿素箱，需要汽車廠的底盤進(jìn)行改動(dòng)留出安裝空間，另外該技術(shù)實(shí)施還要依賴國(guó)家添加尿素基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

EGR與SCR各有特點(diǎn)，美洲更傾向EGR，歐洲更傾向SCR。從我國(guó)國(guó)情出發(fā)，要使燃油含硫量小于50 ppm，還需要一段較長(zhǎng)的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)，這就為采用SCR技術(shù)措施提供了很好的理由，但在中國(guó)全面實(shí)施SCR也存在困難，主要面臨兩個(gè)問(wèn)題:一是在國(guó)內(nèi)如何大面積推廣尿素，二是車輛在行駛過(guò)程中出現(xiàn)氨泄漏，這些都是在制定技術(shù)措施時(shí)必須面對(duì)的［25］。

目前國(guó)內(nèi)幾大柴油機(jī)廠家如濰柴、玉柴、康明斯等都比較傾向于SCR，主要還是因?yàn)橛蛢r(jià)上漲，燃油經(jīng)濟(jì)性所占比重加大。

3 展望

結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的柴油機(jī)，使用含硫量低的優(yōu)質(zhì)柴油及雙燃料技術(shù)，一定程度上可以改善排放中的NOx和微粒數(shù)量，是減少柴油機(jī)排放的有效途徑；EGR與SCR相比較，各有其特點(diǎn)，柴油機(jī)生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品情況、用戶使用情況以及我國(guó)國(guó)情來(lái)確定合適的技術(shù)措施，達(dá)到降排節(jié)能的目的；DPF效率高于DOC，但由于再生技術(shù)的要求，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴，因此各項(xiàng)技術(shù)還有待進(jìn)一步地完善，可考慮與EGR技術(shù)共同使用，應(yīng)用最多的當(dāng)屬電控+ EGR+DPF，通過(guò)EGR降低NOx，再通過(guò)DPF來(lái)降低PM。面對(duì)愈發(fā)嚴(yán)格的排放法規(guī)，繼續(xù)減少NOx和PM存在更大困難，組合式排氣后處理的出現(xiàn)將成為必然。

另外，一些新的后處理方法也需要深入地探索和研究，使之早日達(dá)到實(shí)用化階段，以促進(jìn)柴油機(jī)微?？刂萍夹g(shù)的持續(xù)良好地發(fā)展，滿足不斷加嚴(yán)的排放法規(guī)的要求。

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（責(zé)任編輯：吳芹）

Research progress of particulate em ission control technology of diesel engine

Wang Xiuye1，2，Liu Zhixia3

（1.School of Mechanical and Electronic Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China；2.Key Laboratory of Mechanical Engineering＆Innovation Technology in Universities of Shandong，Jinan 250101，China；3.Weifang Technician College，Weifang 261000，China）

Environment is severely affected by a large amount of particles exhausted from diesel engine，among which PM2.5 is the main reason for haze weather.Main research direction of environmental protection technology is to reduce diesel engine emissions，especially particulate emissions.From many aspects of fuel，interior control and particulate emission after-treatment technology，the paper has analyzed influencing factors of diesel particulate emissions and some control measures，expounding main technology characteristics and application of emissions after-treatment device of the exhaust gas recirculation and selective catalytic reduction and so on currently at home and abroad，furthermore giving prospectof diesel after-treatment technology tomeet ultra-low emission requirement in the future.

diesel engine；particle；control technology

u464

A

1673-7644（2014）06-0551-05

2014-06-30

王秀葉（1965-），女，副教授，碩士，主要從事柴油機(jī)排放與控制等方面的研究.E-mail:sdwangxiuye＠163.com