【毕业学位论文】（Word原稿）柴油机尾气处理技术研究-航海学轮机工程

I 分类号 编号 学 毕 业 论 文 柴油机尾气处理技术研究 请学位： 工学学士 院 系： 院 专 业： 轮机工程 姓 名： 学 号： 导老师： 学 摘要 柴油机由于能量转换效率高、功率密度大、机动性能 好等优点，在各行业特别是汽车和船舶中获得广泛应用。柴油机诞生一百多年来，在动力性、经济性、可靠性等主要性能上，已经达到很高的水平。但是，柴油机产生的噪声和排放的污染物与环境意识日益提高的人们越来越不相适应。柴油机尾气有害排放物对环境的污染已成为严重的社会公害之一。减少 微粒的排放是柴油机排放污染物控柴油机氧化催化器主要用来氧化柴油机尾气中控制的重点。本文通过对柴油机尾气排放污染物的生成机理的分析 ,提出了控制有害污染物排放的实用技术 ,改进柴油机排放性能 ,以满足日趋严格的排放法规。 低温等离子体用于柴油机后 处理研究于 20 世纪 80 年代中期提出 ,在 20 世纪 90 年代有了较大发展 ,主要研究集中在放电加强微粒荷电并通过电场驱动捕获微粒 ,放电产生等离子体 ,化学反应降低 气态污染物 ,以及同时捕集炭烟微粒和去除 温等离子体放电方法具有简单高效 ,不影响柴油机运行性能以及同时捕集炭烟微粒和降低 潜在优势 ,是柴油机后处理研究的 发展方向。总之 ,治理内燃机所造成的污染工作仍然是很艰巨的 ,还需要我们不断地探索和研究。 关键词： 柴油机；尾气；污染；处理 as in of 00 of of on a of Ox of is in of on of of to to in in 990s of on to Ox at is of at Ox is In of by is we to to 录 绪 论 . 1 1 柴油机排放物的生成机理及其危害 . 2 . 2 . 2 . 3 粒 ) . 3 . 4 2 柴油机的排放标准 . 5 欧四标准 . 5 国三标准 . 5 3 影响排放物的因素及控制措施 . 6 影响 放的主要参数 . 6 燃烧方式的选择 . 6 燃油品质的改善 . 7 柴油机结构设计的改进 . 8 化涡轮增压器与柴油机的匹配 . 8 采用新型喷嘴 ,控制喷射速率 . 9 控技术的应用 . 9 控系统 . 9 气涡流电控系统 . 9 油蒸发电控系统 . 9 轴箱强制通风电控系统 . 10 次空气喷射系统 . 10 4 排气后处理技术 . 11 气后处理技术 . 11 气 处理技术 . 11 柴油机后处理技术的研究现状和发展趋势 . 14 柴油机氧化催化器 . 14 柴油机微粒捕集器 . 15 附器 . 16 稀 化还原器 . 17 5 柴油机尾气排放控制新技术的应用 . 18 低温等离子体的应用 . 18 等离子辅助催化系统 . 18 低温等离子技术净化尾气微粒的方法 . 18 V 尾气中有害气体的净化 . 20 等离子发生器用于实践所要注意的问题 . 21 结 论 . 22 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 23 1 绪 论 随着人们对环境保护的日趋重视 ,世界各国限制内燃机废气排放的法规变得愈来愈严格。例如 ,美国的 洲的欧和日本的 000。进入 1999 年后 ,中国的环保部门采取了一系列的紧急措施 ,加大了治理机动车排放污染的力度。北京市政府为改善首都环境质 量 ,控制大气污染 ,从 1999 年 1 月 1 日起开始实施北京市轻型汽车排气污染物排放标准 ,它相当于欧洲 1999 年的 01,这个标准要比我国现行国家标准严格许多。柴油机的有害排放物主要有 : 粒 )。为了满足日趋严格的排放法规 ,必须采取一系列技术措施来改进柴油机排放性能。现代柴油机有害排放控制是一个综合的、系统的工程 ,以改进柴油机设计技术为核心 ,与燃料改质和排气处理系统相结合将是未来柴油机有害排放控制技术的研究方向。 2 1 柴油机排放物的生成机理及其危害 C 的 生成取决于发动机的设计和运行因素。发动机运行中 ,混合气过浓或过稀、燃烧组织不良、窜机油或温度过低等都会产生 油机排出的未燃烧的 要是未燃烧的燃料、分解的燃料分子和少量的氧化反应的中间产物。 下面简述生成未完全燃烧的碳氢化合物主要化学机理： 把碳氢化合物一直氧化到 2O,需要一系列基元化学反应步骤，它们涉及很多由碳氢化合物和氧产生的基，生成多种不完全氧化产物。在自由基链传播中其重要的烷基（ 由碳氢化合物的 和 断裂生成的。氧的举止象一个双基，可以生成过过氧化氢基（ 。即： 基（ 容易与氧反应生成烷基过氧化物基，即： 是在碳氢化合物与氧之间形成化学键的最初步骤。接下来的步骤包括一系列反复进行的基反应，与各种各样脱氧反应和异构化反应一起，最终生成各种形式的含氧有机物。 某些烃类光化学反应活性很强，可与空气中的 在阳光下形成以 刺激人的眼晴和呼吸器官 ,造成呼吸困难。 2相对不足 ,燃料中的 或由于混合 气不均匀燃烧 ,混合气温度低 ,能氧化而留在燃气中排出。 碳氢化合物燃料在燃烧过程中生成的主要中间产物。碳氢化合物经氧化过程最后生成 生成是此过程重要的中间步骤，即 R 中， R 代表烃基，所生成的 着通过下面这样速率较低的反应氧化成 H 燃料的氧化速率取决于可用的氧浓度、反应气的温度以及化学反应所占 用的时间，后者取决于发动机的转速。 影响 成的主要因素是混合气的空燃比，即过量空气系数 a。如图示出 空燃比的变化， 排放量随空燃比的增大而减少。一般情况下柴油机都是在 a 大于 1 的工况下工作，燃气为稀混合气，过剩的 O 在排气中氧化为 此，与汽油机相比，柴油机的 放量低得多。 吸入人体 ,很容易与血红蛋白结合 ,导致缺氧 ,从而使人窒息；严重者危及生命。 3 由空气中 2在燃烧室的高温、高压作用下发生化学反应生成的。 要以 形式出现 ,还有少量的 不是来自燃料，而是由空气中的 2在燃烧室 的高温、高压作用下发生化学反应生成的。 O 的形式出现，还有少量的 反应机理为链式反应如下 : 2O， O + ， N + 。 链式反应是由缸内燃烧达到高温使 02分解成原子状态 0 开始的，根据化学反应动力 学， 生成量取决于反应物的浓度、反应温度与时间。 以与某些烃类发生化学反应 ,生成光化学烟雾 ,对人体有害。 粒 ) 由于柴油机燃 烧时燃料与空气混合不匀 ,造成局部过浓 ,在高温缺氧情况下产生并排出。 含有可致癌的物质 ,容易被人体吸入并积在肺内。 与汽油车不同 ,柴油车的 及一个多相反应 ,它的尾气中有一种特殊的污染物 组成复杂 ,而且变化。 要由烟炱 (碳 )组成。曾有人设想烟炱的形成过程是燃料离解产生的氢气被烧掉 ,留下碳在氧耗尽区中。烟炱是不可溶组分。来自燃油和发动机润滑油部分进入尾气中的高沸点烃类被凝结和 (或 )吸附在烟炱上 ,形成可溶性有机组分 (挥发性有机组分 (按定义 :于燃油部分 ,为重烃类， 于润滑油部分 ,在高温下可挥发。燃油中的硫在发动机中氧化成二氧化硫 ,进一步约在 350下氧化成三氧化硫 ,生成的硫酸盐凝结在烟炱上 ,使 量增加。每 1g 硫酸盐结合 113g 水。发动机在轻至中等负载下工作时 ,温度 850K,这时 的润滑油部分较小 ( 14%),而硫酸盐部分增大 ( 17%)。 料中的 S 在燃烧后形成 易形成酸雾，污染环境。 内燃机 燃料中的硫燃烧后产生二氧化硫 在空气中会缓慢地转化为 在氧化催化剂作用下会快速地转化为 一种中等程度的刺激剂。它有很强的亲水性，与水结合形成亚硫酸，对人的口鼻黏膜有强烈的刺激性，但不大可能影响肺部。 然硫化物是造成大气中酸雨的元凶，但内燃机排放的硫化物造成全球环境污染的作用很小。 5 2 柴油机的排放标准 为了控制废弃污 染，许多国家都制订了相应的环保法规和排放污染物防治的技术政策，以及控制排放污染物限制的技术监督标准。 欧四标准 欧洲标准是由欧洲经济委员会（ 排放法规和欧共体（ 排放指令共同加以实现的，欧共体（ 是现在的欧盟（ 排放法规由 与国自愿认可，排放指令是 与国强制实施的。汽车排放的欧洲法规（指令）标准 1992 年前巳实施若干阶段，欧洲从 1992 年起开始实施欧（欧型式认证排放限值）、 1996 年起开始实施欧（欧型式认证和生产一致性排放限值）、 2000 年起 开始实施欧（欧型式认证和生产一致性排放限值）、 2005 年起开始实施欧（欧型式认证和生产一致性排放限值）。 欧 四 型式认证和生产一致性 ： 排放限值 车辆类别 基准质量（ 限值 g/油机 柴油机 汽油机 汽油机 柴油机 柴油机 柴油机 第一类车 ： 全部 二类车 ： 1 级 305 2 级 1305 76 0 级 1760 0 国三标准 国家第三阶段的排放标准相当于欧洲号的排放标准，也就是说，尾气污染物含量相当于欧 含量，不同的只是新车必须安装一个 载自诊断系统（什么是 车载自诊断系统。该系统特点在于检测点增多、检测系统增多，在三元催化转化器的进出口上都有氧传感器。完全通过实时监控车辆排放来控制达标，可以更加保证欧排放标准的执行。当车辆因为油品质 量等因素，造成排放没有达到欧标准的时候， 统将自行报警，转而进入系统默认模式，发动机将不能正常工作，车辆只能进入特约维修站进行检查和维护。并且 统不能在车辆出厂之后经过改造加上，所以实施国三标准会使单车成本上涨 1000 到 2000 左右。）。机动车污染物排放要稳定达到国机动车排放标准，车辆必须装备使污染物排放达到国标准的技术措施，同时使用达到欧标准的油品。 我国已于 2000 年实施了“压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法 (、“压燃式发动机和装 用压燃式发动机的车辆可见污染物限制及测试方法 (等排放标准。这些强制性的国家标准等效采用了联合国欧洲经济委员会 (关汽车排放控制的全部技术内容，这意味着我国对新车的排放要求已达到欧洲 90 年代初期水平，比旧有的国家标准更加严格了。 6 3 影响排放物的因素及控制措施 影响 放的主要参数 如图 1 所示为影响 放的主要参数。 燃烧方式的选择 为了改善 放之间的折衷 ,多数柴油机采用推迟喷油定时的高压燃油喷射措施。喷油定时迟后引起 燃油经济性的破坏 ,应归于燃烧循环本身效率的下降。目前正在研究的有先导喷油、多次喷油以及预混合压缩着火等技术。 人结合废气再循环 (施研究了多次喷油 (直到一个燃烧循环内喷油 4 次 )实现同时降低 放。在该技术中 ,通过 低 放 ,同时采用多次喷油降低 放 ,但多次喷油对降低 放的效果不大。 人建议采用稀薄预混合的压燃方法 ,该方法能使 放降低到标准柴油机放的 1/50。但采用该方法在高负荷条件下易敲缸 ,低负荷条件下易发生不着火 ,限制了能够实现稳 定燃烧的预混合气的可行工作范围。 人建议采用多次喷射和稀薄预混合压燃相结合的一种新燃烧概念 (质合理的多次喷射燃烧系统 )。 式要求在从进气行程早期到压缩行程中期这一时期内完成预先喷油 ,形成预混合气。采用改进的 程序分析了每一种喷油模式对发动机性能和排放量的影响。模拟结果明 ,烧系统的燃油耗与 放量之间的折衷关系可获得显著的改进。 7 图 1 影响 M 排放的主要参数 燃油品质的改善 柴油机燃油的成份对于排放有很大的影响。图 2 所示为一台 10 L 增压中冷柴油机按范试验所获得各排放量的降低情况 ,试验时采用了低芳烃 (体积分数小于 5%)和低硫 (质量分数小于 燃油替代 03 准油。从图 2 中可看出 ,各有害气体排放约降低 10%,颗粒排放约降低 40%。图 3 为典型的碳黑降低率与燃油含氧量之间的变化关系。燃油含氧量的增加能使碳黑显著下降。 燃油的发展趋势是 ,改进燃油沸点范围 ;使之有较高的十六烷值和十六烷指数值 ;有较低的总芳烃量 ;极低的含 S 量 ;添加氧化剂。改进后可实现低排放 ,延长排气后处理装置使用期 ;发动机采用更合适的喷油定时 ,从而使燃油消耗率降低 . 车辆 车辆总质量 动力系统 放 发动机 功率 转速范围 设计 油 料 燃油品种和配方（乳化剂） 润滑油 混合气形成与燃烧 过量空气 进气温度 缩 比 中 心 混 合气的形成 喷油率 空气燃油混合动力 控 制 动态特 征 精度 功能（可变涡流） 排气处理 氢化催化剂 化剂 颗粒捕集 8 柴油机结构设计的改进 重新设计燃烧室 ,使柴油和空气更好混合。在采用四气门结构的同时 ,将喷油器中间布置 ,既扩大了进排气门的总流通面积 ,降低了进气阻力 ,又改善了燃烧室内的柴油和空气的分布 ,使柴油和空气充分混合。还可以通过改进活塞环和槽的设计 ,减少进入气缸参与燃烧过程的润滑油量 ,使颗粒排放和 放减少。这些措施都能有效地改善燃烧过程 ,降低柴油机的排放。 化涡轮增压器与柴油机的匹配 采用增压中冷技术可降低柴油机的燃油消耗率。增压中冷会带来两个效果 ,即进气密度增大 ,进气温度降低。这样 ,一方面由于进气量充足 ,燃烧过程更为完善 ;另一方面由于中 9 冷后发动机的平均循环温度有所下降 ,相对散热损失减少 ,同时发动机的相对机械损失也会减少 ,因此发动机的燃油消耗率有所降低。同时 ,由于中冷降低了最高燃烧温度 ,所以可使 放显著降低。对于达到欧排放标准的柴油机来说 ,一般都采用增压中冷。 采用可调喷嘴涡轮增 压器 (通过转动涡轮的喷嘴叶片 ,可调节发动机的进气量和进气压力因而可以使柴油机与增压器在全工况范围内获得良好的匹配 ,可较为全面地改善发动机的排放和经济性 ,并可改善柴油机的加速性 ,提高低速扭矩。 采用新型喷嘴 ,控制喷射速率 采用无压力室喷油嘴降低 放和颗粒排放。这是因为 ,就传统的标准油嘴而言 ,在喷油结束时 ,针阀落座关闭 ,但此时压力室中还有燃油 ,这部分燃油的一部分在高温蒸发下 ,以比较大的油滴形式进入燃烧室内燃烧。由于这部分燃油是在燃烧后期进入燃烧室的 ,而且雾化不好 ,所以燃烧不完全 ,会导 致较高的排放。就排放而言 ,压力室容积对 放的影响最大 ,压力室容积越小 ,放量越低 ;压力室容积对微粒排放也有一定影响 ,微粒排放量也随着压力室的容积的减小而减小 ,这是因为微粒的成分中含有来自燃油的有机成分。有研究表明 ,无压力室油嘴可使 放得到一定程度的降低。 控技术的应用 采用电子控制不仅可以提高喷油定时和喷油量的控制精度 ,而且象 气阀或可变几何涡轮增压等空气控制部件也可以用电子控制技术进行柔性或精确控制。控制系统最理想的方案应是能使燃油经济性和废气排放均获得优化。 控系统 用专门的管道将部分废气引至进气管 ,由 制 改变流通截面来调节废气量 ,实现 的变化。 制的一般过程是 ,据发动机的转速、节气门开度和冷却水温等信号 ,计算最佳 ,再通过控制 开度来实现 制。 的控制是通过对真空调节阀的控制来实现的。真空调节阀一般是电磁式的 ,将 出的电信号转换为气压变化 ,从而实现对气动式 的控制。 气涡流电控系统 进气涡流可以促进燃油蒸发以及与空气的均匀混合 ,提高燃烧效率。在进气口附近 增设一涡流控制阀 ,通过 集转速、节气门开度以及冷却水温等信号 ,并加以处理后控制其旋转角度 ,引导气流偏转产生涡流 ,调节涡流比 ,实现涡流控制。 油蒸发电控系统 燃油蒸发电控系统用来降低燃油箱中燃油蒸气排向大气所造成的污染。目前 ,活性炭罐蒸发电控装置得到了广泛应用。停车期间 ,利用活性炭罐吸收燃油蒸气 ,防止向大气扩散 ;发动机运行时 ,制活性炭罐与进气管之间的导通 ,并利用进气真空度将活性炭罐中吸 10 附的燃油蒸气吸入进气管 ,可有效防止燃油蒸气的外逸 ,降低 排放污染。 轴箱强制通风 电控系统 该控制系统的目的是将气缸中经活塞环间隙渗入曲轴箱内的气体再次循环进入进气管中 ,以减少该部分气体直接排向大气造成的污染。现代电控系统中 ,由 据节气门位置和转速信号等控制通风阀 ,从而实现曲轴箱内气体与进气管之间的导通使曲轴箱内气体再次利用。 次空气喷射系统 二次空气喷射作为早期控制污染物排放的措施之一 ,目前与催化转换器配合使用。它由 制二次空气喷射气道的导通 ,将空气引入催化转换器中 ,实现对 催化转换。在将空气引入排气管的方式中 ,除了空气泵控制外 ,还可利用排气 脉冲波来实现。未来的电控技术将对柴油机全面控制 ,以达到柴油机工作过程的最佳匹配。 11 4 排气后处理技术 气后处理技术 作为柴油机排气的首要污染物质 ,主要成分是未燃碳粒 ;此外 ,由于吸咐、凝结等作用 ,碳粒表面还附着有可溶性有机化合物、 硫酸盐等 (见图 4)。柴油机 处理技术包括催化氧化和过滤。利用催化氧化技术减少载重车和城市公交车柴油机尾气 放始于 20 世纪 90 年代初。催化剂为蜂窝整体直通式 ,主要活性成分是贵金属。这种催化剂能部分氧化去除排气 可溶性有机组分以及气态污染物 除效果与发动机负荷、排气温度和燃料含 S 量密切相关。发动机负荷低时 ,溶性有机组分含量高 ,催化氧化降低 放效果明显 ;而发动机负荷高时 ,可溶性有机组分含量低 ,催化氧化降低放效果较弱常规工况条件下 ,典型的 放降低值为 20% 50%,而且随着排气温度提高 ,降低率增大。但排气温度提高也会导致 见图 5)。燃料含 S 量也是影响这类催化剂性能的主要因素 ,美国最近针对新型柴油机进行的一项示范研究表明 ,当使用 S 的质量分数为 368 10催化氧化可使瞬态工况条件下的 放降低23% 29%,低 52% 58%;若改用 S 的质量分数为 54 10降低 13%。 过滤是降低 放的最直接方法 ,过滤器包括壁流蜂窝陶瓷整体、陶瓷泡沫、陶瓷纤维、金属纤维和金属线网等。目前 ,对壁流蜂窝陶瓷整体过滤器的研究最为充分 ,且早已商业化。由于蜂窝孔道两端交替堵塞 ,气流从进气端进入蜂窝孔后 ,穿过孔壁从另一端排出 ,阻留在孔壁表面。 无论采用何种形式的过滤器 ,其原理皆是借助惯性碰撞、截留、扩散和重力沉降等机理将 气流中分离出来。 随着 滤料表面和床层堆积 ,过滤阻力将增大。为了防止过滤器背压过高影响发动机正常工作 ,必须对过滤器进行再生处理。再生技术有非催化和催化两种。非催化再生的原理是周期性提高温度 ,促使碳料燃烧。具体方法包括过滤器前置燃烧器、电加热器、增大尾气 量和微波辐射等 ;此外 ,逆流吹扫也被认为是一种有效的方法。催化再生是在过滤器表面涂覆催化剂或向气流喷入催化剂 ,使碳粒在较低温度下氧化。美国进行的一项试验表明 ,当使用 S 的质量分数为 54 10配催化再生的过滤器 除率达 87%。目前 ,世界上已有不少公交车和卡 车配备了 滤器 ,有些累计使用里程已达近 5 105 除过滤之外 ,人们还对静电及静电旋风等技术捕集去除柴油机 效果进行了探索性研究。结果表明 ,借助高压脉冲静电作用不仅能较好地捕集柴油机排气 且尾气中的 有一定的去除作用。静电旋风捕集器具有排气阻力小、清灰简单等优势。 气 柴油机排气中 汽油机低 ,但由于柴油机机内 制与 制存在所谓的应 ,而机外的 制又因排气中含有大量 际上 ,正是由于富 挑战性 ,使得柴油机和稀燃汽油机排气 净化处理成为最 12 近 10 多年来学术界和汽车制造业的研究热点。柴油机排气 主要成分是 于 人们曾试图用催化分解方法使 化为 2。但是在 因而这种方法的实用前景渺茫。目前 ,柴油机排气 化研究主要从选择性催化还原和吸咐 催化还原两条技术路线入手。 人们对 进行过尝试 ,结果表明 其净化率可达 65%以上。但是 ,这种方法只适合于固定式柴油机排气的净化处理 ,对于运行工况多变的柴油车 ,因存在 漏问题而不适用。 1990 年 , 别报道在 5 催化剂上 ,选择性催化还原 作为净化柴油机和稀燃汽油机排气 13 图 5 催化氧化导致 量浓度变化率 尽管因试验条件不尽相同而给出的研究结果可比性不强 ,但可以看出 ,在一定的试验条件下 3 类催化剂均有较高活 性 ,活性温度排序为贵金属、离子交换的沸石、金属氧化物 ,依次增高。除催化剂以外 ,还原剂种类也影响着催化性能 ,尤其是活性温度。目前 ,研究较多的还原剂是为 1 个 C 3 个 C 的烯烃、烷烃以及甲醇和乙醇之类含氧碳氢化合物 ,其活性温度排序为含氧碳氢化合物小于烯烃 ,烯烃小于烷烃。尽管在试验室条件下 ,不少催化剂或催化剂 还原剂组合表现出优良的性能 ,但整车试验结果并不理想。美国能源部进行一项研究表明 ,以柴油为还原剂时 ,化率仅为 30%。一个主要原因是催化剂的活性温度较高 ,活性温度范围较窄 ,而柴油机排气温度较低 ,范围较宽。目 前 ,人们正致力于通过催化剂改性来改善催化剂的温度性能。此外 ,对于贵金属催化剂还存在可选择性差 ,要还原为温室气体 离子交换的沸石催化剂在柴油机尾气的高水热环境下活性很快下降。 吸附 催化还原 基于发动机周期性进行稀燃和富燃工作的一种 化技术。在稀燃阶段将 附储存起来 ,而在短暂的富燃阶段 ,放并被排气中的 原 (见图 6)。其催化剂构成除增加了 类碱土金属氧化物 附剂外 ,其它成分类似于常规三效催化剂 ;原活性成分是 。影响吸附 还原催化剂性能的主 要因素是吸附剂在柴油机尾气温度下吸附 容量及其抗 提高这两方面的性能是今后的努力目标。对于超低 S 燃料 ,现有吸附 催化还原技术可将 低 90%,但燃料经济性会因此降低。适用于高含 S 量燃料的吸附 催化技术目前尚在开发之中。 除了上述 化氧化和过滤技术以及选择性还原 吸附 催化还原 术之外 ,人们对同时净化 技术也进行了研究。结果表明 ,在钙钛和贵金属催化剂上碳粒能还原 助等离子体耦合催化技术可使 除率达 70%,除率达 30%。最近 ,日本丰 田公司开发出一种连续式同时催化净化 对 具有较好的净化作用 ,所以有望在同一种催化剂上同时净化 O,C,即开发出谓的“四效催化剂”。 14 图 6 吸附 催化还原 理 图 7 同时脱微粒和 化剂构造图 柴油机后处理技术的研究现状和发展趋势 柴油机后处理装置从净化原理上可分为四种，即氧化催化器、微粒捕集器、 附器和稀 化还原器。 柴油机氧化催化器 柴油机氧化催化器主要用来氧化柴油机尾气中的 氧化原理与汽油机三效催化器氧化 原理基本一样。柴油机氧化催化器还能氧化掉 的一部分可溶性有机物 同时也将尾气中的部分 化成硫酸盐。所以对于含硫量较高的柴油来说，使用氧化催化器将使微粒物排放中的硫酸盐比例增大，这样就降低了氧化 效果，甚至使 排放增加。另外燃料中的硫还会引起催化剂中毒。所以使用高硫柴油会极大地影响氧化催化器的净化效果，还会降低催化器的寿命。因此，选择合适的催化器和使用低硫化燃油就显得尤为重要。 15 氧化催化器的载体主要有陶瓷单体和不锈钢金属两种，它降低 有害排放物的效果主要取决于所能达到的催化剂涂层技术。其催化剂主要是铂、铑、钯等贵金属。 催化器的老化主要包括热老化和催化剂中毒。国外研究表明，尾气温度长期处于 650以上，易引起催化器热老化。但柴油机在正常工作条件下，尾气温度几乎不可能达到 650，除非操作不当，譬如喷嘴发生泄漏。毒化是催化器老化的主要形式。易引起催化器中毒的物质有磷、锌、铅和砷等。磷常被作为添加剂加到柴油机的机油里。研究证实，若机油泄漏到尾气管，可以在几小时内让催化器中毒。 司研究出两种方法可以抑制硫酸盐的 生成，同时维持对 是将 化剂在 1050的高温下煅烧 6h 以改变铂晶粒的尺寸，即将铂晶粒从 m 变化到 40 m。实验表明，煅烧之后，催化器对 转化效率影响很小，但能大幅降低对 氧化；二是改变催化剂贵金属成分。该公司研究表明，向 (钒 )，可以较有效地抑制 氧化，同时能保持对 高活性，但稍微降低了 氧化。研究人员还发现，改变 V 的比例，催化器对 氧化催化器在国内外的柴油机 上应用较多，其技术也趋于成熟。目前的难点在于如何选取可抑制硫酸盐生成的催化剂。 柴油机微粒捕集器 微粒捕集器是国内外近年来研究的热点之一。微粒捕集器的关键技术包括过滤体材料和过滤体再生技术。国外在过滤体材料方面已有了商业化的产品，但对于捕集器的再生技术仍未取得突破性的进展。结合国内外的研究现状，目前微粒捕集器的难点在于寻求一既可靠又实用的再生方法。对过滤体材料的要求是，高的过滤效率，低的排气流动阻力和较高的机械强度。其中过滤效率和流动阻力是一对矛盾，高的微粒过滤效率一般会导致高的流动阻力。因此 在选择过滤体材料时要综合考虑这几方面的性能。目前应用较多的过滤体材料主要有壁流式蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、陶瓷纤维、多孔性金属以及碳化硅。其中综合性能最好的是壁流式蜂窝陶瓷，其壁内小孔的尺寸都在微米级，过滤效率可达 90%以上，且耐高温，机械强度高。缺点是由于微粒都沉积在孔道内，因此再生过程中受热不均匀，易发生热应力损坏。另外，微粒在蜂窝内成板状结构，不利于着火燃烧。随着微粒在过滤体中的沉积，过滤体逐渐被堵塞，使柴油机排气系统阻力增大，背压升高。当排气背压超过一定值后，柴油机的性能开始明显恶化，因此需要定期清除沉积 在过滤体中的微粒，使排气背压降低到原有水平。这就是过滤体的再生。再生技术主要分为两大类，即主动再生和被动再生。主动再生利用外界能量来提高捕集器的温度，使微粒着火燃烧。被动再生一般利用燃油添加剂或者催化剂来降低微粒的着火温度，使微粒能在正常的柴油机排气温度下着火燃烧。目前主动再生方法有喷油助燃再生、电加热再生、微波加热再生、逆向喷气再生等。被动再生有燃油添加剂再生、连续再生、催化剂辅助再生等。现在倾向于被动再生和被动与主动再生结合。因为被动再生有较好的燃油经济性、较低的成本，整个系统也比主动再生简单。每种再生 方法适合于不同行驶特点的车辆。例如被动再生不太适合公交车。因为公交车排气温度比其它柴油车低，易引起再生不可靠。 16 法国 致雪铁龙公司在微粒捕集器方面居全球领先地位。该公司使用的柴油车排放后处理系统利用燃油添加剂降低微粒的着火温度，并且结合高压共轨喷射系统产生二次喷射来提高尾气温度，使捕集器再生，达到主动与被动再生相结合。在微粒捕集器前安装氧化催化器可有效降低 能产生氧化热。这套系统能有效地净化柴油机尾气，已成功地应用于该公司的多种柴油车上。 附器 如何降低 是柴油 机有害排放物控制的难点与重点。由于柴油机尾气中含有较多的氧气，使得仅用汽油机上的三效催化器不能有效净化柴油机尾气中的 附器最初用于 油机和稀燃汽油机，后来才逐渐研究用于柴油机。具有 附能力的物质有贵金属和碱金属 (或碱土金属）的混合物。吸附器是一个临时存储 装置。发动机正常运转时，将 吸附剂以硝酸盐的形式存储起来，当尾气处于富燃而贫氧条件下，硝酸盐又分解释放出 吸附达到饱和时，也需要再生吸附器，即调整发动机的工作状况，使其产生一富燃条件，使硝酸盐分解释放出 与 贵金属催化器作用下被还原为 N。以含碱金属钡的吸附剂为例，在富氧状况下， 化剂使 化成 富燃状况下，硝酸钡又分解并释放出 与 应被还原成 贫燃或富燃交替变换的环境下，碱金属钡分别以硝酸钡、氧化钡或碳酸钡的形态存在，起着吸附和释放 作用。再生时也需要一定的温度，这主要取决于所使用的催化剂。催化器采用汽油机上的三效催化器 此， 附器也能净化一部分 际使用时需要发动机管理 系统，以便及时改变发动机工作状况而产生富燃条件。其中的时间间隔和富燃时间尤为重要，富燃时间过长使得燃油消耗牺牲太多，过短则 化率不高。吸附器的吸附能力也是很重要的参数。当吸附器具有较大的吸附容量时，可减少产生富燃的频次，从而降低成本并提高燃油经济性。 吸附器对硫有很强的亲和力，因为 和吸附催化剂发生类似 反应而生成硫酸盐，而且硫酸盐一旦形成，就显得特别稳定。国外的研究表明，使该硫酸盐分解不但需要富燃气氛，而且要超过 600的温度。因此硫对 附器的性能影响很大。如图 8 是美国 划中评价的燃油含硫量对 化效率的影响。 17 图 8 燃油硫量在两种尾气温度（ 400， 450）下对 化率的影响 该项技术目前在车辆上的应用不多，主要难点在于如何形成吸附器再生时所需的还原氛围，并克服硫的影响。例如在电控喷油柴油机上，有可能通过燃烧后期向缸内二次喷油的方法产生足够的还原氛围。 稀 化还原器 这种还原器能直接将柴油机尾气中的 原，它与 附器的